CN113355025B - 一种磷硅酸铝的高温粘结剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种磷硅酸铝的高温粘结剂及其制备方法，包括磷酸二氢铝、硅酸盐、金属和/或金属氧化物、磷酸、二氧化硅、有机改性剂、天然矿粉、助剂；通过在磷酸二氢铝中添加硅酸盐，硅酸盐与空气中的二氧化碳反应形成硅酸溶胶，随着水分的蒸发，脱水形成无机硅氧链网状大分子，提高粘结剂的韧性，降低脆性；二氧化硅与氧化铝在高温下生成莫来石，莫来石具有膨胀均匀、热震稳定性极好、高温蠕变值小、硬度大，提高了粘结剂的耐高温性、耐腐蚀性；有机改性剂具有良好的造膜性，形成的膜具有优异的接着力，能够提高高温粘结剂在常温下的成膜性。

Description

一种磷硅酸铝的高温粘结剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及高温粘结剂技术领域，尤其涉及一种磷硅酸铝的高温粘结剂及其制备方法。

背景技术

高温粘结剂在低温下结合性能好，在高温下有优良单的化学稳定性，抗液体以及气体侵蚀，结合强度高。随着近代科学技术的发展，高温粘结剂在航空、航天、电子、汽车和机械制造业中得到了广泛的应用。高温粘结剂分为有机高温粘结剂和无机高温粘结剂两大类，一般有机高温粘结剂能承受的高温通常在200℃以上，而无机高温粘结剂能承受的高温在600~800℃，改进成分后能够达到1800℃以上。无机高温粘结剂具有水溶性、毒性小、不燃烧、无环境污染、结构简单、不易老化等特点，大部分是由固体和液体混合而成，原料易得，价格低廉，使用方便。无机高温粘结剂分为磷酸盐系和硅酸盐系两大类，硅酸盐系高温粘结剂的固化过程中，形成硅/氧键为主的无机高聚物网状结构，能够提高材料的强度，但存在粘结强度低、固化条件高和质脆等问题，磷酸盐系相比硅酸盐系高温粘结剂具有更好的耐高温性和抗氧化性，但磷酸盐粘结剂很难实现低温固化，脆性大。

现有的高温粘结剂相关的公开技术报道中，中国专利CN112094129A公开了一种高温粘结剂及其制备方法，其采用分别取液料铝溶胶、水玻璃、硅溶胶、纤维素、三氧化二铝微粉、二氧化硅微粉、特级铝矾土、黏土：液料混制比例为1:1；骨料中的三氧化二铝微粉、二氧化硅微粉、特级铝矾土、黏土混制比例为5:1:0.5:1~5；全液料加入10%~80%的三氧化二铝微粉；液料占骨料的百分含量为3%~15%；将液料搅拌均匀，通过球磨机将骨料充分混碾，然后将液料和骨料混合。但该高温粘结剂需要在高温下固化。

本发明利用硅酸盐固化过程中形成的硅氧网状结构对磷酸盐的粘结剂进行改性，能够提高材料的强度，降低磷酸盐高温粘结剂的脆性，提高磷酸盐高温粘结剂的韧性，并且实现低温而固化。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述存在的问题，本发明提供一种成本低、工艺简单、可室温固化、粘结剂的强度高、耐高温、降低磷酸盐高温粘结剂的脆性、提高磷酸盐高温粘结剂的韧性的磷硅酸铝的高温粘结剂及其制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供一种磷硅酸铝的高温粘结剂，所述磷硅酸铝的高温粘结剂由以下重量份的组分组成：磷酸二氢铝40～45份、硅酸盐5～10份、金属和/或金属氧化物35～40份、磷酸10～12份、二氧化硅0.01～10份、有机改性剂0.01～10份、天然矿粉0.01～10份、助剂0.001～0.01份；

所述金属和/或金属氧化物为铝、铁、镁、铜、氧化铁、氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化钙、氧化铜、氧化锰、氧化锌、氧化钛、氧化锶中的一种或者一种以上的混合物；所述的金属和/或金属氧化物为粉体。

进一步地，所述磷硅酸铝的高温粘结剂由以下重量份的组分组成：磷酸二氢铝42～45份、硅酸盐6～10份、金属和/或金属氧化物37～40份、磷酸11～12份、二氧化硅2～10份、有机改性剂0.05～10份、天然矿粉0.03～10份、助剂0.002～0.01份；

所述金属和/或金属氧化物为铝、铁、镁、铜、氧化铁、氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化钙、氧化铜、氧化锰、氧化锌、氧化钛、氧化锶中的一种或者一种以上的混合物；所述的金属和/或金属氧化物为粉体。

