CN106675395B - 一种建筑表面用渗透型有机硅防护剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种建筑表面用渗透型有机硅乳液及其制备方法，其由如下几种成分按质量百分比构成：30.0～45.0份烷氧基硅烷、10.0～15.0份聚硅氧烷、2.0～5.0份氟硅烷、0.5～1.0份渗透增强剂、3.0～6.0份表面活性剂、1.0～2.0份稳定剂、20.0～45.0份去离子水。本发明公开的水性有机硅乳液对粉煤灰砌体、95青砖、C30混凝土结构具有良好的渗透深度，高效降低混凝土的吸水量、耐碱性及耐紫外线性能优良，本发明制备方便、贮存稳定、绿色环保、使用方便，耐久性好。

Description

一种建筑表面用渗透型有机硅防护剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种建筑用材料，具体涉及一种用于建筑表面的渗透型有机硅防护剂，以及防护剂的制备方法。
背景技术
建筑表面用有机硅防护剂类材料相对于其他涂膜类防水材料来说具有耐老化性能优良、疏水效果明显、透气性优良等众多优势，已经广泛应用于建筑建材、砖瓦、砂浆、瓷砖等基础材料表面。
建筑内外墙装饰材料品种众多，这些材料以水泥、灰钙、石膏等作为骨架胶凝其他成分，在多种添加剂共同作用下形成性能各异的功能型材料。这些材料性能各异，已经广泛应用于建筑内外墙装修装饰、瓷砖铺贴、填缝、基层混凝土覆盖等工程中。
随着时间延长，装饰材料存在的问题逐渐显现：开裂、粉化、渗漏、剥落、变色、泛碱等问题也暴露了材料存在各种问题。研究发现，以水泥、灰钙作为凝胶材料常见的问题主要受冻融循环、酸雨侵蚀、霉菌及微生物破坏影响产生开裂、粉化，而导致这些问题的直接原因是基层为多孔结构，水分容易在表面铺展并向内渗透，受温度、湿度等影响，水分挥发过程中带出内部碱及其他成分，造成凝胶材料PH值降低，从而导致后期各种病变发生。
针对上述各种问题，相应的配套材料也随之产生，一般包括涂膜类防水材料、渗透型防水材料及有机硅防水材料。涂抹类防水材料施工简便，防水效果明显，但是易改变基层外观，耐久性不良；一般的渗透型防水材料不改变基层颜色，但是其渗透、密封效果受基层影响明显，效果难以保证。
有机硅材料更多应用于装饰材料、砖体表面、砌体表面及古建文物砖质材料表面，使用这类材料具有不改变外观、憎水效果明显，具有其他材料难以比拟的优势。
例如，中国发明专利CN101734945A公开了一种渗透型有机硅纳米防水防护剂，其含有纳米二氧化硅0.1%-1%、纳米氧化锌0.1-1%、烷基烷氧基有机硅40%-50%和有机溶剂40%-50%。其中，纳米二氧化硅和纳米氧化锌经过硅烷偶联剂改性而变成疏水性，通过纳米粒水填塞混凝土中的毛细孔，阻止水的渗入。但是该方案采用大量的有机溶剂，对环境不友好。而对于水性防护剂的研究，一般应用在建筑外墙及各类基材表面有较好的憎水效果，但是对于制品的渗透性能鲜有涉及。
发明内容
本发明的目的是提供一种建筑表面用渗透型有机硅防护剂，采用水性基质，通过配比的调整，使其在具备较好的憎水性的同时，能够快速渗透至矿物材料内部1mm～10mm，形成具有疏水、透气防护层，以达到永久防护效果，从而应用于各类石膏、砂浆、砖瓦、砌体等矿物材料表面，实现建筑防护。本发明的另一个目的是提供一种制备上述防护剂的方法。
为实现上述发明目的，本发明的总体思路是：以烷氧基硅烷作为主要原料，纳米二氧化硅作为改性增强剂，聚硅氧烷作为疏水链接剂，聚醚改性硅油作为渗透增强剂，在表面活性剂及稳定剂作用下，机械分散形成稳定的有效成分含量介于20%～80%之间白色乳状液。
本发明采用的技术方案是：
一种建筑表面用渗透型有机硅防护剂，按质量份数计，由如下组分构成：
烷氧基硅烷 30.0～45.0 份
聚硅氧烷 10.0～15.0 份
纳米二氧化硅 2.0～5.0 份
渗透增强剂 0.5～1.0 份
表面活性剂 3.0～6.0 份
稳定剂 1.0～2.0 份
去离子水 20.0～45.0 份
所述烷氧基硅烷的结构式为：Cn Si( OCmH2m+1)3，其中：n：3～18；m：1～3；
所述聚硅氧烷为线性聚硅氧烷或支链型聚硅氧烷，黏度范围为30cps～5000cps；
所述纳米二氧化硅为疏水性纳米二氧化硅；
所述渗透增强剂为聚醚改性硅油；
所述表面活性剂为亲水亲油平衡加权平均值介于11～14的单一或多种表面活性剂组合；
所述稳定剂为聚乙烯醇。
优选的技术方案，所述烷氧基硅烷选自丁基硅氧烷、辛基硅氧烷、十二烷基硅氧烷、十八烷基硅氧烷中的一种或多种的混合物。
