CN112552014A - 一种以无机物为主要成分的高强度粘合剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种以无机物为主要成分的高强度粘合剂及其制备方法，粘合剂是由如下重量份的原料组成：质量浓度为20％‑40％的氯化镁水溶液90‑100份，氧化镁80‑100份，增强剂1‑2份，填料3‑5份。本发明的高强度粘合剂不仅可用于木材、玻璃等材质的粘合，同时也可应用于建筑中材料的粘合，是一种多用途的粘合增强剂。含有有机粘合成分，能够有效粘合木材等材质，起到增强粘合强度的效果；增强剂中的硅溶胶在失去水分过程中，单体硅酸逐渐聚合成高聚硅胶，随水分蒸发，胶体分子增大，形成‑SiO‑O‑SiO‑涂膜，进而和无机粘合剂起到协同作用，增强粘合强度。
Description
技术领域
本发明涉及一种以无机物为主要成分的高强度粘合剂及其制备方法，属于粘合剂技术领域。
背景技术
粘合剂(也称为胶黏剂)，能够使两种分离的材料连接在一起，粘合剂也是建筑行业不可或缺的材料之一，是一种良好的添加剂。在建筑行业中，粘合剂可以通过多种渠道，应用在不同的材料中，对行业的发展起到推动作用。可分为天然粘合剂和人工粘合剂。天然粘合剂主要是指淀粉、蛋白质、动植物胶、经物理加工后提取的粘合剂；人工粘合剂是指水玻璃、合成橡胶、合成树脂等粘合剂，人工粘合剂根据其组成不同，可分为有机粘合剂和无机粘合剂。
有机粘合剂大都由高分子化合物组成，如合成树脂、松香等，有机粘合剂主要缺点是成本较高，使用过程中可能产生各种污染，阻燃性差，自身受热容易燃烧。如氨基树脂(脲醛树脂)，是一类大量应用于木材中的粘合剂，脲醛树脂粘合剂会释放甲醛，污染环境，危害人体健康。虽然可以通过降低醛/脲反应比例，或者加入甲醛捕捉剂，或者改进人工板的制作工艺，或者对人工板进行后期处理等方法降低危害，但是这些方法会降低材料的力学性能，并显著增加成本，无法经济有效的解决问题。聚丙烯酸酯、聚氨酯、酚醛树脂、聚苯乙烯、硅酮胶等高分子粘合剂也是较为常见的有机粘合剂。这些有机粘合剂虽然性能不错，但制造和使用过程中，不可避免的对环境造成污染，甚至会危害人身健康。
鉴于有机粘合剂存在的问题，无机粘合剂由于其无毒、无害、无异味等优点，再次引起了普遍的关注，但目前的无机粘合剂存在成分较多，生产工艺复杂的缺陷。
如中国专利文献CN107805460A提供的一种用于木材加工的环保型粘合剂，包括以下重量份的原料：改性氧化海藻酸钠2-4份、硅酮粉3-5份、皂荚胶5-8份、硼酸0.5-2份、普鲁兰糖3-8份、羧甲基纤维素2-4份、乙酸丁酯纤维素3-5份、羧酸乙酸钙0.5-1份、硅酸钠15-20份、聚乙烯醇5-10份、环己烷-1,4-二甲酸二乙酯8-12份、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯10-12份、蜡10-15份、填料3-7份。此发明采用不含甲醛等有毒有害物质的材料作为原料，且采用了硅酮粉提高各原料在粘合剂中的分散，使其粘合力强，此外还采用无卤阻燃水性聚氨酯作为阻燃剂，阻燃效果良好。但是，该粘合剂成分较多，生产工艺比较复杂。
中国专利文献CN109929469A提出了一种建筑用粘合剂，包括乳胶粉20-40份，色粉3-6份，丙烯酸丁酯15-20份，丙烯酸3-8份，丙烯酸树脂1-3份，硅酸钠1-2份。制作过程较简单，但使用的有机成分比较多。
发明内容
针对现有技术的不足，尤其是现有的粘合剂组分复杂，使用的有机成分多，制备工艺繁琐、成本较高，同时粘合强度弱、耐热阻燃性差的问题，本发明提供一种以无机物为主要成分的高强度粘合剂及其制备方法。
为解决以上问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种以无机物为主要成分的高强度粘合剂，是由如下重量份的原料组成：质量浓度为20％-40％的氯化镁水溶液90-100份，氧化镁80-100份，增强剂1-2份，填料3-5份。
