CN103449750B - 一种复合型防水剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种复合型防水剂及其制备方法。以原料总质量的质量计，复合型防水剂各原料所占比例为：烷基三乙氧基硅烷60-75%；去离子水15-25%；硅烷偶联剂1-5%；硫酸铝1-3%；乳化剂1-3%；聚乙烯醇2-5%；pH调节剂0.5-2%。制备时，先将乳化剂、聚乙烯醇、硅烷偶联剂和硫酸铝搅拌溶解于50-70℃的占配方去离子水质量50-70%的去离子水中，待全部溶解后加入烷基三乙氧基硅烷，充分搅拌至均匀，调节pH值在3-6之间，最后加入剩余去离子水搅拌至稳定乳液即可。应用该方法制备的复合型防水剂能广泛应用于混凝土、砖块、砂浆等。防水效果好，耐候性长，环保无污染，且制备方法简单。
Description
技术领域
本发明涉及一种防水剂，特别是涉及一种复合型防水剂及其制备方法，具体涉及一种应用于混凝土、砖块和砂浆的防水剂，属于防水剂领域。
背景技术
混凝土和建筑结构易受周围环境的物理、化学、生物作用而劣化，进而导致建筑结构使用寿命的缩短。其腐蚀原因主要有以下几种：（1）受环境污染的影响，空气中的SO2和酸雨引起的碳化，使钢筋锈蚀不可避免；（2）碱骨料反应引起的混凝土体积膨胀、开裂甚至破坏；（3）氯盐腐蚀是沿海混凝土结构和市政桥梁腐蚀破坏的最重要原因之一；（4）持续冻融使混凝土开裂，甚至崩裂等。
混凝土表面涂层是目前广泛使用的防水涂料。其主要是采用具有良好的耐碱性、附着力和耐蚀性的涂料，如沥青、环氧树脂、聚氨酯、丙烯酸、氯化橡胶和乙烯橡胶等，通过在混凝土表面涂刷一定厚度的连续性膜层，将表面空隙全部密封，保护混凝土结构不受外界有害介质的入侵。但是，作为密封材料只是做了表面处理，且只有良好的表面处理才能是涂层达到最佳效果。但目前所使用的涂料，除了有机氟(氟碳)涂层外，其他材料的分子结构的稳定性、耐紫外辐射照性都不是很好，几乎很难超过15年。在恶劣的环境下，寿命更短。
有机硅防水剂是一种具有良好渗透性、耐久性、环保型的建筑防水、防腐剂，因此是建筑防水剂的发展方向。目前，采用烷基硅醇最为主要成分的防水剂已有报道，例如CN1173519C、CN1214353A、CN101580356A等。但这些产品全部都为单一种类的烷基三乙氧基硅烷防水剂，存在性能的不足。若使用短碳链烷基硅醇，产品的渗透型和耐候性虽好，但是由于所含甲基和亚甲基较少，防水效果较差；若使用长碳链烷基三乙氧基硅烷，产品的防水性能虽好，但是渗透性和耐候性将受到极大的降低。
发明内容
为了解决以上问题，本发明提供一种复合型防水剂，使用两种或者两种以上的不同碳链的烷基三乙氧基硅烷作为主要成分，不仅大大的提高了产品的防水性能，而且还保持了很好的渗透性和耐候性，产品的综合性能得到大大提升。产品环保无需使用有机溶剂，生产工艺简单，具有较高的经济价值。
本发明的目的通过如下技术方案实现：
一种复合型防水剂：以原料总质量的百分比计，各原料所占比例为：烷基三乙氧基硅烷60‐75%；去离子水15‐25%；硅烷偶联剂1‐5%；硫酸铝1‐3%；乳化剂1‐3%；聚乙烯醇2‐5%；pH调节剂0.5‐2%；
所述的烷基三乙氧基硅烷为丁基三乙氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷、葵基三乙氧基硅烷和十四烷基三乙氧基硅烷中的任意两种或者两种以上；
