[发明专利]低硼到无硼无机粘结剂体系

说明书

为了提供具有短凝结和硬化时间的新粘结剂，并且利用该粘结剂可以得到具有高水平耐水性、耐候性和耐温性的复合材料，而且可溶性硼化合物的比例尽可能低，提供一种粘结剂体系，该粘结剂体系包含碱金属硅酸盐粘结剂组分和硬化剂组分，所述硬化剂组分具有一定比例的金属硅酸盐、金属磷酸盐、金属氧化物和/或金属氢氧化物，其中以B₂O₃相对于粘结剂总重量的重量百分比计，所述粘结剂体系具有小于2重量％的硼酸盐和至少90重量％具有以下组成的粘结剂基础：60‑75重量％至少一种碱金属硅酸盐，该碱金属硅酸盐为粉末形式，具有摩尔通式：R₂O·x SiO₂，其中R＝Na或K，2.0x3.35，在800℃回火2小时后灼烧损失为8‑22重量％，2.9‑18.1重量％至少一种硅酸铝、硅酸钙或硅酸镁，1.4‑20重量％磷酸锌，和1.0‑11.4重量％至少一种选自下组的化合物：氧化镁、氧化锌、氢氧化镁和氢氧化铝。

本发明涉及一种粘结剂，该粘结剂具有碱金属硅酸盐粘结剂组分和硬化剂组分，该粘结剂具有一定比例的金属硅酸盐、金属磷酸盐、金属氧化物和/或金属氢氧化物，本发明还涉及生产该粘结剂的方法以及该粘结剂用于生产复合体的用途。

粘结剂主要用于将具有精细分布度的固体结合在一起。通过这种方式结合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。

粘结剂与其所结合的填料的组合被称为复合物。这种复合物可成形为具有所需结构的三维成形体，并按该形式将其硬化。但是，粘结剂与其所结合的固体的组合也可以被施涂到基材上，以在硬化后在基材上形成牢固结合到基材上的涂层。

现有技术揭示了基于可溶性或溶解的碱金属硅酸盐与合适的反应伙伴的组合的无机粘结剂。粉末形式的碱金属硅酸盐与也为粉末形式的反应伙伴的组合常用作单组分粘结剂，用于建筑、园艺和耐火材料领域中的薄泥浆和油灰。

文献(例如DE 10 2008 033 447)中描述的碱金属硅酸盐的常用反应伙伴是有机和无机酸，二氧化碳，硅氟化物，碳酸酯，乙交酯，乙酸酯，以及各种金属磷酸盐和多聚磷酸盐。这些反应伙伴常常被称为水玻璃硬化剂。

有机酸、碳酸酯、乙交酯和乙酸酯之类的所有有机反应伙伴的缺点是它们易燃，存在粉尘爆炸的风险，并且在较高温度下会热分解。出于这些原因以及其它原因，包含有机成分的结合剂以及由其生产的成形体不能被归为A1类建筑材料。

使用二氧化碳作为硬化剂组分的缺点是大量涉及所产生的成形体的后放气。随着二氧化碳从外部开始进一步起作用，硬化反应抑制了进一步穿入成形体的体积内。因此，大体积成形体整个的完全硬化是非常耗时的，或者几乎是无法实现的。

使用硅氟化物的缺点是其毒性，以及在硬化处理中产生氟化氢(氢氟酸)。

DE 24 43 717和DE 30 43 856的说明书描述了包含碱金属硅酸盐、硼酸盐、硼酸、硼氧化物或其混合物与作为硬化剂体系的金属磷酸盐、硅酸盐、氧化物、氢氧化物、碳酸盐、硫酸盐和硝酸盐的无机结合剂。DE 24 43 717要求硼酸盐组分的比例为至少2重量份/100重量份硅酸盐，其中等于或大于5重量份/100重量份硅酸盐被认为是优选的。根据DE 30 43856，硼酸盐的比例应在5-50重量％的范围内。

PCT/EP2015/051009描述了用于复合材料的粘结剂，该粘结剂除了含有碱金属硅酸盐和磷酸锌以外，还具有一定比例的硼酸盐，其中硼酸盐的比例应在5-50重量％范围内，以实现粘结能力和凝结速率方面所需的性质。

上述具有明显比例的特别加入或在凝结过程中生成的可溶性硼酸盐的硬化剂存在明显的缺陷。因为可溶性硼酸盐已经被同时归为致畸或生殖毒性的，或者被怀疑具有相应的性质，因此在许多国家，具有明显比例的可溶性硼酸盐的材料在使用和分类方面有一定限制。