CN102249593A - 一种有机硅粉末防水剂的制备方法 - Google Patents

一种有机硅粉末防水剂的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于化工领域，涉及一种有机硅粉末防水剂的制备方法，包括以下步骤：将水溶性成膜物质制成溶液；将极细矿物载体与有机硅高效防水剂按一定比例搅拌混合，形成匀质二元分散体系；将上述二元分散体系中加入水溶性成膜物质制成的溶液中，混合均匀，形成匀质三元分散体系；将该均匀三元分散液真空干燥得到干燥的聚合物硬块；冷却至室温；得到的干燥聚合物硬块粉碎至一定细度的粉末。本发明采用的设备简便易操作，成品有机硅粉末防水材料适合建筑防水的实际应用，本发明所制得的有机硅防水剂为白色或米白色粉末，低掺量即可具有杰出防水效果，粉末易可再分散，与水和易性好，便于实际应用，无溶剂设计，环境友好。

Description

一种有机硅粉末防水剂的制备方法
技术领域
本发明属于化工领域，涉及一种有机硅粉末防水剂的制备方法。
背景技术
有机硅化合物的基本结构单元由硅-氧链节构成，侧链则通过硅原子与其他各种有机基团相连。因此，在有机硅化合物的结构中既含有“有机基团”，又含有“无机结构”，这种特殊组成和分子结构使有机硅化合物集有机特性与无机功能于一身。这使有机硅化合物在耐热性、稳定性和耐候性等方面性能突出。
另外，有机硅材料具有很低的表面张力，能降低被覆盖基材的表面能，使其具有出色的憎水性；同时，又不封闭基材的透气微孔，使其具有透气呼吸功能。
而且，有机硅建筑防水剂是由本身带有一定反应活性基的硅烷/硅氧烷类有机硅化合物组成的，当这些机硅材料涂刷于硅酸盐基材表面或掺入其拌合物中时，带有反应活性基的硅氧烷，不但能通过活性基团的相互作用形成网状疏水性硅氧烷膜(如下图1所示)，还能与硅酸盐基材中的羟基发生缩合反应形成末端带有
Figure BDA0000054416410000011
基硅烷链。有机硅膜在建材制品表面呈定向排列结构(如图1所示)，有机硅膜的Si-O键紧靠建材制品表面，烷基则伸向外。烷基是非极性基，有着极好的斥水性，并且由于形成化学键，使有机硅膜牢固地附着在建材制品表面。这种斥水性网状硅氧烷分子膜具有很低的表面张力，能均匀的分布在壁上，而不是封闭其毛细管通道，水在毛细管壁的接触角为100°～130°以上，使滴在其上的水成为小水珠，无法渗入到基材内部。
这样，经有机硅处理过的基材就具有良好的防水效应，有效的阻止水分的浸入，又由于它并没有封闭基材毛细管通道，不妨碍水汽由里向外扩散，使得基材具有好的透气性。又因为Si-O键的键能较高，有机硅憎水膜具有优异的耐候性，因此防水效果持久，其防水层的寿命一般可达10～15年。
因而，有机硅材料作为理想的建筑防水材料，可广泛用作砖瓦、墓碑、石刻、道路、桥梁、混凝土构件、陶瓷等建筑材料的防水剂。
然而，关于有机硅防水剂的性能、制备及改善虽已做了大量研究，也取得不少喜人成果，但问题和困难仍存在，如烷基烷氧基硅烷加水易分解，同时分解后易引起缩合反应，在水中稳定存在非常困难。因此，虽然制备烷基烷氧基硅烷的水溶液和水分散体是理想的方案，但制备对水稳定又能起斥水作用的有机硅化合物，仍需要做大量的工作。
而且，随着国家和人们对人类生存环境保护意识和怎样高效利用能源的意识越来越强烈，干粉砂浆和功能砂浆近年在我国蓬勃发展，各种液态防水剂已不能满足市场发展的需求，适应于干粉砂浆的固体粉末防水剂品种少，性能差异大。
因此，液态有机硅防水剂本身存在的问题和建筑材料发展都要求有机硅防水剂能以全新的固体粉末形式出现。另外，固体粉剂材料在运输、贮存和使用上都大大有优势。
发明内容
本发明的目的在于针对现有防水剂已存在问题而提供一种制备有机硅粉末防水剂的方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种有机硅粉末防水剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将水溶性成膜物质制成溶液；
(2)将极细矿物载体与有机硅高效防水剂按一定比例混合，形成匀质二元分散体系；
(3)将步骤(2)获得的二元分散体系中加入步骤(1)获得的溶液，混合均匀，形成匀质三元分散体系；
(4)将步骤(3)得到的匀质三元分散液真空干燥得到干燥的聚合物硬块；
