硅酸鹽基耐高溫膠黏劑的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用

吳明霞

（哈爾濱安宜泡沫制品有限公司，黑龍江 哈爾濱 150027）

1 硅酸鹽膠黏劑理化性能

硅酸鹽膠黏劑是由堿金屬氧化物和二氧化硅結(jié)合而成的可溶性硅酸鹽材料，南方多稱(chēng)水玻璃（下文簡(jiǎn)稱(chēng)為水玻璃），北方多稱(chēng)泡花堿。水玻璃中的二氧化硅和氧化物的物質(zhì)的量比，其數(shù)值一般在1.5～3.5之間。水玻璃模數(shù)越大，其粘結(jié)力越強(qiáng)，易于硬化成膜，但是水玻璃黏度增大，可操作性變差。大量實(shí)驗(yàn)證明模數(shù)為2.8的水玻璃綜合性能最佳。

2 硅酸鹽膠黏劑的特點(diǎn)

2.1 耐高溫性好

現(xiàn)今普適的有機(jī)膠黏劑在承受溫度的上限上無(wú)法突破200℃，而普通硅酸鹽的耐溫上限則可以達(dá)到900℃，若再經(jīng)過(guò)改良，耐溫上限可突破1000℃?？梢哉f(shuō)是膠黏劑中無(wú)法替代的巨擘。

2.2 環(huán)保無(wú)毒

隨著生態(tài)地球概念的提出，安建工程中的綠色、生態(tài)、以及環(huán)保、無(wú)毒，已經(jīng)成為了不可阻擋的趨勢(shì)。而有機(jī)膠黏劑的制作和使用中，這是一個(gè)十分艱巨的研究課題。但是硅酸鹽膠黏劑的誕生就將這一難題輕松化解，由于硅酸鹽膠黏劑的成分皆為無(wú)機(jī)物，使用的溶劑也是最為普通安全的水，在VOC的釋放含量檢測(cè)上也呈現(xiàn)百分百零釋放的成果，因此可以說(shuō)硅酸鹽膠黏劑是適應(yīng)安全環(huán)保無(wú)毒的首選。

2.3 工藝簡(jiǎn)單

目前市場(chǎng)上普遍使用的有機(jī)膠黏劑需要使用十分復(fù)雜的生產(chǎn)工藝才能達(dá)到質(zhì)量要求，不僅在制作過(guò)程中需要添加消泡劑、分散劑和穩(wěn)定劑等多種必須添加劑，有些有機(jī)膠黏劑還需要添加十幾種乃至數(shù)十種的外加劑，制作的工藝技術(shù)含量要求也非常高，而硅酸鹽膠黏劑的制作上只需要將各成分的配比把握好，進(jìn)行適當(dāng)?shù)幕旌蠑嚢杓纯沙霎a(chǎn)，生產(chǎn)工藝異常簡(jiǎn)便。

2.4 成本低廉

由于市場(chǎng)上現(xiàn)存的有機(jī)膠黏劑價(jià)格一般都在萬(wàn)元每噸左右，屬于成本比較高的消耗品，而硅酸鹽膠黏劑的成本價(jià)格為1500元每噸，同比其他有機(jī)膠黏劑，價(jià)格僅為十分之一上下，成本十分低廉。

2.5 粘結(jié)力低

由于市場(chǎng)上現(xiàn)存的有機(jī)粘結(jié)劑在使用中是以化學(xué)反映中的共價(jià)鍵進(jìn)行作用，因此可以說(shuō)有機(jī)膠黏劑的粘結(jié)作用力是十分強(qiáng)勁的。但是由于硅酸鹽膠黏劑在化學(xué)作用上屬于離子鍵作用，因此，硅酸鹽膠黏劑的粘結(jié)力屬于剛性結(jié)構(gòu)，因此粘結(jié)作用力就顯得相對(duì)較小。

