[发明专利]一种改性硅酸盐复合粘结剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种改性硅酸盐复合粘结剂及其制备方法与应用，其中改性硅酸盐复合粘结剂包含使用不同的硅、硼、铝、钛、锆的前驱体对碱金属硅酸盐进行改性，从而制得改性硅酸盐，并对其水化，得到改性硅酸盐复合粘结剂。本发明与现有的硅酸盐粘结剂相比，固化收缩率小，能够直接作为粘结剂或涂料应用于金属基材或其他无机非金属基材上；耐热极限更高，通过添加非硅元素的掺杂改性，如铝、钛及锆，其耐热性能更高。

技术领域

本发明涉及防腐涂覆材料粘结剂领域，尤其涉及一种改性硅酸盐复合粘结剂及其制备方法。该粘结剂可以应用于包括耐高温涂料、陶瓷涂层、陶瓷材料、高温窑炉修补料、定形或不定形耐火材料、阻燃涂层、耐高温胶黏剂等领域，尤其适用于高温环境下金属材料长期的腐蚀防护。

背景技术

随着工业对于高温环境下作业的材料、结构等的要求越来越高，人们开发了各种各样的用于金属防腐的高温防护涂层，从传统意义上的单层涂层到多层复合梯度涂层，涂层材料由单纯的金属材料到现在的陶瓷涂层及金属材料和陶瓷材料的复合型涂层，并赋予涂层材料防腐蚀、抗氧化保护以及某些特殊功能等。

涂层材料由单纯的铝化物涂层发展到现在的陶瓷热障涂层技术，施工方法也从简单的浸渍铝、加热渗铝技术到今天的低压等离子喷涂，物理或化学气相沉积等方法。尽管这些材料及工艺制备得到的涂层耐高温、抗氧化、防腐蚀性能都很优越，但是其原材料及施工设备成本高昂，大面积施工困难，对于大规模的工业化应用仍然不具有实际意义。基于上述原因，能够通过传统的空气喷涂，在较低温度甚至是常温下成膜且能够耐受高温的粘结剂成为高温防护领域发展的瓶颈问题，这也引起了广大研究人员的兴趣。

目前，能够初步满足以上条件的粘结剂主要有磷酸盐、溶胶和硅酸盐等几大类。一般常用的磷酸盐粘结剂有磷酸二氢铝、磷酸二氢镁及磷酸二氢锌，其较强的酸性(pH＝1～2)限制了其在金属基材上的应用，另外，其制成的涂层材料均需烘烤成膜，烘烤成膜的固化过程极大的限制了在工业上的大规模应用。常用的溶胶类粘结剂有硅溶胶、铝溶胶、钛溶胶、锆溶胶等。它们作为成膜物质时，得到的涂膜具有耐酸碱、耐高温、耐磨损等优越的性能，但是由于其本身性质所限，单独的溶胶类粘结剂很难成膜，需要与其他成膜物质配合使用。

常用于防腐涂层材料的碱金属硅酸盐粘结剂为不同模数的硅酸钠、硅酸钾和硅酸锂的水溶液。由于碱金属种类和模数(二氧化硅和碱金属氧化物的摩尔比，简称模数)的不同，碱金属硅酸盐类粘结剂的性能也略有不同，其均具有低温甚至常温成膜、成本低廉、环保无污染等优点，缺点均是脆性大、易吸水、耐酸性较差、涂层致密性较差、固化收缩率大及固化时间长等，但该类粘结剂能够常温成膜且在较高温度下稳定存在的性能使其具备极大的开发价值。

普通市售碱金属硅酸盐的模数一般为2.8～4.0。无论是哪种碱金属的硅酸盐粘结剂，随着模数的升高其脆性变大，储存稳定性变差、固化收缩率也变大，成膜过程中极易开裂，但其常温固化性能和耐水性性能极大的提升，对于制成的涂覆材料而言，因固化收缩率的提升造成的开裂问题是难以回避的。

鉴于此，各类改性方法被开发出来，如专利CN 1362940 A公开的改性方法为添加纳米粉体及聚硅氧烷来改性，改善其储存稳定性，能够稳定存在三个月以上，且其制成的涂层材料具有耐酸、耐候及耐高温性能。如专利CN 104177877 A 通过添加二氧化硅纤维及硅溶胶改性，使其制成的涂层材料兼具耐高温性能和柔韧性，上述专利中均未提及使用该类粘结剂时涂层材料在固化收缩后涂膜的开裂问题该如何解决。如申请号为CN201610781579.9的专利中添加了乳液来提高涂膜的柔韧性及粘结力同时防止絮凝，该专利虽能较为稳妥的解决开裂问题，但因加入了乳液导致涂层的耐温性能大幅度下降。

因此，开发出能够耐受高温且在固化过程中不开裂的硅酸盐粘结剂具有重要的实际意义及广阔的市场前景。

发明内容