CN102361819A - 固化性无机组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明的固化性无机组合物，是相对于100重量份的水玻璃，预先将金属氧化物和25～35重量份的烟灰(fly ash)混合而成，其结果是，可提供一种作为具有耐热性和耐火性的粘接剂、涂料、涂敷剂或填充剂等，能够以优异的施工性且低成本使用的固化性无机组合物。

Description

固化性无机组合物
技术领域
本发明涉及一种作为粘接剂、涂料、涂敷剂或填充剂等使用的固化性无机组合物，尤其是涉及一种具有耐热性和耐火性的固化性无机组合物。
背景技术
以往，例如胶合板或壁纸等建筑材料所用的粘接剂，基本都是有机类的粘接剂。该有机类粘接剂的干燥性、涂布性等的施工性良好，但另一方面，还存在耐热性差的缺点。近年来，随着防灾意识的提高以及日本建筑基准法的修改等，要求建筑材料、建筑物的结构等具有比以往更高的耐热性、耐火性。因此，在建筑领域中，对所使用的粘接剂也要求其耐热性优于以往，但有机类粘接剂在耐热性的提高方面存在限度，无法充分满足上述要求。
另一方面，作为具有优良耐热性、耐火性的粘接剂，无机类的粘接剂早已为人所知。作为该无机类的粘接剂，已知通常以水玻璃(water glass)或胶体二氧化硅作为粘合剂、以氧化铝等氧化物作为填料来混合而成的粘接剂。其中，对使用水玻璃的无机类粘接剂而言，水玻璃吸收空气中的二氧化碳气体而析出凝胶状硅酸从而变成玻璃状，且可发挥强粘接力，因此被应用在玻璃、陶磁器等的粘接剂或耐火涂敷剂等中。另外，使用了水玻璃的无机类粘接剂，通常其固化速度慢，因此，如日本特开平6-25610号公报中的记载，提出了通过添加五氧化二锑来提高固化速度的方法等。
发明内容
发明要解决的课题
但是，由于以往的无机类粘接剂使用氧化铝等氧化物，所以存在比有机类粘接剂高得多的高成本问题。因此，在大量使用粘接剂的建筑领域，例如，在制造胶合板或粘贴壁纸等时，从核算的角度出发，并不能采用上述无机类粘接剂。另外，以往的无机类粘接剂，由于其固化速度慢而施工性差，并不能经得起常在风雨中施工的建筑场地上使用。因此，尽管以往的无机类粘接剂具有优良的耐热性、耐火性，但在建筑领域中很少见到被用作粘接剂或涂敷剂等。
另外，专利文献1所述的无机类粘接剂，通过提高固化速度(干燥速度)来提升了施工性，但作为水玻璃和五氧化二锑的反应助剂使用乙醇，而且必须在搅拌中控制温度等，其制造工序复杂，所以成本会高于以往。因此，在大量使用粘接剂的建筑领域中，得不到应用。
本发明就是鉴于上述问题点而完成的，其目的在于，作为具有耐热性和耐火性的粘接剂、涂料、涂敷剂或填充剂等，提供一种能够以良好的施工性且低成本使用的固化性无机组合物。
解决课题的方法
本发明的固化性无机组合物，其特征在于，通过将金属氧化物和25～35重量份的烟灰(fly ash)预先混合在100重量份的水玻璃而成。
另外，如本发明上述技术方案的固化性无机组合物，其特征在于，将作为前述金属氧化物的15～25重量份的氧化锌预先混合在100重量份的水玻璃中，进而将5～15重量份的锆英粉(zircon flower)预先混合于100重量份的水玻璃而成。
另外，如本发明上述技术方案的固化性无机组合物，其特征在于，至少混合有前述水玻璃、前述烟灰、前述氧化锌和前述锆英粉；所述混合的结果是，含有22～40重量％的二氧化硅、10～15重量％的氧化锌、3～15重量％的氧化钠、3～10重量％的氧化铝、2～8重量％的氧化锆和水。
另外，如本发明上述技术方案的固化性无机组合物，其特征在于，前述烟灰、前述金属氧化物和前述锆英粉，各自分别含有粒径45μm以下的烟灰、金属氧化物和锆英粉。
发明的效果