所述的硅烷偶联剂为γ‐氨丙基三乙氧基硅烷（KH‐550）、γ‐缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（KH560）和γ‐（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷（KH570）中的一种或者多种；
所述的乳化剂为十二烷基磺酸钠；
所述聚乙烯醇为聚合度n为1700‐2500的聚乙烯醇；
制备时，先将乳化剂、聚乙烯醇、硅烷偶联剂和硫酸铝搅拌溶解于50‐70℃的占配方去离子水质量50‐70%的去离子水中，待全部溶解后加入烷基三乙氧基硅烷，充分搅拌至均匀，加入pH调节剂调节体系的pH值为3‐6，最后加入剩余的去离子水搅拌至稳定乳液即可。
优选地，所述pH调节剂为磷酸或者硼酸。所述聚乙烯醇为PVA20‐99或PVA124。以原料总质量的百分比计，所述烷基三乙氧基硅烷的用量为65‐70%。
所述复合型防水剂的制备方法：先将乳化剂、聚乙烯醇、硅烷偶联剂和硫酸铝搅拌溶解于50‐70℃的占配方去离子水质量50‐70%的去离子水中，待全部溶解后加入烷基三乙氧基硅烷，充分搅拌至均匀，加入pH调节剂调节体系的pH值为3‐6，最后加入剩余的去离子水搅拌至稳定乳液即可。
本发明中，使用的烷基三乙氧基硅烷为丁基三乙氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷、葵基三乙氧基硅烷和十四烷基三乙氧基硅烷中的两种或者两种以上，长碳链的烷基三乙氧基硅烷和短碳链的烷基三乙氧基硅烷共同使用，形成一种复合体系，既保证了产品具有很好的防水性能，又使产品具有极佳的渗透性和耐候性。
本发明中，所应用乳化剂为十二烷基磺酸钠，属阴离子表面活性剂，具有优异的渗透、润湿、去污和乳化作用。
本发明中，使用硫酸铝作为无机防水材料，掺入水泥砂浆或混凝土中，即可与水泥水化过程中生成的硅酸三钙、水化铝酸三钙、铁酸三钙等发生化学反应，生成难溶于水的微小胶体粒子和具有一定膨胀性能的复盐，填充在混凝土的毛细孔隙中，消除孔隙，由内到外形成保护层，防止水分渗入；同时其为小分子盐，可作为长碳链烷基三乙氧基硅烷的渗透助剂，能有效提高产品的渗透性能。
本发明中，pH调节剂选择弱酸，如磷酸或者硼酸，与混凝土的相容性好，能有效加强混凝土的性能且无破坏作用。
本发明中，聚乙烯醇(PVA)优选聚合度n=1700‐2500的片状PVA，广泛应用于建筑砂浆添加剂等，具有润湿作用，同时有利于提高复合型防水剂的稳定性。
与现有技术和产品相比，本发明具有如下优点和有益效果：
发明了复合型防水剂，长碳链的长碳链的烷基三乙氧基硅烷和短碳链的烷基三乙氧基硅烷共同使用，形成一种复合体系，既保证了产品具有很好的防水性能，又使产品具有极佳的渗透性和耐候性；产品呈乳膏状，提高了产品的施工性能，节省劳动成本；有效成分高，有效的减少了混凝土施工养护次数；水乳体系，无毒不挥发，无污染不燃。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步描述，实施例仅仅用于解释本发明，并非对本发明的保护范围构成限制。
实施例1
以原料总质量的百分比计，取占原料总质量1%的乳化剂十二烷基磺酸钠、3%的聚乙烯醇(PVA20‐99)、3%的KH‐550和2%的硫酸铝搅拌溶解于50℃的10%的去离子水中，待全部溶解后加入30%的丁基三乙氧基硅烷、36%的辛基三乙氧基硅烷，充分搅拌至均匀，加入磷酸调节体系的pH=3，最后加入15%的去离子水搅拌至稳定乳液即可。所得产品呈乳膏状。
实施例2
