CN101500716B - 用离子有机硅组合物处理表面的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用包括离子有机硅化合物的水性组合物处理无机表面的方法。出人意料的是，已经发现将水溶性离子有机硅化合物涂覆于无机表面使经处理的表面具有优异的疏水性质，所述水溶性离子有机硅化合物直至本发明仅少量使用以溶解硅烷。本发明仅采用离子有机硅化合物作为主要的或者唯一的组分以在无机基底的表面处理时赋予防水性。本发明的方法包括将离子有机硅化合物涂覆到无机表面从而赋予该基底耐水性。在涂覆后，经处理的表面可呈现出具有长期的防水性质的特征。

Description

用离子有机硅组合物处理表面的方法
技术领域
本发明涉及用含有离子有机硅化合物的水溶液使无机表面防水的方法。另外，本发明涉及用含有离子有机硅化合物的水溶液处理的无机表面，使得耐水膜覆盖该无机表面。
背景技术
耐水性是包括砖石和混凝土的多种建筑中的重要问题。耐水性很重要，因为这些类型的材料中的吸湿性和其移动导致或促进例如膨胀、收缩、开裂、染色、发霉、耐冻融性降低、化学侵袭、钢筋腐蚀、沉淀引起的结构损害的问题。由于这些问题，已经使用了多种技术以赋予这些类型表面耐水性，包括使用防水剂对结构进行的表面处理。过去已经使用的防水剂包括油、蜡、皂和树脂。这些防水剂通过刷涂、辊涂、空气喷涂、或无空气喷涂技术涂覆到表面。已经使用的一种防水剂是有机硅化合物。发现有机溶剂中的这些化合物有利于向砖块、混凝土、灰泥、或水磨石表面提供耐水性。
将有机硅化合物涂覆到表面用于防水是现有技术中所熟知的，如美国专利No.5,073,195中所述，其内容通过参考引入本文。有机硅氧烷如烷基三烷氧基化合物赋予耐水性的用途已知有至少30年了。通常，这些化合物的涂覆在可燃性溶剂如乙醇、甲醇和各种液体烃中进行。在涂覆期间，大量地释放挥发性有机化合物(VOC)。由于这些问题，进行了大量的努力以确定赋予砖石和混凝土表面耐水性的不可燃组合物的配方。尝试的第一种方法包括含有有机硅化合物的各种水乳液。然而，这些配方不能提供与基于溶剂的组合物相当的耐水性。认识到与水乳液配方有关的缺点后，开发了使烷基三烷氧基硅烷溶于水的配方。这种类型的配方将水溶性氨基和季铵有机硅烷与传统配方的烷基三烷氧基硅烷一起使用。这些配方的目的是开发可溶性有机硅烷以溶解提供防水特性的烷基三烷氧基硅烷。
除了耐水性之外，多种类型的建筑材料还受益于抗菌剂处理。抗菌剂是防止微生物污染和材料劣化的化学组合物。抗菌剂的可能最流行的类别是季铵化合物。低水平(1％或更低)的季铵硅烷作为抗菌剂的用途是熟知的并且在包括No.3,560,385、3,794,736、和3,814,739的多篇美国专利中有教导。由于它们的抗菌性质，它们的应用有利于多种表面、基底、仪器和应用。这种用途的实例描述于美国专利No.3,730,701、3,794,736、3,860,709、4,282,366、4,504,541、4,615,937、4,692,374、4,408,996、和4,414,268,它们的内容通过参考引入本文。含有季铵硅烷的水溶液的应用描述于美国专利No.4,921,701和5,169,625。
与本发明相关的是美国专利5,209,775、5,421,866、5,695,551、CA2,115,622和JP 3,159,975。这些专利涉及硅化合物的水分散的或水乳液型防水剂组合物。这些专利中公开的组合物含有(1)烷基烷氧基硅烷或硅氧烷；(2)水溶性硅烷；和(3)氨基硅烷或季铵硅烷。这些组合物中可溶性硅烷、氨基硅烷或离子季铵硅烷的作用是稳定水中的烷基烷氧基硅烷、硅氧烷、或其它不溶于水的聚合物。