基于本发明的固化性无机组合物，可作为具有耐热性和耐火性粘接剂、涂料、涂敷剂或填充剂等，得到施工性良好且能够以低成本使用的优良效果。
附图说明
图1是表示粘接强度试验的结果的图。
具体实施方式
本实施方式的固化性无机组合物中所用的水玻璃，是硅酸钠的浓水溶液，通过将硅酸钠溶于水中并进行加热来获得。水玻璃的组成是Na2O·nSiO2，在水玻璃中Na2O(氧化钠)和SiO2(二氧化硅、silica)以混合方式存在。该水玻璃可使用市售品，但若摩尔比n的值小，所制造的组合物难以发生固化，若摩尔比n的值大，则所制造的组合物在保存时的稳定性差。因此，从固化性无机组合物的固化速度与稳定性的平衡观点出发，水玻璃优选为诸如JISK1408的1号(Na2O为17～19重量％、SiO2为35～38重量％)或2号(Na2O为14～15重量％、SiO2为34～36重量％)所规定的水玻璃，并且更优选摩尔比n的值为2～2.3的水玻璃。
烟灰(fly ash)，例如为采用吸尘器从燃煤发电厂的煤粉燃烧锅炉的燃烧气体中采集的煤灰。在煤粉燃烧锅炉中，燃烧煤粉时产生的灰尘颗粒，以熔融状态悬浮于高温燃烧气体中，然后在锅炉出口被冷却，由此形成球形的微细颗粒。该球形的微细颗粒就是烟灰，其组成例如为：SiO2(二氧化硅、silica)为40.1～74.4重量％、Al2O3(氧化铝、alumina)为15.7～35.2重量％、Fe2O3(氧化铁)为1.4～17.5重量％、MgO(氧化镁)为0.2～7.4重量％、CaO(氧化钙)为0.3～10.1重量％。
烟灰是在锅炉等内部经过高温燃烧所产生的灰尘，基本没有残留可燃成分，因此，通过混和可以提高固化性无机组合物的耐热性，耐火性。并且，烟灰是球形微粒，所以通过混和可以提高固化性无机组合物的流动性。因此，在本实施方式的固化性无机组合物中，通过使用烟灰，提高制造时的搅拌性，而且还提高施工时的涂布性和填充性。
此外已知，以往，通过在混凝土中混和烟灰使CaO和水发生反应所生成的Ca(OH)2(氢氧化钙)与SiO2或者Al2O3在常温下发生进行缓慢反应的火山灰(pozzolana)反应，提高长期强度。并且已知，当在混凝土中混和烟灰时，在混凝土的骨料中亚稳态的SiO2和碱离子、羟基离子进行反应的碱硅酸反应受到抑制。
在本实施方式的固化性无机组合物中，通过利用这种烟灰的特性，可使固化速度和在保存时的稳定性保持平衡，并提高固化速度，而且还维持保存时的稳定性。并且，还可提高固化后的无机组合物的长期强度和粘接力。
烟灰作为燃煤发电厂的副产物有大量生产，因此，其购入价格可远低于二氧化硅和氧化铝，可使用市售品。为了使烟灰充分混和在组合物内以提高固化性无机组合物的均质性、稳定发挥固化性无机组合物的性能，优选烟灰粒径为45μm以下(例如，1～45μm)，更优选粒径为30μm以下(例如，1～30μm)。
粒径为45μm以下或30μm以下的烟灰，例如，可通过使用45μm筛网或30μm筛网来获得。此外，烟灰的粒径没有必要全部在45μm(30μm)以下，当然可以含有一部分粒径为45μm(30μm)以上的烟灰。
因此，若从成本的角度和获取的容易程度等考虑时，烟灰优选为诸如JISA6201的II种(SiO2的比率为45％以上、45μm筛网的余渣为40％以下并且根据勃氏法(Blaine method)检测的比表面积为2500cm2/g以上)或者I种(SiO2的比率为45％以上、45μm筛网的余渣为10％以下并且根据勃氏法检测的比表面积为5000cm2/g以上)所规定的烟灰。
在本实施方式的固化性无机组合物中，金属氧化物使用氧化锌(ZnO)。该氧化锌是微粉末状氧化物，通常被用作涂料的涂膜增强剂等。在本实施方式中，通过适当混合氧化锌，调节固化性无机组合物的粘度，并提高在施工时的涂布性、粘性。氧化锌可用市售品，但为了使其充分混和而均质地分散在组合物内，优选粒径在45μm以下(例如为1～45μm)的氧化锌，更优选粒径在30μm以下(例如为1～30μm)的氧化锌。
