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1、(10)申请公布号 CN 103333618 A (43)申请公布日 2013.10.02 CN 103333618 A *CN103333618A* (21)申请号 201310201368.X (22)申请日 2013.05.28 C09J 1/02(2006.01) C09J 11/04(2006.01) (71)申请人 苏州绿科环保新材料有限公司 地址 215500 江苏省常熟市高新技术产业园 区宜兴路 8 号 5 幢 (72)发明人 申澈浩 潘玉堂 (54) 发明名称 硅酸盐系无机水性粘合剂 (57) 摘要 本发明公开了一种硅酸盐系无机水性粘合 剂， 由多种原料混合而成 ； 所述原料。
2、包括 ： 液体硅 酸钠3242 质量份， 液体硅酸钾5 13 质量份， 硅溶胶 5 7 质量份， 去离子水 2 3 质量份， 液 体硅酸锂 5 9 质量份， 无机酸 5 8 质量份 ； 所 述无机酸为 10的磷酸溶液或 10的蚁酸溶液。 本发明提供了一种环保、 不燃、 无毒的硅酸盐系无 机水性粘合剂。且本发明优化和提高了粘合剂的 耐水性、 稳定性及持久性。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 7 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书7页 (10)申请公布号 CN 103333618 A CN 103333618 A *CN103。
3、333618A* 1/1 页 2 1. 硅酸盐系无机水性粘合剂， 其特征在于， 由多种原料混合而成 ； 所述原料包括 ： 液体硅酸钠 32 42 质量份， 液体硅酸钾 5 13 质量份， 硅溶胶 5 7 质量份， 去离子水 2 3 质量份， 液体硅酸锂 5 9 质量份， 无机酸 5 8 质量份 ； 所述无机酸为 10的磷酸溶液或 10的蚁酸溶液。 2. 根据权利要求 1 所述的硅酸盐系无机水性粘合剂， 其特征在于， 所述原料还包括矿 物纤维 1.5 2.5 质量份。 3. 根据权利要求 1 所述的硅酸盐系无机水性粘合剂， 其特征在于， 所述原料还包括氧 化锌 1 3 质量份。 4. 根据权利要。
4、求 1 所述的硅酸盐系无机水性粘合剂， 其特征在于， 所述原料还包括氢 氧化钙 3 4 质量份。 5. 根据权利要求 1 所述的硅酸盐系无机水性粘合剂， 其特征在于， 所述原料还包括偏 高岭土 13 19 质量份。 6. 根据权利要求 1 所述的硅酸盐系无机水性粘合剂， 其特征在于， 所述原料还包括矿 物质微粉末 3 4 质量份， 所述矿物质微粉末由活性软玉微粉末、 活性硅藻土微粉末、 泡沸 石微粉末中的一种或多种组成。 7. 根据权利要求 1 所述的硅酸盐系无机水性粘合剂， 其特征在于， 所述原料还包括无 机表面活性剂 3 7 质量份。 8. 根据权利要求 1 所述的硅酸盐系无机水性粘合剂，。
5、 其特征在于， 所述液体硅酸钠中 二氧化硅和氧化钠的摩尔比为 2.8 3.4 1。 9. 根据权利要求 1 所述的硅酸盐系无机水性粘合剂， 其特征在于， 所述液体硅酸钾中 二氧化硅和氧化钾的摩尔比为 3.2 3.6 1。 10. 根据权利要求 1 所述的硅酸盐系无机水性粘合剂， 其特征在于， 所述液体硅酸锂中 二氧化硅和氧化锂的摩尔比为 4.8 5.2 1。 权 利 要 求 书 CN 103333618 A 2 1/7 页 3 硅酸盐系无机水性粘合剂 技术领域 0001 本发明涉及硅酸盐系无机水性粘合剂， 尤其是涉及具有无毒、 不燃性能的硅酸盐 系环保无机水性粘合剂。 背景技术 0002 一般。
