CN113234397A - 一种发泡隔热磷酸盐胶黏剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种发泡隔热磷酸盐胶黏剂的制备方法，本发明涉及磷酸盐胶粘剂制备领域。本发明要解决现有普通磷酸盐胶粘剂导热系数高，隔热性能差的技术问题。方法：将磷酸二氢铝结晶，制备磷酸盐胶粘剂基体；制备固化剂；制备固化剂与铝粉均匀混合的填料；固化。本发明胶黏剂基体可常温固化，常温发泡，固化后胶粘剂可满足1800℃高温环境长时使用。本发明用于制备发泡隔热磷酸盐胶黏剂。

Description

一种发泡隔热磷酸盐胶黏剂的制备方法
技术领域
本发明涉及磷酸盐胶粘剂制备领域。
背景技术
磷酸盐胶粘剂是一种基础胶接材料，具有优异的耐超常温和超高温性能，是目前航空航天主要的耐高温粘接和修补材料。随着科学的进步，人们对材料的要求越来越高，并致力于研究满足特殊用途的材料，对磷酸盐胶黏剂在填充隔热领域的粘结要求也在不断提高，但普通磷酸盐胶粘剂导热系数高，填充隔热性能差，因此限制了其在高温填充隔热领域的应用。
发明内容
本发明要解决现有普通磷酸盐胶粘剂导热系数高，隔热性能差的技术问题，而提供一种发泡隔热磷酸盐胶黏剂的制备方法。
一种发泡隔热磷酸盐胶黏剂的制备方法，具体按以下步骤进行：
一、将工业级磷酸二氢铝溶液加热处理获得饱和盐溶液，控制加热温度为78～82℃，随后降温至-18～-20℃保持12～13h，底部结晶磷酸二氢铝，上层结冰，将冰分离，得到结晶的磷酸二氢铝；
二、将步骤一获得的磷酸二氢铝中添加丙酮和助剂，充分溶解，获得磷酸盐胶粘剂基体；
三、将粒径为120-200μm的镁橄榄石砂、粒径为100-150μm镁锆砂、粒径为10-50μm的氧化铝和粒径为150～200μm的氧化铝混合，高速分散，然后控制1350℃高温处理1h，然后再次高速分散，得到固化剂；
四、将铝粉与步骤三获得的固化剂混合，高速分散，得到填料；
五、将步骤二获得的磷酸盐胶粘剂基体与步骤四获得的填料混合搅拌至均匀膏状，然后常温固化，获得所述发泡隔热磷酸盐胶黏剂。
本发明发泡反应式如下所示：
H2PO4 ++Al→AlPO4+H2↑
基本原理：(1)磷酸二氢铝为弱酸盐，与铝粉发生置换反应生成氢气，在胶粘剂内部形成孔隙；(2)磷酸二氢铝与弱碱性固化剂及铝粉发生反应，放出大量反应热，促进丙酮等溶剂快速挥发，形成孔隙。从而达到发泡、隔热的目的。
本发明利用磷酸盐胶粘剂树脂为弱酸性的特性，在弱碱性固化剂中添加活性金属铝粉，与树脂发生置换反应产生氢气，在胶粘剂内部形成气泡；同时弱酸性树脂与固化剂发生酸碱反应产生大量反应热，促进溶剂快速挥发，产生孔隙。因此，所开发的磷酸盐发泡胶可以迅速形成多孔材料填充灌封空间，满足超高温的使用要求。
本发明的有益效果是：
本发明以丙酮、水性磷酸二氢铝和助剂为主要原材料，采用降温结晶法制备以丙酮为溶剂的非水性磷酸二氢铝溶液，避免常用蒸发结晶法受热不均，导致部分磷酸二氢铝缩合失水，所得溶液酸性改变的问题。本发明胶黏剂基体可常温固化，常温发泡，固化后胶粘剂可满足1800℃高温环境长时使用。
经验证，本发明制备的胶黏剂可常温固化；固化后的胶粘剂多孔，具有较好的隔热效果。本实施例胶黏剂固化后，1000℃热失重≤10％，失重温度区间主要集中在常温-500℃，而500℃～1000℃基本无重量损失，证实胶黏剂了该胶粘剂具有优异的耐高温稳定性，密度低，含大量气孔。
本发明制备发泡隔热磷酸盐胶黏剂用于高温填充隔热领域。
附图说明
图1为实施例三制备的发泡隔热磷酸盐胶黏剂的电镜图。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式一种发泡隔热磷酸盐胶黏剂的制备方法，具体按以下步骤进行：
一、将工业级磷酸二氢铝溶液加热处理获得饱和盐溶液，控制加热温度为78～82℃，随后降温至-18～-20℃保持12～13h，底部结晶磷酸二氢铝，上层结冰，将冰分离，得到结晶的磷酸二氢铝；
