制造阻燃复合材料的方法、复合材料及其用途 本发明涉及一种制造阻燃复合材料的方法、包含具有阻燃性质的涂层的复合材料及其作为建筑材料的用途。
可溶性的硅酸盐广泛地用作粘合剂、涂料和粘结料。尽管其固有的溶解性在其许多应用中是优点，但是在例如其中结构的耐水性、完整性和强度被视为必需的应用中是不利的。
已经进行了相当多的努力，使得上述种类的组合物中的硅酸盐的溶解性最小化，例如，通过加入金属(如钙和镁)盐。但是，加入这样的盐倾向于产生沉淀形式，而不是具有连续网状结构的产物。在沉淀反应中形成的可溶性的盐对于应用的薄膜的物理完整性是不利的，因而最终对于最终产品的强度是不利的。
例如这些的因素限制了硅酸盐在例如生产阻燃涂料组合物中的应用。阻燃涂料组合物在建造和建筑维修工业中具有广泛的应用，例如，在将其加入建造结构之前或之后，应用于可燃建筑材料。可燃建筑材料的例子为聚合物铺瓦和护板，例如，膨胀性聚苯乙烯或聚氨酯塑料(urethane plastics)和含有这样的塑料的复合材料。基于木材、木片和纸的材料也可以得益于这样的涂料的应用。包含在阻燃涂料组合物类型中的是所谓的膨胀性涂料，当其暴露于热或火时，其部分地通过膨胀发挥保护作用。
在某些情况下，可燃材料以带有预涂阻燃涂料的形式销售。例如，在销售前，将称为SafeCoat E84TM的膨胀性阻燃涂料预先施加到发泡的聚苯乙烯/聚氨酯泡沫产品上。
US-A-5 462 699涉及尤其是应用于建筑材料的阻燃组合物，所述组合物包含硅酸盐、水和表面活性剂。
其公开日期晚于本申请的申请日的PCT公开WO2007/012832、WO 2007/013791和WO 2007/012441公开了水性凝胶形成组合物，例如，阻燃涂料组合物，其包含硅铝酸盐和具有高于110℃的沸点的有机液体，如硅油，该有机液体提高通过向表面应用作为涂料的组合物接着干燥而形成的膜的完整性。在这些申请的实施例中使用的硅酸钠的唯一的例子具有3.3∶1的SiO2∶Na2O摩尔比。
硅酸盐基阻燃组合物用于如发泡的聚苯乙烯(例如，屋顶保温层)的建筑隔热材料的问题在于，在运送到建筑工地后，在需要使用前，这些材料经常暴露于不良的气候条件下。除非采取预防措施来保护它们免于潮湿，这样的暴露可导致硅酸盐基组合物的阻燃性质明显损失。
如PCT公开WO 2007/012832、WO 2007/013791和WO2007/012441所公开的，发现可以以一种方式由硅铝酸盐产生改进的含水涂层，使得上面讨论的溶解性问题明显地得到克服，因而使得组合物适合用作阻燃组合物。现发现，如PCT公开WO 2007/012832、WO 2007/013791和WO 2007/012441中所公开的，可以通过选择用于制备硅铝酸盐的特定的碱金属硅酸盐使组合物具有改善的耐水性。
对于PCT公开WO 2007/012832、WO 2007/013791和WO2007/012441，本发明不限于用于阻燃性用途的水性组合物；其它应用，例如组合物作为粘合剂或粘结剂地应用，也在本发明的范围之内。本发明的组合物的进一步的优点在于它们可以用于制备基本上不含含卤素化合物的阻燃系统。由于它们的潜在的环境危险，含卤素化合物是不合需要的。
因此，本发明提供了一种通过在发泡的聚合物的珠子上应用水性凝胶形成组合物来制造阻燃复合材料的方法，该组合物包含硅铝酸盐，包括碱金属铝酸盐-优选铝酸钠-和碱金属硅酸盐，和有机液体，该有机液体提高通过向表面应用作为涂料的组合物接着干燥而形成的膜的完整性。