以原料总质量的百分比计，取占原料总质量2%的乳化剂十二烷基磺酸钠、4%的聚乙烯醇(PVA20‐99)、1%的KH‐550、1%的KH‐560和2%的硫酸铝搅拌溶解于60℃的10%的去离子水中，待全部溶解后加入35%的丁基三乙氧基硅烷、30%的葵基三乙氧基硅烷，充分搅拌至均匀，加入磷酸调节体系的pH=4，最后加入15%的去离子水搅拌至稳定乳液即可。所得产品呈乳膏状。
实施例3
以原料总质量的百分比计，取占原料总质量3%的乳化剂十二烷基磺酸钠、2%的聚乙烯醇(PVA20‐99)、1%的KH‐550、1%的KH‐560、1%的KH‐570和3%的硫酸铝搅拌溶解于70℃的10%的去离子水中，待全部溶解后加入35%的丁基三乙氧基硅烷、35%的十四烷基三乙氧基硅烷，充分搅拌至均匀，加入硼酸调节体系的pH=5，最后加入9%的去离子水搅拌至稳定乳液即可。所得产品呈乳膏状。
实施例4
以原料总质量的百分比计，取占原料总质量2%的乳化剂十二烷基磺酸钠、3%的聚乙烯醇(PVA20‐99)、1%的KH‐550和2%的硫酸铝搅拌溶解于60℃的10%的去离子水中，待全部溶解后加入35%的辛基三乙氧基硅烷、40%的葵基三乙氧基硅烷，充分搅拌至均匀，加入磷酸调节体系的pH=6，最后加入7%的去离子水搅拌至稳定乳液即可。所得产品呈乳膏状。
实施例5
以原料总质量的百分比计，取占原料总质量3%的乳化剂十二烷基磺酸钠、5%的聚乙烯醇(PVA20‐99)、2%的KH‐550和3%的硫酸铝搅拌溶解于60℃的10%的去离子水中，待全部溶解后加入30%的辛基三乙氧基硅烷、40%的十四烷基三乙氧基硅烷，充分搅拌至均匀，加入硼酸调节体系的pH=3.5，最后加入7%的去离子水搅拌至稳定乳液即可。所得产品呈乳膏状。
实施例6
以原料总质量的百分比计，取占原料总质量3%的乳化剂十二烷基磺酸钠、3%的聚乙烯醇(PVA20‐99)、2%的KH‐550、1%的KH‐570和3%的硫酸铝搅拌溶解于65℃的10%的去离子水中，待全部溶解后加入35%的葵基三乙氧基硅烷、35%的十四烷基三乙氧基硅烷，充分搅拌至均匀，加入磷酸调节体系的pH=4.5，最后加入8%的去离子水搅拌至稳定乳液即可。所得产品呈乳膏状。
实施例7
以原料总质量的百分比计，取占原料总质量3%的乳化剂十二烷基磺酸钠、4%的聚乙烯醇(PVA124)、1%的KH‐560、1%的KH‐570和3%的硫酸铝搅拌溶解于70℃的10%的去离子水中，待全部溶解后加入25%的辛基三乙氧基硅烷、25%的葵基三乙氧基硅烷、23%的十四烷基三乙氧基硅烷，充分搅拌至均匀，加入磷酸调节体系的pH=3，最后加入5%的去离子水搅拌至稳定乳液即可。所得产品呈乳膏状。
实施例8
以原料总质量的百分比计，取占原料总质量3%的乳化剂十二烷基磺酸钠、4%的聚乙烯醇(PVA124)、1%的KH‐560、1%的KH‐570和1%的硫酸铝搅拌溶解于65℃的10%的去离子水中，待全部溶解后加入20%的丁基三乙氧基硅烷、25%的辛基三乙氧基硅烷、30%的葵烷基三乙氧基硅烷，充分搅拌至均匀，加入磷酸调节体系的pH=3.5，最后加入5%的去离子水搅拌至稳定乳液即可。所得产品呈乳膏状。
实施例9
以原料总质量的百分比计，取占原料总质量3%的乳化剂十二烷基磺酸钠、4%的聚乙烯醇(PVA124)、1%的KH‐550、2%的KH‐570和2%的硫酸铝搅拌溶解于70℃的10%的去离子水中，待全部溶解后加入20%的丁基三乙氧基硅烷、25%的辛基三乙氧基硅烷、25%的十四烷基三乙氧基硅烷，充分搅拌至均匀，加入磷酸调节体系的pH=4，最后加入8%的去离子水搅拌至稳定乳液即可。所得产品呈乳膏状。
实施例10
