CN103043946B - 有机硅防水乳液及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有机硅防水乳液，所述有机硅防水乳液由以下原料按照重量份配比组成：含有活性基团的硅烷或硅氧烷1~100份，硅烷偶联剂4~100份，乳化剂1~20份和水600~22000份。本发明还提供其制备方法，包括：1）将含有活性基团的硅烷或硅氧烷和水加入带有搅拌器的反应釜中，搅拌约0.8~1.2小时；2）将硅烷偶联剂、乳化剂和水加入另一个带有搅拌器的反应釜中，搅拌约1.5~2.5小时；3）将步骤1）和步骤2）得到的搅拌物混合，并置于超声乳化器中进行乳化，制得奶白色的有机硅防水乳液。该防水乳液具有渗透力强和防水性能持久的优点，防水抗渗评定结论为P24，适用于建材的掺混与表面防水处理。

Description

有机硅防水乳液及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及建筑防水领域，特别是涉及一种有机硅防水乳液及其制备方法与应用。

背景技术

近年来，尽管我国在建筑防水方面有很大的进步。然而，目前建筑工程的防水材料和防水技术还不能够完全适应形势的发展，因混凝土结构防水造成的渗漏情况比较严重，屋面漏水现象普遍存在。据有关资料介绍:“部分城市房屋渗漏问题已经成为公害。每年全国竣工的房屋建筑有1亿平方米，其中30%的建筑物不到3年就出现渗漏”。有关部门曾对现有的房屋建筑进行调查统计，抽样表明:全国城市约有60%的房屋存在不同程度的渗漏。每年耗资的防水维修费达12亿人民币以上。建筑防水问题日益受到国家和人民的共同关注。开发防水新材料，是我国住建部的重点规划之一。在国外，对建筑渗漏的问题也没有很好的解决。据日刊批露，对水量大、水质差的隧道漏水，目前根治尚有困难。据调查，日本已建的铁路隧道中有71%产生不同程度的渗水。

地下渗漏问题比屋面问题更为严重，据资料：对我国国内10省市210个地下建筑调查发现，有严重渗透的工程占57%，微量渗漏的占80%以上。造成渗漏的原因是多种多样的。据统计表明，属于施工因素的占48%，设计因素占26%，材料因素的占20%，管理因素的占6%。其中，在材料因素中，防水涂料造成的渗漏占44.3%，刚性混凝土造成的渗漏的占38.7%，并且用于渗漏的维护费用占全部维修费用的50%。

渗漏不仅要花费大量的资金和劳动力进行返修，而且还严重影响用户的正常使用。房屋严重渗漏，就会出现屋外下雨，室内漏雨，墙上淌水，地下流水的现象。日复一日，房屋内墙面就会渗漏而使墙皮大片剥落，有的墙面因而长期渗漏潮湿而发霉变味，储存食品、商品腐烂变质，影响正常的生活和生产。不仅如此办公室、机房等仪器，变电场所因长期的渗漏会导致精密仪器锈蚀、失灵，严重的引起火灾。

由此可见，渗漏问题不仅使得国家蒙受巨大的损失，而且影响人们的身心健康，甚至危及地面建筑和交通安全。因此，减少渗漏和克服其危害的意义深远。

混凝土渗水的原理主要是由于外压作用、或由于其中的毛细孔吸附混凝土表面的水，或者由于两者的综合作用。毛细孔吸水是由于毛细孔表面张力而在混凝土的水泥砂浆内产生吸附水的驱动力之故。水和混凝土界面间的接触角一般小于90度，其合力能驱使水进入毛细孔中。

建筑防水效果的好坏，关键在于防水材料是否先进、科学、耐久。传统的防水材料如沥青加油毡，存在着易老化、寿命短、施工难度大、成本高等缺点；改性沥青卷材、APP（无规立构聚丙烯）、SBS（苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物）卷材、BBI（双苯磺酰亚胺）砂浆防水材料等不耐老化，耐水性不好，受温度变化影响后，卷材与基体极易脱开，产生裂口与空鼓等缺点，接头易开裂。这些普通的防水剂的防水原理是通过堵塞砖石材料的孔眼以排斥外面的水分侵入，由于小孔被堵死，造成墙体不透气，因此当水分从砖石孔隙排出时，它能冲破表面的防水涂层，致使涂层的寿命很短。此外，这些材料在建筑复杂部位不易施工，技术要求高，费时费力。为了保护建筑物，必须寻求一种施工简便、既可防止水分由外面进入又不封闭基材内部透气微孔的防水材料。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种有机硅防水乳液及其制备方法与应用，以提高防水材料的防水效果和使用寿命。

