CN103881572B - 一种石材防护剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种石材防护剂，包括1:1.5~4的有效成分与溶剂，所述有效成分由以下按重量份计的原料制成：羟基硅油90-110份，氨基硅烷偶联剂5-10份，有机碱催化剂0.1-0.5份，乙烯基硅烷5-10份，辛基硅烷5-10份，终止剂0.1-0.5份。本发明还公开了一种石材防护剂的制备方法。采用本发明，具有配方原料成本低，生产工艺简单，无副产物，不污染环境，物化性能优良，应用范围广泛和使用方便的特点。
Description
技术领域
本发明涉及石材防护领域，尤其涉及一种石材防护剂，同时本发明还涉及一种石材防护剂的其制备方法。
背景技术
石材作为最常用的建筑材料之一，广泛运用于各种建筑中，但在日照、风化和水蚀等自然因素的作用，石材会发生病变、分解和碎裂，影响石材外观，尤其是用于装饰石材的饰面色彩。尤其随着工业发展，如今国内部分地区出现较为严重的酸雨现象，加剧石材浸蚀的程度。为此，现有技术利用石材防护剂涂覆在石材表面，限制石材与污染源的接触，以达到防水，防油，耐酸碱等目的。石材表面防护剂的种类很多，分类法不尽相同，按材料物性可分为：无机表面防护剂和有机表面防护剂；按防护方式可分为：半永久性防护(如石蜡、硅油等)和永久性防护(如树脂涂料)；按作用机制可分为：表面成膜型和渗透固结型；按用途可分为：表面防护剂、底面防护剂等。
中国专利CN1539898A公开一种纳米石材表面防护功能剂及防水防污抗菌石材的制备方法，石材表面防护功能剂由抗菌剂和表面防护剂构成，其中表面防护剂是含钛酸四异丙醋偶联剂的石油性甲基含氢硅油。但表面防护剂原料成本较高，使用不便，不利于广泛推广使用。
中国专利CN102731142A公开一种新型石材浸泡式防护的防护剂及配制方法，可使防护无缺漏，饱和，提高防护效果和延长使用寿命，具有较高的经济性和实用性。但配方中含有苯类有机物，具有毒副作用，长期使用将会影响人体健康。
现有的石材防护剂由于生产成本高、使用不便和具有毒副作用等原因，亟需提供一种石材防护剂可克服上述诸多缺陷和不足，具有配方原料成本低，生产工艺简单，无副产物，不污染环境，物化性能优良，应用范围广泛和使用方便的特点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种石材防护剂，具有防污性能优异，施工简便的特点。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种石材防护剂，包括1:1.5~4的有效成分与溶剂，所述有效成分由以下按重量份计的原料制成：
羟基硅油90-110份；
氨基硅烷偶联剂5-10份；
有机碱催化剂0.1-0.5份；
乙烯基硅烷5-10份；
辛基硅烷5-10份；
终止剂0.1-0.5份。
作为上述方案的改进，所述溶剂由以下按重量份计的原料制成：
醋酸丁酯85-260份；
正丁醇70-240份；
表面活性剂1-5份。
作为上述方案的改进，所述氨基硅烷偶联剂为氨基硅烷、氨基甲基硅烷、氨乙基氨丙基硅烷、氨乙基氨丙基甲基硅烷中的一种或组合；
所述乙烯基硅烷为乙烯基三乙氧基硅烷或乙烯基三甲氧基硅烷中的一种或组合；
所述辛基硅烷为辛基三乙氧基硅烷或辛基三甲氧基硅烷中的一种或组合。
作为上述方案的改进，所述有机碱催化剂为钾催化剂或四甲基氢氧化胺中的一种。
作为上述方案的改进，所述钾催化剂由氢氧化钾与含氢硅油在110~125℃下搅拌加热30min制成，所述钾催化剂中含0.1~1%的氢氧化钾。
相应地，本发明实施例还提供了一种石材防护剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