由于疏水性不溶于水的硅烷的优异的性能，传统上优选将它们作为防水剂用于各种有机溶剂例如醇和烃中。然而，这些溶剂类型组合物的主要限制包括它们固有的毒性和可燃性。尽管相对于基于溶剂的处理提供了生态学改进，但现有的有机硅氧烷乳液和水分散硅烷或硅氧烷在经处理的基底的稳定性、渗透深度、和成珠效果(beading effect)方面比不上现有的基于溶剂的硅烷、硅烷/硅氧烷组合或硅氧烷。而且，表面活性剂的使用可引起该表面的再湿润。
因此，仍需要能够提供与利用基于溶剂的组合物的处理至少一样有效的耐水性的水性防水处理。所以，本发明的目的是提供一种用水溶液处理表面的方法，其中经处理的表面呈现出与基于溶剂的处理所提供的防水性至少相同的防水性。另外，本发明的目的是提供下列三个高度期望的用于在无机基底上提供长期疏水性的要求：(1)涂覆更安全的和环境可接受的水溶液，(2)赋予分子水平的疏水性和(3)与基底的反应性以提供长期性能。
发明内容
本发明涉及用包括离子有机硅化合物的水性组合物处理无机表面的方法以及各种处理过的无机表面。出人意料的是，已经发现将水溶性离子有机硅化合物涂覆于无机表面使经处理的表面具有优异的疏水性质，所述水溶性离子有机硅化合物直至本发明仅少量使用以溶解硅烷。本发明通过涂覆包含离子有机硅化合物的水溶液来满足上述要求，该离子有机硅化合物具有离子基团、疏水基团和在硅上的至少一个烷氧基。
本发明仅采用离子有机硅化合物作为主要的或者唯一的组分以在无机基底的表面处理时赋予防水性。本发明的方法包括将所有基本上由至少一种离子有机硅化合物组成的水溶液涂覆到无机表面从而赋予该表面耐水性。虽然期望不限于以下解释，但是认为在该水性离子有机硅溶液干燥时，该表面上堆积的分子使得能够赋予水溶性的离子基团在硅烷与无机表面形成化学键后深埋入该结构中。所以，涂覆之后经处理的表面可呈现出长期防水涂层的特征。因此，根据本发明的构思所教导的不同于如以上指出和讨论的几个专利所证明的现有技术中公开的内容。
具体实施方式
现在将在下面更全面地描述本发明，其中描述了本发明的部分但非全部实施方式。这些发明确实可以许多不同的形式实施并且不应该理解为限于本文所述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得该公开满足适用的法律要求。
用于本发明的合适的表面处理组合物通过将水和离子有机硅化合物混合在一起而形成。根据本发明的离子有机硅化合物包括具有选自下式的有机硅烷：
Figure G2006800552674D00031
其中在各式中：
Y是其中R为1-4个碳原子的烷基的RO、其中n的值为1-10的(CH2CH2O)nOH、(CH3OCH2CH2O)、或(CH3CH2OCH2CH2O)；
a具有0、1和2的值；
R′是甲基或乙基；
R″是1-4个碳原子的亚烷基；
R′″、R″″和Rv是含有1-22个碳原子的烷基且其中至少一个这种基团大于8个碳原子、-CH2C6H5、-CH2CH2OH、-CH2OH、和-(CH2)xNHC(O)Rvi，其中x的值为2-10且Rvi是具有1-12个碳原子的全氟烷基；
X为氯离子、溴离子、氟离子、碘离子、醋酸根或甲苯磺酸根；
Z是式C5H6N+的带正电的芳族吡啶输环；且
M是Na、K、或Li或H。
在一个优选的实施方式中，可将下式的离子有机硅化合物溶解在水中以形成水溶液：
Figure G2006800552674D00041
其中R是甲基或乙基，a的值为零，R″是亚丙基；R′″是甲基或乙基；R″″和Rv是含有1-22个碳原子的烷基且其中至少一个这种基团大于8个碳原子，且X为氯离子、醋酸根或甲苯磺酸根。可将含有这些离子有机硅的水溶液涂覆到无机表面以赋予耐水性。
本发明范围内的这种离子有机硅化合物的具体实例通过下式表示：
(CH3O)3Si(CH2)3N+(CH3)2C18H37Cl-
(CH3O)3Si(CH2)3N+(CH3)2C18H37Br-
(CH3O)3Si(CH2)3N+CH3(C10H21)2Cl-
(CH3O)3Si(CH2)3N+CH3(C10H21)2Br-
