[发明专利]制备固体无机材料的方法

说明书

发明领域

本发明涉及制备固体无机材料的领域，该材料的应用可以充分变化，例如用于制造艺术品、装饰品或建筑领域中的支承结构、或者涂料或粘结剂。

现有技术

固体无机材料，特别是用于制造建筑部件的材料的开发实际上已经实现了许多个世纪，特别是在罗马帝国时期为了建造许多大建筑物，其主要基于熟石灰或水硬石灰。

仅是在近代，18世纪时期，再次寻找控制制备固体无机材料的技术，这次是根据现代化学的新知识。这一固体无机材料设计和制造的第二时期导致各种水泥的发展，而水泥通过将从采石场获取的天然矿物，主要是石灰石和粘土的组合加热到高温来得到。将这些天然矿物的组合加热到高温的步骤使得可以制备与水接触反应的水泥材料，从而形成具有良好机械强度品质的固体无机材料。

在工业中最常使用的水泥是称作“波特兰”的水泥，它是由石灰[CaO]和二氧化硅[SiO₂]、氧化铝[Al₂O₃]和氧化铁(III)[Fe₂O₃]的组合所得到的硅酸钙和铝酸钙的混合物。

除了极少数例外，所需的石灰来自碳酸盐矿石，氧化铝、二氧化硅和氧化铁来自粘土。特别地，从采石场得到石灰石和粘土，然后研磨和均化，再焙烧至高温，约1450℃，从而产生“熔渣”，然后例如通过淬火使它冷却，接着研磨以得到准备好的混合水泥。熔渣主要包含硅酸三钙[C₃S3CaO·SiO₂]、硅酸二钙[C₂S₂CaO·SiO₂]以及由铝酸三钙[C₃A 3CaO·Al₂O₃]和铁酸铝[C₄AF]形成的间隙相，有时是部分玻璃质的，特别是在引起快速冷却的能量淬火(energetic quenching)情况下。

在现有技术中，已经研究出用于制造各种用途用的固体无机材料的水泥替代物的不同途径，特别是通过开发不需要加热至高温的必须步骤的方法。

具体地，已经描述了固体无机材料的制备方法，其中在具有强碱NaOH或KOH的胶态二氧化硅或碱性多硅酸盐的水溶液中混合铝-硅酸盐氧化物，如具体在法国专利申请2,659,319中所述的那样。对法国专利申请2,489,290中所述方法的各种替代方法或改进具体描述在PCT申请WO82/00816、WO91/13840、WO92/04298、WO95/13995、WO96/28398和WO98/31644中。

用上述方法可以以令人满意的方式制备固体无机材料，其不含水泥型的粘结添加剂或胶液、树胶、脂肪酸或合成树脂型的其它粘结剂。然而，实际上，已经表明利用这些方法中的某些，获得均匀的成品固体无机材料包括采用避免任何暴露于大气中的硬化和干燥步骤，例如通过将形成的中间产物浸在液体如水中。

还可以提及日本专利申请JP2000129258中所述的材料，其通过将含有CaO和碱性盐的焚化过的工业废物与水泥和/或石膏混合来得到，或者日本专利申请JP09235147中所述的那些材料，其通过将含有CaO和CaSO₄的灰分与石灰、二氧化硅和/或石膏的来源混合而得到。

关于制备固体无机材料，现有技术中已经使用众多起始物进行了许多其它研究。

美国专利4,642,137描述了波特兰水泥用粘结剂的配方，其包含炉渣、片岩或煅烧粘土、无定形二氧化硅、溶解的硅酸钾和氢氧化钾的混合物。

欧洲专利EP452913描述了涉及道路建造的配方，其包含硅酸盐与碳酸盐石和碱度调节剂的混合物。

德国专利申请DE19600977描述了糊状泡沫，其包含硅酸盐、硬化剂和发泡剂的混合物，所述硬化剂是碱性制剂，所述发泡剂是酸/碱组合。

德国专利申请DE2356524描述了用于制备玄武岩固体无机材料的粘结剂，其使用溶解的碱性硅酸盐和磷酸盐或硼酸盐。

关于制备固体无机材料，在现有技术中描述的产品和方法的组合的极度多样性说明其发展在本质上的经验性，所以也说明对本领域技术人员教导的非常狭窄和时间局限性。

发明内容

本申请人寻求开发作为已知方法的替代或改进的固体无机材料的制备方法。

具体地，本申请人试图开发制备可以在硬化步骤之前由任何类型的已知技术成型的固体无机材料的方法，所述技术诸如铸造、模塑、模型化、锤击、注射以及模板成型。