以重量份计将羟基硅油90-110份、氨基硅烷偶联剂5-10份、有机碱催化剂0.1-0.5份投入反应釜中，在90℃-110℃温度条件下加热搅拌6小时，得到中间产物；
向所述反应釜中加入乙烯基硅烷5-10份、辛基硅烷5-10份，在80℃-90℃温度条件下继续加热搅拌2小时后，加入终止剂0.1-0.5份直至中和，得到所述石材防护剂的有效成分；
将有效成分冷却至室温后加入溶剂，配成有效成份为20-40%含量的溶液即为石材防护剂。
作为上述方案的改进，所述氨基硅烷偶联剂为氨基硅烷、氨基甲基硅烷、氨乙基氨丙基硅烷、氨乙基氨丙基甲基硅烷中的一种或组合；
所述乙烯基硅烷为乙烯基三乙氧基硅烷或乙烯基三甲氧基硅烷中的一种或组合；
所述辛基硅烷为辛基三乙氧基硅烷或辛基三甲氧基硅烷中的一种或组合。
作为上述方案的改进，所述有机碱催化剂为钾催化剂或四甲基氢氧化胺中的一种。
作为上述方案的改进，所述钾催化剂由氢氧化钾与含氢硅油在110~125℃下搅拌加热30min制成，所述钾催化剂中含0.1~1%的氢氧化钾。
作为上述方案的改进，所述溶剂由以下按重量份计的原料制成：
醋酸丁酯85-260份；
正丁醇70-240份；
表面活性剂1-5份。
实施本发明，具有如下有益效果：
本发明所述石材防护剂通过辊涂、刷涂、喷涂或浸泡等方式涂覆在石材表面，渗透至石材微孔或裂缝中，在石材的表层和内部微孔表层形成保护膜，克服现有技术如石蜡防护剂在石材表面形成致密的保护膜导致堵塞石材微孔的缺点，确保石材的透气性。
另外，由于本发明石材防护剂引入乙烯基和辛基官能团，有利于提高防水和防油污的性能，加上有机硅的作用使本防护剂具有良好的耐酸碱、防粘贴等特点。而且本防护剂不含现有类似防护剂中的苯类有机物，无毒副作用，不会产生有损人体健康的有毒气体，可适用于装饰石材的饰面。
再者，本发明石材防护剂只需涂刷一遍即可起防护效果，使用方便；应用范围广，可适用于各类石材如大理石、花岗岩、砂岩、人造石和混凝土制品等。
附图说明
图1是本发明一种石材防护剂制备方法的流程图。
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，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
本发明提供一种石材防护剂，包括1:1.5~4的有效成分与溶剂，所述有效成分由以下按重量份计的原料制成：
羟基硅油90-110份；
氨基硅烷偶联剂5-10份；
有机碱催化剂0.1-0.5份；
乙烯基硅烷5-10份；
辛基硅烷5-10份；
终止剂0.1-0.5份。
所述溶剂由以下按重量份计的原料制成：
醋酸丁酯85-260份；
正丁醇70-240份；
表面活性剂1-5份。
优选地，所述氨基硅烷偶联剂为氨基硅烷、氨基甲基硅烷、氨乙基氨丙基硅烷、氨乙基氨丙基甲基硅烷中的一种或组合；
所述乙烯基硅烷为乙烯基三乙氧基硅烷或乙烯基三甲氧基硅烷中的一种或组合；
所述辛基硅烷为辛基三乙氧基硅烷或辛基三甲氧基硅烷中的一种或组合。
优选地，所述有机碱催化剂为钾催化剂或四甲基氢氧化胺中的一种。
优选地，所述钾催化剂由氢氧化钾与含氢硅油在110~125℃下搅拌加热30min制成，所述钾催化剂中含0.1~1%的氢氧化钾。
需要说明的是，本发明终止剂为酸性试剂，可与所述有机碱催化剂反应，除去剩余有机碱催化剂，从而终止有效成分的生成反应。所述终止剂可为盐酸、硫酸、醋酸、草酸中的一种。
本发明所述石材防护剂的表面活性剂采用阴离子型的琥珀酸钠盐，例如琥珀酸二异辛酯磺酸钠，琥珀酸二异构烷基酯磺酸钠等。
如图1所示，本发明提供一种石材防护剂制备方法，包括以下步骤：
S100将羟基硅油、氨基硅烷偶联剂、有机碱催化剂投入反应釜中，在90℃-110℃温度条件下加热搅拌6小时，得到中间产物。
羟基硅油和氨基硅烷偶联剂在有机碱催化剂的催化作用下，反应生成中间产物氨基硅油，为下一步反应作预处理。
