CN104844061A - 一种高效节能的水泥用干粉防水剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高效节能的水泥用干粉防水剂，它以硅烷、硅氧烷及长链脂肪酸盐为防水剂，以聚醚改性硅氧烷为湿润分散剂，以非硅非离子表面活性剂为乳化剂，以二元醇及其齐聚物为分散介质做成非水乳液或非水分散液，加入适当干粉减水剂，以二氧化硅、沸石粉、碳酸钙、硅藻土等为载体。其一是，本发明的有机硅粉状防水剂用于防水砂浆效果很好，当粉状防水剂中有机硅用量为0.2%时防水砂浆吸水率比（48h）已达20%；其二是，用硬脂酸钙防水剂做的防水粉在用量大于或为0.4%时，就可达到国家标准一级水平；其三是，用该法制备的防水粉优于国外专利报道的防水粉；其四是，防水砂浆采用此法实施例二做的防水粉的用量还可降低。

Description

一种高效节能的水泥用干粉防水剂及其制备方法

技术领域

本发明属于防水剂技术领域，涉及一种高效节能的水泥用干粉防水剂及其制备方法。

背景技术

水泥制品是以水泥为胶凝材料，以石英砂、卵石、碳酸钙等为填充料，另加增塑剂、增强剂、防裂剂、引气剂等添加剂，经加水搅拌后水化成型的建筑制品，包括水泥砂浆,水泥混凝土、水泥砖、水泥瓦、水泥板、泡沫水泥保温材料等。水泥制品在水化过程中，形成许多毛细孔隙，极易渗入液体水分。液体水是水泥制品在使用过程中风化的主要原因，因降温至零度以下水结冰，体积膨胀，使水泥制品开裂，水也把一些无机离子如氯离子带入混凝土中，腐蚀其中的钢筋，使混凝土强力降低，使用寿命缩短。为防止液态水对水泥制品的侵入，人们常用憎水剂如石蜡、硅烷、硅氧烷及长链脂肪酸盐等以溶液或乳液的形式处理水泥制品的表层，使其拒水、防止或减少水的渗透。但这类拒水剂在水泥制品表层渗透深度有限，防水效果不佳，且易损坏，易风化，防水保持时间不长。因此人们在水泥制品成型前，将憎水剂加到水泥粉料中或是加入水泥制品水化所需的水中与水泥一起搅拌成型。为便于运输，人们常将憎水剂做成干粉状。干粉防水剂在上世纪初就已出现，硬脂酸钙是不需加载体就可以直接使用的干粉防水剂，但因本身憎水，在水中不易分散，在水泥浆中分布不均匀，使水泥制品防水性不均不强，且容易造成局部过多，影响水泥制品的强度。硅烷、硅氧烷是水泥制品的优良防水剂，人们常将其做成乳液，加到水泥制品成型前的水中 。本公司已有专利申请，名称为“水泥砂浆混凝土增强高效有机硅乳液防水剂的制备方法”，专利申请号为201410029344.5。还有一个专利申请号为201410732607.9“一种固体粉末有机硅防水剂及其制备方法”是对前一专利的改进，就是将硅烷、硅氧烷乳液型防水剂以二氧化硅为载体做成固体粉末，但是粉料中含有较多水份，不能与水泥等粉料混合包装，贮存只能单独包装，在工地施工前将防水剂粉末加到水中再与水泥等粉料搅拌成型。为了除去防水剂粉料中的水份，还要经过干燥工序，才能与水泥粉料混合包装。最有代表性的优良粉状防水剂是德国瓦克公司的S810干粉防水剂，它是将硅烷、硅氧烷用水解度为88%的聚乙烯醇为乳化剂乳化硅烷、硅氧烷再经过喷雾干燥而得到的。另外，如美国专利US8703874所述的干粉防水剂是用硅烷（甲基三乙氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷等）和羟基封端聚硅氧烷先用低分子聚乙烯醇乳化，再经干燥得到干粉防水剂。又如US8445560美国道康宁公司采用辛基硅烷与聚硅氧烷先用水解度为88%的聚乙烯醇乳化，后以沸石粉为载体，再经流化床干燥得到干粉防水剂，干粉中有机硅防水剂含量为20%左右，应用于水泥砂浆，固化后浸水24小时后吸水率比为33%，防水剂干粉加量为水泥粉料总固体的2.3%。本发明人曾采用硅烷与聚硅氧烷为防水剂主要成分，以非离子表面活性剂和低分子聚乙烯醇为乳化剂，经常州长江喷雾干燥器干燥，或是做成乳液以二氧化硅载体混合后经常州另一流化床干燥器厂干燥成干粉防水剂，经试验，凡经加热至120~150℃干燥后的干粉防水剂，都有交联固化现象发生，即经过加热干燥的干粉防水剂都有憎水现象，不易分散于水中用于防水砂浆，防水效果比乳液型的相比大为下降，吸水率比大为提高，说明硅烷防水剂乳液经过加热处理，发生了交联缩聚，使干粉不易分散于水中，也使防水效果下降。