6、来讲， 利用无机硅酸盐制作出的粘合剂是水性的， 也是环保的。 该粘合剂因使 用原料低廉有成本优势， 但有耐水性差， 柔韧性不强等弱点。一直以来， 该粘合剂的使用范 围只局限于水泥组成物， 砂浆， 陶瓷等领域。 0003 在工业用粘合剂领域里， 石油化学系树脂与水进行稀释改性成乳化形态做出的粘 合剂， 一直占有主导地位。但是， 上述石油化学系树脂的粘合剂在生产制造过程中， 为促进 溶剂的蒸发， 需要在相对高温条件下进行加热， 这导致了溶剂公害的诱发及能源的浪费。 0004 为解决这一课题， 目前采取的措施有 ： 产品的高浓度化、 粉体化、 热熔粘接化、 蒸发 法、 电积法等等。这不仅需要对生产设。
7、备的高额投入， 还会引发环境污染， 且不能从根本上 解决问题， 因此难以实施量产 0005 目前， 无机粘合剂已有专利产品中存在的问题有 ： (1) 粘合剂的干燥及硬化缓慢， 初期耐水性差。(2) 水的沸点比石油化学系溶剂在数值上低， 但饱和蒸汽压相对较高， 干 燥和硬化时间是石油化学系粘合剂的 2 3 赔。(3) 石油化学系粘合剂大多是二液型双组 份的， 在实际现场作业中混合好的二液型粘合剂因较短时间硬化要尽快使用完， 这样不仅 会产生浪费， 废弃处理也很麻烦。(4) 目前专利产品中对粘合剂储藏性的解决方法是， 在硅 酸盐混合物内按一定比例添加亚克力系乳化聚合物 (Emulsion) 和氨基。
8、甲酸乙酯水分散剂 (Poly-urethane Dispersion in Water) 进行改性。这样做的弊端是， 粘合剂中会产生相 当量的沉淀凝固物 ( 即水性乳化聚合物中产生的凝结物 )， 使粘合剂的稳定性和储藏性不 理想， 同时失去不燃性能， 火灾发生时会有害气体的排放。 0006 氟硅酸钠或氟化钙做为耐水增强剂在现有的专利中可见应用， 相关文献也对它的 功效进行了描述， 但此物质因不易溶于硅酸盐混合物， 其使用效果不佳且价格又相对较高， 在这个层面上不宜应用到量产 发明内容 0007 本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷， 提供一种性能更好的硅酸盐系无机水 性粘合剂。 0008 为实。
9、现上述目的， 本发明的技术方案是设计一种硅酸盐系无机水性粘合剂， 由多 种原料混合而成 ； 0009 所述原料包括 ： 液体硅酸钠 32 42 质量份， 液体硅酸钾 5 13 质量份， 硅溶胶 5 7 质量份， 去离子水 2 3 质量份， 液体硅酸锂 5 9 质量份， 无机酸 5 8 质量份 ； 0010 所述无机酸为 10的磷酸溶液或 10的蚁酸溶液。 0011 优选的， 所述原料还包括矿物纤维 1.5 2.5 质量份。 说 明 书 CN 103333618 A 3 2/7 页 4 0012 优选的， 所述原料还包括氧化锌 1 3 质量份。 0013 优选的， 所述原料还包括氢氧化钙 3 4。
10、 质量份。 0014 优选的， 所述原料还包括偏高岭土 13 19 质量份。 0015 优选的， 所述原料还包括矿物质微粉末34质量份， 所述矿物质微粉末由活性软 玉微粉末、 活性硅藻土微粉末、 泡沸石微粉末中的一种或多种组成。 0016 优选的， 所述原料还包括无机表面活性剂 3 7 质量份。 0017 优选的， 所述液体硅酸钠中二氧化硅和氧化钠的摩尔比为 2.8 3.4 ： 1。 0018 优选的， 所述液体硅酸钾中二氧化硅和氧化钾的摩尔比为 3.2 3.6 1。 0019 优选的， 所述液体硅酸锂中二氧化硅和氧化锂的摩尔比为 4.8 5.2 1。 0020 本发明的优点和有益效果在于 ：。
11、 提供一种环保、 不燃、 无毒的硅酸盐系无机水性粘 合剂。且本发明优化和提高了粘合剂的耐水性、 稳定性及持久性。 0021 液体硅酸钠、 液体硅酸钾、 液体硅酸锂是硅酸盐混合物溶液中， 无毒的水溶性添加 原料。 这些原料价格廉价， 其不燃性在粘合剂和涂盖剂应用中作用突出， 形成薄膜过程中在 干燥的同时会形成坚韧、 牢 固、 密实的无机结合体。 可用于各种材质的粘连， 作为改质粘合 剂的添加剂， 建筑用天棚及墙壁内、 外墙纤维素材料的粘连剂， 凝固用添加剂， 高耐热用涂 剂， 粉末状粘合剂的原料， 石材胶黏等诸多领域使用 0022 制作本发明硅酸盐混合物时， 将液体硅酸钠和液体硅酸钾按一定比例进。