(CH3O)3Si(CH2)3P+(C6H5)3Cl-
(CH3O)3Si(CH2)3P+(C6H5)3Br-
(CH3O)3Si(CH2)3N+(CH3)2CH2C6H5Cl-
(CH2CH3O)3Si(CH2)3N+(CH3)2C18H37Cl-
(CH3O)3Si(CH2)3N+(CH3)2(CH2)3NHC(O)(CF2)6CF3Cl-
在一个替代实施方式中，对应于式3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十八烷基氯化铵、3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基甲基二癸基氯化铵、和3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十六烷基氯化铵的离子有机硅化合物特别适合于根据本发明涂覆无机表面的水溶液。这些离子有机硅化合物的结构如下：
Figure G2006800552674D00051
3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十八烷基氯化铵；
3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基甲基二癸基氯化铵；和
Figure G2006800552674D00053
3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十六烷基氯化铵。
根据本发明的组合物通过将离子有机硅溶解在水中制备。另外，可将多于一种的离子有机硅化合物溶于水以配制包含多于一种的离子有机硅化合物的水性组合物。而且，根据本发明的某些组合物也还包括已知的赋形剂例如湿润剂、表面活性剂、和抗菌剂。这些组合物以期望的施用剂量遵守有关挥发性有机含量(VOC)的地方和联邦法规并且可通过包括例如刷涂、辊涂、空气喷涂、和无空气喷涂技术的任何已知方式涂覆于多种表面。在包含离子有机硅的水性组合物涂覆和干燥之后，获得包括结合到该基底的保护性耐水层的经处理的表面。虽然期望不限于以下解释，但是认为在干燥时，堆积在该表面上的分子使得能够赋予水溶性的离子基团在硅烷与无机表面形成化学键后深埋入该结构中。而且，认为中心离子基团上的长链阻止水到达该分子的可溶性离子部分。因此，本发明还提供了包括独特层的经处理的表面，其中可溶性组分通过连附到该可溶性组分的长链而与水隔绝。
具有能与通过硅烷烷氧基的水解产生的硅烷醇键合的官能团或反应性位点的任何表面均可用本发明的水溶液处理而使其防水。因此，根据本发明的经处理的表面的特征可为离子有机硅化合物的缩聚物。某些合适的表面例如包括重质和轻质混凝土、砖石产品、石膏、混凝土砌块、煤渣砌块、软泥砖、灰砂砖、排水瓦管、瓷砖、砂石、墁灰、粘土砖、天然石材和岩石、屋瓦、硅酸钙砖、水泥品、熔渣石和熔渣砖(slag stones and bricks)、灰泥、石灰石、碎石、大理石、灰浆、砂浆、水磨石、灰渣、浮石、陶土、赤陶、瓷器、砖坯、珊瑚、白云石和沥青。可以用本发明的组合物处理的非水泥表面包括但不限于珍珠岩、泡沫玻璃、蛭石、云母、硅石和硅藻土。
在一个实施方式中，该水性离子有机硅组合物可包括至少约0.1重量％的离子有机硅化合物。另外，某些实施方式可包括约0.1重量％-约10重量％的离子有机硅化合物而其它可包括约10重量％-99重量％的有机硅化合物或约20重量％-60重量％的有机硅化合物。
实施例1
3-[三-(2-羟基乙氧基)甲硅烷基]丙基二甲基十八烷基氯化铵
将360克(6摩尔)的乙二醇加入配有冷凝器、搅拌器、温度计和蒸馏头的2升三颈烧瓶。在100℃下在2小时期间向该溶液中逐滴加入200克3-氯丙基三甲氧基硅烷。该混合物在100℃下加热6小时，期间回收101克材料，主要是沸点低于100℃的甲醇。获得460克粗产物混合物。