进一步地，所述磷硅酸铝的高温粘结剂由以下重量份的组分组成：磷酸二氢铝43份、硅酸盐8份、金属和/或金属氧化物38份、磷酸11.5份、二氧化硅4份、有机改性剂2份、天然矿粉0.05份、助剂0.005份；

所述金属和/或金属氧化物为铝、铁、镁、铜、氧化铁、氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化钙、氧化铜、氧化锰、氧化锌、氧化钛、氧化锶中的一种或者一种以上的混合物；所述的金属和/或金属氧化物为粉体。

进一步地，所述磷酸二氢铝的制备方法为：将氢氧化铝粉体调成浆料，然后加入磷酸，在20～120℃、20～500r/min条件下反应至透明，即得所述的磷酸二氢铝；具体地，磷酸二氢铝是指磷酸二氢铝的水溶液，制备磷酸二氢铝时，每份磷酸中氢氧化铝的添加量为0.22份，水的添加量为2.5份。

进一步地，所述的二氧化硅为天然石英石、天然二氧化硅、沉淀二氧化硅、玻璃粉、硅溶胶、硅微粉、气相二氧化硅中的一种或者一种以上的混合物。

进一步地，所述的硅酸盐为硅酸铝、硅酸铁、硅酸镁、硅酸钙、硅酸钾、硅酸钠、硅酸锂、硅酸钡、硅酸铬、硅酸钛、硅酸锰、硅酸锌、硅酸铜中的一种或者一种以上的混合物。

进一步地，所述的天然矿物粉为：高岭土、膨润土、重晶石、球黏土、橄榄石中的一种或者一种以上的混合物。

进一步地，所述助剂为消泡剂、分散剂、润湿剂、增稠剂、偶联剂、杀菌剂、防沉剂、防腐剂、颜料中的一种或者多种。

进一步地，所述有机改性剂为羧甲基纤维素、聚乙烯醇、有机硅、聚丙烯酸钠中的一种或者一种以上的混合物。

本发明还提供了一种磷硅酸铝的高温粘结剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）按配方称取组成磷硅酸铝的高温粘结剂的各原料，混合，得到混合原料；

（2）在200～6000r/min的条件下高速分散所述混合原料0.8～1.2h，即得磷硅酸铝的高温粘结剂。

本发明一种磷硅酸铝的高温粘结剂及其制备方法，通过在磷酸二氢铝中添加硅酸盐，硅酸盐与空气中的二氧化碳反应形成硅酸溶胶，随着水分的蒸发，脱水形成无机硅氧链网状大分子，提高粘结剂的韧性，降低脆性；二氧化硅与氧化铝在高温下生成莫来石，莫来石具有膨胀均匀、热震稳定性极好、高温蠕变值小、硬度大，提高了粘结剂的耐高温性、耐腐蚀性；有机改性剂具有良好的造膜性，形成的膜具有优异的接着力，能够提高高温粘结剂在常温下的成膜性。

本发明一种磷硅酸铝的高温粘结剂及其制备方法，制备得到的磷硅酸铝的高温粘结剂用于橡胶、塑料、涂料、陶瓷、合成材料等领域，经检测，本发明磷硅酸铝的高温粘结剂的各项参数为：固化温度为：25±5℃、表干时间为：16-17h、实干时间为：25-26h、粘结强度≥10MPa、耐水性（3%，NaCl) 504h、耐冲击性50cm、柔韧性1mm。

具体实施方式

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

下述实施例所用的材料具体为：所述磷酸可以是分析纯的磷酸、化学纯的磷酸、工业磷酸；

所述磷酸二氢铝的制备方法为：将氢氧化铝粉体调成浆料，然后加入磷酸，在20～120℃、20～500r/min条件下反应至透明，即得所述的磷酸二氢铝；具体地，磷酸二氢铝是指磷酸二氢铝的水溶液，制备磷酸二氢铝时，每份磷酸中氢氧化铝的添加量为0.22份，水的添加量为2.5份。

下述实施例中按GB/T1732-93的规定检测耐冲击强度；按照GB/T1731-1993的规定检测柔韧性，按照GB/T31541-2019的规定检测粘结强度。

实施例1

一种磷硅酸铝的高温粘结剂，所述磷硅酸铝的高温粘结剂由以下重量份的组分组成：磷酸二氢铝44份、硅酸锌7份、氧化锰36份、磷酸11份、天然二氧化硅0.05份、聚乙烯醇0.05份、高岭土0.06份、增稠剂0.001份；