12、行添加， 不降低硅酸盐混合物储藏性， 液体硅酸锂保障初期耐水性的同时还会与蚁酸、 磷酸等无机 酸进行化学硬化反应， 使两者都会对粘合剂的防水起到增强作用， 都会缩短粘合剂的干燥 和硬化时间 0023 添加的液体硅酸锂和硅溶胶可作为去离子水缓冲液。 0024 按一定比例添加矿物性纤维， 可防止龟裂、 提高产品的柔韧性与粘稠度。 0025 氧化锌可作为耐水增强剂。 0026 按一定比例添加与硅酸盐混合物进行水化反应的偏高岭土 (Calcined Kaolin 煅 烧高岭土 ) 和氢氧化钙， 可提高产品的初期耐水性及硬化后组织的缜密性和强度， 缩短干 燥及硬化时间。 0027 添加功能性矿物质微粉末。
13、， 即活性软玉微粉末、 活性硅藻土微粉 末、 泡沸石微粉 末等， 使产品有了远红外线放射功能， 负离子生成及抗菌、 除异味、 抗霉菌功能， 无毒、 不燃。 0028 现有的石油化学系粘合剂里， 含有甲醛等有害于人体的挥发性有机成分， 本发明 选择的矿物质微粉末， 会对产品里的挥发性成分进行有效分解。 0029 按一定比例添加无机表面活性剂， 可调节现场作业复合基质之间的粘合时间距 离。 具体实施方式 0030 下面结合实施例， 对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更 加清楚地说明本发明的技术方案， 而不能以此来限制本发明的保护范围。 0031 液体硅酸钠、 液体硅酸钾和液体硅酸。
14、锂可通过常规方法制得。如液体硅酸钠可通 过将二氧化硅 (SiO2) 与碳酸钠 (Na2CO3) 等混合后， 经高温溶化为液体而制得。 0032 不同摩尔比的液体硅酸钠、 液体硅酸钾及液体硅酸锂的基本物理特性见表 1。 说 明 书 CN 103333618 A 4 3/7 页 5 0033 表 1 不同摩尔比的液体硅酸钠、 液体硅酸钾及液体硅酸锂的基本物理特性 0034 0035 0036 具有上述表 1 物理特性的液体硅酸盐 (sil icate)， 在水分蒸发、 干燥硬化及化学 硬化过程中， 会形成坚固的粘合剂。随着水分的蒸发， 液体硅酸盐逐渐具有粘性， 随着粘度 增加而固化。 0037 表。
15、 1 中， 液体硅酸钠 A 及 D 中 SiO2/Na2O 的摩尔比在 2.8 3.3 1， 液体硅酸钾 I 中 SiO2/K2O 的摩尔比在 3.2 3.6 1， 摩尔比较高。液体硅酸钠 E、 F、 G 的摩尔比低， 应更 有助于干燥硬化。 0038 液体硅酸钠A的情况是， 初期含水量62.4时粘度在20下为1.8mPa。 水分蒸发 减少 6重量时， 其粘度为 20mPa ； 减少重量 12时， 粘度急剧上升到 2,300mPa ； 当重量减 说 明 书 CN 103333618 A 5 4/7 页 6 少至 13 14时粘度为 40,000mPa， 这时液体已失去流动性回到了初期的硬化状态。
16、。 0039 摩尔比较高的液体硅酸盐， 初期指触干燥时间短， 水分的少量蒸发就能达到水的 低粘度， 并能转化为准固体状态 ( 初期会出现假硬化现象 ) ； 知液体硅酸钠 F、 G 等摩尔比较 低的液体硅酸盐， 因具有高碱性水分蒸发缓慢， 虽然以高温加热的方式可以促进水分的蒸 发， 但因过高的粘度 ( 如液体硅酸钠 E) 很难与其它物质混合， 难以适用 ； 相反， 如液体硅酸 钾 H， 摩尔比较高液体因粘度过低而无法实际应用。 0040 本发明使用的液体硅酸钠中二氧化硅和氧化钠的摩尔比为 2.8 3.4 ： 1 使用的 液体硅酸钾中二氧化硅和氧化钾的摩尔比为 3.2 3.6 ： 1 液体硅酸锂的。