根据本发明优选的，氯化镁水溶液的质量浓度为25％-30％。
最为优选的，氯化镁水溶液的质量浓度为25％。
根据本发明优选的，所述增强剂通过以下方法制得：在搅拌条件下向质量浓度为20％-40％的氯化镁水溶液中缓慢加入分散助剂，所述的分散助剂为水溶性酚醛树脂、水溶性硅溶胶或硅酸乙酯，形成的混合溶液为增强剂，氯化镁水溶液与分散助剂的质量比为：(80-90)：(10-20)。
根据本发明优选的，分散助剂为水溶性酚醛树脂或水溶性硅溶胶。
进一优选的，水溶性酚醛树脂的水溶倍数为3-20倍，分子量为500-3000，游离醛含量小于等于0.5wt％。
水溶性酚醛树脂为市售产品。
进一优选的，水溶性硅溶胶SiO2百分含量为30-31％，Na2O百分含量为＜0.0006，25℃下pH值2-4，25℃下比重1.19-1.21。
水溶性硅溶胶为市售产品。
本发明的水溶性酚醛树脂或水溶性硅溶胶，不仅可以使粘合剂中各种填料更好的分散，还可以与其他组分起到很好的协同作用，提高粘合剂的粘合强度。
根据本发明优选的，所述填料为白炭黑、硅酸铝粉、碎木屑中的一种或几种混合。
进一步优选的，所述填料为白炭黑和/或硅酸铝粉。
填料白炭黑，耐高温、不燃、无味，具有很强的粘合剂和抗老化性能，在粘合剂中提高触变性和补强性。
硅酸铝粉，具有优良的热稳定性和化学稳定性，作为填料，能够提高硬度、白度、耐磨性和耐候性。
本发明的高强度粘合剂不仅可用于木材、玻璃等材质的粘合，同时也可应用于建筑中材料的粘合，是一种多用途的粘合增强剂。
一种以无机物为主要成分的高强度粘合剂的制备方法，包括步骤如下：
(1)增强剂的制备：在搅拌条件下向质量浓度为20％-40％的氯化镁水溶液中缓慢加入分散助剂，得到增强剂，氯化镁水溶液与分散助剂的质量比为：(80-90)：(10-20)；
(2)按配比，向质量浓度为20％-40％的氯化镁水溶液缓慢加入增强剂，搅拌均匀后得到A料；
(3)将步骤(2)得到的A料缓慢加入到氧化镁中，搅拌得到糊状产品，然后加入填料，搅拌均匀，即得。
一种以无机物为主要成分的高强度粘合剂的应用，用于木材、玻璃、建筑材料的粘合。
本发明的粘合剂增强剂中含有有机粘合成分，能够有效粘合木材等材质，起到增强粘合强度的效果；增强剂中的硅溶胶在失去水分过程中，单体硅酸逐渐聚合成高聚硅胶，随水分蒸发，胶体分子增大，形成-SiO-O-SiO-涂膜，进而和无机粘合剂起到协同作用，增强粘合强度。
本发明的以无机物为主要成分的高强度粘合剂具有以下优点及效果：
1、本发明的高强度粘合剂不仅可用于木材、玻璃等材质的粘合，同时也可应用于建筑中材料的粘合，是一种多用途的粘合增强剂。
2、本发明的粘合剂增强剂中含有有机粘合成分，能够有效粘合木材等材质，起到增强粘合强度的效果；增强剂中的硅溶胶在失去水分过程中，单体硅酸逐渐聚合成高聚硅胶，随水分蒸发，胶体分子增大，形成-SiO-O-SiO-涂膜，进而和无机粘合剂起到协同作用，增强粘合强度。
3、本发明的高强度粘合剂以无机物为主要原料，环保型好，固化后不能燃烧，具有很好的阻燃效果。
4、本发明的高强度粘合剂含少量水溶性胶，能够提高填料等组分的分散性，与其他组分起到协同作用，从而提高粘合强度，提升材料的稳定性；
5、本发明的高强度粘合剂原料成本相对较低，具有显著的经济效益。
附图说明
图1为粘合剂1应用于木制品的粘合效果图；
图2为粘合剂2应用于木制品的粘合效果图；
图3为常规聚丙烯酸有机粘合剂(左)、粘合剂3(右)和应用于木制品的粘合效果图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步说明，但不限于此。
实施例中使用的原料如无特别说明，均为常规市售产品。本发明中，室温是指常温，温度范围一般在20℃-35℃。
实施例1
一种以无机物为主要成分的高强度粘合剂，是由如下重量份的原料组成：
质量浓度为25％的氯化镁溶液100份，氧化镁80份，增强剂1份，钛白粉3份。
制备方法：
