CN1045581C - 硅酸盐物料及其用途 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种硅酸盐物料，它具有至少一种含有碱金属氧化物和二氧化硅的无定形粘合基质，物料中还含有选自氧化铝、氧化钙、二氧化钛、氧化镁、二氧化锆和/或氧化硼之类的氧化物。为了提供这样一种硅酸盐物料，即此硅酸盐物料既适用于模制又适用于在基材上涂覆，而且抗老化，尤其是由反复的冻融，酸、碱或污染物侵蚀造成的老化，本发明提出：该无定形粘合基质含有每摩尔碱金属氧化物4至25摩尔的二氧化硅，碱金属氧化物为锂、钠和/或钾的氧化物，而且，对于每100摩尔二氧化硅，无定形粘合基质中还均匀分散有多至80摩尔的氧化铝和/或多至45摩尔的钙、钛、镁、锆和/或硼的氧化物。
Description
本发明涉及具有至少一种无定形粘合基质的硅酸盐物料，粘合基质中含有碱金属氧化物和二氧化硅，该物料中还含有氧化铝、氧化钙、二氧化钛、氧化镁、二氧化锆和/或氧化硼之类的氧化物。
这种含硅物料可用于涂覆建筑构件，尤其是屋面瓦。对混凝土屋面瓦(即由混凝土制成的屋面瓦)进行涂覆，可防止风化和获取美观的外貌。随着时间的迁移，屋面瓦的涂层经受着外界条件的严重侵蚀。在夏天强烈的阳光照射下，表面温度可高达约80℃，而在冬天的严寒条件下又可降至-30℃。最严重的问题是由冻-融循环和酸雨造成的侵蚀。混凝土屋面瓦通常是用塑料分散性涂料来保护的。
这种塑料涂料的缺点在于它对紫外光的照射特别不具有持久抗性，因而会在数年后崩解。
根据DE-25 39718B2，人们知道一种对预成形建筑构件涂覆上一层含硅酸盐和/或磷酸盐釉状涂层的方法，此类建筑构件以含常规骨料的无机粘结料为基础。由无机粘结料和水和常规骨料生产一种塑性混合物，将此混合物成形为建筑构件，在此建筑构件上薄涂上一层水性浆料，此浆料中含有水玻璃和/或磷酸盐和金属氧化物，还可能含有颜料和填料，然后将此涂层固化，为此在混合物中掺入了占无机粘结料(在砂-石灰砖的情况，则为占粘结料和骨料两者)总量0.5％(重量)的少量无机盐，这些盐将水性浆料(水性浆料按190至400g/m已涂在预成形的建筑构件上)转化成凝胶状和非流动的状态，然后将预成形的建筑构件和其上面的涂层一起固化。为了进行涂覆，施加的碱性水性浆料，就各组份总重量而言，含有42至63摩尔％SiO2,11至27摩尔％碱金属氧化物和19至24mol％金属氧化物。在浆料中加入的金属氧化物，例如为ZnO、MgO、PbO、CaO、B2O3和/或Al2O3。
交替地同时取含量的上限和下限，在纯算术上就导致二氧化硅对碱金属氧化物的摩尔比为1.56至5.73。但是，该专利的说明书和实施例只提到使用37°至40°Be的水玻璃，其中二氧化硅/碱金属氧化物的最大摩尔比为3.52。要将这种浆料转化成凝胶状的非流动状态，就必需加入可溶性的无机盐，这正是DE-2539718B2独立权利要求中所包括的主要特征。根据在此所述的方法，将浆料涂在预成形的建筑构件上，然后与后者一起在高压釜中的高压高温下，或在常压下仅通过热处理而固化。
从EP0247910中可知一种无机硅酸盐涂料，其中的粘合基质含有(按固体计)约100(重量)份硅酸钾、约10至40(重量)份二氧化硅细小颗粒和约10至100(重量)份珠光颜料。当使用二氧化硅/碱金属氧化物的摩尔比为3.95的水玻璃时，涂料中的二氧化硅与碱金属氧化物的摩尔比可高达6.15。作为一种生产具有涂层物品的方法，EP0247910B1记述了将涂料涂在基材上，而且为了固化，必须将其与基材一起加热至约200至约400℃。珠光颜料以颗粒形式包含在粘合基质中，被粘合基质所包围。在EP0247910中没有找到有关加入其它成分的说明。