一种磷硅酸铝的高温粘结剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）按配方称取组成磷硅酸铝的高温粘结剂的各原料，混合，得到混合原料；

（2）在300r/min的条件下高速分散所述混合原料0.5h，再在500r/min的条件下高速分散所述混合原料0.5h，即得磷硅酸铝的高温粘结剂。

上述实施例制备得到的磷硅酸铝的高温粘结剂在钢板材料上的应用，具体的使用方法为：将高温粘结剂刷涂在钢板表面；

经检测，上述实施例制备得到的磷硅酸铝的高温粘结剂的各项参数为：

实施例2

一种磷硅酸铝的高温粘结剂，所述磷硅酸铝的高温粘结剂由以下重量份的组分组成：磷酸二氢铝45份、硅酸锂5份、金属和/或金属氧化物40份、磷酸10份、气相二氧化硅0.1份、聚乙烯醇0.01份、膨润土0.05份、助剂0.004份；

所述金属和/或金属氧化物包括35重量份的氧化铝、5重量份的氧化锆，共计40重量份；

所述助剂包括0.001重量份的分散剂、0.001重量份的消泡剂、0.002重量份的硅烷偶联剂，共计0.004重量份；

一种磷硅酸铝的高温粘结剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）按配方称取组成磷硅酸铝的高温粘结剂的各原料，混合，得到混合原料；

（2）在300r/min的条件下高速分散所述混合原料0.5h，再在500r/min的条件下高速分散所述混合原料0.5h，即得磷硅酸铝的高温粘结剂。

上述实施例制备得到的磷硅酸铝的高温粘结剂在钢板材料上的应用，具体的使用方法为：将高温粘结剂刷涂在钢板表面；

经检测，上述实施例制备得到的磷硅酸铝的高温粘结剂的各项参数为：

实施例3

一种磷硅酸铝的高温粘结剂，所述磷硅酸铝的高温粘结剂由以下重量份的组分组成：磷酸二氢铝45份、硅酸铝5份、金属和/或金属氧化物40份、磷酸10份、硅溶胶0.02份、羧甲基纤维素0.01份、橄榄石1份、助剂0.004份；

所述金属和/或金属氧化物包括35重量份的氧化铝、5重量份的氧化铁，共计40重量份；

所述助剂包括0.001重量份的分散剂、0.001重量份的消泡剂、0.002重量份的硅烷偶联剂，共计0.004重量份；

一种磷硅酸铝的高温粘结剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）按配方称取组成磷硅酸铝的高温粘结剂的各原料，混合，得到混合原料；

（2）在300r/min的条件下高速分散所述混合原料0.5h，再在500r/min的条件下高速分散所述混合原料0.5h，即得磷硅酸铝的高温粘结剂。

上述实施例制备得到的磷硅酸铝的高温粘结剂在钢板材料上的应用，具体的使用方法为：将高温粘结剂刷涂在钢板表面；

经检测，上述实施例制备得到的磷硅酸铝的高温粘结剂的各项参数为：

实施例4

一种磷硅酸铝的高温粘结剂，所述磷硅酸铝的高温粘结剂由以下重量份的组分组成：磷酸二氢铝42份、硅酸钾7份、金属和/或金属氧化物32份、磷酸11份、玻璃粉0.2份、聚乙烯醇0.05份、球黏土0.04份、助剂0.006份；

所述金属和/或金属氧化物包括30重量份的氧化锌、2重量份的镁，共计32重量份；

所述助剂包括0.002重量份的消泡剂、0.002重量份的润湿剂、0.002重量份的增稠剂，共计0.004重量份；

一种磷硅酸铝的高温粘结剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）按配方称取组成磷硅酸铝的高温粘结剂的各原料，混合，得到混合原料；

（2）在500r/min的条件下高速分散所述混合原料0.5h，再在800r/min的条件下高速分散所述混合原料0.6h，即得磷硅酸铝的高温粘结剂。

上述实施例制备得到的磷硅酸铝的高温粘结剂在钢板材料上的应用，具体的使用方法为：将高温粘结剂刷涂在钢板表面；

经检测，上述实施例制备得到的磷硅酸铝的高温粘结剂的各项参数为：

实施例5

一种磷硅酸铝的高温粘结剂，所述磷硅酸铝的高温粘结剂由以下重量份的组分组成：磷酸二氢铝40～45份、硅酸铜5～10份、氧化锰38份、磷酸12份、硅微粉5份、有机硅2份、高岭土0.08份、润湿剂0.003份；