以原料总质量的百分比计，取占原料总质量3%的乳化剂十二烷基磺酸钠、4%的聚乙烯醇(PVA124)、2%的KH‐550和3%的硫酸铝搅拌溶解于55℃的10%的去离子水中，待全部溶解后加入24%的丁基三乙氧基硅烷、24%的葵基三乙氧基硅烷、25%的十四烷基三乙氧基硅烷，充分搅拌至均匀，加入磷酸调节体系的pH=4.5，最后加入5%的去离子水搅拌至稳定乳液即可。
实施例11
以原料总质量的百分比计，取占原料总质量3%的乳化剂十二烷基磺酸钠、4%的聚乙烯醇(PVA124)、2%的KH‐570和2%的硫酸铝搅拌溶解于70℃的10%的去离子水中，待全部溶解后加入16%的丁基三乙氧基硅烷、20%的辛基三乙氧基硅烷、20%的葵基三乙氧基硅烷、16%的十四烷基三乙氧基硅烷，充分搅拌至均匀，加入磷酸调节体系的pH=3，最后加入7%的去离子水搅拌至稳定乳液即可。所得产品呈乳膏状。
通过下面的实验测试本发明的复合型防水剂的性能，分别通过渗透深度、接触角及吸水率来表征。
试验实施例1 接触角测试
接触角测试：德国Dataphysics公司OCA20视频光学接触角测量仪测量其与水的接触角；接触角测试实施方案按以下方法进行：经过实施例1‐实施例11制得的复合型防水剂养护后的混凝土块及未经养护的混凝土块通过德国Dataphysics公司推出的OCA20视频光学接触角测量仪测量其与水的接触角。具体数据见表1。
试验实施例2 渗透深度测试
渗透深度测试：根据JTJ275‐2000测试；
渗透深度测试实施方案按以下方法进行：将实施例1‐实施例11制得的样品依据JTJ275‐2000测试渗透深度。具体数据见表2。
试验实施例3 吸水率测试
吸水率测试：根据JTJ275‐2000测试；
吸水率测试实施方案按以下方法进行：经过实施例1‐实施例11制得的复合型防水剂养护后的混凝土块及未经养护的混凝土块根据JTJ275‐2000进行测试。具体数据见表3。
表1
| 试样 | 接触角(°) |
| 未经养护样 | 58.0 |
| 实施例1 | 125.3 |
| 实施例2 | 127.8 |
| 实施例3 | 128.2 |
| 实施例4 | 133.3 |
| 实施例5 | 134.5 |
| 实施例6 | 137.6 |
| 实施例7 | 135.6 |
| 实施例8 | 129.6 |
| 实施例9 | 130.4 |
| 实施例10 | 131.6 |
| 实施例11 | 132.1 |
从表1中数据得到，与未经过养护的混凝土样相比，经过实施例1‐11制成的复合型防水剂养护过的混凝土样与水的接触角都很大，且全部大于120°，属于疏水表面，能有效防止水分的渗透腐蚀，从而保护混凝土结构。说明本复合型防水剂具有很好的防水效果。
表2
| 试样 | 渗透深度(mm) |
| 实施例1 | 5.7 |
| 实施例2 | 5.1 |
| 实施例3 | 4.9 |
| 实施例4 | 3.7 |
| 实施例5 | 3.6 |
| 实施例6 | 3.3 |
| 实施例7 | 3.4 |
| 实施例8 | 4.8 |
| 实施例9 | 4.5 |
| 实施例10 | 4.4 |
| 实施例11 | 4.1 |
从表2数据可以看到，实施例1‐11制成的复合型防水剂都能够很好的渗透到混凝土内部，且渗透深度都在3.3mm以上。说明本方法所制备的复合型防水剂能够有效的在混凝土内部渗透形成保护呼吸层，且具有很长的保护年限。
表3
| 试样 | 吸水率(%) |
| 未经养护样 | 3.27 |
| 实施例1 | 0.46 |
| 实施例2 | 0.34 |
| 实施例3 | 0.27 |