步骤(1)：增强剂的制备：将20份氯化镁，慢慢加入到80份水中，控制氯化镁加入速度，使得溶液温度不要超过70℃，搅拌混合均匀后，降到室温，得到质量浓度20％的氯化镁水溶液，将20％的氯化镁水溶液与水性酚醛树脂按照质量比80:20混合均匀，得到增强剂。
步骤(2)：将无水氯化镁25份，缓慢加入到75份水中，搅拌混合均匀得到质量浓度为25％的氯化镁水溶液，按配比然后慢慢加入1份增强剂，搅拌均匀后得到A料。
步骤(3)：将步骤(2)得到的A料，慢慢加入到80份氧化镁中，慢慢搅拌得到糊状产品，然后加入钛白粉3份，搅拌均匀后得到粘合剂1。
实施例2
一种以无机物为主要成分的高强度粘合剂，是由如下重量份的原料组成：
质量浓度为30％的氯化镁溶液90份，氧化镁80份，增强剂2份，钛白粉4份。
所述粘合剂通过以下方法制备：
步骤(1)：增强剂制备：按照实施例1步骤(1)中的方法得到20％的氯化镁水溶液。将20％的氯化镁水溶液与水性酚醛树脂按照质量比85:15混合均匀，得到增强剂。
步骤(2)：将无水氯化镁30份，缓慢加入到70份水中，搅拌混合均匀得到质量浓度为30％的氯化镁水溶液，按配比然后慢慢加入2份增强剂，搅拌均匀后得到A料。
步骤(3)：将步骤(2)得到的A料，慢慢加入到80份氧化镁中，慢慢搅拌得到糊状产品，然后加入钛白粉4份，搅拌均匀后得到粘合剂2。
实施例3
一种以无机物为主要成分的高强度粘合剂，是由如下重量份的原料组成：
质量浓度为20％的氯化镁溶液100份，氧化镁80份，增强剂2份，硅酸铝粉3份。
所述粘合剂通过以下方法制备：
步骤(1)：增强剂制备：按照实施例1步骤(1)中的方法得到20％的氯化镁水溶液。将20％的氯化镁水溶液与水溶性硅溶胶按照质量比85:15混合均匀，得到增强剂。
步骤(2)：将无水氯化镁20份，缓慢加入到80份水中，搅拌混合均匀得到质量浓度为20％的氯化镁水溶液，按配比然后慢慢加入2份增强剂，搅拌均匀后得到A料。
步骤(3)：将步骤(2)得到的A料，慢慢加入到80份氧化镁中，慢慢搅拌得到糊状产品，然后加入硅酸铝粉3份，搅拌均匀后得到粘合剂3。
实施例4
一种以无机物为主要成分的高强度粘合剂，是由如下重量份的原料组成：
质量浓度为25％的氯化镁水溶液100份，氧化镁85份，增强剂2份，硅酸铝粉3.5份。
所述粘合剂通过以下方法制备：
步骤(1)：增强剂制备：按照实施例1步骤(1)中的方法得到20％的氯化镁水溶液。将20％的氯化镁水溶液与水溶性硅溶胶按照质量比90:10混合均匀，得到增强剂。
步骤(2)：将无水氯化镁25份，缓慢加入到75份水中，搅拌混合均匀得到质量浓度为25％的氯化镁水溶液，按配比然后慢慢加入2份增强剂，搅拌均匀后得到A料。
步骤(3)：将步骤(2)得到的A料，慢慢加入到85份氧化镁中，慢慢搅拌得到糊状产品，然后加入硅酸铝粉3.5份，搅拌均匀后得到粘合剂4。
实施例5
一种以无机物为主要成分的高强度粘合剂，是由如下重量份的原料组成：
质量浓度为20％的氯化镁水溶液80份，氧化镁90份，增强剂2份，硅酸铝粉4份。
所述粘合剂通过以下方法制备：
步骤(1)：增强剂制备：按照实施例1步骤(1)中的方法得到20％的氯化镁水溶液。将20％的氯化镁水溶液与硅酸乙酯按照质量比80:20混合均匀，得到增强剂。
步骤(2)：将无水氯化镁20份，缓慢加入到80份水中，搅拌混合均匀得到质量浓度为20％的氯化镁水溶液，按配比然后慢慢加入2份增强剂，搅拌均匀后得到A料。
步骤(3)：将步骤(2)得到的A料，慢慢加入到80份氧化镁中，慢慢搅拌得到糊状产品，然后加入硅酸铝粉4份，搅拌均匀后得到粘合剂5。
实施例6
一种以无机物为主要成分的高强度粘合剂，是由如下重量份的原料组成：
质量浓度为27％的氯化镁水溶液90份，氧化镁85份，增强剂2.5份，碎木屑4.2份。
所述粘合剂通过以下方法制备：
步骤(1)：增强剂制备：按照实施例1步骤(1)中的方法得到20％的氯化镁水溶液。将20％的氯化镁水溶液与硅酸乙酯按照质量比88:12混合均匀，得到增强剂。