一种磷硅酸铝的高温粘结剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）按配方称取组成磷硅酸铝的高温粘结剂的各原料，混合，得到混合原料；

（2）在400r/min的条件下高速分散所述混合原料0.6h，再在500r/min的条件下高速分散所述混合原料0.5h，即得磷硅酸铝的高温粘结剂。

上述实施例制备得到的磷硅酸铝的高温粘结剂在钢板材料上的应用，具体的使用方法为：将高温粘结剂刷涂在钢板表面；

经检测，上述实施例制备得到的磷硅酸铝的高温粘结剂的各项参数为：

实施例6

一种磷硅酸铝的高温粘结剂，所述磷硅酸铝的高温粘结剂由以下重量份的组分组成：磷酸二氢铝40份、硅酸镁6份、氧化锆35份、磷酸10份、气相二氧化硅0.01份、有机硅2份、重晶石0.01份、分散剂0.001份；

一种磷硅酸铝的高温粘结剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）按配方称取组成磷硅酸铝的高温粘结剂的各原料，混合，得到混合原料；

（2）在500r/min的条件下高速分散所述混合原料0.5h，再在800r/min的条件下高速分散所述混合原料0.5h，即得磷硅酸铝的高温粘结剂。

上述实施例制备得到的磷硅酸铝的高温粘结剂在钢板材料上的应用，具体的使用方法为：将高温粘结剂刷涂在钢板表面；

经检测，上述实施例制备得到的磷硅酸铝的高温粘结剂的各项参数为：

实施例7

一种磷硅酸铝的高温粘结剂，所述磷硅酸铝的高温粘结剂由以下重量份的组分组成：磷酸二氢铝42份、硅酸铁6份、氧化锶38份、磷酸11.5份、天然石英石0.06份、聚丙烯酸钠0.03份、膨润土0.06份、消泡剂0.009份；

一种磷硅酸铝的高温粘结剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）按配方称取组成磷硅酸铝的高温粘结剂的各原料，混合，得到混合原料；

（2）在400r/min的条件下高速分散所述混合原料1h，即得磷硅酸铝的高温粘结剂。

上述实施例制备得到的磷硅酸铝的高温粘结剂在钢板材料上的应用，具体的使用方法为：将高温粘结剂刷涂在钢板表面；

经检测，上述实施例制备得到的磷硅酸铝的高温粘结剂的各项参数为：

实施例8

一种磷硅酸铝的高温粘结剂，所述磷硅酸铝的高温粘结剂由以下重量份的组分组成：磷酸二氢铝45份、硅酸钠5份、氧化铝40份、磷酸12份、硅溶胶0.02份、聚乙烯醇0.01份、膨润土0.01份、助剂0.004份；

所述助剂包括0.001重量份的分散剂、0.001重量份的消泡剂、0.002重量份的硅烷偶联剂，共计0.004重量份；；

一种磷硅酸铝的高温粘结剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）按配方称取组成磷硅酸铝的高温粘结剂的各原料，混合，得到混合原料；

（2）在800r/min的条件下高速分散所述混合原料1h，即得磷硅酸铝的高温粘结剂。

上述实施例制备得到的磷硅酸铝的高温粘结剂在钢板材料上的应用，具体的使用方法为：将高温粘结剂刷涂在钢板表面；

经检测，上述实施例制备得到的磷硅酸铝的高温粘结剂的各项参数为：

对比例1

一种磷硅酸铝的高温粘结剂，所述磷硅酸铝的高温粘结剂由以下重量份的组分组成：磷酸二氢铝45份、氧化铝40份、磷酸12份、硅溶胶0.02份、聚乙烯醇0.01份、膨润土0.01份、助剂0.004份；

所述助剂包括0.001重量份的分散剂、0.001重量份的消泡剂、0.002重量份的硅烷偶联剂，共计0.004重量份；

一种磷硅酸铝的高温粘结剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）按配方称取组成磷硅酸铝的高温粘结剂的各原料，混合，得到混合原料；

（2）在800r/min的条件下高速分散所述混合原料1h，即得磷硅酸铝的高温粘结剂。

和实施例8相比，对比例1中未加入硅酸钠；

上述实施例制备得到的磷硅酸铝的高温粘结剂在钢板材料上的应用，具体的使用方法为：将高温粘结剂刷涂在钢板表面；

经检测，上述实施例制备得到的磷硅酸铝的高温粘结剂的各项参数为：

对比例2

一种磷硅酸铝的高温粘结剂，所述磷硅酸铝的高温粘结剂由以下重量份的组分组成：磷酸二氢铝45份、硅酸钠5份、氧化铝40份、磷酸12份、聚乙烯醇0.01份、膨润土0.01份、助剂0.004份；