该粗产物混合物的主要成分为：
(OHCH2CH2O)3SiCH2CH(CH3)CH2Cl：
Figure G2006800552674D00061
3-氯丙基-三-(2-羟基乙氧基)硅烷。
在相同的反应配置中，将265克(0.9摩尔)十八烷基二甲胺加入粗产物溶液。该混合物加热到120℃下20小时。20小时后完成反应。产物混合物样品的滴定显示氯离子浓度为4.35％。主要成分的结构为：
(OHCH2CH2O)3SiCH2CH2CH2N(CH3)2C18H37Cl-：
Figure G2006800552674D00071
3-[三-(2-羟基乙氧基)甲硅烷基]丙基二甲基十八烷基氯化铵。
产物混合物的计算氯离子浓度为4.40％。该产物可与水以任意比混溶。
实施例2
将636克(6摩尔)的二甘醇加入配有冷凝器、搅拌器、温度计和蒸馏头的2升三颈烧瓶。在100℃下在2小时期间向该溶液中逐滴加入200克3-氯丙基三甲氧基硅烷。该混合物在125℃下加热6小时，期间回收101克材料，主要是沸点低于100℃的甲醇。获得735克粗产物混合物。
该粗产物混合物的主要成分为：
(OHCH2CH2OCH2CH2O)3SiCH2CH(CH3)CH2Cl：
Figure G2006800552674D00072
在相同的反应配置中，将265克(0.9摩尔)十八烷基二甲胺加入粗产物溶液。该混合物加热到120℃下20小时。20小时后完成反应。产物混合物样品的滴定显示氯离子浓度为2.97％。主要成分的结构为：
(OHCH2CH2OCH2CH2O)3SiCH2CH2CH2N(CH3)2C18H37Cl-：
Figure G2006800552674D00073
产物混合物的计算氯离子浓度为3.2％。该产物可与水以任意比混溶。
实施例3
3-(三甲氧基甲硅烷基)-2-甲基丙基二甲基十八烷基氯化铵
将225克的3-氯-2-甲基丙基-三甲氧基硅烷(1.1摩尔)、295克二甲基十八胺(1.0摩尔)和100克甲醇加入配有搅拌器、温度计的2升压力反应器。该混合物在120℃下加热30小时。30小时后完成反应。产物混合物样品的滴定显示氯离子浓度为5.62％。主要成分的结构为：
(CH3O)3SiCH2CH(CH3)CH2N(CH3)2C18H37Cl-：
3-(三甲氧基甲硅烷基)-2-甲基丙基二甲基十八烷基氯化铵。
产物混合物的计算氯离子浓度为5.71％。该产物可与水以任意比混溶。
实施例4
3-[三-(2-羟基乙氧基)甲硅烷基]-2-甲基丙基二甲基十八烷基氯化铵
将360克(6摩尔)的乙二醇加入配有冷凝器、搅拌器、温度计和蒸馏头的2升三颈烧瓶。在100℃下在2小时期间向该溶液中逐滴加入212克3-氯-2-甲基丙基-三甲氧基硅烷。该混合物在100℃下加热6小时，期间回收101克材料，主要是沸点低于100℃的甲醇。获得470克粗产物混合物。主要的反式酯化产物的结构为：
(OHCH2CH2O)3SiCH2CH(CH3)CH2Cl：
3-氯-2-甲基丙基-三(2-羟基-乙氧基)硅烷。
在相同的反应配置中，将265克(0.9摩尔)十八烷基二甲胺加入粗产物溶液。该混合物加热到120℃下20小时。20小时后完成反应。产物混合物样品的滴定显示氯离子浓度为4.17％。主要成分的结构为：
(OHCH2CH2O)3SiCH2CH(CH3)CH2N(CH3)2C18H37Cl-：
3-[三-(2-羟基乙氧基)甲硅烷基]-2-甲基丙基二甲基十八烷基氯化铵。
产物混合物的计算氯离子浓度为4.32％。该产物可与水以任意比混溶。
实施例5
将540克(6摩尔)的乙二醇单乙醚加入配有冷凝器、搅拌器、温度计和蒸馏头的2升三颈烧瓶。在100℃下在2小时期间向该溶液中逐滴加入200克3-氯丙基三甲氧基硅烷。该混合物在125℃下加热6小时，期间回收101克材料，主要是沸点低于100℃的甲醇。获得735克粗产物混合物。
粗产物混合物的主要成分为：