步骤(2)：将无水氯化镁27份，缓慢加入到73份水中，搅拌混合均匀得到质量浓度为27％的氯化镁水溶液，按配比然后慢慢加入2.5份增强剂，搅拌均匀后得到A料。
步骤(3)：将步骤(2)得到的A料，慢慢加入到85份氧化镁中，慢慢搅拌得到糊状产品，然后加入碎木屑4.2份，搅拌均匀后得到粘合剂6。
应用实验例1
将粘合剂1，2，3作为实验组1，2，3与常规丙烯酸粘合剂(对照组1)应用于木制品的粘合，测试结果见下表1，通过对比发现，本发明的粘合剂粘合强度与常规有机粘合剂粘合强度相当。
剥离强度测试：参照GB/T2792-1998在BLJ-B卧式电子剥离试验机进行测试。
表1不同粘合剂的黏度强度
| 剥离强度(N/25mm) | |
| 实验组1 | 10.5 |
| 实验组2 | 10.7 |
| 实验组3 | 11.2 |
| 对照组1 | 10.0 |
通过上表数据可以看出，实施例得到的粘合剂，其粘合强度不弱于常规有机粘合剂。
应用实验例2
将粘合剂4，5，6应用于建筑的粘合，粘合强度好，耐水性好，能满足强度需求。将实施例4，5，6制备的粘合剂分别作为实验组4，5，6，现有的粘合剂作为对照组2，参照GB/T2792-1998在BLJ-B卧式电子剥离试验机进行测试。测试结果见下表2，
表2不同粘合剂应用于建筑的粘合强度
| 剥离强度(N/25mm) | |
| 实验组4 | 10.2 |
| 实验组5 | 11.6 |
| 实验组6 | 12.4 |
| 对照组2 | 8.0 |
通过上表2数据，可以看出，实施例得到的粘合剂与现有粘合剂相比，粘合后的物体剥离强度更高。
Claims (10)
1.一种以无机物为主要成分的高强度粘合剂，是由如下重量份的原料组成：质量浓度为20％-40％的氯化镁水溶液90-100份，氧化镁80-100份，增强剂1-2份，填料3-5份。
2.根据权利要求1所述的以无机物为主要成分的高强度粘合剂，其特征在于，氯化镁水溶液的质量浓度为25％-30％。
3.根据权利要求1所述的以无机物为主要成分的高强度粘合剂，其特征在于，氯化镁水溶液的质量浓度为25％。
4.根据权利要求1所述的以无机物为主要成分的高强度粘合剂，其特征在于，所述增强剂通过以下方法制得：在搅拌条件下向质量浓度为20％-40％的氯化镁水溶液中缓慢加入分散助剂，所述的分散助剂为水溶性酚醛树脂、水溶性硅溶胶或硅酸乙酯，形成的混合溶液为增强剂，氯化镁水溶液与分散助剂的质量比为：(80-90)：(10-20)。
5.根据权利要求4所述的以无机物为主要成分的高强度粘合剂，其特征在于，分散助剂为水溶性酚醛树脂或水溶性硅溶胶。
6.根据权利要求5所述的以无机物为主要成分的高强度粘合剂，其特征在于，水溶性酚醛树脂的水溶倍数为3-20倍，分子量为500-3000，游离醛含量小于等于0.5wt％。
7.根据权利要求5所述的以无机物为主要成分的高强度粘合剂，其特征在于，水溶性硅溶胶SiO2百分含量为30-31％，Na2O百分含量为＜0.0006，25℃下pH值2-4，25℃下比重1.19-1.21。
8.根据权利要求1所述的以无机物为主要成分的高强度粘合剂，其特征在于，所述填料为白炭黑、硅酸铝粉、碎木屑中的一种或几种混合，优选的，所述填料为白炭黑和/或硅酸铝粉。
9.一种以无机物为主要成分的高强度粘合剂的制备方法，包括步骤如下：
(1)增强剂的制备：在搅拌条件下向质量浓度为20％-40％的氯化镁水溶液中缓慢加入分散助剂，得到增强剂，氯化镁水溶液与分散助剂的质量比为：(80-90)：(10-20)；
(2)按配比，向质量浓度为20％-40％的氯化镁水溶液缓慢加入增强剂，搅拌均匀后得到A料；
(3)将步骤(2)得到的A料缓慢加入到氧化镁中，搅拌得到糊状产品，然后加入填料，搅拌均匀，即得。
10.一种以无机物为主要成分的高强度粘合剂的应用，用于木材、玻璃、建筑材料的粘合。
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