二、将步骤一获得的磷酸二氢铝中添加丙酮和助剂，充分溶解，获得磷酸盐胶粘剂基体；
三、将粒径为120-200μm的镁橄榄石砂、粒径为100-150μm镁锆砂、粒径为10-50μm的氧化铝和粒径为150～200μm的氧化铝混合，高速分散，然后控制1350℃高温处理1h，然后再次高速分散，得到固化剂；
四、将铝粉与步骤三获得的固化剂混合，高速分散，得到填料；
五、将步骤二获得的磷酸盐胶粘剂基体与步骤四获得的填料混合搅拌至均匀膏状，然后常温固化，获得所述发泡隔热磷酸盐胶黏剂。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二所述助剂为硅烷偶联剂。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤二按照质量份数，所述磷酸二氢铝为70～100份、丙酮为29～120份、助剂为1份。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤三按照质量份数，50～100份粒径为120-200μm的镁橄榄石砂、10～30份粒径为100-150μm镁锆砂、60～100份粒径为10-50μm的氧化铝和5～20份粒径为150～200μm的氧化铝。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤四按照质量份数，铝粉为1～5份、固化剂为100份。其它与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤四所述铝粉粒径为500目。其它与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤三所述高速分散转速为10000r/min。其它与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤四所述高速分散转速为10000r/min。其它与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤五按照质量份数，所述磷酸盐胶粘剂基体为100份、填料为100～150份。其它与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤五所述固化时间为12～24h。其它与具体实施方式一至九之一相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：
本实施例一种发泡隔热磷酸盐胶黏剂的制备方法，具体按以下步骤进行：
一、将工业级磷酸二氢铝溶液加热处理获得饱和盐溶液，控制加热温度为80℃，加热时间为5h，随后降温至-18℃保持12h，底部结晶磷酸二氢铝，上层结冰，将冰分离，得到结晶的磷酸二氢铝；
二、将100g步骤一获得的磷酸二氢铝中添加120g丙酮和1g助剂硅烷偶联剂KH560，充分溶解，获得磷酸盐胶粘剂基体；
三、将75g粒径为160μm的镁橄榄石砂、20g粒径为125μm镁锆砂、80g粒径为30μm的氧化铝和13g粒径为180μm的氧化铝混合，高速分散30min，然后控制1350℃高温处理1h，然后再次高速分散30min，得到固化剂；所述高速分散转速为10000r/min；
四、将1g粒径为500目的铝粉与100g步骤三获得的固化剂混合，高速分散，得到填料；所述高速分散转速为10000r/min；
五、将100g步骤二获得的磷酸盐胶粘剂基体与100～150g步骤四获得的填料混合搅拌至均匀膏状，然后常温固化24h，获得所述发泡隔热磷酸盐胶黏剂。
