硅酸盐基耐高温胶黏剂的研究现状及应用

吴明霞

（哈尔滨安宜泡沫制品有限公司，黑龙江 哈尔滨 150027）

1 硅酸盐胶黏剂理化性能

硅酸盐胶黏剂是由碱金属氧化物和二氧化硅结合而成的可溶性硅酸盐材料，南方多称水玻璃（下文简称为水玻璃），北方多称泡花碱。水玻璃中的二氧化硅和氧化物的物质的量比，其数值一般在1.5～3.5之间。水玻璃模数越大，其粘结力越强，易于硬化成膜，但是水玻璃黏度增大，可操作性变差。大量实验证明模数为2.8的水玻璃综合性能最佳。

2 硅酸盐胶黏剂的特点

2.1 耐高温性好

现今普适的有机胶黏剂在承受温度的上限上无法突破200℃，而普通硅酸盐的耐温上限则可以达到900℃，若再经过改良，耐温上限可突破1000℃。可以说是胶黏剂中无法替代的巨擘。

2.2 环保无毒

随着生态地球概念的提出，安建工程中的绿色、生态、以及环保、无毒，已经成为了不可阻挡的趋势。而有机胶黏剂的制作和使用中，这是一个十分艰巨的研究课题。但是硅酸盐胶黏剂的诞生就将这一难题轻松化解，由于硅酸盐胶黏剂的成分皆为无机物，使用的溶剂也是最为普通安全的水，在VOC的释放含量检测上也呈现百分百零释放的成果，因此可以说硅酸盐胶黏剂是适应安全环保无毒的首选。

2.3 工艺简单

目前市场上普遍使用的有机胶黏剂需要使用十分复杂的生产工艺才能达到质量要求，不仅在制作过程中需要添加消泡剂、分散剂和稳定剂等多种必须添加剂，有些有机胶黏剂还需要添加十几种乃至数十种的外加剂，制作的工艺技术含量要求也非常高，而硅酸盐胶黏剂的制作上只需要将各成分的配比把握好，进行适当的混合搅拌即可出产，生产工艺异常简便。

2.4 成本低廉

由于市场上现存的有机胶黏剂价格一般都在万元每吨左右，属于成本比较高的消耗品，而硅酸盐胶黏剂的成本价格为1500元每吨，同比其他有机胶黏剂，价格仅为十分之一上下，成本十分低廉。

2.5 粘结力低

由于市场上现存的有机粘结剂在使用中是以化学反映中的共价键进行作用，因此可以说有机胶黏剂的粘结作用力是十分强劲的。但是由于硅酸盐胶黏剂在化学作用上属于离子键作用，因此，硅酸盐胶黏剂的粘结力属于刚性结构，因此粘结作用力就显得相对较小。

2.6 耐水性差

离子化合物普遍存在分子活跃的性质，当硅酸盐胶黏剂在作用时形成离子化合物的过程中，一旦遇到水，就会使胶黏剂中的钠离子迅速游离到水分子中，使水分子与钠离子进行置换，进而使胶黏剂的结构产生变化，破坏胶黏剂的稳定，因此，硅酸盐胶黏剂普遍存在不耐水的缺点。

3 硅酸盐胶黏剂化学改性

3.1 加热改性

加热改性是通过升高固化温度的办法促进胶黏剂最大程度反应固化，研究表明，硅酸盐胶黏剂自然养护2d后，以10℃/min的速率加热到110℃并保温1h,然后自然冷却到室温，所得胶黏剂的综合性能最佳。过早、过快、过高、过长的加热方式，会导致胶层中的水分急剧挥发，留下气孔，引起胶层鼓泡，降低粘结强度。徐锋通过加热使胶黏剂强度从15.9MPa上升到24.78MPa，增长率为55.85%，改性效果非常明显。

3.2 酸化改性

酸化改性是通过增加胶层酸性促进硅酸的生成和缩聚。1991年郭长荣采用涂抹无机酸改性，2003年黎治平通过添加无机酸改性，2009年王盼通过添加有机酸盐改性。三种方法中涂抹比添加更容易操作，因为胶黏剂是一种胶体，属于不稳定体系，如果直接添加酸类改性，就会因为pH值的急剧变化，导致胶层结构破坏，而对已经初步固化的胶层涂抹无机酸则不会破坏胶层结构。实验结果表明，酸化改性后胶黏剂耐水性明显提高，强度增长率为31.21%。