发明内容

为克服上述的技术缺点，本发明提供一种高效节能的水泥用干粉防水剂及其制备方法，它可以和水泥、砂石等一起混合包装、贮存，使用时只需在现场加水浇灌，便能得到整体防水的水泥制品，具有不需干燥设备、耗能低等特点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方法是：一种高效节能的水泥用干粉防水剂，它以硅烷、硅氧烷及长链脂肪酸盐为防水剂，以聚醚改性硅氧烷为湿润分散剂，以非硅非离子表面活性剂为乳化剂，以二元醇及其齐聚物为分散介质做成非水乳液或非水分散液，加入适当干粉减水剂，以二氧化硅、沸石粉、碳酸钙、硅藻土等为载体。

所述高效节能的水泥用干粉防水剂的制备方法，其步骤是：

第一步：制备硅烷硅氧烷非水乳液，选取适量的硅烷、硅氧烷及长链脂肪酸盐，向其中加入适量的聚醚改性硅氧烷作为湿润分散剂，再加入非硅非离子表面活性剂作为乳化剂，再加入适量二元醇及其齐聚物并在高速剪切机上乳化30min；

第二步：制备粉状防水剂，选取适量的第一步中制备的乳液，加入适量的干粉减水剂，并加入适量的二氧化硅、沸石粉、碳酸钙、硅藻土一类载体，在桨叶式搅拌机上以100r/min转速搅拌30min即可获得粉状防水剂。

所述硅烷包括甲基三乙氧基硅烷及其预水解预聚物、丁基或异丁基三乙氧基硅烷及辛基三乙氧基硅烷或它们的共混物及其预水解预聚物。

所述硅氧烷包括分子量不大于10000的羟基硅油、二甲基硅油、含氢硅油或氨基硅油或烷基硅油。

所述聚醚改性硅氧烷包括聚氧乙烯醚或与聚氧丙烯醚共聚改性硅氧烷。

所述聚醚改性硅氧烷为聚醚改性低聚硅氧烷，如三硅氧烷、四硅氧烷或五硅氧烷，最好为三硅氧烷，因为它的聚醚改性表面活性剂在极低浓度的水溶液中，具有很低的表面张力，例如千分之一的水溶液的表面张力，20℃时只有20mN/m，而一般非离子表面活性剂的表面张力达30 mN/m以上。这种具极低表面张力的水溶液可以把疏水物质很快润湿分散到水中。

所述非硅非离子表面活性剂是脂肪醇聚氧乙烯醚类或脂肪酸聚氧乙烯酯类及它们的混合物，它们的混合物的HLB值在9.0~14之间，最好在10~11之间。非离子表面活性剂的用量为硅烷硅氧烷总量的2~10%之间，最好为5~8%之内。乳化剂的量太多，产品防水性下降，乳化剂太少，乳液不稳定。