本发明提供了一种水性凝胶形成组合物，其包含：
(a)5重量％-40重量％的含有碱金属铝酸盐和碱金属硅酸盐的硅铝酸盐，
(b)0.1重量％-10重量％的有机液体，
其中，所述有机液体具有高于110℃的沸点，其特征在于，碱金属硅酸盐的SiO2∶X2O的摩尔比是3.6∶1-10∶1，其中，X代表碱金属硅酸盐的碱金属，且碱金属铝酸盐用1.35∶1的Y2O∶Al2O3的摩尔比表示，其中Y代表碱金属铝酸盐的碱金属。
本发明包括以下步骤：
i)提供发泡聚合物的珠子，
ii)在步骤i)的珠上应用涂料，和
iii)使这样涂覆的珠子成型为所述复合材料。
可以在所附的从属权利要求中找到优选的实施方式。发泡聚合物选自PUR、PET、EPP、EPE、发泡聚芳乙烯(polyvinyl arylene)或其组合。步骤iii)的优选实施方式是铸造方法和压制方法。可以在流化床上进行步骤ii)，其中，在珠子上喷涂涂料，并且气流吹过珠子床。在另一种实施方式中，优选在搅拌床上进行步骤ii)，其中，在珠子上喷涂涂料。也可以在如螺条混合器的混合器中进行步骤ii)，其中，在珠子上喷涂涂料，或者，通过应用装置进行步骤ii)，该应用装置包含滚筒装置、刷子装置或用于容纳可将待涂覆或待浸渍的产品浸入其中的涂料的容器。
在一种实施方式中，步骤iii)进一步包括步骤iv)、v)和vi)，其中，步骤iv)将涂覆的珠子转移到压机上，v)将蒸汽应用到所述压机中存在的涂覆的珠子上，和vi)从压机释放复合材料。通过加热至50-120℃的温度保持30分钟到24小时来固化涂料组合物。
本说明书中的沸点是在标准大气压下测量的。
水性的意思是组合物的其余组分中包含水和任选的一种或多种其它组分。一般地，本发明的组合物包含至少20重量％的水，优选至少30重量％，更优选至少40重量％。
如本文所用的术语“凝胶”指包含封入连续液相(在本情况中，主要是水)的连续固体骨架(在本发明中，基于硅铝酸盐)的物质，参见，例如，Academic Press Inc.于1990年出版的Sol-Gel Science，ThePhysics and Chemistry of Sol-Gel Processing(C J Brinker和G WScheer)，例如，第8页。这些材料也可以称为共凝胶或凝聚胶。开始时，固体可以是分散、不连续的固体微粒的形式(溶胶)，但这些单独的微粒聚结而形成连续的固体网络。本发明的组合物开始时是溶胶的形式，其随着时间的推移转化为凝胶。
优选的一类本发明的组合物由包含以下成分的组合物组成：
(a)以重量计，5％-40％、优选5-30％、更优选10％-25％的含有碱金属铝酸盐和碱金属硅酸盐的硅铝酸盐，其特征在于，碱金属硅酸盐的SiO2∶X2O的摩尔比是3.6∶1-10∶1，其中，X代表碱金属硅酸盐的碱金属，且碱金属铝酸盐用1.35∶1的Y2O∶Al2O3的摩尔比表示，其中Y代表碱金属铝酸盐的碱金属；
(b)以重量计，0.1％-10％、优选0.3％-5％的有机液体；和
(c)其余为水，任选地进一步包含一种或多种其它成分。
在缺乏有机液体的情况下，发现对于给定的干燥温度，干燥(即，失水)程度越高，使用硅铝酸盐组合物产生的薄膜涂层越容易在相对短的时间里形成稀薄和粉状的涂层。但是，当存在有机液体时，在强度和非粉状性质方面，明显地改善了涂层的完整性。