| 实施例4 | 0.14 |
| 实施例5 | 0.10 |
| 实施例6 | 0.09 |
| 实施例7 | 0.11 |
| 实施例8 | 0.23 |
| 实施例9 | 0.22 |
| 实施例10 | 0.17 |
| 实施例11 | 0.15 |
从表3数据看到，与未经过养护的混凝土样相比，经过实施例1‐11制成的复合型防水剂养护过的混凝土样的吸水率都大大降低，说明本复合型防水剂具有很好的防水作用。
从以上数据分析，实施例样品的复合型防水剂的渗透深度较深，符合标准值(3‐4mm)，具有较好的耐候性；经过养护的混凝土块的吸水率大大降低，通过接触角测试表明其具有较强的疏水性，防水性能好。本复合型防水剂采用长碳链的烷基三乙氧基硅烷和短碳链的烷基烷基三乙氧基硅烷共同使用，长碳链的烷基三乙氧基硅烷由于含有较多亚甲基，具有很好的疏水性能，从而保证了产品具有很好的防水性能，而短碳链的烷基烷基三乙氧基硅烷由于碳链较短，能够很好的透过混凝土孔隙，渗透到混凝土内部，形成一定的渗透深度，同时配合使用少量铝盐，能够促进从长碳链的烷基三乙氧基硅烷的渗透，而保证产品具有极佳的渗透性和耐候性；二者混合使用，形成互补，从而保证了产品具有极佳的性能。实施例所得产品呈乳膏状，提高了产品的施工性能，节省劳动成本；有效成分高，有效的减少了混凝土施工养护次数；水乳体系，无毒不挥发，无污染不燃。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明精神实质和原理下所作的修改、替代、组合等均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种复合型防水剂，其特征在于：以原料总质量的百分比计，各原料所占比例为：烷基三乙氧基硅烷60-75%；去离子水15-25%；硅烷偶联剂1-5%；硫酸铝1-3%；乳化剂1-3%；聚乙烯醇2-5%；pH调节剂0.5-2%；
所述的烷基三乙氧基硅烷为丁基三乙氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷和十四烷基三乙氧基硅烷中的任意两种以上；
所述的硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷中的一种或者多种；
所述的乳化剂为十二烷基磺酸钠；
所述聚乙烯醇为聚合度n为1700-2500的聚乙烯醇；
制备时，先将乳化剂、聚乙烯醇、硅烷偶联剂和硫酸铝搅拌溶解于50-70℃的占配方去离子水质量50-70%的去离子水中，待全部溶解后加入烷基三乙氧基硅烷，充分搅拌至均匀，加入pH调节剂调节体系的pH值为3-6，最后加入剩余的去离子水搅拌至稳定乳液即可。
2.根据权利要求1所述的一种复合型防水剂，其特征在于：所述pH调节剂为磷酸或者硼酸。
3. 根据权利要求1所述的一种复合型防水剂，其特征在于：所述聚乙烯醇为PVA20-99或PVA124。
4. 根据权利要求1所述的一种复合型防水剂，其特征在于：以原料总质量的百分比计，所述烷基三乙氧基硅烷的用量为65-70%。
5. 权利要求1-4任一项所述复合型防水剂的制备方法，其特征在于：先将乳化剂、聚乙烯醇、硅烷偶联剂和硫酸铝搅拌溶解于50-70℃的占配方去离子水质量50-70%的去离子水中，待全部溶解后加入烷基三乙氧基硅烷，充分搅拌至均匀，加入pH调节剂调节体系的pH值为3-6，最后加入剩余的去离子水搅拌至稳定乳液即可。
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