   所述非水溶剂为二元醇如乙二醇或丙二醇及它们的齐聚物如二乙二醇、三乙二醇，丙二醇、或二丙二醇醚，用量为硅烷硅氧烷总量的20~100%。本专利的非水溶剂可以与水以任意比混溶，所以防水剂极易分散于水中。

所述载体为不含游离水份和不和水泥发生化学反应的各种粉料，可以是沉淀二氧化硅、硅藻土、硅灰石、沸石、碳酸钙。为了提高产品中防水剂的含量，所用载体的比表面积越大越好，比表面积大则载体的用量就少，比表面积一般应大于50m²/g。

本发明的有益效果是：其一是，本专利的有机硅粉状防水剂用于防水砂浆效果很好，当粉状防水剂中有机硅用量为0.2%时防水砂浆吸水率比（48h）已达20%；其二是，用硬脂酸钙防水剂做的防水粉在用量大于或为 0.4%时，就可达到国家标准一级水平；其三是，用该法制备的防水粉优于国外专利报道的防水粉；其四是，防水砂浆采用此法实施例二做的防水粉的用量还可降低。

具体实施方式                                                   

下面结合实施例对本发明进一步说明。

一种高效节能的水泥用干粉防水剂，它以硅烷、硅氧烷及长链脂肪酸盐为防水剂，以聚醚改性硅氧烷为湿润分散剂，以非硅非离子表面活性剂为乳化剂，以二元醇及其齐聚物为分散介质做成非水乳液或非水分散液，加入适当干粉减水剂，以二氧化硅、沸石粉、碳酸钙、硅藻土等为载体，用机械搅拌而成。

所述高效节能的水泥用干粉防水剂的制备方法，其步骤是：

第一步：制备硅烷硅氧烷非水乳液，选取适量的硅烷、硅氧烷及长链脂肪酸盐，向其中加入适量的聚醚改性硅氧烷作为湿润分散剂，再加入非硅非离子表面活性剂作为乳化剂，再加入适量二元醇及其齐聚物并在高速剪切机上乳化30min；

第二步：制备粉状防水剂，选取适量的第一步中制备的乳液，加入适量的干粉减水剂，并加入适量的二氧化硅、沸石粉、碳酸钙、硅藻土一类载体，在桨叶式搅拌机上以100r/min转速搅拌30min即可获得粉状防水剂。

所述硅烷包括甲基三乙氧基硅烷及其预水解预聚物、丁基或异丁基三乙氧基硅烷及辛基三乙氧基硅烷或它们的共混物及其预水解预聚物。

所述硅氧烷包括分子量不大于10000的羟基硅油、二甲基硅油、含氢硅油或氨基硅油或烷基硅油。

所述聚醚改性硅氧烷包括聚氧乙烯醚或与聚氧丙烯醚共聚改性硅氧烷。

所述硅氧烷为低聚硅氧烷，如三硅氧烷、四硅氧烷或五硅氧烷，最好为三硅氧烷，因为它的聚醚改性表面活性剂在极低浓度的水溶液中，具有很低的表面张力，例如千分之一的水溶液的表面张力，20℃时只有20mN/m，而一般非离子表面活性剂的表面张力达30 mN/m以上。这种具极低表面张力的水溶液可以把疏水物质很快润湿分散到水中。

所述非硅非离子表面活性剂是脂肪醇聚氧乙烯醚类或脂肪酸聚氧乙烯酯类及它们的混合物，它们的混合物的HLB值在9.0~14之间，最好在10~11之间。非离子表面活性剂的用量为硅烷硅氧烷总量的2~10%之间，最好为5~8%之内。乳化剂的量太多，产品防水性下降，乳化剂太少，乳液不稳定。

   

所述非水溶剂为二元醇如乙二醇或丙二醇及它们的齐聚物如二乙二醇、三乙二醇，丙二醇、或二丙二醇醚，用量为硅烷硅氧烷总量的20~100%。本专利的非水溶剂可以与水以任意比混溶，所以防水剂极易分散于水中。