进一步的技术方案，所述烷氧基硅烷选自正丁基三乙氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷、正辛基三甲氧基硅烷、异辛基三甲氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、十八烷基三甲氧基硅烷中的一种或多种的混合物。
上述技术方案中，所述聚硅氧烷选自二甲基硅油、氨基硅油、羟基硅油、含氢硅油中的一种或多种的混合物。
优选含氮值0.1%～1.0%的氨基硅油、含羟值1.0%～10.0%的羟基硅油、含氢值0.1%～1.0%的含氢硅油中的一种或多种混合物。
所述纳米二氧化硅优选PH为7的硅溶胶。
上述技术方案中，所述的聚醚改性硅油为粘度范围20cps～100cps的水溶性聚醚改性硅油。
表面活性剂的亲水亲油平衡值（HLB）加权平均数可通过表面活性剂的HLB 采用质量分数计算方法计算得到。例如表面活性剂由A、B、C 三种表面活性剂组成，那么表面活性剂的HLB 加权平均数（HLB 平均）为：
HLB平均=HLBA×WA+HLBB×WB+HLBC×WC/(WA+WB+WC)
其中WA、WB、WC 分别为A、B、C 三种表面活性剂的质量，HLBA、HLBB、HLBC分别为A、B、C三种表面活性剂的亲水亲油平衡值。
本发明选用HLB值11～14的表面活性剂，配制的乳液稳定、不分层。表面活性剂可以是烷基醇聚氧乙烯醚（平平加O） 系列、烷基酚聚氧乙烯醚（OP） 系列、失水山梨糖醇脂肪酸酯（SP）系列、脂肪酸聚氧乙烯醚（SG）系列、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的一种或者一种以上混合物。优选烷基醇聚氧乙烯醚平平加、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯醚中的一种或者一种以上混合物作为表面活性剂。
上述技术方案中，所述聚乙烯醇的聚合度为1650～1750，醇解度为86～90%。
上述建筑表面用渗透型有机硅防护剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）将上述稳定剂、表面活性剂加入到去离子水中，混合均匀得到A溶液；
（2）将上述的聚硅氧烷、纳米二氧化硅、渗透增强剂加入到烷氧基硅烷中，混合均匀得到B溶液；
（3）在高速分散条件下，将A 溶液滴加入B 溶液中；滴加过程中保持高速分散，滴加完毕后，形成白色乳状液体。
上述技术方案中，步骤（3）中高速分散时A 溶液的分散转速为2000rpm，A溶液的滴加速度为5～15g/min•kg。
硅烷是一种性能优异的渗透型浸渍剂，具有小分子结构，在矿物表面刷涂或喷涂后能够深层渗透并形成聚硅氧烷互穿网络结构，通过牢固的化学键合反应，赋予矿物材料表面的微观结构长期的疏水性，并保持呼吸透气功能，大大降低了水和其他成分的侵害，延长矿物基材使用年限。
本发明选用聚硅氧烷作为疏水链接剂，添加疏水链接剂的作用是确保烷氧基硅烷水解过程中部分烷氧基接支到聚硅氧烷主链结构，强化烷氧基硅烷形成的疏水层，强化疏水效果。
本发明选用纳米二氧化硅溶胶作为改性增强剂，纳米二氧化硅无毒、无味、无污染，颗粒尺寸小，比表面积大，表面存在大量不饱和键及不同键合状态的羟基，加入到众多的多孔材料里，会使原有材料憎水性能有非常明显的变化。纳米二氧化硅具有补强作用，对于一些古建中应用的多孔砖质和石材基材具有一定的补强效果。
本发明同时选用聚醚改性硅油作为渗透增强剂，主要与聚醚改性硅油结构有关。本发明选用的聚醚改性硅油为水溶性低分子量改性硅油，0.1%的聚醚改性硅油水溶液可有效降低水的表面张力至21～22 mN/m。添加一定量的聚醚改性硅油，可以确保有机硅乳液乳状液及其稀释液的表面张力低至30 mN/m以下，增加其渗入速度，确保渗透深度。
运用上述技术方案，本发明与现有技术相比有以下优势：
1、本发明以烷氧基硅烷作为主要原料，含氟硅烷作为改性增强剂，聚硅氧烷作为疏水链接剂，聚醚改性硅油作为渗透增强剂，在表面活性剂及稳定剂作用下，机械分散形成稳定的白色乳状液，这种白色乳状液原液或稀释1～10倍喷涂、刷涂于矿物、砂浆砖石材料表面，可快速渗透至内部1～10mm，形成具有疏水、透气防护层，不改变基层外观并达到永久防水效果。
2、制品更加环保。本发明在制备过程中不添加任何稀释剂及有机溶剂，产品在施工及后期使用过程中释放水分及小分子醇类，远优于现有以苯、醋酸酯类作为稀释剂的防护剂。
3、保持基层“呼吸”通畅。本发明选用的各类材料水解后形成以聚硅氧烷贯穿的氟硅烷改性硅烷结构，水解固化过程中不会形成致密的交联膜，不影响内部湿气与外界交换，确保内部干燥，改善现有技术发明中以丙烯酸树脂作为表面气密材料，延长基层使用期限。