基于上述目的，本发明提供的有机硅防水乳液，由以下原料按照各自重量份配比组成：含有活性基团的硅烷或硅氧烷1~100份，硅烷偶联剂4~100份，乳化剂1~20份和水600~22000份。

可选地，所述含有活性基团的硅烷或者硅氧烷中的所述活性基团选自羟甲基、羟乙基、羟丙基、氨甲基和氨乙基中的至少一种，并且所述含有活性基团的硅烷或者硅氧烷具有约100~2000道尔顿的分子量，至少含有一个硅原子并且含有至少一个碳链长度为1~10的烷氧取代基。

可选地，所述硅烷偶联剂选自十六烷基三乙氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷、烯丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷和四乙基四烯丙基环四硅氧烷中的至少一种，而且所述含有活性基团的硅烷或者硅氧烷的黏度约为300~500mPa·s。

较佳地，所述含有活性基团的硅烷或者硅氧烷选自羟乙基封端聚二甲基硅烷、羟乙基封端聚二甲基硅氧烷、羟甲基封端聚二甲基硅烷和羟甲基封端聚二甲基硅氧烷中的至少一种。

可选地，所述乳化剂为非离子表面活性剂。

优选地，所述非离子表面活性剂为HLB值约为2~20的脂肪醇聚氧乙烯醚。

可选地，所述防水乳液的pH≤7。

可选地，所述防水乳液具有平均粒径为约150~300nm的微粒，其中，所述含有活性基团的硅烷或硅氧烷和所述硅烷偶联剂共占所述微粒的1~90%。

本发明还提供了一种制备所述有机硅防水乳液的方法，包括：

1）将含有活性基团的硅烷或硅氧烷和一部分水加入带有搅拌器的反应釜中，以约400~600转/分钟的速度室温搅拌约0.8~1.2小时；

2）将硅烷偶联剂、乳化剂和余量的水加入另一个带有搅拌器的反应釜中，以约400~600转/分钟的速度室温搅拌约1.5~2.5小时；

3）将步骤1）和步骤2）得到的搅拌物混合，并置于超声乳化器中进行室温乳化5~15分钟，制得奶白色的有机硅防水乳液。

本发明还提供了一种所述有机硅防水乳液的应用，所述防水乳液与建材掺混或者涂刷于建材表面，所述建材选自砖块、石材、混凝土块、砂浆和水泥浆中的至少一种。

从上面所述可以看出，根据本发明提供的制备方法所获得的有机硅防水乳液平均粒径为约150~300nm，具有渗透力强和防水性能持久的优点，防水抗渗评定结论为P24，达到超强抗渗水平，远远超过国际水平（目前国际最高级别为P12）。而且，制备和使用所述防水乳液的过程中均无“三废”产生和排放问题，对环境友好，是精细化工持续发展的新方向。

所述有机硅防水乳液含有高纯度的硅(氧)烷，这种硅(氧)烷为小分子结构，施用后会与空气及暴露在酸性或碱性环境中的建筑物基底中的水分发生化学反应，生成羟基团。这些羟基团与建筑物基底结合，形成斥水处理层。由于碱性环境（如浇制不久的混凝土）会刺激该反应并加速斥水表面的形成，因此该防水乳液适用于建材的掺混与表面防水处理。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。

本发明提供的有机硅防水乳液，由以下原料按照各自重量份配比组成：含有活性基团的硅烷或硅氧烷1~100份，硅烷偶联剂4~100份，乳化剂1~20份和水600~22000份。

可选地，所述含有活性基团的硅烷或者硅氧烷中的所述活性基团选自羟甲基、羟乙基、羟丙基、氨甲基和氨乙基中的至少一种，并且所述含有活性基团的硅烷或者硅氧烷具有约100~2000道尔顿的分子量，至少含有一个硅原子并且含有至少一个碳链长度为1~10的烷氧取代基。