需要说明的是，所述氨基硅烷偶联剂为氨基硅烷、氨基甲基硅烷、氨乙基氨丙基硅烷、氨乙基氨丙基甲基硅烷中的一种。
有机碱催化剂为钾催化剂或四甲基氢氧化胺中的一种，而钾催化剂由氢氧化钾与含氢硅油在110~125℃下搅拌加热30min制成，所述钾催化剂中含0.1~1%的氢氧化钾。
S101向所述反应釜中加入乙烯基硅烷5-10份、辛基硅烷5-10份，在80℃-90℃温度条件下继续加热搅拌2小时后，加入终止剂0.1-0.5份直至中和，得到所述石材防护剂的有效成分。
乙烯基硅烷和辛基硅烷加入反应釜后，与中间产物氨基硅油反应生成氨基嵌段、两端由乙烯基和辛基封端的长链有机硅烷，该产物即为本发明所述石材防护剂的有效成分。
国内石材防护普遍采用打蜡的方法来保护石材，然而采用石蜡防护剂并不是一种合理有效的保护方法。因为蜡是一种不透气的密封保护性材料，当其覆盖在石材表面后，石材原有的毛细孔及细纹均被阻塞，虽然外界的水和湿气不能进入石材内部，可在一定程度上防止污染，但石材内部和来自石材下方的湿气由于密封蜡的影响，也无法向外散发，水气长期积存在石材内部，致使石材发生病变；并且若想进行防护工程时，已存在于石材表面的蜡反而是防护剂渗入石材内部最大的障碍，而导致防护层仅停留于蜡层表面而无法进行石材表面以下的防护功能，其可能发生防护失败及使后续病变发生的危险大增，缩短石材寿命。
而本发明所述石材防护剂涂覆在石材表面后，本防护剂渗透至石材微孔或裂缝中，在石材的表层和内部微孔表层形成保护膜，从而达到防污、防水、防油等的目的。既能出色防污，又不影响石材的透气性，可以避免石材内部湿气滞留而造成的石材病变；灰尘和污染只能浮于石材表面，便于清洗。
有效成分长链有机硅烷中的氨基可与石材使本防护剂附着于石材上，不易发生保护膜剥落，而官能团乙烯基和辛基的引入，不仅增强本防护剂的疏水性，还提高防油污的性能，加上有机硅的作用使本防护剂具有良好的耐酸碱、防粘贴等特点。而且本防护剂不含现有类似防护剂中的苯类有机物，无毒副作用，不会产生有损人体健康的有毒气体，可适用于装饰石材的饰面。
其中，步骤S100和S101按重量份计原料包括如下：
羟基硅油90-110份；
氨基硅烷偶联剂5-10份；
有机碱催化剂0.1-0.5份；
乙烯基硅烷5-10份；
辛基硅烷5-10份；
终止剂0.1-0.5份。
优选地，步骤S100和S101按重量份计原料包括如下：
羟基硅油95-100份；
氨基硅烷偶联剂7-9份；
有机碱催化剂0.2-0.3份；
乙烯基硅烷5-8份；
辛基硅烷6-8份；
终止剂0.2-0.3份。
S102将有效成分冷却至室温后加入溶剂，配成有效成份为20-40%含量的溶液即为石材防护剂。
所述溶剂按重量份计包括如下原料：
醋酸丁酯85-260份；
正丁醇70-240份；
表面活性剂1-5份。
其中，所述溶剂由醋酸丁酯、正丁醇和表面活性剂按配比直接混合配制而成。
通过将有效成分试剂与溶剂按比例混合配置成的石材防护剂，采用辊涂、刷涂、喷涂或浸泡等方式涂覆在石材表面，风干30-60min即可，本发明石材防护剂只需涂刷一遍即可起防护效果，相对于现有技术多次分次涂刷，更方便使用。本发明石材防护剂应用范围广，可适用于各类石材如大理石、花岗岩、砂岩、人造石和混凝土制品等。
下面以具体实施例进一步阐述本发明。
实施例1
（1）配方：
A、有效成分按重量份计原料包括如下：
羟基硅油100份；
氨基硅烷8份；
钾催化剂0.2份；
乙烯基三乙氧基硅烷7份；
辛基三乙氧基硅烷8份；
终止剂0.2份。
B、溶剂按重量份计包括如下：
醋酸丁酯150份；
正丁醇220份；
表面活性剂1份。
（2）制备方法：
以重量份计将羟基硅油100份、氨基硅烷8份、钾催化剂0.2份投入反应釜中，在100℃温度条件下加热搅拌6小时，得到中间产物；