将本实施例制备的发泡隔热磷酸盐胶黏剂常温固化后，密度为1.5g/cm3。经测试胶黏剂常温压缩强度为0.1MPa；在1000℃条件下处理30min后，胶黏剂压缩强度为0.008MPa；在1500℃条件下处理30min后，胶黏剂压缩强度为0.05MPa；在1800℃条件下处理30min后，胶黏剂压缩强度为0.03MPa。
实施例二：
本实施例一种发泡隔热磷酸盐胶黏剂的制备方法，具体按以下步骤进行：
一、将工业级磷酸二氢铝溶液加热处理获得饱和盐溶液，控制加热温度为80℃，加热时间为5h，随后降温至-18℃保持12h，底部结晶磷酸二氢铝，上层结冰，将冰分离，得到结晶的磷酸二氢铝；
二、将100g步骤一获得的磷酸二氢铝中添加120g丙酮和1g助剂硅烷偶联剂KH560，充分溶解，获得磷酸盐胶粘剂基体；
三、将75g粒径为160μm的镁橄榄石砂、20g粒径为125μm镁锆砂、80g粒径为30μm的氧化铝和13g粒径为180μm的氧化铝混合，高速分散30min，然后控制1350℃高温处理1h，然后再次高速分散30min，得到固化剂；所述高速分散转速为10000r/min；
四、将2g粒径为500目的铝粉与100g步骤三获得的固化剂混合，高速分散，得到填料；所述高速分散转速为10000r/min；
五、将100g步骤二获得的磷酸盐胶粘剂基体与100～150g步骤四获得的填料混合搅拌至均匀膏状，然后常温固化24h，获得所述发泡隔热磷酸盐胶黏剂。
将本实施例制备的发泡隔热磷酸盐胶黏剂常温固化后，密度为1.4g/cm3。经测试胶黏剂常温压缩强度为0.08MPa；在1000℃条件下处理30min后，胶黏剂压缩强度为0.06MPa；在1500℃条件下处理30min后，胶黏剂压缩强度为0.04MPa；在1800℃条件下处理30min后，胶黏剂压缩强度为0.03MPa。
实施例三：
本实施例一种发泡隔热磷酸盐胶黏剂的制备方法，具体按以下步骤进行：
一、将工业级磷酸二氢铝溶液加热处理获得饱和盐溶液，控制加热温度为80℃，加热时间为5h，随后降温至-18℃保持12h，底部结晶磷酸二氢铝，上层结冰，将冰分离，得到结晶的磷酸二氢铝；
二、将100g步骤一获得的磷酸二氢铝中添加120g丙酮和1g助剂硅烷偶联剂KH560，充分溶解，获得磷酸盐胶粘剂基体；
三、将75g粒径为160μm的镁橄榄石砂、20g粒径为125μm镁锆砂、80g粒径为30μm的氧化铝和13g粒径为180μm的氧化铝混合，高速分散30min，然后控制1350℃高温处理1h，然后再次高速分散30min，得到固化剂；所述高速分散转速为10000r/min；
四、将2.5g粒径为500目的铝粉与100g步骤三获得的固化剂混合，高速分散，得到填料；所述高速分散转速为10000r/min；
五、将100g步骤二获得的磷酸盐胶粘剂基体与100～150g步骤四获得的填料混合搅拌至均匀膏状，然后常温固化24h，获得所述发泡隔热磷酸盐胶黏剂。
将本实施例制备的发泡隔热磷酸盐胶黏剂常温固化后，密度为1.35g/cm3。经测试胶黏剂常温压缩强度为0.05MPa；在1000℃条件下处理30min后，胶黏剂压缩强度为0.03MPa；在1500℃条件下处理30min后，胶黏剂压缩强度为0.02MPa；在1800℃条件下处理30min后，胶黏剂压缩强度为0.02MPa。
本实施例制备的发泡隔热磷酸盐胶黏剂的电镜图如图1所示，由图中可以看出胶黏剂固化后含大量气孔。气孔的存在降低了胶黏剂密度，并能达到耐火隔热的效果。
实施例四：
本实施例一种发泡隔热磷酸盐胶黏剂的制备方法，具体按以下步骤进行：
一、将工业级磷酸二氢铝溶液加热处理获得饱和盐溶液，控制加热温度为80℃，加热时间为5h，随后降温至-18℃保持12h，底部结晶磷酸二氢铝，上层结冰，将冰分离，得到结晶的磷酸二氢铝；
二、将100g步骤一获得的磷酸二氢铝中添加120g丙酮和1g助剂硅烷偶联剂KH560，充分溶解，获得磷酸盐胶粘剂基体；