可选地，所述硅烷偶联剂选自十六烷基三乙氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷、烯丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷和四乙基四烯丙基环四硅氧烷中的至少一种，而且所述含有活性基团的硅烷或者硅氧烷的黏度约为300~500mPa·s。

较佳地，所述含有活性基团的硅烷或者硅氧烷选自羟乙基封端聚二甲基硅烷、羟乙基封端聚二甲基硅氧烷、羟甲基封端聚二甲基硅烷和羟甲基封端聚二甲基硅氧烷中的至少一种。

可选地，所述乳化剂为非离子表面活性剂。

优选地，所述非离子表面活性剂为HLB值约为2~20的脂肪醇聚氧乙烯醚。

可选地，所述防水乳液的pH≤7。

可选地，所述防水乳液具有平均粒径为约150~300nm的微粒，其中，所述含有活性基团的硅烷或硅氧烷和所述硅烷偶联剂共占所述微粒的1~90%。

本发明还提供了一种制备所述有机硅防水乳液的方法，包括：

1）将含有活性基团的硅烷或硅氧烷和一部分水加入带有搅拌器的反应釜中，以约400~600转/分钟的速度室温搅拌约0.8~1.2小时；

2）将硅烷偶联剂、乳化剂和余量的水加入另一个带有搅拌器的反应釜中，以约400~600转/分钟的速度室温搅拌约1.5~2.5小时；

3）将步骤1）和步骤2）得到的搅拌物混合，并置于超声乳化器中进行室温乳化5~15分钟，制得奶白色的有机硅防水乳液。

本发明还提供了一种所述有机硅防水乳液的应用，所述防水乳液与建材掺混或者涂刷于建材表面，所述建材选自砖块、石材、混凝土块、砂浆和水泥浆中的至少一种。

以下实施例中所用原料均购自北京化友工贸有限公司。

实施例1

将黏度约为300~500mPa·s的羟乙基封端聚二甲基硅氧烷20kg和水40kg加入带有搅拌器的反应釜中，以500转/分钟的速度室温搅拌约1小时。将硅烷偶联剂烯丙基三甲氧基硅烷20kg、乳化剂脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO-23）2kg和水600kg加入另一个反应釜中以480转/分钟的速度室温搅拌约2小时。然后，将上述两个体系的搅拌物混合，并置于超声乳化器中进行室温乳化10分钟，制得奶白色的超强抗渗有机硅建筑防水乳液，所述防水乳液微粒的平均粒径为约150~300nm。

实施例2

将黏度约为300~500mPa·s的羟乙基封端聚二甲基硅烷20kg和水40kg加入带有搅拌器的反应釜中，以520转/分钟的速度室温搅拌约1.1小时。将硅烷偶联剂烯丙基三甲氧基硅烷20kg、乳化剂脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO-9）1.4kg和水600kg加入另一个反应釜中以500转/分钟的速度室温搅拌约2.1小时。然后，将上述两个体系的搅拌物混合，并置于超声乳化器中进行室温乳化12分钟，制得奶白色的超强抗渗有机硅建筑防水乳液，所述防水乳液微粒的平均粒径为约150~300nm。

实施例3

将黏度约为300~500mPa·s的羟甲基封端聚二甲基硅氧烷10kg和水40kg加入带有搅拌器的反应釜中，以600转/分钟的速度室温搅拌约0.8小时。将硅烷偶联剂3-氨丙基三乙氧基硅烷30kg、乳化剂脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO-15）2.8kg和水600kg加入另一个反应釜中以500转/分钟的速度室温搅拌约2小时。然后，将上述两个体系的搅拌物混合，并置于超声乳化器中进行室温乳化8分钟，制得奶白色的超强抗渗有机硅建筑防水乳液，所述防水乳液微粒的平均粒径为约150~300nm。

实施例4

将黏度约为300~500mPa·s的羟甲基封端聚二甲基硅烷5kg和水40kg加入带有搅拌器的反应釜中，以450转/分钟的速度室温搅拌约1.2小时。将硅烷偶联剂3-氨丙基三乙氧基硅烷35kg、乳化剂脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO-7）2.8kg和水600kg加入另一个反应釜中以550转/分钟的速度室温搅拌约2.5小时。然后，将上述两个体系的搅拌物混合，并置于超声乳化器中进行室温乳化15分钟，制得奶白色的超强抗渗有机硅建筑防水乳液，所述防水乳液微粒的平均粒径为约150~300nm。

