專利名稱：作為水玻璃固化促進劑的碳酸亞烷基酯的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及膠粘混合物的固化。更具體地，本發(fā)明涉及含有硅酸鈉的膠粘體系的固化以及可用于該體系內的固化速率促進劑。
背景技術：
已知碳酸亞烷基酯如碳酸亞乙酯、碳酸亞丙酯和碳酸亞丁酯(下文分別稱為EC、PC和BC)強化含水硅酸鈉如水玻璃在用于制造各種模塑制品的鑄造用砂粘合劑時的固化速率。所述固化強化程度取決于所應用的碳酸亞烷基酯的類型。例如，對于前述碳酸亞烷基酯所觀察到的強化順序為EC＞PC＞BC，即對于等摩爾基準來說，與碳酸亞丙酯或碳酸亞丁酯相比，碳酸亞乙酯使給定體系更快固化。替代的碳酸亞烷基酯的反應活性的這一差別使其被優(yōu)先用于制備在寬范圍內具有不同固化強化程度的EC和PC或PC和BC的混合物。按這種方式，鑄造工業(yè)可以很容易地獲得專用于特定過程或環(huán)境條件的提供理想工作時間的粘合劑配方。
但是，在鑄造應用中使用碳酸酯混合物的缺點與它們的凝固點有關。盡管PC和BC的凝固點低于-40℃，而EC卻在低于36℃下凝固。由于這一原因，如果希望快速固化，則使用富含EC的EC或EC/PC混合物是有問題的。
本發(fā)明提供可商購的碳酸亞烷基酯的新型混合物，該混合物能夠快速固化水玻璃，同時其自身在足夠低的溫度下凝固，從而能夠應用。

發(fā)明內容
碳酸甘油酯具有如下結構
本發(fā)明的一種實施方案涉及使含有水溶性硅酸鹽的水溶液固化的方法，該方法通過向所述水溶液中加入含有碳酸亞烷基酯的液體催化劑混合物進行，其中所述碳酸亞烷基酯選自碳酸亞乙酯、碳酸亞丙酯和碳酸亞丁酯以及它們的混合物，其中改進之處在于在所述液體催化劑混合物中包括有效量的碳酸甘油酯，從而使所述液體催化劑混合物的凝固點低于約15℃，并且優(yōu)選低于約0℃。
具體實施例方式
與使用含有EC的硅酸鈉固化促進劑相關的源于EC凝固點相對較高的問題由于本發(fā)明而得到緩解，即PC與另一稱為碳酸甘油酯(下文稱為“GC”)的碳酸亞烷基酯的混合物可加速硅酸鈉的固化至純碳酸亞乙酯所能達到的大約相同的程度。但是，與EC不同，GC不會不利地在高于-40℃下凝固。因此，本發(fā)明提供GC和PC的混合物，該混合物提供很寬范圍內的工業(yè)固化時間，同時與現(xiàn)有技術的固化促進劑相比，在更寬的溫度范圍內保持為液體狀態(tài)。
已知碳酸亞烷基酯與胺的反應活性順序為EC＞PC＞BC。因此，現(xiàn)有技術教導了碳酸酯與胺的反應活性隨連到碳酸酯環(huán)上的取代基的尺寸而下降，從而在假定其分子結構情況下，基于取代基尺寸，本領域技術人員很自然地預期GC應具有位于PC和BC之間的相對反應活性。但是，如本申請的數(shù)據(jù)所示，在催化硅酸鈉固化的情況下，GC的反應活性實際上非常接近EC。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的含有GC的固化促進劑混合物固化硅酸鈉與EC同樣快，如本申請給出的數(shù)據(jù)所示?；贕C與其它化學物質如胺之間反應的反應速率，這一結果是出乎意料的。
通過測量加入硅酸鈉之后混合物最初顯示可視膠凝信號所需要的時間，確定在碳酸亞烷基酯存在下的硅酸鈉固化速率。在所有情況下，均是將硅酸鈉水溶液加入到裝有所需要的碳酸亞烷基酯或碳酸亞烷基酯混合物的玻璃瓶中。然后用金屬刮刀劇烈攪動所形成的混合物，并記錄所述混合物由半透明液體變?yōu)椴煌该髂z所需要的時間。對于本申請的每一個實施例而言，硅酸鈉溶液與碳酸酯的重量比均保持為9∶1(10wt％的碳酸酯)。
另外測試了具有不同二氧化硅(SiO2)與氧化鈉(Na2O)比值的硅酸鈉混合物。所測試的不同硅酸鈉溶液的相關性能在下表I中給出表I

*標號1-PQ公司，N透明*標號2-Fisher科技產(chǎn)品，工業(yè)級*標號3-PQ公司，RUTM，10％用水稀釋*標號4-PQ公司，STARSO下表II給出了前述每種硅酸鈉溶液在EC、PC、BC、GC及它們的混合物存在時的膠凝時間(秒)。所述數(shù)據(jù)以X-Y形式給出，其中X和Y分別表示膠凝開始和達到完全膠凝狀態(tài)時所需要的時間。應注意膠凝開始通常伴隨著混合物粘度和濁度的驟增，而據(jù)認為在刮刀攪動作用下停止流動的混合物是膠凝混合物。混合物完全硬化所需要的時間并不測量。所有數(shù)值均為兩次測試的平均值。
表II