三、将75g粒径为160μm的镁橄榄石砂、20g粒径为125μm镁锆砂、80g粒径为30μm的氧化铝和13g粒径为180μm的氧化铝混合，高速分散30min，然后控制1350℃高温处理1h，然后再次高速分散30min，得到固化剂；所述高速分散转速为10000r/min；
四、将5g粒径为500目的铝粉与100g步骤三获得的固化剂混合，高速分散，得到填料；所述高速分散转速为10000r/min；
五、将100g步骤二获得的磷酸盐胶粘剂基体与100～150g步骤四获得的填料混合搅拌至均匀膏状，然后常温固化24h，获得所述发泡隔热磷酸盐胶黏剂。
将本实施例制备的发泡隔热磷酸盐胶黏剂常温固化后，密度为1.3g/cm3。经测试胶黏剂常温压缩强度为0.04MPa；在1000℃条件下处理30min后，胶黏剂压缩强度为0.02MPa；在1500℃条件下处理30min后，胶黏剂压缩强度为0.01MPa；在1800℃条件下处理30min后，胶黏剂压缩强度为0.01MPa。
上述实施例制备的胶黏剂固化后为多孔胶粘剂，具有较好的隔热效果，在温度70℃条件下，导热系数≤0.06W/m·k，在600℃温度条件下保温30min，0.5mm胶黏剂背面温度仅为150～200℃，具有优异的隔热效果。待实施例胶黏剂固化后，1000℃热失重≤10％，失重温度区间主要集中在常温-500℃，而500℃-1000℃基本无重量损失，证实胶黏剂了该胶粘剂具有优异的耐高温稳定性。

Claims (10)

1.一种发泡隔热磷酸盐胶黏剂的制备方法，其特征在于该方法具体按以下步骤进行：
一、将工业级磷酸二氢铝溶液加热处理获得饱和盐溶液，控制加热温度为78～82℃，随后降温至-18～-20℃保持12～13h，底部结晶磷酸二氢铝，上层结冰，将冰分离，得到结晶的磷酸二氢铝；
二、将步骤一获得的磷酸二氢铝中添加丙酮和助剂，充分溶解，获得磷酸盐胶粘剂基体；
三、将粒径为120-200μm的镁橄榄石砂、粒径为100-150μm镁锆砂、粒径为10-50μm的氧化铝和粒径为150～200μm的氧化铝混合，高速分散，然后控制1350℃高温处理1h，然后再次高速分散，得到固化剂；
四、将铝粉与步骤三获得的固化剂混合，高速分散，得到填料；
五、将步骤二获得的磷酸盐胶粘剂基体与步骤四获得的填料混合搅拌至均匀膏状，然后常温固化，获得所述发泡隔热磷酸盐胶黏剂。
2.根据权利要求1所述的一种发泡隔热磷酸盐胶黏剂的制备方法，其特征在于步骤二所述助剂为硅烷偶联剂。
3.根据权利要求1所述的一种发泡隔热磷酸盐胶黏剂的制备方法，其特征在于步骤二按照质量份数，所述磷酸二氢铝为70～100份、丙酮为29～120份、助剂为1份。
4.根据权利要求1所述的一种发泡隔热磷酸盐胶黏剂的制备方法，其特征在于步骤三按照质量份数，50～100份粒径为120-200μm的镁橄榄石砂、10～30份粒径为100-150μm镁锆砂、60～100份粒径为10-50μm的氧化铝和5～20份粒径为150～200μm的氧化铝。
5.根据权利要求1所述的一种发泡隔热磷酸盐胶黏剂的制备方法，其特征在于步骤四按照质量份数，铝粉为1～5份、固化剂为100份。
6.根据权利要求1所述的一种发泡隔热磷酸盐胶黏剂的制备方法，其特征在于步骤四所述铝粉粒径为500目。
7.根据权利要求1所述的一种发泡隔热磷酸盐胶黏剂的制备方法，其特征在于步骤三所述高速分散转速为10000r/min。
8.根据权利要求1所述的一种发泡隔热磷酸盐胶黏剂的制备方法，其特征在于步骤四所述高速分散转速为10000r/min。
9.根据权利要求1所述的一种发泡隔热磷酸盐胶黏剂的制备方法，其特征在于步骤五按照质量份数，所述磷酸盐胶粘剂基体为100份、填料为100～150份。
10.根据权利要求1所述的一种发泡隔热磷酸盐胶黏剂的制备方法，其特征在于步骤五所述固化时间为12～24h。
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