实施例5

将黏度约为300~500mPa·s的羟丙基封端聚二甲基硅氧烷18kg和水40kg加入带有搅拌器的反应釜中，以400转/分钟的速度室温搅拌约1.2小时。将硅烷偶联剂四乙基四烯丙基环四硅氧烷22kg、乳化剂脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO-23）1.8kg和水600kg加入另一个反应釜中以490转/分钟的速度室温搅拌约1.5小时。然后，将上述两个体系的搅拌物混合，并置于超声乳化器中进行室温乳化7分钟，制得奶白色的超强抗渗有机硅建筑防水乳液，所述防水乳液微粒的平均粒径为约150~300nm。

实施例6

将黏度约为300~500mPa·s的羟丙基封端聚二甲基硅烷15kg和水40kg加入带有搅拌器的反应釜中，以580转/分钟的速度室温搅拌约0.8小时。将硅烷偶联剂四乙基四烯丙基环四硅氧烷25kg、乳化剂脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO-23）1.8kg和水600kg加入另一个反应釜中以490转/分钟的速度室温搅拌约2.4小时。然后，将上述两个体系的搅拌物混合，并置于超声乳化器中进行室温乳化11分钟，制得奶白色的超强抗渗有机硅建筑防水乳液，所述防水乳液微粒的平均粒径为约150~300nm。

有机硅乳液是重要的有机硅产品之一，在工业中应用非常广泛。有机硅聚合物中既有碳、氢等有机物组成元素，又有硅、氧等无机物组成元素，它的分子结构接近于硅酸盐的结构，是一种典型的半无机高分子。有机硅分子中含有Si-O键和Si-C键，Si-O键能高达443.5KJ/mol，硅和氧的电负性差较大，接近于离子键，从而赋予它耐热、抗氧化、耐辐射等性能。Si-C键中的Si很难形成sp²杂化轨道，因而难以形成Si=C键，所以Si-O键旋转，分子体积大、密度低，从而赋予分子很高的憎水性。有机硅防水剂在建筑结构和建筑物表面，提高它们的防水性、抗渗性和耐久性。相对于传统防水材料，有机硅具有憎水性好、与基材吸附性强、渗透力强等优点。而且，有机硅防水材料价格适中，耐侯性能优异和环境友好等突出的优点是一般涂料无法比拟的。

本发明提供的有机硅防水乳液可与水以0~10万体积单位比例稀释，与建材匀浆，也可以涂刷与建材表面。所述防水乳液常温储存稳定期约2年，具有施用工艺简便、防水久、抗渗强、耐热、抗氧化、耐辐射以及环境友好等优良性能。

将本发明提供的防水乳液涂刷于混凝土表面，涂刷前后的吸水率和渗透性如下表：

	吸水率（%）	渗透性（mm）
			涂刷前	100	10~20
涂刷后	≤20	≤2

将本发明提供的防水乳液掺入混凝土中，掺入前后的吸水率和渗透性如下表：

	吸水率，%	渗透性，mm
			掺入前	100	10~20
掺入后	≤0.1	≤0.1

在混凝土表面涂刷或内部掺入有机硅后，防水剂与混凝土的成分发生化学反应形成牢固、永久的化学键，由于有机硅本身的化学性能使得混凝土中的孔隙(微细孔、毛细孔等)与水的接触角增大至90度，以至于毛细孔入口处的排斥力，使之不能渗入毛细孔中。

为进一步确认本发明提供的有机硅防水乳液的其他性能，将所述有机硅防水送至黑龙江省寒地建筑工程质量检测中心，严格按照执行标准进行检验。

（一）、作为本发明的一个实施例，混凝土防水乳液检测报告如下。

主要仪器设备：HP-4.0混凝土渗透仪、NYL-2000D压力试验机、SS1.5砂浆抗渗仪、WE-30万能实验机

执行标准：JC474-2008《砂浆、混凝土防水剂》

掺量（质量比）：防水乳液：水=1:180

（二）、作为本发明的另一个实施例，防水乳液检测报告如下。

主要仪器设备：HT30-50升搅拌机、YE200A压力机

执行标准：JGJ55-2000,GB/T50080-2002，GB/T50081-2002

混凝土的抗渗性用抗渗等级表示。抗渗等级是以规定的试件、在标准试验方法下所能承受的最大静水压力来确定，以符号Pn表示，其中n为该材料所能承受的最大水压力的十倍的MPa数，如P4、P6、P8、P10、P12等，分别表示材料能承受0.4、0.6、0.8、1.0、1.2MPa的水压而不渗水，目前国际最高级别为P12。将本实施例制得的有机硅防水乳液掺入混凝土中，防水抗渗评定结论为P24，达到超强抗渗水平，领先国际水平。