2.6 耐水性差

離子化合物普遍存在分子活躍的性質(zhì)，當(dāng)硅酸鹽膠黏劑在作用時(shí)形成離子化合物的過(guò)程中，一旦遇到水，就會(huì)使膠黏劑中的鈉離子迅速游離到水分子中，使水分子與鈉離子進(jìn)行置換，進(jìn)而使膠黏劑的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變化，破壞膠黏劑的穩(wěn)定，因此，硅酸鹽膠黏劑普遍存在不耐水的缺點(diǎn)。

3 硅酸鹽膠黏劑化學(xué)改性

3.1 加熱改性

加熱改性是通過(guò)升高固化溫度的辦法促進(jìn)膠黏劑最大程度反應(yīng)固化，研究表明，硅酸鹽膠黏劑自然養(yǎng)護(hù)2d后，以10℃/min的速率加熱到110℃并保溫1h,然后自然冷卻到室溫，所得膠黏劑的綜合性能最佳。過(guò)早、過(guò)快、過(guò)高、過(guò)長(zhǎng)的加熱方式，會(huì)導(dǎo)致膠層中的水分急劇揮發(fā)，留下氣孔，引起膠層鼓泡，降低粘結(jié)強(qiáng)度。徐鋒通過(guò)加熱使膠黏劑強(qiáng)度從15.9MPa上升到24.78MPa，增長(zhǎng)率為55.85%，改性效果非常明顯。

3.2 酸化改性

酸化改性是通過(guò)增加膠層酸性促進(jìn)硅酸的生成和縮聚。1991年郭長(zhǎng)榮采用涂抹無(wú)機(jī)酸改性，2003年黎治平通過(guò)添加無(wú)機(jī)酸改性，2009年王盼通過(guò)添加有機(jī)酸鹽改性。三種方法中涂抹比添加更容易操作，因?yàn)槟z黏劑是一種膠體，屬于不穩(wěn)定體系，如果直接添加酸類(lèi)改性，就會(huì)因?yàn)閜H值的急劇變化，導(dǎo)致膠層結(jié)構(gòu)破壞，而對(duì)已經(jīng)初步固化的膠層涂抹無(wú)機(jī)酸則不會(huì)破壞膠層結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，酸化改性后膠黏劑耐水性明顯提高，強(qiáng)度增長(zhǎng)率為31.21%。

3.3 優(yōu)選固化劑改性

固化劑是硅酸鹽膠黏劑固化必不可少的組成部分，包括以氟硅酸鈉為代表的氟硅酸鹽、縮合磷酸鋁為代表的磷酸鹽和二氧化硅為代表的氧化物三大類(lèi)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較表明：磷酸鹽固化劑沒(méi)有毒性，廣泛用于食品等無(wú)公害產(chǎn)品的包裝行業(yè)中，但成本昂貴，原料難得；氧化物固化劑成本較低，但固化效果不佳；氟硅酸鈉固化劑成本低，固化效果好，是目前使用最為普遍的固化劑，但高溫時(shí)會(huì)釋放少量HF氣體。

3.4 優(yōu)選填料改性

填料的選取原則是加入該種填料后膠黏劑的線(xiàn)膨脹系數(shù)與被粘物的基本一致,保證在高溫下使用時(shí)不致于產(chǎn)生過(guò)大熱應(yīng)力而破壞粘結(jié),此外就填料本身還應(yīng)具有較高的機(jī)械強(qiáng)度、較好的耐熱和耐水性,并能降低膠黏劑固化時(shí)的收縮率等性能，如石英粉、莫來(lái)石、氮化硼、碳化硅、氧化鋁和金屬粉末等。通過(guò)對(duì)上述填料進(jìn)行種類(lèi)、粒度、配比的合理優(yōu)化，改性效果顯著，成本低，而且容易操作施工。

3.5 新型材料改性

近年來(lái)，隨著新材料科學(xué)的發(fā)展，許多研究者開(kāi)始嘗試?yán)眯虏牧系奶厥庑阅軐?duì)水玻璃膠黏劑進(jìn)行改性。但新材料納米材料和晶須都難以制備，價(jià)格昂貴，在工業(yè)生產(chǎn)中普遍應(yīng)用還有一定的局限性。

