[发明专利]用于复合材料的无机粘结材料体系

说明书

发明领域

本发明涉及具有金属硼酸盐作为硬化剂组分和碱金属硅酸盐作为粘结剂组分的无机粘结材料体系，以及使用本发明的粘结材料体系生产粘结剂或复合材料的方法。

技术背景

粘结剂主要用于将细分的固体粘结在一起。通过这种方式粘结的固体可以是填料或功能性物质。所述填料主要用于增加物质混合物的体积而不改变该物质混合物的基本性质，所述功能性物质主要用于赋予物质混合物特定性质。

粘结材料体系的典型操作模式是基于粘结剂组分(粘结剂)与硬化剂组分(硬化剂)的反应，形成其中粘结有固体的或多或少能快速固结或硬化的粘结剂。

粘结材料体系是指具有至少一种粘结剂和至少一种硬化剂的多组分体系或组合，该体系或组合能互相反应形成粘结剂。最后，术语“粘结剂”表示从粘结剂与硬化剂的反应得到的物质或材料。

粘结剂与其中粘结的填料的组合被称为复合物。这种复合物可作为具有所需形状的三维成形体形成，并固化成这种形式。但是，也可将粘结剂与其中粘结的固体的组合施涂于基板，从而在固化之后在该基板上形成与之牢固结合的涂层。

现有技术中已知：无机粘结材料体系是基于可溶性或溶解的硅酸盐形式的粘结剂与合适硬化剂反应的。对于灰浆和水泥，通常使用单组分粘结剂，其中将粉末状硅酸盐形式的粘结剂与类似粉末状的硬化剂以及类似粉末状的填料或功能性物质混合。

在双组分体系的情况中，通常以溶解于水中的硅酸盐(水玻璃)形式将粘结剂加入硬化剂与待粘结的填料或功能性物质的混合物中，并混合。硬化剂可以是液体也可以是固体。同样可以将水玻璃加入待粘结的填料或功能性物质中，然后用二氧化碳(CO₂)气体处理该体系。

文献中所述的常用硅酸盐硬化剂是二氧化碳、氟硅酸盐、碳酸酯、乙交酯、和各种金属磷酸盐。尤其是在文献中，长期以来已知通式为[Al(PO₃)₃]_n的聚合磷酸铝是用于碱金属硅酸盐的硬化剂。

在DE 2 443 717 A1中，参考两份之前的日本专利说明书，报告了使用金属硼酸盐和硼酸来固化用于无机涂层的水溶性硅酸盐。但是，该之前所述的硬化剂的缺陷在于，所生产的粘结剂的耐水性和耐化学品性能不足。

因此，在DE 2 4432 717 A1中，建议使用在300-1500℃煅烧的由以下组分组成的混合物来代替之前所述的硬化剂：来自元素周期表第II-VIII主族的硼酸盐、硼酸、氧化硼，和金属磷酸盐、硅酸盐、氧化物、氢氧化物、碳酸盐、硫酸盐和硝酸盐。但是，使用这些硬化剂的粘结材料体系具有以下缺点：煅烧使得反应性剧烈降低，以至于所得材料的适用期事实上只能采用手动加工。尤其是对于高速工业工艺，例如生产成形体，适用期过长。

DE 2 433 717 A1中要求权利的体系的缺点还有，硼酸盐的生产很费力而且耗能多，因为所列出的大部分硼酸盐无法商购，生产必需使用的原料不容易获取。而且，必需的煅烧温度通常为1000℃或甚至更高，或者，在较低温度进行了热处理的混合物需要长达5小时的非常长的必需驻留时间。这是非常不经济的，导致硬化剂的生产成本很高。要求权利的硬化剂/粘结剂质量比范围为大于1，这也使得这种粘结材料体系非常昂贵，因此是不经济的。

在EP 1 205 439 A1中描述了使用通式为2ZnO·mB₂O₃·xH₂O的硼酸锌作为用于水玻璃的硬化剂，在这种通式中，m可以是2.8-3.2范围内的数字，x不大于4。水含量x小于4的硼酸锌的反应性比较差。这是不利的，因为低反应性导致硬化时间太长，尤其是对于高速工业工艺，例如生产成形体。

在DE 3043856中描述了一种用于耐火工段的基于硅酸盐的粘结剂制剂。这种制剂包含5-60％的碱金属硅酸盐，5-50％的二价或三价金属的酸式磷酸盐，5-50％的硼酸盐、氧化硼或硼酸，1-70％的硅酸，0.1-80％的反应性氧化铝，以及1-5％的可离子交换的硅酸铝。该粘结剂首先通过凝胶形成方式反应，然后转化成溶胶并形成结合。由于这种反应路径以及总体组合物可适当地用于耐火工段中，该粘结剂的反应性比较低，因此固结时间过长，尤其是对于高速工业工艺，例如生产成形体。

发明内容

本发明的目的是提供具有高反应性、由此具有短的固结和硬化时间的粘结材料体系，该体系尤其适合用于高速工业工艺，例如生产成形体。同时，该粘结材料体系使得由其获得的复合物具有高的耐水性、耐候化性和疏水性。根据所用填料，该复合物同样可实现高达750℃的耐高温性。