(CH3CH2OCH2CH2O)3SiCH2CH(CH3)CH2Cl：
Figure G2006800552674D00092
3-氯丙基三(2-乙氧基乙氧基)硅烷。
在相同的反应配置中，将265克(0.9摩尔)十八烷基二甲胺加入粗产物溶液。该混合物加热到120℃下20小时。20小时后完成反应。产物混合物样品的滴定显示氯离子浓度为3.45％。主要成分的结构为：
(CH2CH3OCH2CH2O)3SiCH2CH2CH2N(CH3)2C18H37Cl-：
Figure G2006800552674D00101
3-[三-(2-乙氧基乙氧基)甲硅烷基]丙基二甲基十八烷基氯化铵。
产物混合物的计算氯离子浓度为3.52％。该产物可与水以任意比混溶。
实施例6
通过溶解在自来水中制备0.1-5.0重量％的3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十八烷基氯化铵的多种水溶液。处理的基底包括混凝土砌块、水泥板、砂面墁灰(sand face plaster)和砂石。对这些材料进行称重并在100℃的烘箱中干燥直至达到恒定的重量。然后对各块材料进行称重并置于1cm的水中1小时，再次称重并在100℃的烘箱中干燥直至达到恒定的重量。此时，称重各块、在防水剂溶液中浸泡20秒然后干燥，并最终再次称重。将经处理的样品置于1cm的水中1小时并称重。各次试验的百分隔水率(water exclusion)在表I中提供，其中百分隔水率根据以下方式计算：
Figure G2006800552674D00102
表I：(％)不同浓度下的隔水率
Figure G2006800552674D00103
这些结果表明1.5-3.5重量％的溶液提供对大多数基底优异的疏水性。
实施例7
使用标准M20砌块样品进行测试。将标准尺寸砖切割成三块相同的部分进行测试。砂石块为7cm×6mm×7cm。包括未处理的对照品用于对比并计算隔水率。用钢丝刷和布清洗样品。将各块样品称重并在100℃的烘箱中干燥直至达到恒定的重量。通过根据ASTM D-6489建立的步骤确定水吸收。将各块称重并将其置于1cm的水中24小时，再次称重并在100℃的烘箱中干燥直至达到恒定的重量。然后根据实施例6所述用防水剂处理各块。将各块浸泡在1cm的水中24小时之后再次称重各块。水吸收、百分吸水率(水吸收×100/干燥块的重量)和百分隔水率通过以下方式计算：
Figure G2006800552674D00111
通过溶解在自来水中制备3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十八烷基氯化铵的2.5重量％溶液。各基底的三个样品通过将样品浸渍20秒而进行处理。使样品固化24小时。它们进一步在100℃的烘箱中干燥1小时。从烘箱中取出之后，使样品达到室温然后进行测量。使用ASTM方法D6489确定水吸收。三个样品的平均计算结果总结于表II中。
表II基于ASTM D6489的隔水率
  基底   ％隔水率
  混凝土砌块(M20)   89
  砖   90
  砂石   85
水泥板 80
实施例8
Rilem水压渗水试验(试验II.4)
通过溶解在自来水中制备3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十八烷基氯化铵的2.5％溶液。各基底的三个样品通过将样品浸渍在水溶液中20秒而进行处理。使样品固化24小时。然后它们进一步在100℃的烘箱中干燥1小时。使样品达到室温然后进行测量。吸收管通过施加压力将填隙带插入到该管的圆边和砖石材料的表面之间而固定在基底表面上。然后将水加入管的开口直到其达到零刻度标记。基底在20分钟内吸收的水量从管上的刻度标记读出。数据提供于表III中，该表III显示20分钟内损失的毫升(ml)数。
表III Rilem水压渗水试验(试验II.4)
