CN115058213A - 一种耐水固化剂及其制备方法和应用 - Google Patents

一种耐水固化剂及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐水固化剂及其制备方法和应用，组分按质量份数包括：磷酸硅30‑50份、粉煤灰1‑5份和填料20‑30份，所述磷酸硅由磷酸和预处理火山玻璃混合加热而成。本发明所述的一种耐水固化剂及其制备方法和应用，使得经过预处理的火山玻璃可替代硅胶作为制备磷酸硅的硅源，由磷酸和预处理火山玻璃混合加热制备而成的磷酸硅与以硅胶作为硅源的磷酸硅相比，具备优异的防水性和折断强度，且火山玻璃价格低廉，降低耐水固化剂生产成本，易于推广使用；通过在粉煤灰、硅微粉与磷酸硅进行搅拌混合的过程中对其进行加压作业，使其颗粒间接触表面增加，颗粒间靠吸附力团聚和密集，使固化剂具有较好耐久性。

Description

一种耐水固化剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及水玻璃粘结剂制备技术领域，特别涉及一种水玻璃粘结剂生产过程中用于提升水玻璃粘结剂耐水性能的耐水固化剂及其制备方法和应用。
背景技术
固化剂又名硬化剂、熟化剂或变定剂，是一类增进或控制固化反应的物质或混合物。固化剂是固化反应过程中必不可少的添加物，无论是粘接剂、涂料，还是浇注料等，在制备过程中都需添加固化剂。
水玻璃又称硅酸盐水溶液，根据其碱金属种类不同，分为钠水玻璃、钾水玻璃、锂水玻璃、季铵水玻璃。钠水玻璃因其制造简单、价格便宜，绿色环保、耐酸、耐高温等优点被广泛应用于涂料、防火材料、炉窑内衬、陶瓷、金属防腐、纸箱、灌浆材料、铸造材料等领域，是应用最为广泛的无机粘结剂之一。但水玻璃由于在硬化物中残留着吸水性较强的碱金属氧化物及水溶性的硅酸钠，因而耐水性能差，不适应在长期潮湿的环境中使用，不能承受热水、沸水的冲击，限制了该胶粘剂的应用范围。
目前，常采用磷酸盐中的磷酸硅固化剂来提高水玻璃粘结剂的耐水性，磷酸硅固化剂一般由硅胶作为硅源与磷酸加热混合制得，但以硅胶作为的硅源制备的耐水固化剂成本较高，不易于推广应用。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种耐水固化剂及其制备方法和应用，可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种耐水固化剂，按质量份数，该耐水固化剂各原料组分包括：磷酸硅30-50份、粉煤灰1-5份和填料20-30份，所述磷酸硅由磷酸和预处理火山玻璃混合加热而成。
作为本发明的进一步优化方案，所述预处理火山玻璃的处理方法包括以下步骤：
步骤A1：将火山玻璃破碎并经研磨机研磨，得到粒度小于10μm的火山玻璃粉碎物；
步骤A2：将步骤A1中得到火山玻璃粉碎物浸泡于盐酸中1-2h,经过滤、洗涤、干燥后获得预处理火山玻璃。
一种耐水固化剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤B1：称取一定量预处理火山玻璃，按SiO2/P2O5摩尔比在1.5-2.0之间称取磷酸和预处理火山玻璃，充分混合获得混合物A；
步骤B2：将混合物A放入马福炉中，100-200℃加热反应30-60分钟，然后升温到600℃-700℃之间,反应30-40分钟,获得磷酸硅；
步骤B3：按上述质量份数称取粉煤灰和填料，并将称取的粉煤灰和填料加入磷酸硅内，加压、搅拌混合,获得耐水固化剂。
作为本发明的进一步优化方案，所述填料为硅微粉。
作为本发明的进一步优化方案，所述步骤B3中加压强度为16MPa。
作为本发明的进一步优化方案，所述步骤B1中磷酸浓度为85％。
一种水玻璃粘结剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤C1：将上述耐水固化剂与水玻璃按质量比例(2.5-4)：5混合均匀；
步骤C2：针对不同粘度水玻璃，在固化剂加入过程中，加入水调节浆料的粘度，以使水玻璃和固化剂能够充分混合均匀为准；
步骤C3：将步骤C2所得到的浆料室温放置2小时，再60℃加热8小时，即可得到具有耐水性的水玻璃粘结剂。