硅酸钠一般可以以水溶液的形式商购获得，典型地具有最高达60％的溶解固体含量，SiO2∶Na2O摩尔比一般为0.5∶1-3.5∶1。对于在本发明中的应用，合适的SiO2∶X2O比例是3.6∶1-10∶1，优选3.8∶1-7∶1，更优选3.9∶1-5∶1，其中，X代表碱金属硅酸盐的碱金属。
上述的SiO2∶X2O摩尔比的选择(其中X代表碱金属硅酸盐的碱金属)导致由本发明的水性组合物形成的固化并干燥的或干燥的膜的耐水性令人惊奇地增强。
优选地，碱金属X是钠、钾、锂或其混合物。更优选地，碱金属X是钾或钠或其混合物。出于易于获得的原因，优选钠。但是，如果希望对于与空气中的CO2反应导致的碳酸盐形成具有更大的抗性，优选加入钾。如果希望对于水的溶解作用具有更大的抗性，那么优选加入锂。通过这些信息，本领域的技术人员可以优化锂、钾和钠的量以适应其需要。
碱金属铝酸盐可以是任何合适的碱金属铝酸盐，优选钠、钾或锂的铝酸盐或其混合物，更优选钠或钾的铝酸盐或其混合物，最优选铝酸钠。可以商购得到Na2O∶Al2O3摩尔比为1∶1的固体形式的铝酸钠，但也可以商购得到Na2O∶Al2O3摩尔比范围为2.0∶1-1∶1的浓缩水溶液形式的铝酸钠。适当地，用于本发明的组合物系统和方法中的铝酸钠的Na2O∶Al2O3摩尔比是1.6∶1-1∶1，优选1.4∶1-1∶1。当用于本发明的组合物、系统和方法时，这些比例也适用于其它碱金属铝酸盐及其组合。但是，对于本发明，在本说明书中，为了便于计算，在定义本发明组合物时表示的碱金属铝酸盐应被解释为Y2O∶Al2O3摩尔比为1.35∶1的碱金属铝酸盐，其中Y代表碱金属铝酸盐的碱金属。这是为了防止本发明的组合物的硅铝酸盐中总的碱金属氧化物(X2O和Y2O)、Al2O3和SiO2的相对量的任何不确定性。碱金属氧化物区分为X2O和Y2O仅是为了方便计算和定义硅铝酸盐的组成，而在实践中，X和Y各自代表存在于硅铝酸盐中的同样的碱金属或碱金属混合物。如下进行计算。进行分析，以得到Al2O3、X2O和Y2O的量。然后，从组合物中Al2O3的量开始，每摩尔的Al2O3与1.35摩尔的碱金属氧化物(Y2O)配对。剩余的碱金属氧化物(X2O)和SiO2的比例限定了组合物的硅铝酸盐中的碱金属硅酸盐。
本文中提到的液体是指在25℃、大气压下为液体的、优选可倾注的物质，除非明确指出不是这样。此外，本文所述的涉及非牛顿液体或凝胶的所有粘度都是在25℃下以23s-1的剪切率测量的粘度。
有机液体优选基本上与水不相混溶的液体。通常，不混溶性的程度是这样的：在25℃下，有机液体以低于大约10重量％(优选低于大约5重量％、更优选低于1重量％)的程度溶于水中，或者水以低于大约10重量％(优选低于大约5重量％、更优选低于1重量％)的程度溶于有机液体中。
尽管本发明的组合物可以作为阻燃涂料向表面或基底应用，但其不限于该具体应用，且可以用作例如粘结剂或粘合剂或防水涂料，与该组合物在这些其它应用中是否提供阻燃性无关。
本发明使用的硅铝酸盐典型地通过溶胶-凝胶途径形成，而且这可以通过混合包含碱金属铝酸盐和碱金属硅酸盐的前体液体在使用点形成硅铝酸盐，从而在原位实现。因此，本发明提供了用于形成本发明第一方面的涂料组合物的前体系统，所述前体系统包含：
(i)碱金属铝酸盐；
(ii)碱金属硅酸盐的水溶液；和
(iii)有机液体。
溶胶-凝胶基本上是初始从作为液体的前体系统组分形成的反应产物，但其随后形成凝胶并最终凝固。为了形成凝胶-溶胶，混合固体铝酸盐与硅酸盐水溶液，或者，混合铝酸盐水溶液与硅酸盐水溶液。