 基底   20分钟内未处理的水损失ml   20分钟内2.5％处理的水损失ml
 混凝土砌块(M20)   8.0   0.2
 砖   40   0.2
 砂石   20   0.1
 水泥板   10   0.3
实施例9
渗透深度
通过溶解在自来水中制备3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十八烷基氯化铵的2.5％溶液。各基底的三个样品通过将样品浸渍在水溶液中20秒而进行处理。使样品固化24小时。然后它们进一步在100℃的烘箱中干燥1小时。使样品达到室温然后进行测量。使用锤子和凿子纵向地劈开各样品。将各样品的一半以断裂面朝下置于水溶性染料溶液中。仅各样品的未处理部分吸收该溶液并变得被染色。测量从表面向下到染色区域的渗透深度。平均渗透提供于表IV中。
表IV渗透深度
  基底  2.5％处理的渗透深度mm   处理时间(秒)   溶液吸收量(％)
  混凝土砌块(M20)   6   20   1
  砖   10   20   2
砂石 3 20 0.3
实施例10
毛细管吸收测试
在调节之后，将经处理的和未经处理的混凝土立方块样品用于进一步实验。记录所有立方块的初始重量。将称重的样品置于由一包过滤纸制成的多孔载体上的容器中。该包过滤纸的厚度大约为1cm。该包过滤纸确保了水仅与放置有样品的表面之间的直接和连续的接触。将自来水缓慢地倒入该容器直到该纸张完全饱和。水位不允许升高超过该包过滤纸的顶部边界。为减少水的蒸发，用玻璃片覆盖该容器。
为评价毛细管水吸收，1小时后将样品从容器中取出。在用湿布擦拭与水接触的表面之后，称重各样品。获得的结果提供于表V中。
表V毛细管吸收
 基底   未处理的水吸收量(％)   2.5％处理的水吸收量(％)
 混凝土砌块(M20)   5   ＜0.1
 砖   10   ＜0.1
实施例11
将标准M20砌块样品用于附加的测试。包括未处理的对照品用于对比并计算隔水率。用钢丝刷和布清洗样品。称重各块并在100℃的烘箱中干燥直至达到恒定的重量。水吸收通过根据ASTM D6489建立的步骤确定。称重各块并将其置于1cm的水中24小时，再次称重并在100℃的烘箱中干燥直至达到恒定的重量。2.5重量％的3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基甲基二癸基氯化铵溶液通过溶解在自来水中制备。三个样品通过浸渍在水溶液中20秒而进行处理。使样品固化24小时。然后它们进一步在100℃的烘箱中干燥1小时。使样品达到室温然后进行测量。水的吸收、百分吸水率(水吸收×100/干燥块的重量)和百分隔水率通过以下方式计算：
Figure G2006800552674D00131
三个样品计算的平均百分隔水率为87％。
实施例12
将标准M20砌块样品用于附加的测试。包括未处理的对照品用于对比并计算隔水率。用钢丝刷和布清洗样品。将各块样品称重并在100℃的烘箱中干燥直至达到恒定的重量。通过溶解在自来水中制备3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十六烷基氯化铵的2.5重量％溶液。三个样品通过浸渍在水溶液中20秒而进行处理。使样品固化24小时。然后它们进一步在100℃的烘箱中干燥1小时。使样品达到室温然后进行测量。水的吸收、百分吸水率(水吸收×100/干燥块的重量)和百分隔水率通过以下方式计算：
Figure G2006800552674D00132
三个样品计算的平均隔水率为85％。
实施例13
将标准M20砌块样品用于附加的测试。包括未处理的对照品用于对比并计算隔水率。用钢丝刷和布清洗样品。将各块样品称重并在100℃的烘箱中干燥直至达到恒定的重量。通过将实施例1获得的产物溶解于自来水中制备2.5重量％溶液。三个样品通过浸渍在水溶液中20秒而进行处理。使样品固化48小时。然后它们进一步在100℃的烘箱中干燥1小时。使样品达到室温然后进行测量。水的吸收、百分吸水率(水吸收×100/干燥块的重量)和百分隔水率通过以下方式计算：