(5)将步骤(4)得到的聚合物硬块冷却至室温；
(6)将步骤(5)得到的干燥聚合物硬块粉碎至一定细度的粉末。
所述的水溶性成膜物质选自聚乙烯醇、甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙甲纤维素、聚乙烯基吡咯烷酮、明胶、阿拉伯胶树胶、麦芽糊精或淀粉等中的一种或几种。
所述的水溶性成膜物质优选聚乙烯醇，因为它不仅具有良好的成膜性、粘接力和乳化性，而且还是优秀的保护胶体，能起稳定作用。
所述的步骤(1)中，溶剂为水，溶解温度为室温至100℃，溶解时间小于30min；
水溶性成膜物质在溶液中的质量分数为2％～30％，优选3％～20％。
所述的极细矿物载体选自无机矿物载体。
所述的无机矿物载体选自极细偏高领土、纳米碳酸钙、极细白炭黑、极细二氧化硅、极细沸石粉或极细滑石粉等无机矿物中的一种或几种，其粒径为10～100nm。
所述的步骤(2)中，极细矿物载体是极细矿物载体颗粒或极细矿物载体的乙醇、甲醇或二氯甲烷悬浮液，载体与有机溶剂按1∶1～7混合，优选1∶1～3。
所述的有机硅高效防水剂选自硅烷或聚硅氧烷中的一种或两种复配。
所述的有机硅高效防水剂硅烷优选含6～10个碳原子的烷基和1～4个碳原子的烷氧基构成的硅烷；
所述的有机硅高效防水剂聚硅氧烷优选聚硅氧烷液体，如聚二甲基硅氧烷、含氢硅油、羟基硅油等；
所述的硅烷和硅氧烷的复配比例为99～50∶1～50，优选复配比例97～70∶3～30，具有良好的憎水性、渗透性，能抗多种腐蚀介质(稀酸、碱、盐、潮热空气和有机溶剂)的作用，能阻止霉菌的侵蚀。
所述的步骤(2)中，极细矿物载体的质量为高效有机硅防水剂的0～40％，优选8％～30％。
所述的步骤(2)中搅拌速度为300r/min～3000r/min，搅拌时间为0～24h，优选搅拌速度为600r/min～2000r/min，搅拌时间为30min～3h。
所述的步骤(3)中，步骤(1)制备的成膜物质占总质量的10％～60％，优选20％～45％。所述的步骤(3)中搅拌速度为300r/min～5000r/min，搅拌时间为0～3h，搅拌速度优选为900r/min～3000r/min；搅拌时间优选为30min～90min。
所述的步骤(4)的干燥条件为：真空度为0.25Mpa～0.05Mpa，干燥温度40℃～85℃，干燥时间15min～6h，该真空干燥过程在真空干燥箱或旋转蒸发仪中进行。
所述的步骤(6)中，粉末的细度为50μm～300μm，优选100μm。
所述的有机硅粉末防水剂中聚硅氧烷或/和硅烷的含量占有机硅粉末防水剂质量的30-75％。
本发明的优点在于：
本发明所制得的粉末防水剂是一种高效可再分散的白色有机硅粉末防水剂；在极低的掺量下即可获得优秀的憎水性，并且不影响水蒸气透过性；采用无溶剂设计，无毒、环境友好；与水具有良好的和易性，易于与建筑材料拌合；生产工艺简单，无须复杂设备，原材料充足；适用范围广，可以以干粉形式直接内掺于水泥、混凝土、砂浆、密封接缝材料、石膏、灌浆材料中，特别适合于干粉砂浆。还可以加水形成液态防水剂的形式供使用。
本发明获得有机硅防水剂，为白色或米白色粉末，有机硅粉末中的有效成分为聚硅氧烷或/和硅烷，有效成分的含量占有机硅粉末反水剂质量的30％～75％，推荐掺量：以干粉形式使用，为干粉总量的0.1％～1％。
附图说明
图1是有机硅膜在建材表面的排列结构示意图。
图2是本发明获得的有机硅粉末防水剂的防水效果图。
具体实施方式
下面结合实例作进一步详细说明：
实施例1
(1)将成膜物质聚乙烯醇粉末溶解在室温水中，并且边搅拌边加入水中，如果溶解不完全，则将其加热至50℃，最好为70℃，溶解时间大约30min，然后冷却至室温，其仍保持溶液状态，质量分数为3％。
(2)将纳米碳酸钙配制成乙醇悬浮液，碳酸钙与乙醇质量比为1∶2。
将纳米碳酸钙载体和辛基三乙氧基硅烷防水剂混合形成均匀二元分散体，其中纳米碳酸钙的质量为辛基三乙氧基硅烷防水剂质量的8％，搅拌速度为600r/min，搅拌时间30min。
(3)将质量分数为3％的聚乙烯醇水溶液加入纳米碳酸钙载体-辛基三乙氧基硅烷高效防水剂的二元分散体中，并且搅拌使其形成聚乙烯醇成膜物质-纳米碳酸钙载体-辛基三乙氧基硅烷防水剂三元分散体，其中聚乙烯醇占总质量的45％，搅拌速度为900r/min，搅拌时间30min。
