硅酸鹽基耐高溫膠黏劑的研究現狀及應用

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合而成的可溶性硅酸鹽材料，南方多稱水玻璃（下文簡稱為水玻璃），北方多稱泡花堿。水玻璃中的二氧化硅和氧化物的物質的量比，其數值一般在1.5～3.5之間。水玻璃模數越大，其粘結力越強，易于硬化成膜，但是水玻璃黏度增大，可操作性變差。大量實驗證明模數為2.8的水玻璃綜合性能最佳。

2 硅酸鹽膠黏劑的特點

2.1 耐高溫性好

現今普適的有機膠黏劑在承受溫度的上限上無法突破200℃，而普通硅酸鹽的耐溫上限則可以達到900℃，若再經過改良，耐溫上限可突破1000℃。可以說是膠黏劑中無法替代的巨擘。

2.2 環保無毒

隨著生態地球概念的提出，安建工程中的綠色、生態、以及環保、無毒，已經成為了不可阻擋的趨勢。而有機膠黏劑的制作和使用中，這是一個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機物，使用的溶劑也是最為普通安全的水，在VOC的釋放含量檢測上也呈現百分百零釋放的成果，因此可以說硅酸鹽膠黏劑是適應安全環保無毒的首選。

2.3 工藝簡單

目前市場上普遍使用的有機膠黏劑需要使用十分復雜的生產工藝才能達到質量要求，不僅在制作過程中需要添加消泡劑、分散劑和穩定劑等多種必須添加劑，有些有機膠黏劑還需要添加十幾種乃至數十種的外加劑，制作的工藝技術含量要求也非常高，而硅酸鹽膠黏劑的制作上只需要將各成分的配比把握好，進行適當的混合攪拌即可出產，生產工藝異常簡便。

2.4 成本低廉

由于市場上現存的有機膠黏劑價格一般都在萬元每噸左右，屬于成本比較高的消耗品，而硅酸鹽膠黏劑的成本價格為1500元每噸，同比其他有機膠黏劑，價格僅為十分之一上下，成本十分低廉。

2.5 粘結力低

由于市場上現存的有機粘結劑在使用中是以化學反映中的共價鍵進行作用，因此可以說有機膠黏劑的粘結作用力是十分強勁的。但是由于硅酸鹽膠黏劑在化學作用上屬于離子鍵作用，因此，硅酸鹽膠黏劑的粘結力屬于剛性結構，因此粘結作用力就顯得相對較小。

2.6 耐水性差

離子化合物普遍存在分子活躍的性質，當硅酸鹽膠黏劑在作用時形成離子化合物的過程中，一旦遇到水，就會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行置換，進而使膠黏劑的結構產生變化，破壞膠黏劑的穩定，因此，硅酸鹽膠黏劑普遍存在不耐水的缺點。

3 硅酸鹽膠黏劑化學改性

3.1 加熱改性

加熱改性是通過升高固化溫度的辦法促進膠黏劑最大程度反應固化，研究表明，硅酸鹽膠黏劑自然養護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。過早、過快、過高、過長的加熱方式，會導致膠層中的水分急劇揮發，留下氣孔，引起膠層鼓泡，降低粘結強度。徐鋒通過加熱使膠黏劑強度從15.9MPa上升到24.78MPa，增長率為55.85%，改性效果非常明顯。

3.2 酸化改性

酸化改性是通過增加膠層酸性促進硅酸的生成和縮聚。1991年郭長榮采用涂抹無機酸改性，2003年黎治平通過添加無機酸改性，2009年王盼通過添加有機酸鹽改性。三種方法中涂抹比添加更容易操作，因為膠黏劑是一種膠體，屬于不穩定體系，如果直接添加酸類改性，就會因為pH值的急劇變化，導致膠層結構破壞，而對已經初步固化的膠層涂抹無機酸則不會破壞膠層結構。實驗結果表明，酸化改性后膠黏劑耐水性明顯提高，強度增長率為31.21%。

3.3 優選固化劑改性

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。通過實驗結果比較表明：磷酸鹽固化劑沒有毒性，廣泛用于食品等無公害產品的包裝行業中，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，但高溫時會釋放少量HF氣體。

3.4 優選填料改性

填料的選取原則是加入該種填料后膠黏劑的線膨脹系數與被粘物的基本一致,保證在高溫下使用時不致于產生過大熱應力而破壞粘結,此外就填料本身還應具有較高的機械強度、較好的耐熱和耐水性,并能降低膠黏劑固化時的收縮率等性能，如石英粉、莫來石、氮化硼、碳化硅、氧化鋁和金屬粉末等。通過對上述填料進行種類、粒度、配比的合理優化，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，隨著新材料科學的發展，許多研究者開始嘗試利用新材料的特殊性能對水玻璃膠黏劑進行改性。但新材料納米材料和晶須都難以制備，價格昂貴，在工業生產中普遍應用還有一定的局限性。

4 硅酸鹽膠黏劑的應用

4.1 在耐火材料方面的應用

硅酸鹽膠黏劑所能承受的高溫達600～900℃，改性后可達1000℃以上，所以在耐火材料行業中廣泛使用。耐火材料可以有效阻止重大火災事故的發生，降低損失，具有良好的社會價值和經濟效益 。

4.2 在耐酸膠泥方面的應用

硅酸鹽膠黏劑具有良好的耐酸性，試驗表明，除了氫氟酸以外，硅酸鹽膠黏劑浸泡在任何酸中都不會破壞膠層的結構和性能。用于石油、冶金、酸洗等工業的反應釜、電解槽、地坪、儲罐、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用

最近幾年，由于火災事故引起的人民生命財產安全問題已經成了民生關注的熱點問題，火災事故也給百姓帶來了無法磨滅的傷痛。但是研究結果顯示，只要在建筑材料的表層添加一層具有耐火、耐高溫的涂料，即使發生火災事故，也能將災害的影響降至最低。硅酸鹽膠黏劑由于能夠達到千度以上的耐高溫特性，在耐火涂料方面也能起到相當重要的作用，而且硅酸鹽膠黏劑的組成成分中有機物的含量為零，因此能夠保證火災使有害氣體的釋放量為零，既安全又無害，可以說是安建工程中耐火材料的首選。

結語

總體說來，現今在硅酸鹽膠黏劑的改良方案中，切實可行的方案中也存在不等的缺陷。例如使用物理方法對硅酸鹽膠黏劑進行改性會使硅酸鹽膠黏性能改良的不明顯；而使用固化劑進行硅酸鹽膠黏劑的改性，在一定程度上還存在著無法突破的缺陷；對硅酸鹽膠黏劑的復合改性方法也存在不能控制穩定性的缺點；新型材料進行改性雖然能夠實現，但是由于工業大批量生產還存在限制，因此目前的膠黏劑改性生產中，成本投入低、工業批量生產能夠實現的酸化改性、加熱改性以及填料優選改性是硅酸鹽膠黏劑改性首選。未來硅酸鹽膠黏劑的改性可以朝著以下幾個方向發展：(1)研發高效、無毒的固化劑取代現時采用的氟硅酸鈉；(2)在低溫使用前提下，研究無機-有機膠黏劑如何穩定復合，以改善其耐水性和粘結強度；(3)對現有低成本填料進行研究，實現由傳統單一組分向不同種類、粒度復合使用的轉變。

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

[2]硅酸鹽基銀納米孔復合材料順利通過檢測.2005.