Figure G2006800552674D00141
三个样品计算的平均隔水率为91％。
实施例14
将标准M20砌块样品用于附加的测试。包括未处理的对照品用于对比并计算隔水率。用钢丝刷和布清洗样品。将各块样品称重并在100℃的烘箱中干燥直至达到恒定的重量。通过将实施例2获得的产物溶解于自来水中制备2.5重量％溶液。三个样品通过浸渍在水溶液中20秒而进行处理。使样品固化5天。然后它们进一步在100℃的烘箱中干燥1小时。使样品达到室温然后进行测量。水的吸收、百分吸水率(水吸收×100/干燥块的重量)和百分隔水率通过以下方式计算：
Figure G2006800552674D00142
三个样品计算的平均隔水率为81％。
实施例15
将标准M20砌块样品用于附加的测试。包括未处理的对照品用于对比并计算隔水率。用钢丝刷和布清洗样品。将各块样品称重并在100℃的烘箱中干燥直至达到恒定的重量。通过将实施例4获得的产物溶解于自来水中制备2.5重量％溶液。三个样品通过浸渍在水溶液中20秒而进行处理。使样品固化48小时。然后它们进一步在100℃的烘箱中干燥1小时。使样品达到室温然后进行测量。水的吸收、百分吸水率(水吸收×100/干燥块的重量)和百分隔水率通过以下方式计算：
Figure G2006800552674D00151
三个样品计算的平均隔水率为93％。
实施例16
将标准M20砌块样品用于附加的测试。包括未处理的对照品用于对比并计算隔水率。用钢丝刷和布清洗样品。将各块样品称重并在100℃的烘箱中干燥直至达到恒定的重量。通过将实施例5获得的产物溶解于自来水中制备2.5重量％溶液。三个样品通过浸渍在水溶液中20秒而进行处理。使样品固化48小时。然后它们进一步在100℃的烘箱中干燥1小时。使样品达到室温然后进行测量。水的吸收、百分吸水率(水吸收×100/干燥块的重量)和百分隔水率通过以下方式计算：
Figure G2006800552674D00152
三个样品计算的平均隔水率为93％。
本发明所属技术领域的技术人员在受益于前述说明书和相关附图所给出的教导后将想到许多变型方案和其它实施方式。因此，应该理解本发明不限于公开的具体实施方式并且变型方案和其它实施方式旨在包括于所附权利要求的范围内。虽然本文采用了具体的术语，但它们仅以一般和描述性的概念使用并且没有限制的作用。

Claims (16)

1.一种处理无机表面的方法，包括向所述无机表面涂覆由至少一种离子有机硅化合物和水，以及任选的湿润剂、表面活性剂和抗菌剂组成的水溶液，所述离子有机硅化合物选自下式： 
Figure FSB00001032810400011
其中： 
Y是其中n的值为1-10的(CH2CH2O)nOH、或(CH3OCH2CH2O)、或(CH3CH2OCH2CH2O)； 
a具有0、1和2的值； 
R′是甲基或乙基； 
R″是1-4个碳原子的亚烷基； 
R″′、R″″和Rv是含有1-22个碳原子的烷基且其中至少一个这种基团大于8个碳原子、-CH2C6H5、-CH2CH2OH、-CH2OH、和-(CH2)xNHC(O)Rvi，其中x具有2-10的值且Rvi是具有1-12个碳原子的全氟烷基；且 
X为氯离子、溴离子、氟离子、碘离子、醋酸根或甲苯磺酸根； 
其中所述无机表面具有将与通过硅烷烷氧基的水解产生的硅烷醇键合的官能团或反应性位点。 
2.权利要求1的方法，其中所述离子有机硅化合物占所述水溶液的0.1重量％-10重量％。 
3.权利要求1的方法，其中所述涂覆步骤包括将所述水溶液喷涂在所述无机表面上。 
4.权利要求1的方法，其中所述涂覆步骤包括将所述水溶液涂覆在无机表面上。 