本发明的目的是发明一种成形体和一种不含有机物质的硅酸盐物料，后者形成基材上的涂层，此硅酸盐物料具有耐老化性，尤其能够耐受冻融循环，能够抵抗酸、碱或植物生长造成的损害。本发明应该能够用简单的方法将涂料涂在基材上，如用刷涂、辊涂、浇涂或喷涂等方法，并能够在低于200℃的某温度下固化，最好低于100℃。
本发明能解决问题，在于本发明的无定形粘合基质中含有4至25摩尔二氧化硅/每摩尔碱金属氧化物(即锂、钠和/或钾的氧化物)，在无定形粘合基质中，对每100摩尔二氧化硅，还含有均匀分布的多至80摩尔的氧化铝和/或多至45摩尔的氧化钙、二氧化钛、氧化镁、二氧化锆和/或氧化硼。
凡提及碱金属氧化物或其它氧化物的地方，系对应于硅酸盐分析中常用的将金属含量以其氧化物计的方法，即使其实际存在形式是硅酸盐、铝酸盐之类的化合物。
粘合基质中含有很高比例的二氧化硅，即对于每摩尔碱金属氧化物含有4至25摩尔二氧化硅。所以，本发明的硅酸盐物料对所述问题中提到的腐蚀性具有高度的抗性，而且能够以水性硅酸盐悬浮液的形式涂在屋面瓦上。在低于100℃的温度下，此硅酸盐悬浮液在屋面瓦上能固化成固体硅酸盐物料，形成涂层。这对于其在混凝土屋面瓦上的用途来说尤其重要，因为固化因此也可在室温下进行。
对于每100摩尔二氧化硅，氧化铝的含量高达80摩尔，使得此硅酸盐物料具有很高的抗化学侵蚀性能。对于每100摩尔二氧化硅，氧化钙、二氧化钛、氧化镁、氧化锆和/或氧化硼的含量高达45摩尔，也提高了硅酸盐物料的使用耐久性。上述物质的加入既提高了此硅酸盐物料的抗水解性，又特别提高了其抗碱腐蚀性和抗酸腐蚀性，加入铝和钙的氧化物对抗酸雨腐蚀尤其有效。
由固含量30至70％的碱性二氧化硅溶胶生产硅酸盐物料是尤其好的。碱性二氧化硅溶胶的平均颗粒大小必须小于130nm。
由具有这种颗粒大小的碱性二氧化硅溶胶生产硅酸盐物料的具体优点在于，可由二氧化硅和碱金属原料制得高度均匀的粘合基质。以此方法，有可能在固化后的硅酸盐物料的粘合基质中获得一种类似于玻璃的结构。这样，就可能在低于100℃的温度生产一种玻璃状的硅酸盐物料。
由于生产过程中使用的温度较低，就可能生产出具有高度尺寸稳定性、并无温度应力的大型成形物体。
如果粘合基质含有层状结构硅酸盐之类的晶体填料，就能够获得一种特别无裂纹的、表面光滑的硅酸盐物料。这种填料可以是云母，也可以是不同层状结构硅酸盐的混合物。
如果粘合基质中含有方解石类的晶体填料，获得的硅酸盐物料，其表面特别光滑和光亮。
硅酸盐物料还可以含有矿渣砂和/或水泥。玻璃态的高炉矿渣被称为矿渣砂。生产过程中，矿渣砂或水泥在掺入水溶液后，如果不能完全溶解，则至少其表面受到溶蚀作用，因此能均匀地分布在粘合基质中。
硅酸盐物料还可以含有玻璃粉，该玻璃粉中含至少30％(重量)氧化钙，低于70％(重量)的二氧化硅，低于20％(重量)的氧化铝。和矿渣砂或水泥一样，玻璃粉在掺入水溶液后溶解。
硅酸盐物料中还可含有颜料，将其调至所需的颜色。
如果将硅酸盐物料涂覆在基材上作为涂层，它可用作抗老化保护层。基材可以是例如屋面瓦。
硅酸盐物料的涂覆厚度一般平均可以是0.02至2mm，约0.1mm为宜。
可以以二氧化硅/碱金属氧化物摩尔比低于2的碱金属硅酸盐水溶液为基础生产用于涂覆屋面瓦的硅酸盐悬浮液，如果为了提高二氧化硅的含量而将此硅酸盐溶液与例如二氧化硅溶胶或其它上述二氧化硅含量高的物质混合的话。宜用含钾的硅酸盐溶液，但也可以使用含锂或钠或其混合物的溶液。如果是通过添加二氧化硅溶胶来提高二氧化硅含量，硬化后就可得到化学纯度极高的硅酸盐物料。使用粉煤灰，可获得优质的硅酸盐物料。