作为本发明的进一步优化方案，上述步骤C1中的水玻璃采用钠水玻璃。
一种水玻璃粘结剂，所述水玻璃粘结剂由上述水玻璃粘结剂的制备方法制备获得。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明中，通过对火山玻璃进行破碎研磨处理，并利用盐酸对其进行浸泡，使得经过预处理的火山玻璃可替代硅胶作为制备磷酸硅的硅源，使得由磷酸和预处理火山玻璃混合加热制备而成的磷酸硅与以硅胶作为硅源的磷酸硅相比，具备优异的防水性和折断强度，且火山玻璃价格低廉，降低耐水固化剂生产成本，易于推广使用。
2、本发明中，通过在粉煤灰、硅微粉与磷酸硅进行搅拌混合的过程中对其进行加压作业，使其颗粒间接触表面增加，颗粒间靠吸附力团聚和密集，使固化剂具有较好的物理力学性能和耐久性。
具体实施方式
下面对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。
实施例1
一种耐水固化剂，按质量份数，该耐水固化剂各原料组分包括：磷酸硅30份、粉煤灰2份和硅微粉20份，磷酸硅由磷酸和预处理火山玻璃混合加热而成。
将火山玻璃破碎并经研磨机研磨，得到粒度小于10μm的火山玻璃粉碎物；将得到火山玻璃粉碎物浸泡于盐酸中1.5h,经过滤、洗涤、干燥后获得预处理火山玻璃；称取一定量预处理火山玻璃，并用重量法测定出其中二氧化硅的含量,按SiO2/P2O5摩尔比1.5称取质量浓度为85％的磷酸和预处理火山玻璃，其中，摩尔比即为物质的量的比，物质的量之比乘以对应物质的相对分子质量再比，即可获得质量比；通过获得的质量比称取质量浓度为85％的磷酸和预处理火山玻璃，即可实现1.5的SiO2/P2O5摩尔比，充分混合获得混合物A；将混合物A放入马福炉中，100-200℃加热反应30-60分钟，然后升温到600℃-700℃之间,反应30-40分钟,获得磷酸硅；按上述质量份数称取粉煤灰和硅微粉，并将称取的粉煤灰和硅微粉加入磷酸硅内，加压、搅拌混合,获得耐水固化剂，其中加压强度为16MPa；
将上述耐水固化剂与钠水玻璃按质量比例3：5混合均匀；针对不同粘度水玻璃，在固化剂加入过程中，加入水调节浆料的粘度，以使水玻璃和固化剂能够充分混合均匀为准；将所得到的浆料室温放置2小时，再60℃加热8小时，即可得到具有耐水性的水玻璃粘结剂。
实施例2
一种耐水固化剂，按质量份数，该耐水固化剂各原料组分包括：磷酸硅50份、粉煤灰5份和硅微粉30份，磷酸硅由磷酸和预处理火山玻璃混合加热而成。
将火山玻璃破碎并经研磨机研磨，得到粒度小于10μm的火山玻璃粉碎物；将得到火山玻璃粉碎物浸泡于盐酸中1.5h,经过滤、洗涤、干燥后获得预处理火山玻璃；称取一定量预处理火山玻璃，并用重量法测定出其中二氧化硅的含量,按SiO2/P2O5摩尔比1.5称取质量浓度为85％的磷酸和预处理火山玻璃，其中，摩尔比即为物质的量的比，物质的量之比乘以对应物质的相对分子质量再比，即可获得质量比；通过获得的质量比称取质量浓度为85％的磷酸和预处理火山玻璃，即可实现1.5的SiO2/P2O5摩尔比，充分混合获得混合物A；将混合物A放入马福炉中，100-200℃加热反应30-60分钟，然后升温到600℃-700℃之间,反应30-40分钟,获得磷酸硅；按上述质量份数称取粉煤灰和硅微粉，并将称取的粉煤灰和硅微粉加入磷酸硅内，加压、搅拌混合,获得耐水固化剂，其中加压强度为16MPa；
将上述耐水固化剂与钠水玻璃按质量比例3：5混合均匀；针对不同粘度水玻璃，在固化剂加入过程中，加入水调节浆料的粘度，以使水玻璃和固化剂能够充分混合均匀为准；将所得到的浆料室温放置2小时，再60℃加热8小时，即可得到具有耐水性的水玻璃粘结剂。
实施例3
一种耐水固化剂，按质量份数，该耐水固化剂各原料组分包括：磷酸硅40份、粉煤灰3份和硅微粉25份，磷酸硅由磷酸和预处理火山玻璃混合加热而成。