所述载体为不含游离水份和不和水泥发生化学反应的各种粉料，可以是沉淀二氧化硅、硅藻土、硅灰石、沸石、碳酸钙，为了提高产品中防水剂的含量，所用载体的比表面积越大越好，比表面积大则载体的用量就少，比表面积一般应大于50m²/g。

实施例一：以脂肪酸盐为防水剂，所用脂肪酸盐为不溶于水的长链脂肪酸盐如硬脂酸铝、硬脂酸钙、硬脂酸锌。本实施例一采用硬脂酸钙为防水剂，以聚醚改性三硅氧烷为湿润分散剂，不需乳化剂，也不需粉状载体，只要将市售硬脂酸钙加有机硅湿润剂和一定量的二元醇如丙二醇搅拌均匀即可。当然还加一定量的干粉减水剂拌匀就可以包装。具体配方如下：称取硬脂酸钙100g，加入聚醚改性三硅氧烷10g，另加20g丙二醇，用叶片式搅拌器充分搅匀，同时加入粉状减水剂10g搅匀，时间约30min，密封包装，便可得到含硬脂酸钙70%的水泥干粉防水剂。

实施例二：硅烷，硅氧烷防水干粉制备：分两步，第一步制备硅烷，硅氧烷非水乳液：称取硅烷硅氧烷共120g，加入聚醚改性聚硅氧烷4g，非离子乳化剂6g，丙二醇90g，在高速剪切机上乳化30min，得到含硅烷防水剂54.5%的非水乳液。第二步粉状防水剂的制备，称取上述有机硅非水乳液130g，沉淀二氧化硅100g（比表面积大于100 m²/g）粉状聚羧酸盐减水剂8g，在桨叶式搅拌机上以100r/min转速搅拌30min，得到含有机硅防水剂30%的可以自由流动的粉状防水剂。

实施例三：硅烷硅氧烷防水干粉制备，第一步，硅烷硅氧烷非水乳液制备：称取聚甲基三乙氧基硅烷300g，辛基三乙氧基硅烷400g，羟基聚二甲基硅烷300g，加入聚醚改性聚硅氧烷30g，非离子型脂肪酸聚氧乙烯酯30g，二丙二醇540g，在高剪切均化器上均化30min，得到含有机硅62.5%的非水乳液。第二步，有机硅粉状防水剂制备：称取比表面积为150 m²/g的沉淀二氧化硅500g，粉状聚羧酸盐减水剂62.5g，在5  升    螺旋式搅拌器中搅拌，在搅拌过程中慢慢加入62.5%的有机硅非水乳液1000g，搅拌30min后，用40目不锈钢筛过筛，然后用双层聚乙烯膜密封包装，得到含有机硅40%的粉状防水剂。

实施例四：上述防水粉在防水砂浆中的应用。

水泥砂浆配方：  325^#水泥     150g

              40目石英砂     450g

                去离子水     135g

 实施例一或实施例二防水粉用量见下表

现将防水粉加入水泥石英砂中用刮刀拌匀后加水，用刮刀充分拌成浆状，然后倒入塑料圆盘中成型，每个配方用5个塑料圆盘，成型后放置一晚，第二天（24h后）浸入去离子水中保养，一周后从水中取出，沥干，室温放置2天后，在60℃下干燥8h或105℃干燥4h，平衡24h后称重为干重；然后泡水48h，操作方法按JC474-2008测水泥砂浆48h吸水率及吸水率比。同时做不加防水剂做对比样，还与美国专利报道中的加有防水剂的砂浆的吸水率比进行比较。

粉状防水剂对防水砂浆吸水率的影响

从上表可以看出：

1. 本专利的有机硅粉状防水剂用于防水砂浆效果很好，当粉状防水剂中有机硅用量为0.2%时防水砂浆吸水率比（48h）已达20%；

2. 用硬脂酸钙防水剂做的防水粉在用量大于或为 0.4%时，就可达到国家标准一级水平；

3. 用该法制备的防水粉优于国外专利报道的防水粉；

4. 防水砂浆采用此法实施例二做的防水粉的用量还可降低。

Claims (9)