很明显，也可使用单一碱性金属硅酸盐或碱性金属硅酸盐混合物的溶液，或将硅酸或具有高含量二氧化硅的物质溶解在苛性苏打或钾碱液中。
在基材上进行涂覆，可通过刷涂、辊涂、浇涂或最好是喷涂来涂覆硅酸盐悬浮液。在其后的干燥过程中，硅酸盐水性悬浮液固化成硅酸盐物料，形成涂层。基材的实例有湿的或已固化的混凝土、金属或矿物体。用此硅酸盐悬浮液涂覆，即便是多孔性的表面也可被其一层闭合膜所封闭。
本发明的硅酸盐物料特别适用于对颗粒、砂粒或填料进行涂覆。
此硅酸盐悬浮液对于现在使用水泥粘合的粘结料的各种应用场合都具有实际的适用性，例如用于对接缝进行灌浆填塞或对建筑材料进行胶合。
而且，此硅酸盐悬浮液还可用于装饰性用途。使用不同颜色的硅酸盐悬浮液，可以使所得的硅酸盐物料具有得类似大理石的外观效果。
以下，利用十二个实施例来说明组成不同的本发明硅酸盐物料的生产方法和使用方法。
实施例1
将600g硅酸钾溶液(固含量为45％(重量)、二氧化硅/碱金属氧化物摩尔比为1.3)在3分钟内搅拌加入1440g碱性二氧化硅水溶胶(固含量为30％，平均颗粒大小为40nm)。加入硅酸钾溶液后，将混合物分散5分钟。二氧化硅/碱金属氧化物摩尔比于是达到5.8。将此制备液在室温下于一密封聚乙烯容器中保存4天；然后同时加入756g云母(平均颗粒大小为36μm)和216g水性颜料悬浮液(含61.5％(重量)的氧化铁颜料，平均颗粒大小为0.1μm)，然后在1000rpm转速分散5分钟。将此水性硅酸盐悬浮液喷涂在刚固化的混凝土屋面瓦的暴露表面上，然后在室温下固化1小时，此混凝土屋面瓦具有平均厚度为0.1mm的无光红色涂层。
实施例2
将80g纯偏硼酸钾加入400g碱性硅酸钾水溶液(固含量为45％，二氧化硅/碱金属氧化物摩尔比为1.3)；将此悬浮液加热至80℃直至溶液变得澄清，然后将其冷却至室温。将冷却后的溶液搅拌加入1400g碱性二氧化硅水溶胶(固含量为30％，平均颗粒大小为40nm)。二氧化硅/碱金属氧化物摩尔比于是达到5.9。将此全部制备液进行分散，并加入40g平均颗粒大小为13nm的无定形氧化铝。氧化铝的含量为每100摩尔二氧化硅4.7摩尔。分散此混合物，然后在常温下于密封聚乙烯容器中保存一天；再同时加入624g云母(平均颗粒大小为36μm)和93.6g水性颜料悬浮液(含61.5％(重量)的氧化铁颜料，平均颗粒大小为0.1μm)。将此硅酸盐悬浮液分散后，用刷子涂在已固化混凝土屋面瓦的暴露表面，室温干燥24小时。经涂覆的屋面瓦然后在120℃加热2小时。此混凝土屋面瓦具有平均厚度为0.1mm的无光红色涂层。
实施例3
将150g碱性硅酸钾溶液(固含量为45％，二氧化硅/碱金属氧化物摩尔比为1.3)置于一金属烧杯中，搅拌加入330g含有高比例无定形物质的熔化室粉煤灰，将此悬浮液进行短时间分散。熔化室粉煤灰具有以下组成，按氧化物重量百分数计：二氧化硅46％，氧化铝30％，氧化钙5.3％，氧化镁3.5％，氧化钾5.0％和氧化钠1.0％。分散后，搅拌加入平均颗粒大小为13nm的无定形氧化铝和45g平均颗粒大小为0.1μm的氧化铁颜料。为了使其均匀化进行剧烈搅拌，然后加入60g水。此时，二氧化硅/碱金属氧化物摩尔比为4.9，氧化铝含量为每100摩尔二氧化硅49摩尔。另外的钙和镁氧化物的比例为每100摩尔二氧化硅20摩尔。立即将形成的硅酸盐悬浮液喷涂在刚固化的混凝土屋面瓦的暴露表面上，室温干燥1小时。混凝土屋面瓦具有平均厚0.1mm的无光红色涂层。
实施例4