将火山玻璃破碎并经研磨机研磨，得到粒度小于10μm的火山玻璃粉碎物；将得到火山玻璃粉碎物浸泡于盐酸中1.5h,经过滤、洗涤、干燥后获得预处理火山玻璃；称取一定量预处理火山玻璃，并用重量法测定出其中二氧化硅的含量，按SiO2/P2O5摩尔比1.5称取质量浓度为85％的磷酸和预处理火山玻璃，其中，摩尔比即为物质的量的比，物质的量之比乘以对应物质的相对分子质量再比，即可获得质量比；通过获得的质量比称取质量浓度为85％的磷酸和预处理火山玻璃，即可实现1.5的SiO2/P2O5摩尔比，充分混合获得混合物A；将混合物A放入马福炉中，100-200℃加热反应30-60分钟，然后升温到600℃-700℃之间,反应30-40分钟,获得磷酸硅；按上述质量份数称取粉煤灰和硅微粉，并将称取的粉煤灰和硅微粉加入磷酸硅内，加压、搅拌混合,获得耐水固化剂，其中加压强度为16MPa；
将上述耐水固化剂与钠水玻璃按质量比例3：5混合均匀；针对不同粘度水玻璃，在固化剂加入过程中，加入水调节浆料的粘度，以使水玻璃和固化剂能够充分混合均匀为准；将得到的浆料室温放置2小时，再60℃加热8小时，即可得到具有耐水性的水玻璃粘结剂。
实施例4
一种耐水固化剂，按质量份数，该耐水固化剂各原料组分包括：磷酸硅40份、粉煤灰3份和硅微粉25份，磷酸硅由磷酸和预处理火山玻璃混合加热而成。
将火山玻璃破碎并经研磨机研磨，得到粒度小于10μm的火山玻璃粉碎物；将得到火山玻璃粉碎物浸泡于盐酸中1.5h,经过滤、洗涤、干燥后获得预处理火山玻璃；称取一定量预处理火山玻璃，并用重量法测定出其中二氧化硅的含量,按SiO2/P2O5摩尔比在1.8之间称取质量浓度为85％的磷酸和预处理火山玻璃，其中，摩尔比即为物质的量的比，物质的量之比乘以对应物质的相对分子质量再比，即可获得质量比；通过获得的质量比称取质量浓度为85％的磷酸和预处理火山玻璃，即可实现1.5的SiO2/P2O5摩尔比，充分混合获得混合物A；将混合物A放入马福炉中，100-200℃加热反应30-60分钟，然后升温到600℃-700℃之间,反应30-40分钟,获得磷酸硅；按上述质量份数称取粉煤灰和硅微粉，并将称取的粉煤灰和硅微粉加入磷酸硅内，加压、搅拌混合,获得耐水固化剂，其中加压强度为16MPa；
将上述耐水固化剂与钠水玻璃按质量比例3：5混合均匀；针对不同粘度水玻璃，在固化剂加入过程中，加入水调节浆料的粘度，以使水玻璃和固化剂能够充分混合均匀为准；将得到的浆料室温放置2小时，再60℃加热8小时，即可得到具有耐水性的水玻璃粘结剂。
对比例1
一种耐水固化剂，按质量份数，该耐水固化剂各原料组分包括：磷酸硅40份、粉煤灰3份和硅微粉25份，磷酸硅由磷酸和预处理火山玻璃混合加热而成。
将火山玻璃破碎并经研磨机研磨，得到粒度小于10μm的火山玻璃粉碎物；将得到火山玻璃粉碎物浸泡于盐酸中1.5h,经过滤、洗涤、干燥后获得预处理火山玻璃；称取一定量预处理火山玻璃，并用重量法测定出其中二氧化硅的含量,按SiO2/P2O5摩尔比在1.8之间称取质量浓度为85％的磷酸和预处理火山玻璃，其中，摩尔比即为物质的量的比，物质的量之比乘以对应物质的相对分子质量再比，即可获得质量比；通过获得的质量比称取质量浓度为85％的磷酸和预处理火山玻璃，即可实现1.5的SiO2/P2O5摩尔比，充分混合获得混合物A；将混合物A放入马福炉中，100-200℃加热反应30-60分钟，然后升温到600℃-700℃之间,反应30-40分钟,获得磷酸硅；按上述质量份数称取粉煤灰和硅微粉，并将称取的粉煤灰和硅微粉加入磷酸硅内，搅拌混合,获得耐水固化剂；
将上述耐水固化剂与钠水玻璃按质量比例3：5混合均匀；针对不同粘度水玻璃，在固化剂加入过程中，加入水调节浆料的粘度，以使水玻璃和固化剂能够充分混合均匀为准；将得到的浆料室温放置2小时，再60℃加热8小时，即可得到具有耐水性的水玻璃粘结剂。
对比例2
一种耐水固化剂，按质量份数，该耐水固化剂各原料组分包括：磷酸硅40份、粉煤灰3份和硅微粉25份，磷酸硅由磷酸和硅胶混合加热而成。
称取一定量硅胶，按SiO2/P2O5摩尔比在1.8之间称取质量浓度为85％的磷酸和硅胶，其中，摩尔比即为物质的量的比，物质的量之比乘以对应物质的相对分子质量再比，即可获得质量比；通过获得的质量比称取质量浓度为85％的磷酸和硅胶，即可实现1.5的SiO2/P2O5摩尔比，充分混合获得混合物A；将混合物A放入马福炉中，100-200℃加热反应30-60分钟，然后升温到600℃-700℃之间,反应30-40分钟,获得磷酸硅；按上述质量份数称取粉煤灰和硅微粉，并将称取的粉煤灰和硅微粉加入磷酸硅内，加压、搅拌混合,获得耐水固化剂，其中加压强度为16MPa；