*與大多數(shù)混合物不同，含有GC的配方的膠凝并不伴隨著粘度的驟增。相反，膠凝在較寬的時間范圍內發(fā)生。
**含有大量GC的配方最初是不相容的，其導致比預期達到膠凝狀態(tài)的混合時間更長的時間。
***與大多數(shù)混合物不同，所有含有標號4硅酸鈉的配方的膠凝均伴隨著輕微到中度的放熱。
由表II的數(shù)據(jù)可以得出如下結論，由于所加入的碳酸亞烷基酯的存在，固化強化的一般順序是EC≅GC>PC>BC]]>。另外可以得出如下結論，固化速率在很大程度上取決于SiO2/Na2O比值，并且隨著該比值而增大。如果希望快速固化，則需要SiO2/Na2O比值大于2.4。通常，除標號4以外，在所有情況下，GC/PC混合物表現(xiàn)均優(yōu)于類似的EC/PC混合物，所述標號4的SiO2/Na2O比值低得多，難以促進快速固化。另外，EC/GC混合物表現(xiàn)亦優(yōu)于類似的EC/PC混合物。這些結果在

圖1中以圖線示出。
權利要求
1.一種使含有水溶性硅酸鹽的水溶液固化的方法，該方法包括使具有通式SiO2/M2O的硅酸鹽的水溶液與液體催化劑混合物接觸，其中M選自Li、Na、K和NR4，其中每一個R獨立地為氫或C1-C10烴基，所述液體催化劑混合物含有碳酸甘油酯和至少一種選自碳酸亞乙酯、碳酸亞丙酯和碳酸亞丁酯的其它碳酸亞烷基酯。
2.權利要求1的方法，其中所述硅酸鹽水溶液含有10-90％水，基于所述硅酸鹽水溶液總重量計。
3.權利要求1的方法，其中所述液體催化劑混合物以基于所述液體催化劑混合物和所述硅酸鹽水溶液的組合總重量計約1-30wt％之間的任意量存在。
4.權利要求3的方法，其中比值SiO2/M2O是4∶1至1∶4范圍內的任意比值。
5.權利要求4的方法，其中所述至少一種其它碳酸亞烷基酯包括碳酸亞乙酯，其中M是鈉，并且其中所述液體催化劑混合物的凝固點低于約15℃。
6.權利要求1的方法，其中所述水溶液與基于硅酸鹽溶液總量計約1-30wt％的液體催化劑混合物接觸。
7.權利要求6的方法，其中所述水溶液中硅的存在量為基于所述水溶液總重量計約20-80wt％之間的任意量。
8.權利要求6的方法，其中所述水溶液中硅的存在量為基于所述水溶液總重量計約40-60wt％之間的任意量。
9.權利要求6的方法，其中所述液體催化劑混合物中碳酸甘油酯的存在量為基于所述液體催化劑混合物總重量計約5-95wt％之間的任意量。
10.權利要求6的方法，其中所述液體催化劑混合物中碳酸甘油酯的存在量為基于所述液體催化劑混合物總重量計約20-40wt％之間的任意量。
11.權利要求6的方法，其中所述液體催化劑混合物含有碳酸甘油酯和碳酸亞乙酯，其中所述液體催化劑混合物中碳酸亞乙酯的存在量為基于所述液體催化劑混合物總重量計約5-95wt％之間的任意量。
12.權利要求6的方法，其中所述液體催化劑混合物含有碳酸甘油酯和碳酸亞乙酯，其中所述液體催化劑混合物中碳酸亞乙酯的存在量為基于所述液體催化劑混合物總重量計約60-80wt％之間的任意量。
13.權利要求6的方法，其中所述液體催化劑混合物含有碳酸甘油酯和碳酸亞丙酯，其中所述液體催化劑混合物中碳酸亞丙酯的存在量為基于所述液體催化劑混合物總重量計約5-95wt％之間的任意量。
14.權利要求6的方法，其中所述液體催化劑混合物含有碳酸甘油酯和碳酸亞丙酯，其中所述液體催化劑混合物中碳酸亞丙酯的存在量為基于所述液體催化劑混合物總重量計約60-90wt％之間的任意量。
15.權利要求6的方法，其中所述液體催化劑混合物含有碳酸甘油酯和碳酸亞丁酯，其中所述液體催化劑混合物中碳酸亞丁酯的存在量為基于所述液體催化劑混合物總重量計約60-90wt％之間的任意量。
16.權利要求1的方法，其中所述硅酸鹽以約50-500克硅/升之間的任意濃度存在于所述水溶液中。
17.一種使含有水溶性硅酸鹽的水溶液固化的方法，該方法通過向所述水溶液中加入含有碳酸亞烷基酯的液體催化劑混合物進行，其中所述碳酸亞烷基酯選自碳酸亞乙酯、碳酸亞丙酯和碳酸亞丁酯以及它們的混合物，其中改進之處在于在所述液體催化劑混合物中包含有效量的碳酸甘油酯，從而使所述液體催化劑混合物的凝固點低于約15℃。
全文摘要
本申請所提供的是用于固化膠粘混合物的催化劑，該催化劑包含與碳酸甘油酯組合的一種或多種碳酸亞烷基酯。通過使用本發(fā)明的催化劑，含有硅酸鈉的膠粘混合物可以在低溫下固化，這是因為本發(fā)明的催化劑在低溫下可以很好地起作用，即使其含有碳酸亞乙酯也是如此，所述碳酸亞乙酯是熔點為36℃的材料，其一般被排除用作硅酸鹽的固化促進劑。
文檔編號C04B12/04GK1874972SQ200480032281
公開日2006年12月6日 申請日期2004年11月2日 優(yōu)先權日2003年11月3日
發(fā)明者J·H·克萊門茨, K·達拉加斯, H·P·克萊因 申請人:胡茨曼石油化學公司