将5g十水合四硼酸钠(p.a.)搅拌加入100g 80℃的碱性硅酸钾溶液(固含量为45％(重量)，二氧化硅/碱金属氧化物摩尔比为1.3)。继续搅拌直至溶液变得澄清。冷却至常温后，将此溶液加入180g碱性二氧化硅水溶胶(固含量30％(重量)，平均颗粒大小为40μm)。然后将此混合物搅拌5分钟。此时，二氧化硅/碱金属氧化物摩尔比为4.4，氧化硼含量为每100摩尔二氧化硅2摩尔。于密封聚乙烯容器中常温保存4天后，用刷子将此硅酸盐悬浮液涂在固化的混凝土屋面瓦的暴露表面上，室温干燥1小时。此混凝土屋面瓦具有无色、透明、略带光泽的涂层，涂层平均厚度0.1mm。实施例5
将20g纯偏硼酸钾加入100g硅酸钾水溶液(固含量为45％(重量)，二氧化硅/碱金属氧化物摩尔比为1.3)；将此悬浮液加热至80℃，直至得到澄清的溶液。冷却至室温后，将此溶液搅拌加入740g碱性二氧化硅水溶胶(平均颗粒大小为40nm，固含量为30％(重量))。继续搅拌5分钟，然后将制备液于密封聚乙烯容器中室温保存1天。此时，二氧化硅/碱金属氧化物摩尔比为11.5，氧化硼含量为每100摩尔二氧化硅2摩尔。然后同时加入273g云母(平均颗粒大小为36μm)和43g水性颜料悬浮液(含61.5％(重量)的氧化铁颜料，平均颗粒大小为0.1μm)。将此混合物分散5分钟。然后用刷子将制得的硅酸盐悬浮液涂在已固化的混凝土屋面瓦的暴露表面。室温下干燥1天后，再在190℃干燥1小时。此混凝土屋面瓦具有平均厚度为0.1mm的无光红色涂层。实施例6
将100g纯偏硼酸钾加入200g 5.6摩尔浓度的苛性苏打碱溶液中。然后将悬浮液搅拌加热至80℃，直至得到澄清的溶液。冷却至室温后将溶液搅拌加入827g二氧化硅溶胶(固含量30％(重量)，平均颗粒大小40nm)中。形成的混合物分散5分钟，然后于聚乙烯容器中室温保存1天。二氧化硅/碱金属氧化物摩尔比为4.2。氧化硼的含量比为每100摩尔二氧化硅11摩尔。然后在溶液中搅拌加入413g平均颗粒大小为36μm的云母和105g水性颜料悬浮液(含61.5％(重量)的氧化铁颜料，平均颗粒大小为0.1μm)。然后将此混合物分散5分钟。用刷子将制得的硅酸盐悬浮液涂在预固化混凝土屋面瓦暴露在外的一面，室温干燥1小时。混凝土屋面瓦具有平均厚度0.1mm的无光红色涂层。实施例7
将150g碱性硅酸钾溶液(固含量为45％(重量)，二氧化硅/碱金属氧化物摩尔比为1.3)置于一金属烧杯中，搅拌加入330g熔融的含有高比例无定形物质的熔化室粉煤灰，然后将此悬浮液进行短时间分散。熔化室粉煤灰具有以下组成，按氧化物重量百分数计：二氧化硅46％，氧化铝30％，氧化钙5.3％，氧化镁3.5％，氧化钾5.0％和氧化钠1.0％。分散后，搅拌加入平均颗粒大小为13nm的无定形氧化铝和45g平均颗粒大小为0.1μm的氧化铁颜料。为了使其均匀化进行剧烈搅拌，然后加入60g水。此时，二氧化硅/碱金属氧化物摩尔比为4.9，氧化铝含量为每100摩尔二氧化硅42摩尔。另外的钙和镁氧化物的比例为每100摩尔二氧化硅20摩尔。立即将形成的硅酸盐悬浮液喷涂在刚固化的混凝土屋面瓦的暴露表面上，室温固化1小时。混凝土屋面瓦具有平均厚1mm的无光红色涂层。实施例8
将133g 5摩尔浓度的钾碱液加入467g碱性二氧化硅水溶胶(固含量60％，平均颗粒大小为40nm)。然后将制得的碱金属硅酸盐溶液分散5分钟。此时的二氧化硅/碱金属氧化物摩尔比为15.5。然后将此制备液在密封的聚乙烯容器中室温保存约1小时。然后加入60g平均颗粒大小为0.1μm的颜料。将制得的混合物分散5分钟。然后，先搅拌加入105g矿渣砂，再搅拌加入84g平均颗粒大小为36μm的云母和126g平均颗粒大小为20μm方解石的混合物。最后，将此混合物均匀化，将由此制得的硅酸盐悬浮液铸成直径40mm、高4mm、重15g的碟形体。将这些碟形体室温固化2天。这些成形体没有任何形式的裂纹，而且具有光亮的表面。实施例9