4 硅酸鹽膠黏劑的應(yīng)用

4.1 在耐火材料方面的應(yīng)用

硅酸鹽膠黏劑所能承受的高溫達(dá)600～900℃，改性后可達(dá)1000℃以上，所以在耐火材料行業(yè)中廣泛使用。耐火材料可以有效阻止重大火災(zāi)事故的發(fā)生，降低損失，具有良好的社會(huì)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益 。

4.2 在耐酸膠泥方面的應(yīng)用

硅酸鹽膠黏劑具有良好的耐酸性，試驗(yàn)表明，除了氫氟酸以外，硅酸鹽膠黏劑浸泡在任何酸中都不會(huì)破壞膠層的結(jié)構(gòu)和性能。用于石油、冶金、酸洗等工業(yè)的反應(yīng)釜、電解槽、地坪、儲(chǔ)罐、塔等防腐蝕工程塘砌襯里和混凝土澆注，有效降低了因酸腐蝕所造成的損害破壞 。

4.3 在耐火涂料方面的應(yīng)用

最近幾年，由于火災(zāi)事故引起的人民生命財(cái)產(chǎn)安全問(wèn)題已經(jīng)成了民生關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題，火災(zāi)事故也給百姓帶來(lái)了無(wú)法磨滅的傷痛。但是研究結(jié)果顯示，只要在建筑材料的表層添加一層具有耐火、耐高溫的涂料，即使發(fā)生火災(zāi)事故，也能將災(zāi)害的影響降至最低。硅酸鹽膠黏劑由于能夠達(dá)到千度以上的耐高溫特性，在耐火涂料方面也能起到相當(dāng)重要的作用，而且硅酸鹽膠黏劑的組成成分中有機(jī)物的含量為零，因此能夠保證火災(zāi)使有害氣體的釋放量為零，既安全又無(wú)害，可以說(shuō)是安建工程中耐火材料的首選。

結(jié)語(yǔ)

總體說(shuō)來(lái)，現(xiàn)今在硅酸鹽膠黏劑的改良方案中，切實(shí)可行的方案中也存在不等的缺陷。例如使用物理方法對(duì)硅酸鹽膠黏劑進(jìn)行改性會(huì)使硅酸鹽膠黏性能改良的不明顯；而使用固化劑進(jìn)行硅酸鹽膠黏劑的改性，在一定程度上還存在著無(wú)法突破的缺陷；對(duì)硅酸鹽膠黏劑的復(fù)合改性方法也存在不能控制穩(wěn)定性的缺點(diǎn)；新型材料進(jìn)行改性雖然能夠?qū)崿F(xiàn)，但是由于工業(yè)大批量生產(chǎn)還存在限制，因此目前的膠黏劑改性生產(chǎn)中，成本投入低、工業(yè)批量生產(chǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)的酸化改性、加熱改性以及填料優(yōu)選改性是硅酸鹽膠黏劑改性首選。未來(lái)硅酸鹽膠黏劑的改性可以朝著以下幾個(gè)方向發(fā)展：(1)研發(fā)高效、無(wú)毒的固化劑取代現(xiàn)時(shí)采用的氟硅酸鈉；(2)在低溫使用前提下，研究無(wú)機(jī)-有機(jī)膠黏劑如何穩(wěn)定復(fù)合，以改善其耐水性和粘結(jié)強(qiáng)度；(3)對(duì)現(xiàn)有低成本填料進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)由傳統(tǒng)單一組分向不同種類(lèi)、粒度復(fù)合使用的轉(zhuǎn)變。

[1]楊晶,黨驚知,趙建平,程軍.硅酸鹽基高溫導(dǎo)電膠陶瓷-金屬電極導(dǎo)電性能研究.2008.

[2]硅酸鹽基銀納米孔復(fù)合材料順利通過(guò)檢測(cè).2005.