17、重要优点是， 能制 作出比液体硅酸钠和液体硅 酸钾的摩尔比更高的液体产品。液体硅酸钠中 SiO2的浓度在 10以上， 摩尔比为 4 4.5 时， 溶液粘度增高的同时液体状态会不稳定。液体硅酸锂的 SiO2浓度为 20， 摩尔比为 5 8 时 ( 如液体硅酸锂 J、 K)， 在室温环境下液体状态稳定， 但 粘度较低。水化的锂离子， 比水化的纳离子和水化的钾离子具有更加稳定的液体状态。与 液体硅酸钠和液体硅酸钾不同， 液体硅酸锂在室温于燥中薄膜有不易溶于水的特性， 本发 明合理地运用了这一特性， 提高了上述硅酸盐混合物的初期耐水性。本发明使用的液体硅 酸锂中二氧化硅和氧化锂的摩尔比为 4.8 5.。
18、2 ： 1。 0041 将上述一定摩尔比的液体硅酸钠、 液体硅酸钾、 液体硅酸锂进行混合制作硅酸盐 混合物， 可生产出高粘合力和高耐水性的粘合剂。本发明采用的配比是 ： 液体硅酸钠 32 42 质量份， 液体硅酸钾 5 13 质量份， 液体硅酸锂 5 9 质量份， 去离子水 2 3 质量份。 上述配比中， 液体硅酸钠的质量份若不足 32 质量份， 就会降低产品的粘合力， 若高于 42 质 量份， 粘合剂的表面会因湿度形成白化现象， 从而降低耐水性。 0042 在上述硅酸盐混合物中， 为降低液体硅酸锂里可逆溶出的锂离子的浓度， 添加了 5 7 质量份的硅溶胶。硅溶胶的添加量小于 4 质量份， 会。
19、降低耐水性， 高于 8 质量份时， 会阻碍粘合力， 所以选择 5 7 质量份的添加范围。选择含有 30以上 SiO2及粒径大小为 10 30nm 的硅溶胶 , 会有助于提高粘合剂的耐水性及粘合力的持久性。 0043 为提高硅酸盐粘合剂的耐水性及粘合强度， 缩短粘合剂的硬化时 间， 添加了一定 量的化学硬化剂， 经过对大量无机酸类化学硬化剂的多次实验， 采用了效果最为突出的蚁 酸及磷酸。另外， 为防止与强碱硅酸盐的急剧反应下产生凝固物 (Coagulum)， 使用了 10 的蚁酸或磷酸溶液， 并以滴下 (Dropping) 的方式进行了添加， 提高了产品的稳定性。所述 无机酸按 5 8 质量份加。
20、入上述硅酸盐混合物中。 0044 本发明制造的无机水性粘合剂， 因无机物固有的原料特点， 具有较高强度。 为防止 产品使用后产生龟裂， 按一定比例添加矿物质纤维， 使其具有柔韧性。 上述粉末状矿物质纤 维有良好的柔韧性、 分散性、 亲水性和耐化学性， 抑制了粘合剂使用后龟裂的产生。 矿物质 纤维会按 1.5 2.5 质量份添加到硅酸盐混合物中。添加量若不足 1.5 质量份， 粘合剂会 因增稠而产生沉降， 并无法防止龟裂的产生 ； 添加量若超出 2.5 质量份， 过高的粘度上升会 影响产品的正常使用。本发明中， 使用的矿物质纤维的平均粒径为 4000m。 0045 未分化氧化锌作为化学硬化剂， 。
21、与硅酸盐有亲和性， 从而提高了粘合剂的硬度。 它 还可以轻易捕捉大气中的二氧化碳， 对粘合剂的快速干燥及水分的完全消除起到了辅助作 用。锌离子会在钢铁材等金属表面组成锌相薄膜， 不仅对复合基质进行了有效防腐， 还提 高了产品的耐水性。在本发明中， 未分化氧化锌的添加量为 1 3 质量份。所述氧化锌与 说 明 书 CN 103333618 A 6 5/7 页 7 TiO2等混用时， 会因促进干燥使粘合剂的性能得到强化， 还有吸收紫外线， 提高耐候性的作 用。在本发明中， 氧化锌添加量在 2 质子份时效果最佳。 0046 本发明制作的无机粘合剂， 可用于不燃、 无毒环保板及嵌板的合成。这种建筑用 。
22、板材在生产过程中， 通常会采用加热干燥以及红外线及高周波、 中周波干燥的方式。为使 板材能在常温下干燥合成， 本发明将水化反应用于粘合剂的制作中。例如 ： 炼铁厂的炉 渣 (slag) 与水泥进行混合， 水泥中的成分经化学反应作用于混凝土结构中， 从而强化了 混合物的强度， 这就是水化反应。将偏高岭土与氢氧化钙按一定比例进行添加， 就会产生 水化反应。所述偏高岭土 (Al2O32SiO2) 中的 Al2O32SiO22H2O 含有微量水分或无水 状态时， 会表现非常优秀的水化反应， 可赋予粘合剂具有高强度。所述偏高岭土与强碱性 氢氧 化钙 Ca(OH)2， 经水化反应生成硅酸盐钙水合物 (Ca。