粒径在45μm(30μm)以下的金属氧化物，例如，可通过使用筛网来获得，与上述烟灰同样地，也可以含有一部分粒径在45μm(30μm)以上的金属氧化物。
此外，金属氧化物并不限定于上述氧化锌，例如，也可以使用镁、钙、铁、硼等其它金属的氧化物。并且，既可以只使用一种金属氧化物，也可以使用多种金属氧化物。
在本实施方式的固化性无机组合物中，除了上述成分以外，还混合锆英粉(zircon flour)。该锆英粉，是将锆砂(Zircon sand)进行机械粉碎来分球生成的锆石(硅酸锆、ZrSiO4)粉末。锆英粉的熔点高且热膨胀少，因此有助于提高固化性无机组合物的耐热性和耐火性。并且，锆英粉是非水溶性的，因此有助于提高固化性无机组合物的耐水性。
另外，锆英粉具有使所混入玻璃的玻璃软化点降低的效果，因此，在加热固化性无机组合物以进行玻璃化时，可增加柔软性、防止脆化。由此，例如在将固化性无机组合物用作耐火涂层时，可提高加热时的涂膜保持性，使其不易剥落。
锆英粉与二氧化硅和氧化铝相比能够以较低的价格购入，可使用市售品，但为了使其充分混和而均质地分散在组合物内，优选其粒径为45μm以下(例如，1～45μm)，并且更优选其粒径为30μm以下(例如，1～30μm)。
粒径为45μm(30μm)以下的锆英粉，例如，可通过使用筛网来获得，并与上述烟灰和金属氧化物相同地，可含有一部分粒径为45μm(30μm)以上的锆英粉，。
本实施方式的固化性无机组合物的制造，是通过在容器内将25～35重量份的烟灰、15～25重量份的氧化锌、5～15重量份的锆英粉在100重量份水玻璃中进行搅拌、混合来进行。
从固化性无机组合物的固化速度与稳定性之间的平衡的观点出发，烟灰相对于100重量份的水玻璃的比例优选为25～35重量份。若烟灰的比例低于25重量份则固化速度降低，若大于35重量份则保存时的稳定性恶化而难以长期保存，因此不优选。
对金属氧化物相对于100重量份水玻璃的比例而言，并没有特别限定，可以适当确定该比例以使所形成的粘度与固化性无机组合物的用途相对应。并且可根据所使用的金属氧化物种类来适当确定其比例。
此外，从可获得良好施工性所需的适宜粘度的观点出发，当作为金属氧化物使用氧化锌时的比例，优选相对于100重量份的水玻璃是15～25重量份。其中，氧化锌的比例可以根据固化性无机组合物的用途进行改变。例如，当将固化性无机组合物作为油灰(putty)或填充剂来使用时，可以相对于100重量份的水玻璃添加25重量份以上的氧化锌。
对锆英粉相对于100重量份水玻璃的比例而言，并没用特别限定，但从获得适宜的耐火性且设定适宜的玻璃软化点的观点出发，优选为5～15重量份。
此外，为了调节固化性无机组合物的粘度，可以添加少量的水(例如，1～15重量％左右)。
混合方法可使用公知的方法。并且，可在室温下进行混合。进而，在充分混合各成分后，置于密闭容器内，并在暗冷处放置一天左右，由此，可使组合物的性状稳定，显示出规定的粘性和光泽。
从固化速度与稳定性的平衡以及施工性的观点出发，所得到的固化性无机组合物，优选作为成分含有22～40重量％的二氧化硅(SiO2)、10～15重量％的氧化锌(ZnO)、3～15重量％的氧化钠(Na2O)、3～10重量％的氧化铝(Al2O3)、2～8重量％的氧化锆(ZrO2)和水，更优选含有25～36重量％的二氧化硅、12～13重量％的氧化锌、6～11重量％的氧化钠、5～6重量％的氧化铝、4～5重量％的氧化锆和水。
实施例1
接着，说明本发明的实施例。
在本实施例中，水玻璃使用了市售的水泥用速凝剂，烟灰使用了JIS规格II种的烟灰，氧化锌使用了一种JIS规格的氧化锌，锆英粉使用了98％以上为粒径45μm以下的锆英粉。