在实施例8所述的硅酸盐悬浮液中加入60g水，分散。然后将经此稀释的硅酸盐悬浮液喷涂在刚锻烧的粘土屋面瓦上，室温干燥1天。得到的涂覆屋面瓦具有平均厚度0.1mm的涂层，表面光亮。实施例10
将115g 5摩尔浓度钾碱液加入750g碱性二氧化硅水溶胶(固含量50％，平均颗粒大小50nm)。然后将形成的碱金属硅酸盐溶液分散5分钟。此时的二氧化硅/碱金属氧化物摩尔比为23。然后将此制备液于密封聚乙烯容器中室温保存约半小时。然后加入86.5g平均颗粒大小为0.1μm的红色氧化铁颜料，将形成的混合物分散5分钟。然后，先搅拌加入150g矿渣砂，再搅拌加入303g平均颗粒大小为36μm的云母。最后将此混合物均匀化。用刷子将形成的硅酸盐悬浮液立即涂在刚固化的混凝土屋面瓦的暴露表面上。由此得到的屋面瓦在室温下干燥1天。此混凝土屋面瓦具有平均厚度为0.1mm的红色涂层。实施例11
将145g碱性硅酸钾溶液(固含量45％(重量)，二氧化硅/碱金属氧化物摩尔比为1.3)加入255g新制备的碱性二氧化硅水溶胶(固含量60％，平均颗粒大小为40nm)，然后分散15分钟。此时的二氧化硅/碱金属氧化物摩尔比为7.9。然后，先后迅速搅拌加入平均颗粒大小为0.1μm的颜料和70g矿渣砂。将形成的混合物分散，然后加入140g平均颗粒大小为36μm云母。最后，加入40g水，将制备液均匀化。然后，将水性硅酸盐悬浮液喷涂在刚制成的、尚未固化的混凝土屋面瓦上，在60℃固化6小时。制得的混凝土屋面瓦具有平均厚度为0.1mm的涂层。实施例12
用刷子将根据实施例11制备的硅酸盐悬浮液涂在一经除油处理的玻璃板和金属板上。将这些样品在室温下干燥数小时。制得的玻璃板和金属板具有的涂层无裂纹，结合牢固，平均厚度为0.3mm。
Claims (12)
1．一种硅酸盐物料，具有至少一种含有碱金属氧化物和二氧化硅，以及选自氧化铝、氧化钙、二氧化钛、氧化镁、二氧化锆和/或氧化硼之类氧化物的无定形粘合基质，其特征在于，无定形粘合基质中含有每摩尔碱金属氧化物4至25摩尔的二氧化硅，其中的碱金属氧化物是氧化锂、氧化钠和/或氧化钾，无定形粘合基质还含有均匀分散于其中的每100摩尔二氧化硅多至80摩尔的氧化铝和/或多至45摩尔的氧化钙、二氧化钛、氧化镁、二氧化锆和/或氧化硼。
2．根据权利要求1所述的硅酸盐物料，其特征在于，该物料是由固含量为30至70重量％的碱性二氧化硅溶胶生产的。
3．根据权利要求2所述的硅酸盐物料，其特征在于，该物料是由平均颗粒大小小于130nm的碱性二氧化硅溶胶生产的。
4．根据权利要求1所述的硅酸盐物料，其特征在于，该物料含有层状结构硅酸盐类的晶体填料。
5．根据权利要求1所述的硅酸盐物料，其特征在于，该物料含有方解石类的晶体填料。
6．根据权利要求1所述的硅酸盐物料，其特征在于，该物料含有矿渣砂和/或水泥。
7．根据权利要求1所述的硅酸盐物料，其特征在于，该硅酸盐物料含有氧化钙含量至少30重量％、二氧化硅含量低于70重量％、氧化铝含量低于20重量％的玻璃粉。
8．根据权利要求1所述的硅酸盐物料，其特征在于，该物料还含有颜料。
9．根据权利要求1所述的硅酸盐物料的用途，其特征在于，该物料涂覆在基材上形成涂层。
10．根据权利要求9所述的硅酸盐物料的用途，其特征在于，基材是屋面瓦。
11．根据权利要求9所述的硅酸盐物料的用途，其特征在于，涂层厚度为20μm至2mm。
12．根据权利要求9所述的硅酸盐物料的用途，其特征在于，涂层厚度为0.1mm。
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