23、lcium sil icate hydroxide gel,CSH(gel) 及含有非晶体 ( 非晶质， Amor phous) 碱的铝硅酸盐矿物质， 使无机水性粘 合剂在硬化初期， 就具有缜密性组织及极高的强度。 所述偏高岭土中碱的活性， 在无机水性 粘合剂制作中有增强粒子间缜密性的特性， 从而减少了产品的透水性及吸水性。采用经水 化反应制造出的无机水性粘合剂制作出的涂料， 在与水泥等无机材料表面粘合时， 不仅能 增强其附着力， 还能促进涂料的干燥时间。 0047 适用于本发明的偏高岭土的成分， 如表 2 所示。 0048 表 2 偏高岭土的组成成分 0049 含量SiO2Al2O3Fe2O。
24、3MgOCaOK2O+SiO2 56372.40.30.20.9 0050 本发明生产的无机水性粘合剂中， 若增加偏高岭土的添加量， 就会减少产品的硬 化速度及干燥时间， 但同时粘度上升的过高会影响施工， 因此， 在上述硅酸盐混合物中添加 比表面积 ( 单位 ： cm2/g) 为 10,000 14,000 的偏高岭土 13 19 质量份最为适宜。另外， 将 1 3 质量份的氢氧化钙添加到硅酸盐混合物内， 与偏高岭土内含有的金属化合物氧化 铝 (Al2O3) 进行化学反应生成不燃性金属硅酸盐物质， 发挥高粘合力作用。 0051 在上述无机水性粘合剂里， 添加未分化的矿物质软玉 (Nephrit。
25、e) 微粉末， 活性化 硅藻土微粉末， 赋予产品负离子产生功能， 远红外线释放功能。抗菌功能和除异味功能。 将平均粒径为 1000 3000 目的活性化软玉微粉末按一定比倒添加使用 ； 将平均粒径为 1000 3000 目的泡沸石按一定比例添加使用。 0052 本发明的具体实施例如下 ： 0053 实施例 1 0054 取液体硅酸钠 37g(SiO2/Na2O 的摩尔比为 3.20)， 液体硅酸钾 9g SiO2/K2O 的摩 尔比 3.22)， 液体硅酸锂 7g(SiO2/Li2O 的摩尔比 5.1) 和为提高硅酸盐间互通性添入的去离 子水 2.5g， 硅溶胶 6g(30含量的 SiO2， 。
26、平均粒度 10nm)。将这些物质放入带有刮刀的搅拌 器内搅拌30分钟以上， 达到搅拌均匀， 将6.5克10的磷酸水溶液用粉液漏斗在60分钟内 慢慢加入， 边添加边搅拌， 再投入 2g 矿物质纤维搅拌 30 分钟， 进行充分分散制得到无机水 性粘合剂。本实施例使用的矿物质纤维是 Lapinus702K2-Roxu11000(Lapinus 纤维公司， 荷 兰 )。 0055 实施例 2 0056 按实施例 1 的制作方法制造， 酸硬化过程中的磷酸水溶液由稀释了 10的蚁酸水 说 明 书 CN 103333618 A 7 6/7 页 8 溶剂代替， 其他不变， 制得到无机水性粘合剂。 0057 其。
27、他实施例和对比例见表 3. 0058 表 3 其他实施例和对比例 0059 0060 如表 3 所示， 使用了无机表面活性剂的无机水性粘合剂， 不会对抗菌、 防霉等功能 产生影响。使用的功能性矿物质原料及经水化反应进行硬化的组织结构， 提高 ( 确保 ) 了 粘合剂的耐水性。本发明粘合剂具有耐热稳定性， 有别于现有水性粘合剂。 0061 以上所述仅是本发明的优选实施方式， 应当指出， 对于本技术领域的普通技术人 员来说， 在不脱离本发明技术原理的前提下， 还可以做出若干改进和润饰， 这些改进和润饰 说 明 书 CN 103333618 A 8 7/7 页 9 也应视为本发明的保护范围。 说 明 书 CN 103333618 A 9 。