将上述耐水固化剂与钠水玻璃按质量比例3：5混合均匀；针对不同粘度水玻璃，在固化剂加入过程中，加入水调节浆料的粘度，以使水玻璃和固化剂能够充分混合均匀为准；将得到的浆料室温放置2小时，再60℃加热8小时，即可得到具有耐水性的水玻璃粘结剂。
将实施例1-4和对比例1-2得到的固化剂分别与钠水玻璃混合，得到的耐水性的水玻璃粘结剂用于用作粘结珍珠岩，其中珍珠岩压模成型,规格为Ф5cm×1cm的圆块，室温下放置48小时后进进防水性及抗折强度实验；取大小为10cmx l0cm x1cm的石块，先在200℃干燥1小时,将实施例1-4和对比例1-2得到的固化剂分别与钠水玻璃混合，得到的水玻璃粘结剂涂满整石块个表面，在室温下放置7天，然后把它们放入水中浸泡24小时后取出，测出石块的吸水率。
项目 防水性 吸水率(％) 折断强度(kg/cm<sup>3</sup>)
实施例1 浸30d无变化 2.6 3.5
实施例2 浸30d无变化 2.6 3.5
实施例3 浸30d无变化 2.5 3.7
实施例4 浸30d无变化 2.4 3.7
对比例1 浸30d有断裂 11.4 2.7
对比例2 浸30d有断裂 12.1 2.6
综合以上实验数据，得出以下结论：
由实施例4和对比例1-2可知，在粉煤灰、硅微粉与磷酸硅进行搅拌混合的过程中对其进行加压作业，使其颗粒间接触表面增加，颗粒间靠吸附力团聚和密集，使固化剂具有较好的物理力学性能和耐久性；而对于由磷酸和预处理火山玻璃混合加热制备而成的磷酸硅与以硅胶作为硅源的磷酸硅相比，具备优异的防水性和折断强度，且火山玻璃价格低廉，易于推广使用。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种耐水固化剂，其特征在于：按质量份数，该耐水固化剂各原料组分包括：磷酸硅30-50份、粉煤灰1-5份和填料20-30份，所述磷酸硅由磷酸和预处理火山玻璃混合加热而成。
2.根据权利要求1所述的一种耐水固化剂，其特征在于：所述预处理火山玻璃的处理方法包括以下步骤：
步骤A1：将火山玻璃破碎并经研磨机研磨，得到粒度小于10μm的火山玻璃粉碎物；
步骤A2：将步骤A1中得到火山玻璃粉碎物浸泡于盐酸中1-2h,经过滤、洗涤、干燥后获得预处理火山玻璃。
3.一种如权利要求1-2任一所述的耐水固化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤B1：称取一定量预处理火山玻璃，按SiO2/P2O5摩尔比在1.5-2.0之间称取磷酸和预处理火山玻璃，充分混合获得混合物A；
步骤B2：将混合物A放入马福炉中，100-200℃加热反应30-60分钟，然后升温到600℃-700℃之间,反应30-40分钟,获得磷酸硅；
步骤B3：按上述质量份数称取粉煤灰和填料，并将称取的粉煤灰和填料加入磷酸硅内，加压、搅拌混合,获得耐水固化剂。
4.根据权利要求3所述的一种耐水固化剂的制备方法，其特征在于：所述填料为硅微粉。
5.根据权利要求3所述的一种耐水固化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤B3中加压强度为16MPa。
6.根据权利要求3所述的一种耐水固化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤B1中磷酸浓度为85％。
7.一种水玻璃粘结剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤C1：将权利要求1-2任一所述的耐水固化剂与水玻璃按质量比例(2.5-4)：5混合均匀；
步骤C2：针对不同粘度水玻璃，在固化剂加入过程中，加入水调节浆料的粘度，以使水玻璃与固化剂能够充分混合均匀为准；
步骤C3：将步骤C2所得到的浆料室温放置2小时，再60℃加热8小时，即可得到具有耐水性的水玻璃粘结剂。
8.根据权利要求7所述的一种水玻璃粘结剂的制备方法，其特征在于：上述步骤C1中的水玻璃采用钠水玻璃。
9.一种水玻璃粘结剂，其特征在于，所述水玻璃粘结剂由如权利要求7所述方法制备获得。
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