将100g水玻璃、30g烟灰、20g氧化锌、10g锆英粉和少量水放入容器中，使用搅拌机在室温下搅拌约3分钟。搅拌后，将组合物移入密闭容器中，在暗冷处保存约一天，由此制造固化性无机组合物。
所得到的组合物是灰色的有粘性的液体，可以用刮板或毛刷在各种材料的表面上薄薄地涂敷展开，确认具有良好的施工性。另外，所得到组合物的比重为约1.8、pH为约12.2，成分和含量是SiO2为25～36重量％、ZnO为12～13重量％、Na2O为6～11重量％、Al2O3为5～6重量％、ZrO2为4～5重量％。
当基于JIS K6849、K6850、K6857来试验将所得到的组合物作为粘接剂时的粘接强度时，获得如图1所示的结果。如同图中所示，在常温下干燥72小时后可获得充分的粘接强度，并在高温下也没有极端降低粘接强度。另外，确认在焙烧1小时的情况下具有充分的耐水性。
另外，将所得到的组合物作为粘接剂，在木制胶合板上粘贴乙烯树脂制成的壁纸，并通过煤气燃烧器连续加热2分钟(约800℃)壁纸时，只有壁纸的加热部分发生碳化而胶合板上没有变化。另外，当用煤气燃烧器连续加热3分钟时，也只有壁纸和胶合板的加热部分发生碳化，而没有蔓延至胶合板。其原因在于，本实施例的固化性无机组合物通过加热发生玻璃化而起泡，在壁纸与胶合板之间形成隔热性不燃层，由此防止了胶合板的火势蔓延。即，通过将本实施例的固化性无机组合物作为胶合板或壁纸的粘接剂，可使这些建筑材料具备耐火性。
如以上说明所述，本发明的固化性无机组合物通过使用烟灰，在没有使品质或功能发生劣化的情况下，能够以低于以往无机类粘接剂的成本进行制造。因此，在如建筑领域等的以往从成本角度出发不太使用无机类粘接剂的领域中，也可以作为耐热性、耐火性优良的粘接剂来使用。
另外，通过按适当比例混合各成分，提高了固化速度且具有良好的施工性，因此，除了作为粘接剂以外，还可作为涂敷剂、涂料、填充剂等广泛使用。并且，由于还具有保存时的稳定性，所以通过在暗冷处保存可实现长期保存。
此外，本发明的固化性无机组合物，通过在5～10℃温度下进行冷藏保存，可实现更长期的保存。
另外，本发明的固化性无机组合物在受热时发生玻璃化而起泡，形成隔热性不燃层，因此，通过作为粘接剂或涂敷剂涂布在各种建筑材料或结构材料等上，可以提高这些部件的耐火性，阻止火灾时的火势蔓延。
另外，通过将本发明的固化性无机组合物作为成型品的粘结材料来使用，可以制造耐火性优良的防火板。
此外，本发明的固化性无机组合物，并不限定于上述实施方式，在不超出本发明宗旨的范围内，当然加以进行各种改变。
工业实用性
本发明的固化性无机组合物，除了应用于建筑领域以外，还应用于要求具有耐热性、耐火性的粘接剂、涂料、涂敷剂或填充剂等领域中。

Claims (4)

1.一种固化性无机组合物，其特征在于，通过将金属氧化物和25～35重量份的烟灰预先混合在100重量份的水玻璃中而成。
2.如权利要求1所述的固化性无机组合物，其特征在于，
将作为所述金属氧化物的15～25重量份氧化锌预先混合于100重量份的水玻璃中，进而将5～15重量份的锆英粉预先混合于100重量份的水玻璃而成。
3.如权利要求2所述的固化性无机组合物，其特征在于，至少混合所述水玻璃、所述烟灰、所述氧化锌和所述锆英粉，
所述混合的结果是，含有22～40重量％的二氧化硅、10～15重量％的氧化锌、3～15重量％的氧化钠、3～10重量％的氧化铝、2～8重量％的氧化锆和水。
4.如权利要求2或3所述的固化性无机组合物，其特征在于，所述烟灰含有粒径45μm以下的烟灰、所述金属氧化物含有粒径45μm以下的金属氧化物、所述锆英粉含有粒径45μm以下的锆英粉。
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