所述助剂包括0.001重量份的分散剂、0.001重量份的消泡剂、0.002重量份的硅烷偶联剂，共计0.004重量份；

一种磷硅酸铝的高温粘结剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）按配方称取组成磷硅酸铝的高温粘结剂的各原料，混合，得到混合原料；

（2）在800r/min的条件下高速分散所述混合原料1h，即得磷硅酸铝的高温粘结剂。

和实施例8相比，对比例2中未加入硅溶胶；

上述实施例制备得到的磷硅酸铝的高温粘结剂在钢板材料上的应用，具体的使用方法为：将高温粘结剂刷涂在钢板表面；

经检测，上述实施例制备得到的磷硅酸铝的高温粘结剂的各项参数为：

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种磷硅酸铝的高温粘结剂，其特征在于，所述磷硅酸铝的高温粘结剂由以下重量份的组分组成：磷酸二氢铝40～45份、硅酸盐5～10份、金属和/或金属氧化物35～40份、磷酸10～12份、二氧化硅0.01～10份、有机改性剂0.01～10份、天然矿粉0.01～10份、助剂0.001～0.01份；

所述金属和/或金属氧化物为铝、铁、镁、铜、氧化铁、氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化钙、氧化铜、氧化锰、氧化锌、氧化钛、氧化锶中的一种或者一种以上的混合物；所述的金属和/或金属氧化物为粉体；

所述有机改性剂为羧甲基纤维素、聚乙烯醇、有机硅、聚丙烯酸钠中的一种或者一种以上的混合物。

2.根据权利要求1所述的一种磷硅酸铝的高温粘结剂，其特征在于，所述磷硅酸铝的高温粘结剂由以下重量份的组分组成：磷酸二氢铝42～45份、硅酸盐6～10份、金属和/或金属氧化物37～40份、磷酸11～12份、二氧化硅2～10份、有机改性剂0.05～10份、天然矿粉0.03～10份、助剂0.002～0.01份。

3.根据权利要求1所述的一种磷硅酸铝的高温粘结剂，其特征在于，所述磷硅酸铝的高温粘结剂由以下重量份的组分组成：磷酸二氢铝43份、硅酸盐8份、金属和/或金属氧化物38份、磷酸11.5份、二氧化硅4份、有机改性剂2份、天然矿粉0.05份、助剂0.005份。

4.根据权利要求1所述的一种磷硅酸铝的高温粘结剂，其特征在于，所述磷酸二氢铝的制备方法为：将氢氧化铝粉体调成浆料，然后加入磷酸，在20～120℃、20～500r/min条件下反应至透明，即得所述的磷酸二氢铝；具体地，磷酸二氢铝是指磷酸二氢铝的水溶液，制备磷酸二氢铝时，每份磷酸中氢氧化铝的添加量为0.22份，水的添加量为2.5份。

5.根据权利要求1所述的一种磷硅酸铝的高温粘结剂，其特征在于，所述的二氧化硅为天然石英石、天然二氧化硅、沉淀二氧化硅、玻璃粉、硅溶胶、硅微粉、气相二氧化硅中的一种或者一种以上的混合物。

6.根据权利要求1所述的一种磷硅酸铝的高温粘结剂，其特征在于，所述的硅酸盐为硅酸铝、硅酸铁、硅酸镁、硅酸钙、硅酸钾、硅酸钠、硅酸锂、硅酸钡、硅酸铬、硅酸钛、硅酸锰、硅酸锌、硅酸铜中的一种或者一种以上的混合物。

7.根据权利要求1所述的一种磷硅酸铝的高温粘结剂，其特征在于，所述的天然矿物粉为：高岭土、膨润土、重晶石、球黏土、橄榄石中的一种或者一种以上的混合物。

8.根据权利要求1所述的一种磷硅酸铝的高温粘结剂，其特征在于，所述助剂为消泡剂、分散剂、润湿剂、增稠剂、偶联剂、杀菌剂、防沉剂、防腐剂、颜料中的一种或者多种。

9.权利要求1-8任意一项所述的一种磷硅酸铝的高温粘结剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）按配方称取组成磷硅酸铝的高温粘结剂的各原料，混合，得到混合原料；

（2）在200～6000r/min的条件下高速分散所述混合原料0.8～1.2h，即得磷硅酸铝的高温粘结剂。