至少部分有机液体可以加入成分(i)和/或成分(ii)。或者，有机液体在最初可以与成分(i)和(ii)完全分离，并且在成分(i)和(ii)混合的同时或之后混合。优选地，在混合各成分以形成溶胶-凝胶系统之前，将有机液体加入成分(i)和/或(ii)中。
本发明进一步提供了碱金属硅酸盐的水溶液和至少一种有机液体，该有机液体选自多羟基醇、矿物油、液体石蜡油、二醇醚(glycolether)、硅油及其混合物，其特征在于，碱金属硅酸盐的SiO2∶X2O的摩尔比是3.6∶1-10∶1，优选3.8∶1-7∶1，更优选3.9∶1-5∶1，其中，X代表碱金属硅酸盐的碱金属。该组合物适合作为上面公开的前体系统的一部分。
本发明提供了用于从本发明的前体系统形成本发明的涂料组合物并向基质应用这样形成的涂料组合物的应用系统，所述应用系统包括用于混合成分(i)、(ii)和(iii)的装置和用于实现用产生的混合物涂覆基质的涂覆装置。用于形成涂料组合物并向合适的基质应用这样形成的涂料组合物的应用系统包括碱金属铝酸盐、优选铝酸钠(i)，存储于第一存储装置中；碱金属硅酸盐的水溶液(ii)，存储于第二存储装置中；和有机液体(iii)，存储于第三存储装置中或第一存储装置中和/或第二存储装置中，用于混合成分(i)、(ii)和(iii)的装置和用于实现用产生的混合物涂覆基质的涂覆装置。
有机液体可以存储于其自己的、单独的存储装置中，或者可以与碱金属铝酸盐或碱金属铝酸盐水溶液中的任一个或两个在其各自的存储装置中混合。
碱金属铝酸盐可以是水溶液的形式。合适的存储装置是与用于混合各成分的装置流体连通的罐、容器或器皿。可以通过设置泵和用于计量进入混合装置的每种成分的量的阀，实现成分进入或离开混合装置的转运。
本发明提供了一种制造涂料组合物的方法，该方法包括混合以下成分：
(i)碱金属铝酸盐；
(ii)碱金属硅酸盐的水溶液；和
(iii)有机液体。
适当地，本发明的以下优选特征适用于本发明的所有前述方面。
由本发明的组合物形成的涂层，相比常规的硅酸盐系统，显示优良的物理完整性和长期稳定性。不希望受限于任何理论，认为此项改进是由于以在整个溶液中延伸的键合分子网络形式存在的硅铝酸盐和所述有机液体的存在。
一般地，在向表面或基质应用之前，本发明的第一方面的组合物包含至少5重量％的硅铝酸盐和至少0.1重量％的所述有机液体。
为了清楚起见，下面详述的成分的优选值适用于本发明的所有方面。但是，根据本发明的组合物而表示这些值。例如，当用于前体系统或应用系统或前体组合物时，优选的值适用在产生的溶胶-凝胶组合物中实现的值。
本发明的组合物中的含水量，以组合物的总重量计，优选为60％-95％，更优选70％-95％，尤其是75％-90％(重量)。这是干燥或固化组合物之前的值。更低的含水量时，组合物的粘度可能会变得过高而使其不容易加工，并且粘度可能会变得过高而无法向表面上均匀涂覆或喷涂组合物。
硅铝酸盐一般是无定型的，这可以根据材料的x-射线粉末衍射图谱中不存在尖峰来评估。组合物中的Si∶Al的摩尔比一般是3∶1-30∶1，优选4∶1-15∶1，更优选5∶1-10∶1。在本文中，Si∶Al的摩尔比是基于用于制备组合物的硅酸盐中的硅的量(以摩尔计)和铝酸盐中的铝的量(以摩尔计)。硅铝酸盐通常通过溶胶-凝胶途径形成，优选地通过在使用点混合前体组分而在原位形成。