3.3 优选固化剂改性

固化剂是硅酸盐胶黏剂固化必不可少的组成部分，包括以氟硅酸钠为代表的氟硅酸盐、缩合磷酸铝为代表的磷酸盐和二氧化硅为代表的氧化物三大类。通过实验结果比较表明：磷酸盐固化剂没有毒性，广泛用于食品等无公害产品的包装行业中，但成本昂贵，原料难得；氧化物固化剂成本较低，但固化效果不佳；氟硅酸钠固化剂成本低，固化效果好，是目前使用最为普遍的固化剂，但高温时会释放少量HF气体。

3.4 优选填料改性

填料的选取原则是加入该种填料后胶黏剂的线膨胀系数与被粘物的基本一致,保证在高温下使用时不致于产生过大热应力而破坏粘结,此外就填料本身还应具有较高的机械强度、较好的耐热和耐水性,并能降低胶黏剂固化时的收缩率等性能，如石英粉、莫来石、氮化硼、碳化硅、氧化铝和金属粉末等。通过对上述填料进行种类、粒度、配比的合理优化，改性效果显著，成本低，而且容易操作施工。

3.5 新型材料改性

近年来，随着新材料科学的发展，许多研究者开始尝试利用新材料的特殊性能对水玻璃胶黏剂进行改性。但新材料纳米材料和晶须都难以制备，价格昂贵，在工业生产中普遍应用还有一定的局限性。

4 硅酸盐胶黏剂的应用

4.1 在耐火材料方面的应用

硅酸盐胶黏剂所能承受的高温达600～900℃，改性后可达1000℃以上，所以在耐火材料行业中广泛使用。耐火材料可以有效阻止重大火灾事故的发生，降低损失，具有良好的社会价值和经济效益 。

4.2 在耐酸胶泥方面的应用

硅酸盐胶黏剂具有良好的耐酸性，试验表明，除了氢氟酸以外，硅酸盐胶黏剂浸泡在任何酸中都不会破坏胶层的结构和性能。用于石油、冶金、酸洗等工业的反应釜、电解槽、地坪、储罐、塔等防腐蚀工程塘砌衬里和混凝土浇注，有效降低了因酸腐蚀所造成的损害破坏 。

4.3 在耐火涂料方面的应用

最近几年，由于火灾事故引起的人民生命财产安全问题已经成了民生关注的热点问题，火灾事故也给百姓带来了无法磨灭的伤痛。但是研究结果显示，只要在建筑材料的表层添加一层具有耐火、耐高温的涂料，即使发生火灾事故，也能将灾害的影响降至最低。硅酸盐胶黏剂由于能够达到千度以上的耐高温特性，在耐火涂料方面也能起到相当重要的作用，而且硅酸盐胶黏剂的组成成分中有机物的含量为零，因此能够保证火灾使有害气体的释放量为零，既安全又无害，可以说是安建工程中耐火材料的首选。

结语

总体说来，现今在硅酸盐胶黏剂的改良方案中，切实可行的方案中也存在不等的缺陷。例如使用物理方法对硅酸盐胶黏剂进行改性会使硅酸盐胶黏性能改良的不明显；而使用固化剂进行硅酸盐胶黏剂的改性，在一定程度上还存在着无法突破的缺陷；对硅酸盐胶黏剂的复合改性方法也存在不能控制稳定性的缺点；新型材料进行改性虽然能够实现，但是由于工业大批量生产还存在限制，因此目前的胶黏剂改性生产中，成本投入低、工业批量生产能够实现的酸化改性、加热改性以及填料优选改性是硅酸盐胶黏剂改性首选。未来硅酸盐胶黏剂的改性可以朝着以下几个方向发展：(1)研发高效、无毒的固化剂取代现时采用的氟硅酸钠；(2)在低温使用前提下，研究无机-有机胶黏剂如何稳定复合，以改善其耐水性和粘结强度；(3)对现有低成本填料进行研究，实现由传统单一组分向不同种类、粒度复合使用的转变。

[1]杨晶,党惊知,赵建平,程军.硅酸盐基高温导电胶陶瓷-金属电极导电性能研究.2008.

[2]硅酸盐基银纳米孔复合材料顺利通过检测.2005.