向所述反应釜中加入乙烯基三乙氧基硅烷7份、辛基三乙氧基硅烷8份，在85℃温度条件下继续加热搅拌2小时后，加入终止剂直至中和，得到所述石材防护剂的有效成分；
按配比直接混合醋酸丁酯、正丁醇和表面活性剂制成溶剂；
将有效成分冷却至室温后加入溶剂，配成有效成份为25%含量的溶液即为石材防护剂。
实施例2
（1）配方：
A、有效成分按重量份计原料包括如下：
羟基硅油95份；
氨基甲基硅烷10份；
四甲基氢氧化胺0.4份；
乙烯基三甲氧基硅烷6份；
辛基三甲氧基硅烷6份；
终止剂0.2份。
B、溶剂按重量份计包括如下：
醋酸丁酯90份；
正丁醇180份；
表面活性剂4份。
（2）制备方法：
以重量份计将羟基硅油95份、氨基甲基硅烷10份、四甲基氢氧化胺0.4份投入反应釜中，在110℃温度条件下加热搅拌6小时，得到中间产物；
向所述反应釜中加入乙烯基三甲氧基硅烷6份、辛基三甲氧基硅烷6份，在90℃温度条件下继续加热搅拌2小时后，加入终止剂直至中和，得到所述石材防护剂的有效成分；
按配比直接混合醋酸丁酯、正丁醇和表面活性剂制成溶剂；
将有效成分冷却至室温后加入溶剂，配成有效成份为30%含量的溶液即为石材防护剂。
实施例3
（1）配方：
A、有效成分按重量份计原料包括如下：
羟基硅油92份；
氨乙基氨丙基硅烷5份；
钾催化剂0.3份；
乙烯基三乙氧基硅烷8份；
辛基三乙氧基硅烷9份；
终止剂0.3份。
B、溶剂按重量份计包括如下：
醋酸丁酯90份；
正丁醇80份；
表面活性剂2份。
（2）制备方法：
以重量份计将羟基硅油92份、氨乙基氨丙基硅烷5份、钾催化剂0.3份投入反应釜中，在98℃温度条件下加热搅拌6小时，得到中间产物；
向所述反应釜中加入乙烯基三乙氧基硅烷8份、辛基三乙氧基硅烷9份，在87℃温度条件下继续加热搅拌2小时后，加入终止剂直至中和，得到所述石材防护剂的有效成分；
按配比直接混合醋酸丁酯、正丁醇和表面活性剂制成溶剂；
将有效成分冷却至室温后加入溶剂，配成有效成份为40%含量的溶液即为石材防护剂。
实施例4
（1）配方：
A、有效成分按重量份计原料包括如下：
羟基硅油96份；
氨乙基氨丙基甲基硅烷8份；
四甲基氢氧化胺0.1份；
乙烯基三乙氧基硅烷9份；
辛基三乙氧基硅烷7份；
终止剂0.3份。
B、溶剂按重量份计包括如下：
醋酸丁酯120份；
正丁醇100份；
表面活性剂3份。
（2）制备方法：
以重量份计将羟基硅油96份、氨乙基氨丙基甲基硅烷8份、四甲基氢氧化胺0.1份投入反应釜中，在95℃温度条件下加热搅拌6小时，得到中间产物；
向所述反应釜中加入乙烯基三乙氧基硅烷9份、辛基三乙氧基硅烷7份，在82℃温度条件下继续加热搅拌2小时后，加入终止剂直至中和，得到所述石材防护剂的有效成分；
按配比直接混合醋酸丁酯、正丁醇和表面活性剂制成溶剂；
将有效成分冷却至室温后加入溶剂，配成有效成份为35%含量的溶液即为石材防护剂。
实施例5
（1）配方：
A、有效成分按重量份计原料包括如下：
羟基硅油105份；
氨基硅烷6份；
四甲基氢氧化胺0.3份；
乙烯基三甲氧基硅烷8份；
辛基三甲氧基硅烷7份；
终止剂0.3份。
B、溶剂按重量份计包括如下：
醋酸丁酯190份；
正丁醇77份；
表面活性剂2份。
（2）制备方法：
以重量份计将羟基硅油105份、氨基硅烷6份、四甲基氢氧化胺0.3份投入反应釜中，在102℃温度条件下加热搅拌6小时，得到中间产物；
向所述反应釜中加入乙烯基三甲氧基硅烷8份、辛基三甲氧基硅烷7份，在88℃温度条件下继续加热搅拌2小时后，加入终止剂直至中和，得到所述石材防护剂的有效成分；
按配比直接混合醋酸丁酯、正丁醇和表面活性剂制成溶剂；
将有效成分冷却至室温后加入溶剂，配成有效成份为32%含量的溶液即为石材防护剂。
上述实施例1-5制得有效成分为30%的石材防护剂分别涂覆于G3503天然花岗石上，以JC/T973-2005《建筑装饰用天然石材防护剂》标准检测实施例1-5石材防护剂性能，发现实施例1-5石材防护剂皆具有良好的防水性、耐污染性、耐酸碱性、耐紫外线老化性和稳定性，详见下表：