本发明的组合物优选地也包含金属或金属氧化物，以在存储时降低吸水性和/或有助于维持组合物的成膜性质，尤其是膜完整性。金属或氧化物通常是微粒形式，且微溶于水。金属或金属氧化物的体积中值粒径合适地为50μm或更低。优选地，少于1体积％的金属或金属氧化物微粒超过200μm。对于此目的，一般采用两性或酸性氧化物。
如本文所用的术语“酸性氧化物”是指与碱(alkali或base)反应形成盐和水的氧化物。
术语“两性氧化物”是指取决于与其反应的反应物和/或反应条件而显示酸性或碱性的氧化物。
金属氧化物可以选自，例如，III族元素的两性氧化物，优选氧化硼和氧化镓或氧化锌及其混合物。或者，金属氧化物可以选自，例如，IV族元素的酸性氧化物，优选氧化锡和氧化锗或氧化锆及其混合物。也可以使用一种或多种两性氧化物与一种或多种酸性氧化物的混合物。也可以通过向组合物中加入金属本身在原位形成氧化物，而不是以氧化物的形式引入金属。不希望受限于理论，认为氧化锌或其它金属氧化物与任何残留的硅酸盐反应，从而降低了通过向基质涂覆或以其它方式应用组合物形成的膜的溶解度。
优选地，以干燥或固化前的组合物的总重量计，金属氧化物或金属的量是0.1％-10％，优选0.3％-5％重量(例如，0.3％-3％重量)。
以干燥或固化前的有机液体的重量计，本发明的组合物优选地包含0.1％-10％、优选0.3％-5％(例如，0.3％-4％)的有机液体。
有机液体适当地具有大于110℃的沸点(在大气压下)。优选地，有机液体具有至少大约120℃的沸点(在大气压下)，典型地至少大约130℃，和典型地最高达大约500℃。优选地，沸点不超过500℃，优选地不超过300℃。
有机液体理想地是一种在碱性条件下稳定的液体，这意味着它可以在pH 9或更高、优选pH 12或更高的含水组合物中存储，而没有明显的化学降解(即，在25℃下存储30天，降解引起的损失低于液体重量的1％)，而且对于氧化、热和光照稳定。
有机液体一般地是具有在25℃下以23sec-1的剪切率测量的低于5000mPa.s，优选地低于2000mPa.s(例如，低于1000mPa.s)的粘度的液体。
有机液体可以包括一种或多种基本上不与水混溶的有机溶剂，选自多羟基醇、矿物油、液体石蜡油、二醇醚、硅油及其混合物。其中，尤其优选硅油。优选地有机液体是硅油。
因此，用于本发明的组合物和前体系统中的合适的硅油是有机硅氧烷，一般具有通式(I)：
其中，n是聚合物中的重复单位数，且范围可以从2例如从10直到1,000,000，更优选从30例如从50直到500,000，且R1可以选自氢或甲基，R2可以选自氢或SiR5，其中，R5可以是氢、羟基或甲基，且其中，R3和R4可以独立地选自C1-C12直链或支链、饱和或不饱和的烷基、烯基或苯基部分、或选自上述式(I)的单位、或选自取代的烷基或取代的苯基部分，其中，取代基可以是卤素、氨基、硫酸基、磺酸基、羧基、羟基或硝基。优选地，R3和R4是甲基。优选地，用于本发明的硅油不含卤素取代基。
有利地，可以向根据本发明的任一方面的组合物中加入一种或多种任选的其它成分，例如，对于任一种或每种类别，加入的量为组合物的0.001％-5％，如0.01％-2％(重量)，且例如可以选自以下任何一种类别：
(i)一种或多种表面活性剂，优选地选自阴离子、非离子、阳离子、两性和两性离子型表面活性剂及其混合物，例如，那些已知与硅酸盐和/或铝酸盐溶液相容的表面活性剂，例如，碱金属辛酰两性基丙酸盐(alkali capryloamphopropionates)(例如Crodateric CyNa50)；