5.权利要求4的方法，其中所述无机表面选自混凝土、石膏、煤渣砌块、软泥砖、灰砂砖、排水瓦管、瓷砖、砂石、墁灰、粘土砖、岩石、屋瓦、硅酸钙砖、水泥品、熔渣石和熔渣砖、石灰石、大理石、灰浆、砂浆、水磨石、灰渣、浮石、陶土、赤陶、瓷器、砖坯、珊瑚、白云石和沥青。 
6.权利要求1的方法，包括： 
i)将所述至少一种离子有机硅化合物溶解在水中形成离子有机硅化合物的水溶液； 
ii)将所述水溶液涂覆在无机表面上；和 
iii)使所述水溶液干燥从而所述至少一种离子有机硅化合物与所述无机表面上存在的反应性位点结合以在所述无机表面上形成保护性疏水层。 
7.权利要求6的方法，其中所述至少一种离子有机硅化合物占所述水溶液的0.1重量％-10重量％。 
8.权利要求7的方法，其中所述至少一种离子有机硅化合物是3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十八烷基氯化铵、3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基甲基二癸基氯化铵、和3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十六烷基氯化铵中的至少一种。 
9.权利要求8的方法，其中涂覆所述水溶液的步骤选自将所述水溶液刷涂、辊涂和喷涂到所述无机表面上的至少一种。 
10.权利要求1的方法，其中所述离子有机硅化合物选自下式： 
Figure FSB00001032810400021
其中： 
Y是其中n的值为1-10的(CH2CH2O)nOH； 
a具有0、1和2的值； 
R′是甲基或乙基； 
R″是1-4个碳原子的亚烷基； 
R″′、R″″和Rv是含有1-22个碳原子的烷基且其中至少一个这种基团大于8个碳原子、-CH2C6H5、-CH2CH2OH、-CH2OH、和-(CH2)xNHC(O)Rvi，其中x具有2-10的值且Rvi是具有1-12个碳原子的全氟烷基；且 
X为氯离子、溴离子、氟离子、碘离子、醋酸根或甲苯磺酸根。 
11.权利要求10的方法，其中R”是4个碳原子的亚烷基。 
12.一种防水品，包括具有疏水层的无机表面，所述疏水层结合到所述无机表面，所述疏水层包括根据下式的水溶性离子有机硅化合物的缩聚物， 
Figure FSB00001032810400022
其中： 
Y是其中n的值为1-10的(CH2CH2O)nOH、或(CH3OCH2CH2O)、或(CH3CH2OCH2CH2O)； 
a具有0、1和2的值； 
R′是甲基或乙基； 
R″是1-4个碳原子的亚烷基； 
R″′、R″″和Rv是含有1-22个碳原子的烷基且其中至少一个这种基团大于8个碳原子、-CH2C6H5、-CH2CH2OH、-CH2OH、和-(CH2)xNHC(O)Rvi，其中x具有2-10的值且Rvi是具有1-12个碳原子的全氟烷基；且 
X为氯离子、溴离子、氟离子、碘离子、醋酸根或甲苯磺酸根。 
13.权利要求12的防水品，其中所述疏水层和所述无机表面通过Si-O-Si键连接。 
14.权利要求13的防水品，其中所述疏水层进一步包括键合到离子基团的长链烷基。 
15.权利要求14的防水品，其中所述长链烷基定位成使水不能到达所述离子基团。 
16.权利要求14的防水品，其中所述疏水层包括3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十八烷基氯化铵、3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基甲基二癸基氯化铵、和3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十六烷基氯化铵中的至少一种的缩聚物。 
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