1.一种高效节能的水泥用干粉防水剂，其特征是：它以硅烷、硅氧烷及长链脂肪酸盐为防水剂，以聚醚改性硅氧烷为湿润分散剂，以非硅非离子表面活性剂为乳化剂，以二元醇及其齐聚物为分散介质做成非水乳液或非水分散液，加入适当干粉减水剂，以二氧化硅、沸石粉、碳酸钙、硅藻土等为载体。

2.如权1所述高效节能的水泥用干粉防水剂的制备方法，其特征在于步骤是：

第一步：制备硅烷硅氧烷非水乳液，选取适量的硅烷、硅氧烷及长链脂肪酸盐，向其中加入适量的聚醚改性硅氧烷作为湿润分散剂，再加入非硅非离子表面活性剂作为乳化剂，再加入适量二元醇及其齐聚物并在高速剪切机上乳化30min；

第二步：制备粉状防水剂，选取适量的第一步中制备的乳液，加入适量的干粉减水剂，并加入适量的二氧化硅、沸石粉、碳酸钙、硅藻土一类载体，在桨叶式搅拌机上以100r/min转速搅拌30min即可获得粉状防水剂。

3.如权利要求1所述高效节能的水泥用干粉防水剂，其特征是：所述硅烷包括甲基三乙氧基硅烷及其预水解预聚物、丁基或异丁基三乙氧基硅烷及辛基三乙氧基硅烷或它们的共混物及其预水解预聚物。

4.如权利要求1所述高效节能的水泥用干粉防水剂，其特征是：所述硅氧烷包括分子量不大于10000的羟基硅油、二甲基硅油、含氢硅油或氨基硅油或烷基硅油。

5.如权利要求1所述高效节能的水泥用干粉防水剂，其特征是：所述聚醚改性硅氧烷包括聚氧乙烯醚或与聚氧丙烯醚共聚改性硅氧烷。

6.如权利要求1所述高效节能的水泥用干粉防水剂，其特征是：所述聚醚改性硅氧烷为聚醚改性低聚硅氧烷，如三硅氧烷、四硅氧烷或五硅氧烷，最好为三硅氧烷，因为它的聚醚改性表面活性剂在极低浓度的水溶液中，具有很低的表面张力，例如千分之一的水溶液的表面张力，20℃时只有20mN/m，而一般非离子表面活性剂的表面张力达30 mN/m以上；

这种具极低表面张力的水溶液可以把疏水物质很快润湿分散到水中。

7.如权利要求1所述高效节能的水泥用干粉防水剂，其特征是：所述非硅非离子表面活性剂是脂肪醇聚氧乙烯醚类或脂肪酸聚氧乙烯酯类及它们的混合物，它们的混合物的HLB值在9.0~14之间，最好在10~11之间；

非离子表面活性剂的用量为硅烷硅氧烷总量的2~10%之间，最好为5~8%之内；

乳化剂的量太多，产品防水性下降，乳化剂太少，乳液不稳定。

8. 如权利要求1所述高效节能的水泥用干粉防水剂，其特征是： 所述非水溶剂为二元醇如乙二醇或丙二醇及它们的齐聚物如二乙二醇、三乙二醇，丙二醇、或二丙二醇醚，用量为硅烷硅氧烷总量的20~100%；

本专利的非水溶剂可以与水以任意比混溶，所以防水剂极易分散于水中。

9.如权利要求1所述高效节能的水泥用干粉防水剂，其特征是：所述载体为不含游离水份和不和水泥发生化学反应的各种粉料，可以是沉淀二氧化硅、硅藻土、硅灰石、沸石、碳酸钙；为了提高产品中防水剂的含量，所用载体的比表面积越大越好，比表面积大则载体的用量就少，比表面积一般应大于50m²/g。