(ii)一种或多种膦酸酯和/或膦酸，例如，膦酸三苯酯和次氮基(三亚甲基)三磷酸(nitrilotric(methylene)triphosphoric acid)；
(iii)一种或多种慢质子释放无机盐，例如，磷酸二氢铝；
(iv)一种或多种螯合剂，如EDTA或膦酸盐类型，如那些以Dequest的名称销售的螯合剂；和
(v)一种或多种异氰酸酯，如亚甲基二异氰酸酯。
例如，可以利用喷雾枪(任选空气或气体加压的)、滚筒系统或刷子系统，向基质应用本发明的组合物(其可以任选地在使用点由前体系统制备)。或者，可以通过将材料浸泡在涂料组合物中而同时涂料组合物包含在合适的容器中，来涂覆或浸渍待处理的材料。
作为阻燃剂使用的本发明的组合物可以向任何合适的可燃基质应用，但尤其适合于那些包含膨胀聚合物或发泡聚合物的基质。最优选地，该聚合物是在室温下基本上不溶于有机液体的聚合物，即，根据该要求选择液体成分。
根据固化的组合物的预期功能，该组合物可以应用于包含一种或多种选自木材、非发泡聚合物、金属、玻璃、陶瓷、混凝土、如轻型建筑用砖(breezeblock)、瓦或砌砖的复合建筑材料、纸或瓷或其它瓷器(vitreous ware)的物质的基质。
当使用本发明的组合物制备阻燃系统时，优选地产生的系统基本上不含含卤素化合物，即，含有少于1重量％、优选少于0.5重量％的这样的化合物。
优选地，得到的固化并干燥的组合物膜(即，即用的最终的膜或涂层)的含水量不超过40％，更优选不超过30％，更加优选不超过25％，再更优选不超过20％(重量)。甚至更优选地，干燥组合物的含水量是17重量％或更少。
可以通过将组合物保持在50-120℃、优选60-110℃、更优选70-100℃的环境中，即，固化组合物，改进由本发明的组合物产生的膜/涂层的耐水性。适当地将组合物保持在这样的环境中60分钟至24小时，优选90分钟至18小时，更优选2小时至14小时，以确保组合物的温度达到环境温度。优选地，在固化过程中，组合物具有20重量％-50重量％的含水量。优选地，通过在高湿度(例如，100％相对湿度)气氛中进行固化，或者通过在密封的环境中加热以最小化水分损失，在固化过程中保持含水量。固化后，可以干燥组合物，以进一步提高对溶解作用的耐受性，优选达到17重量％或更少的含水量。
为了在固化过程中达到优选的20-50％的含水量，可以优选地在固化前、但是在涂覆后干燥本发明的组合物，尤其是当组合物用于处理和涂覆的优选初始含水量为70重量％-90重量％时。
或者，固化和干燥工艺可以与在水分逐渐损失的环境中加热组合物相结合。
另外，可以通过向膜上应用如微粉化聚乙烯蜡(一种氧化或未氧化的低分子量聚乙烯聚合物，由于其低分子量，具有蜡状的物理特性)的低熔点蜡、或如硬脂酸乙二醇酯(例如，乙二醇三硬脂酸酯)的硬脂酸酯、或硬脂酸金属盐(例如，硬脂酸的锌盐、钙盐、钠盐、镁盐)或一种或多种蜡和一种或多种硬脂酸酯的组合，来提高膜的性质，如疏水性或润滑性。蜡、硬脂酸盐或其混合物应该优选地具有60℃-150℃的熔点，更优选80℃-135℃，最优选90℃-130℃。例如，具有120-130℃的熔点的硬脂酸锌可以应用于膜上，当应用于聚合材料时，以作为润滑剂促进涂覆的膜的进一步加工。