综上所述，实施本发明实施例，具有如下有益效果：
本发明所述石材防护剂通过辊涂、刷涂、喷涂或浸泡等方式涂覆在石材表面，渗透至石材微孔或裂缝中，在石材的表层和内部微孔表层形成保护膜，克服现有技术如石蜡防护剂在石材表面形成致密的保护膜导致堵塞石材微孔的缺点，确保石材的透气性。
另外，由于本发明石材防护剂引入乙烯基和辛基官能团，有利于提高防水和防油污的性能，加上有机硅的作用使本防护剂具有良好的耐酸碱、防粘贴等特点。而且本防护剂不含现有类似防护剂中的苯类有机物，无毒副作用，不会产生有损人体健康的有毒气体，可适用于装饰石材的饰面。
再者，本发明石材防护剂只需涂刷一遍即可起防护效果，使用方便；应用范围广，可适用于各类石材如大理石、花岗岩、砂岩、人造石和混凝土制品等。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (10)
1.一种石材防护剂，其特征在于，包括1:1.5~4的有效成分与溶剂，所述有效成分由以下按重量份计的原料制成：
羟基硅油90-110份；
氨基硅烷偶联剂5-10份；
有机碱催化剂0.1-0.5份；
乙烯基硅烷5-10份；
辛基硅烷5-10份；
终止剂0.1-0.5份。
2.如权利要求1所述石材防护剂，其特征在于，所述溶剂由以下按重量份计的原料制成：
醋酸丁酯85-260份；
正丁醇70-240份；
表面活性剂1-5份。
3.如权利要求1所述石材防护剂，其特征在于，所述氨基硅烷偶联剂为氨基硅烷、氨基甲基硅烷、氨乙基氨丙基硅烷、氨乙基氨丙基甲基硅烷中的一种或组合；
所述乙烯基硅烷为乙烯基三乙氧基硅烷或乙烯基三甲氧基硅烷中的一种或组合；
所述辛基硅烷为辛基三乙氧基硅烷或辛基三甲氧基硅烷中的一种或组合。
4.如权利要求1所述石材防护剂，其特征在于，所述有机碱催化剂为钾催化剂或四甲基氢氧化胺中的一种。
5.如权利要求4所述石材防护剂，其特征在于，所述钾催化剂由氢氧化钾与含氢硅油在110~125℃下搅拌加热30min制成，所述钾催化剂中含0.1~1%的氢氧化钾。
6.一种如权利要求1所述石材防护剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
以重量份计将羟基硅油90-110份、氨基硅烷偶联剂5-10份、有机碱催化剂0.1-0.5份投入反应釜中，在90℃-110℃温度条件下加热搅拌6小时，得到中间产物；
向所述反应釜中加入乙烯基硅烷5-10份、辛基硅烷5-10份，在80℃-90℃温度条件下继续加热搅拌2小时后，加入终止剂0.1-0.5份直至中和，得到所述石材防护剂的有效成分；
将有效成分冷却至室温后加入溶剂，配成有效成份为20-40%含量的溶液即为石材防护剂。
7.如权利要求6所述石材防护剂的制备方法，其特征在于，所述氨基硅烷偶联剂为氨基硅烷、氨基甲基硅烷、氨乙基氨丙基硅烷、氨乙基氨丙基甲基硅烷中的一种或组合；
所述乙烯基硅烷为乙烯基三乙氧基硅烷或乙烯基三甲氧基硅烷中的一种或组合；
所述辛基硅烷为辛基三乙氧基硅烷或辛基三甲氧基硅烷中的一种或组合。
8.如权利要求6所述石材防护剂的制备方法，其特征在于，所述有机碱催化剂为钾催化剂或四甲基氢氧化胺中的一种。
9.如权利要求8所述石材防护剂的制备方法，其特征在于，所述钾催化剂由氢氧化钾与含氢硅油在110~125℃下搅拌加热30min制成，所述钾催化剂中含0.1~1%的氢氧化钾。
10.如权利要求6所述石材防护剂的制备方法，其特征在于，所述溶剂由以下按重量份计的原料制成：
醋酸丁酯85-260份；
正丁醇70-240份；
表面活性剂1-5份。
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