（三）、作为本发明的又一个实施例，防水乳液检测报告如下。

主要仪器设备：HT30-50升搅拌机、YE200A压力机

执行标准：JC/T902-2002

使用配比：防水乳液：水=1:10

需要说明的是，将本发明提供的防水乳液掺入或者涂刷于其他建材，比如砖、石、砂浆使用时，也能得到与混凝土相当的效果。

如上所述，根据本发明提供的制备方法所获得的有机硅防水乳液平均粒径为约150~300nm，具有渗透力强和防水性能持久的优点，防水抗渗评定结论为P24，达到超强抗渗水平，远远超过国际水平（目前国际最高级别为P12）。而且，制备和使用所述防水乳液的过程中均无“三废”产生和排放问题，对环境友好，是精细化工持续发展的新方向。

所述有机硅防水乳液含有高纯度的硅(氧)烷，这种硅(氧)烷为小分子结构，施用后会与空气及暴露在酸性或碱性环境中的建筑物基底中的水分发生化学反应，生成羟基团。这些羟基团与建筑物基底结合，形成斥水处理层。由于碱性环境（如浇制不久的混凝土）会刺激该反应并加速斥水表面的形成，因此该防水乳液适用于建材的掺混与表面防水处理，可以显著提高防水材料的防水效果和使用寿命。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种有机硅防水乳液，其特征在于，所述有机硅防水乳液由以下原料按照各自重量份配比组成：含有活性基团的硅烷或硅氧烷1～100份，硅烷偶联剂4～100份，乳化剂1～20份和水600～22000份；所述防水乳液具有平均粒径为150～300nm的微粒，其中所述含有活性基团的硅烷或硅氧烷和所述硅烷偶联剂共占所述微粒的1～90％；

其中，所述含有活性基团的硅烷或者硅氧烷选自羟乙基封端聚二甲基硅烷、羟乙基封端聚二甲基硅氧烷、羟甲基封端聚二甲基硅烷和羟甲基封端聚二甲基硅氧烷中的至少一种，并且所述含有活性基团的硅烷或者硅氧烷具有100～2000道尔顿的分子量，至少含有一个硅原子并且含有至少一个碳链长度为1～10的烷氧取代基，而且所述含有活性基团的硅烷或者硅氧烷的黏度为300～500mPa·s。

2.根据权利要求1所述的有机硅防水乳液，其特征在于，所述硅烷偶联剂选自十六烷基三乙氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷、烯丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷和四乙基四烯丙基环四硅氧烷中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的有机硅防水乳液，其特征在于，所述乳化剂为非离子表面活性剂。

4.根据权利要求3所述的有机硅防水乳液，其特征在于，所述非离子表面活性剂为HLB值为2～20的脂肪醇聚氧乙烯醚。

5.根据权利要求1所述的有机硅防水乳液，其特征在于，所述防水乳液的pH≤7。

6.一种制备根据权利要求1～5中任意一项所述的有机硅防水乳液的方法，其特征在于，所述方法包括：

1)将含有活性基团的硅烷或硅氧烷和一部分水加入带有搅拌器的反应釜中，以400～600转/分钟的速度室温搅拌0.8～1.2小时；

2)将硅烷偶联剂、乳化剂和余量的水加入另一个带有搅拌器的反应釜中，以400～600转/分钟的速度室温搅拌1.5～2.5小时；

3)将步骤1)和步骤2)得到的搅拌物混合，并置于超声乳化器中进行室温乳化5～15分钟，制得奶白色的有机硅防水乳液。

7.一种根据权利要求1～5中任意一项所述的有机硅防水乳液的应用，其特征在于，所述防水乳液与建材掺混或者涂刷于建材表面，所述建材选自砖块、石材、混凝土块、砂浆和水泥浆中的至少一种。