通过下文所述的耐水性/溶解度测定方法测定，在通风的烘箱中80℃干燥膜或涂层至大约17％的含水量，然后在大约22℃的温度下浸泡于水中7天后，优选的涂层具有不超过25％、一般不超过20％、优选不超过15％、更优选不超过10％的长期溶解度。
本发明的另一方面提供了涂覆、浸渍或以其它方式向基质应用的方法，所述方法包括向所述基质涂覆、浸渍或应用本发明的组合物。
现在通过下面的非限制性实施例更详细地说明本发明。
实施例
耐水性/溶解度测定方法
为了测试耐水性/溶解度，采用以下步骤：
向下面的实施例中详述的发泡聚合物上应用硅铝酸盐组合物。将5.5g涂覆的发泡聚合物置于SterelinTM广口瓶中，并加入100g软化水。涂覆的发泡聚合物完全浸没于水中(保持它们在原位，以保持它们浸没并防止浮起)，并于室温(22℃)静置。在存储一段时期后，分析(使用滴定)溶液的含量，并使用下面的公式确定涂层的百分溶解度：
溶液中溶解的内容物x 100
5.5
含水量的分析
通过煅烧损失测量含水量。根据在烘箱中以800℃温度加热细分的样品至少1小时后重量的减少进行确定。由于样品中有机液体的存在，必须校正重量损失，以允许由于有机液体的煅烧导致的重量损失。通过煅烧有机液体的样品并测量其重量损失和剩余的灰分的量来导出校正系数。由于组合物的有机含量已知，可以容易地导出煅烧组合物的水分损失。
当组合物已经涂覆于发泡聚苯乙烯珠上时，在煅烧之前，首先从涂料组合物除去珠子(通过剥落)，使得含水量测量中没有来自发泡聚苯乙烯珠子的干扰。
使用烘箱和流化床的简单实验可以用来测定干燥并固化的膜达到最终需要的含水量所需要的干燥时间和温度。
实施例1(比较)
分批法(Al∶Si摩尔比＝1∶10)-未固化的
用螺旋桨式搅拌器以600-700RPM的转速混合以下原材料大约15分钟：
350克具有35％的硅酸钠含量的硅酸钠溶液(SiO2∶Na2O＝3.4)和3.5克具有350mPa.s的粘度的硅油(聚二甲基硅氧烷)。
通过以600RPM的转速混合以下成分10分钟制备铝酸钠溶液：31.7g浓铝酸钠溶液(46.7％的铝酸钠溶液)和153g软化水。对于本实施例和所有随后的实施例，铝酸钠溶液的Na2O∶Al2O3的比例是1.35∶1。
使用ultra-turrax混合器转头(转子/定子)以16,000RPM的搅拌速度，在2分钟时间里经计量泵向容器中的稀释的硅酸钠溶液中加入稀释的铝酸钠溶液，接着进行1分钟的均化。混合物(现在是硅铝酸钠溶胶)具有27重量％的总硅铝酸钠含量。然后通过在50℃下在流化床上向珠子上喷涂，向发泡聚苯乙烯珠子上涂覆该混合物。接着在流化床上干燥涂覆的珠子至12.5重量％的含水量。让珠子恢复到室温(22℃)，浸渍于水中存储3天或8天，之后根据上述方法进行溶解度测量。
表1实施例1的固化涂层的溶解度
含水量 溶解度结果 溶解度结果 3天 8天 12.5％ 14％ 32％
实施例2
分批法(Al∶Si摩尔比＝1∶10)-固化的
组合物同实施例1，但是在加入硅酸盐(具有34.5重量％的硅含量)之前的片刻向铝酸盐中加入83.7g含水SiO2凝胶(可从Ineos SilicasLimited获得的LuciliteTM PC5)，使得基于硅酸盐溶液的SiO2∶Na2O摩尔比是4.5∶1。也使用另外的10.4g铝酸钠，以保持总Al∶Si摩尔比是1∶10。