(4)将上述获得的匀质三元分散体用旋转蒸发仪(R201B，上海新华医疗设备)，在真空度0.05Mpa，温度40℃的工艺条件下，干燥6h，可获得由聚乙烯醇包裹辛基三乙氧基硅烷防水剂的聚合物硬块。
(5)将聚合物硬块冷却至室温。
(6)将上述聚合物硬块采用粉碎设备将其粉碎成300μm的粉末，该粉末中有效成分占有机硅粉末防水剂质量的50％。
将实施例1制备的有机硅粉末防水剂按标准JC474-2008测试，添加0.3％有机硅粉末防水剂的砂浆和未添加任何添加剂的砂浆吸水效果对比如图2所示；从图中可以看出添加了本实施例的防水剂的砂浆试块吸水率远小于空白砂浆，即使砂浆连续吸水时间长达48h，砂浆吸水量也很小。
实施例2
(1)将成膜物质聚乙烯醇粉末溶解在室温水中，并且边搅拌边加入水中，如果溶解不完全，则将其加热至50℃，最好为70℃，溶解时间大约30min，然后冷却至室温，其仍保持溶液状态，质量分数为5％。
(2)将纳米碳酸钙配制成乙醇悬浮液，碳酸钙与乙醇质量比为1∶3。
将纳米碳酸钙载体和聚二甲基硅氧烷防水剂混合形成均匀二元分散体，其中纳米碳酸钙的质量为聚二甲基硅氧烷防水剂质量的15％，搅拌速度为900r/min，搅拌时间45min。
(3)将质量分数为5％的聚乙烯醇水溶液加入纳米碳酸钙载体-聚二甲基硅氧烷高效防水剂的二元分散体中，并且搅拌使其形成聚乙烯醇成膜物质-纳米碳酸钙载体-聚二甲基硅氧烷防水剂三元分散体，其中聚乙烯醇占总质量的36％，搅拌速度为1500r/min，搅拌时间45min。
(4)将上述获得的匀质三元分散体用旋转蒸发仪(R201B，上海新华医疗设备)，在真空度0.08Mpa，温度45℃的工艺条件下，干燥6h，可获得由聚乙烯醇包裹聚二甲基硅氧烷防水剂的聚合物硬块。
(5)将聚合物硬块冷却至室温。
(6)将上述聚合物硬块采用粉碎设备将其粉碎成300μm的粉末，该粉末中有效成分占有机硅粉末防水剂质量的55％。
实施例3
(1)将成膜物质羟乙基纤维素溶解在室温水中，并且边搅拌边加入水中，溶解时间大于20min，质量分数为5％。
(2)将纳米二氧化硅载体与辛基三乙氧基硅烷-聚二甲基硅氧烷复型高效防水剂混合形成均匀二元分散体，其中辛基三乙氧基硅烷与聚二甲基硅氧烷按97∶3的比例复配，纳米二氧化硅为防水剂质量的18％，搅拌速度为1500r/min，搅拌时间1h。
(3)将质量分数为5％的羟乙基纤维素水溶液加入纳米二氧化硅载体-辛基三乙氧基硅烷与聚二甲基硅氧烷复型防水剂的二元分散体中，并且搅拌使其形成羟乙基纤维素成膜物质-纳米二氧化硅载体-辛基三乙氧基硅烷与聚二甲基硅氧烷复型防水剂匀质三元分散体，其中羟乙基纤维素占总质量的30％，搅拌速度为2000r/min，搅拌时间60min。
(4)将上述获得的匀质三元分散体用旋转蒸发仪(R201B，上海新华医疗设备)，在真空度0.1Mpa，温度60℃的工艺条件下，干燥2h，可获得由羟乙基纤维素包裹辛基三乙氧基硅烷与聚二甲基硅氧烷复合防水剂的聚合物硬块。
(5)将聚合物硬块冷却至室温。
(6)将上述获得聚合物硬块采用粉碎设备将其粉碎成150μm的粉末，该粉末中有效成分占有机硅粉末防水剂质量的65％。
实施例4
(1)将阿拉伯树胶和麦芽糊精按4∶1的比例配置成质量分数为20％的水溶液，溶解温度65℃，溶解时间20min。
(2)将极细偏高岭土载体与辛基三乙氧基硅烷-聚二甲基硅氧烷复型高效防水剂混合形成均匀二元分散体，其中辛基三乙氧基硅烷与聚二甲基硅氧烷按70∶30的比例配制，偏高领土为复型防水剂质量的30％，搅拌速度为2000r/min，搅拌时间为3h。
(3)将质量分数为20％的阿拉伯树胶与麦芽糊精复合溶液加入极细偏高领土载体-辛基三乙氧基硅烷与聚二甲基硅氧烷复型防水剂的二元分散体中，并且搅拌使其形成阿拉伯树胶与麦芽糊精复合成膜物质-纳米偏高领土载体-辛基三乙氧基硅烷与聚二甲基硅氧烷复型防水剂匀质三元分散体，其中成膜物质占总质量的20％，搅拌速度为3000r/min，搅拌时间90min。
(4)将上述获得的匀质三元分散体用真空干燥箱(DZX-6050B真空干燥箱)，在真空度0.2Mpa，温度80℃的工艺条件下，干燥1h，可获得由阿拉伯树胶与麦芽糊精复合成膜物包裹辛基三乙氧基硅烷与聚二甲基硅氧烷复合防水剂的聚合物硬块。
(5)将聚合物硬块冷却至室温。