通过在50℃下在流化床上向珠子上喷涂，在发泡聚苯乙烯珠子上涂覆该混合物，并随后在流化床上干燥至35重量％的含水量。接着涂覆的珠子在密封以防止水分损失的烘箱中85℃固化4小时。固化之后，在通风的烘箱中85℃干燥涂覆的珠子至含水量为12重量％。在使用上述方法进行溶解度测量之前，室温下将涂覆的珠子浸渍于水中存储7天和18天。
表2实施例2的固化涂层的溶解度
含水量 溶解度结果 溶解度结果 7天 18天 12％ 2.8％ 7.7％
实施例3
分批法(Al∶Si摩尔比＝1∶10)-未固化的
本实施例同实施例1，但含有SiO2∶Na2O摩尔比为4.50的硅酸钠和27重量％的硅酸盐含量。
用螺旋桨式搅拌器以600-700RPM的转速混合以下原材料大约15分钟：
350克硅酸盐溶液和3.5克粘度为350mPa.s的硅油(聚二甲基硅氧烷)。通过以600RPM混合以下成分10分钟制备稀释的铝酸钠溶液：27.2g浓度为铝酸盐的45.6重量％的铝酸钠溶液和78g软化水。
接下来用ultra turrax分散元件(主要的转子/定子)代替混合设备。以16,000RPM的搅拌速度，在2分钟的时间里经计量泵向稀释的硅酸钠溶液中加入稀释的铝酸钠溶液。在添加完成后，接着以同样的搅拌速度再搅拌混合物1分钟。混合物(现在是硅铝酸钠溶胶)具有25重量％的总硅铝酸钠含量。然后通过在50℃下向流化床喷涂，在发泡聚苯乙烯珠子上涂覆该混合物，接着在流化床上干燥至12重量％的含水量。然后让珠子恢复到室温(22℃)。浸渍存储8天和16天之后，根据上述方法测量溶解度。
表3实施例3的溶解度
含水量 溶解度结果 溶解度结果 8天 16天 12％ 11％ 20％
实施例4
分批法(Al∶Si摩尔比＝1∶10)-固化的，加入ZnO
本实施例同实施例3，但是向组合物中加入氧化锌。在干燥/固化之前，最终的硅铝酸钠组合物中的氧化锌含量是0.48％。在与铝酸盐溶液混合之前，向硅酸盐溶液中加入氧化锌。
通过在50℃下在流化床中向珠子上喷涂，在发泡聚苯乙烯珠子上涂覆该混合物，接着在同样的床中干燥至35重量％的含水量。接着涂覆的珠子在密封以防止水分损失的烘箱中85℃固化4小时。固化之后，在通风的烘箱中85℃干燥涂覆的珠子至含水量为12重量％。然后将珠子恢复到室温(22℃)。浸渍8天和16天之后，使用上述方法测量溶解度。
表6实施例4的溶解度
含水量 溶解度结果 溶解度结果 8天 16天 12％ 4.0％ 6.5％
实施例5
流线(连续)法(Al∶Si摩尔比＝1∶10)-未固化的
本实施例中的组合物与实施例3中完全相同，但通过同时泵送以下成分制备组合物：i)含有硅油的硅酸钠溶液，和ii)铝酸钠溶液-作为两种独立的进料以合适的比例进入高剪切流线混合器中，以实现与实施例3同样的配方。与实施例3的唯一的区别在于混合物具有16％而不是25％的总硅铝酸钠含量。这可以通过加入与硅酸盐和铝酸盐溶液等量的所需量的水来实现。形成澄清的硅铝酸钠溶胶，处理该溶胶的样品，并以与实施例1相同的方法进行表征。
通过在50℃下向流化床喷涂，在发泡聚苯乙烯珠子上涂覆该混合物，接着在同样的床中干燥涂层至12重量％的含水量。没有进行单独的固化阶段。然后将珠子恢复到室温(22℃)，并在浸渍7天、14天和20天之后，使用上述方法测量溶解度。
表5实施例5的溶解度
含水量 溶解度结果 溶解度结果 溶解度结果 7天 14天 20天 12％ 11％ 11％ 11％
实施例1是比较实施例，而实施例2-5是根据本发明的实施例。所有实施例2-5都得到了比实施例1更大的对于存储期间溶解作用的耐受性。