(6)将上述获得聚合物硬块采用粉碎设备将其粉碎成100μm的粉末，该粉末中有效成分占有机硅粉末防水剂质量的75％。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种有机硅粉末防水剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将水溶性成膜物质制成溶液；
(2)将极细矿物载体与有机硅高效防水剂按一定比例混合，形成匀质二元分散体系；
(3)将步骤(2)获得的二元分散体系中加入步骤(1)获得的溶液，混合均匀，形成匀质三元分散体系；
(4)将步骤(3)得到的匀质三元分散液真空干燥得到干燥的聚合物硬块；
(5)将步骤(4)得到的聚合物硬块冷却至室温；
(6)将步骤(5)得到的干燥聚合物硬块粉碎至一定细度的粉末。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的水溶性成膜物质选自聚乙烯醇、甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙甲纤维素、聚乙烯基吡咯烷酮、明胶、阿拉伯胶树胶、麦芽糊精或淀粉中的一种或几种；所述的水溶性成膜物质优选聚乙烯醇。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步骤(1)中，溶剂为水，溶解温度为室温至100℃，溶解时间小于30min；或所述的水溶性成膜物质在溶液中的质量分数为2％～30％，优选3％～20％。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的极细矿物载体选自无机矿物载体。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述的无机矿物载体选自极细偏高领土、纳米碳酸钙、极细白炭黑、极细二氧化硅、极细沸石粉或极细滑石粉中的一种或几种，其粒径为10～100nm。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步骤(2)中，极细矿物载体是极细矿物载体颗粒或极细矿物载体的乙醇、甲醇或二氯甲烷悬浮液；载体与有机溶剂按1∶1～7混合，优选1∶1～3。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的有机硅高效防水剂选自硅烷或聚硅氧烷中的一种或两种复配。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述的有机硅高效防水剂硅烷优选含6～10个碳原子的烷基和1～4个碳原子的烷氧基构成的硅烷；所述的有机硅高效防水剂聚硅氧烷优选聚硅氧烷液体，优选聚二甲基硅氧烷、含氢硅油、羟基硅油；所述的有机硅高效防水剂硅烷与聚硅氧烷复型防水剂，是指硅烷和硅氧烷的复配比例为99～50∶1～50，优选复配比例97～70∶3～30。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步骤(2)中，极细矿物载体的质量为高效有机硅防水剂的0～40％，优选8％～30％；或所述的步骤(2)中搅拌速度为300r/min～3000r/min，搅拌时间为0～24h，优选搅拌速度为600r/min～2000r/min，搅拌时间为30min～3h；或所述的步骤(3)中，步骤(1)制备的成膜物质占总质量的10％～60％，优选20％～45％。所述的步骤(3)中搅拌速度为300r/min～5000r/min，搅拌时间为0～3h，搅拌速度优选为900r/min～3000r/min；搅拌时间优选为30min～90min。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步骤(4)的干燥条件为：真空度为0.25Mpa～0.05Mpa，干燥温度40℃～85℃，干燥时间15min～6h，该真空干燥过程在真空干燥箱或旋转蒸发仪中进行；或所述的步骤(6)中，粉末的细度为50μm～300μm，优选100μm；或所述的有机硅粉末防水剂中聚硅氧烷或/和硅烷的含量占有机硅粉末防水剂质量的30-75％。 
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