4、渗透性能更佳。实验发现，本发明研制的渗透型有机硅防护剂产品，在各类基材表面渗透深度1～10mm，远优于当前普通防水剂的渗透0～1mm渗透深度，同时，具有一定的补强效果，取得了意想不到的技术效果。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步描述：
表1 实施例中有机硅乳液的原料组成质量百分比
制备方法：
根据表1的原料比例，首先将稳定剂、表面活性剂加入到水中，混合均匀得到A溶液；然后将聚硅氧烷、纳米二氧化硅、渗透增强剂加入到烷氧基硅烷中，混合均匀得到B溶液；
在高速分散条件下，将A 溶液滴加入B 溶液中；滴加过程中保持高速分散，高速分散时A 溶液的分散转速为2000rpm，A溶液的滴加速度为5～15g/min•kg，滴加完毕后，形成性能稳定的白色乳状液体，即为渗透型有机硅防护剂原液。
将上述乳液涂刷在粉煤灰砌体、95青砖和C30混凝土表面，涂刷用量在每平方300g，按JG/T 337-2011《混凝土结构防护用渗透型涂料》中的测试方法测试有机硅防护剂的渗透深度、吸水量比、紫外老化吸水量比，结果见表2、表3和表4：
表2 涂刷在粉煤灰砌体性能表征
测试项目 实施例一 实施例二 实施例三
稀释比例(原液︰水) 1︰10 1︰10 1:10
渗透深度/mm 5.1 7.5 10.1
吸水量比/% 5.9 5.1 4.8
吸水量比（紫外线1000h老化）/% 6.2 6.0 5.1
吸水量比（耐碱处理后）/% 6.9 7.6 5.4
表3 涂刷在95青砖性能表征
测试项目 实施例一 实施例二 实施例三
稀释比例(原液︰水) 1︰5 1︰5 1︰5
渗透深度/mm 2.6 3.3 5.7
吸水量比/% 11.8 10.4 9.6
吸水量比（紫外线1000h老化）/% 12.5 11.6 11.0
吸水量比（耐碱处理后）/% 12.3 12.0 11.0
表4 涂刷在C30混凝土性能表征
测试项目 实施例一 实施例二 实施例三
稀释比例(原液︰水) 1︰0 1︰0 1:0
渗透深度/mm 3.5 4.7 6.8
吸水量比/% 9.6 8.7 6.4
吸水量比（紫外线1000h老化）/% 10.2 8.9 7.8
吸水量比（耐碱处理后）/% 11.6 10.8 9.3

Claims (7)

1. 一种建筑表面用渗透型有机硅防护剂，其特征在于，按质量份数计，由如下组分构成：
烷氧基硅烷 30.0～45.0 份
聚硅氧烷 10.0～15.0 份
纳米二氧化硅 2.0～5.0 份
渗透增强剂 0.5～1.0 份
表面活性剂 3.0～6.0 份
稳定剂 1.0～2.0 份
去离子水 20.0～45.0 份
所述烷氧基硅烷选自正丁基三乙氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷、正辛基三甲氧基硅烷、异辛基三甲氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、十八烷基三甲氧基硅烷中的一种或多种的混合物；
所述聚硅氧烷为线性聚硅氧烷或支链型聚硅氧烷，黏度范围为30cps～5000cps；
所述纳米二氧化硅为疏水性纳米二氧化硅；
所述渗透增强剂为聚醚改性硅油；
所述表面活性剂为亲水亲油平衡加权平均值介于11～14的单一或多种表面活性剂组合；
所述稳定剂为聚乙烯醇。
2.根据权利要求1所述的建筑表面用渗透型有机硅防护剂，其特征在于：所述聚硅氧烷选自二甲基硅油、氨基硅油、羟基硅油、含氢硅油中的一种或多种的混合物。
3.根据权利要求1所述的建筑表面用渗透型有机硅防护剂，其特征在于：所述的聚醚改性硅油为粘度范围20cps～100cps的水溶性聚醚改性硅油。
4.根据权利要求1所述的建筑表面用渗透型有机硅防护剂，其特征在于：所述表面活性剂为烷基醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、失水山梨糖醇脂肪酸酯、脂肪酸聚氧乙烯醚、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的一种或多种的混合物。
5.根据权利要求1所述的建筑表面用渗透型有机硅防护剂，其特征在于：所述聚乙烯醇的聚合度为1650～1750，醇解度为86～90%。
6.一种权利要求1所述的建筑表面用渗透型有机硅防护剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将稳定剂、表面活性剂加入到去离子水中，混合均匀得到A溶液；
（2）将聚硅氧烷、纳米二氧化硅、渗透增强剂加入到烷氧基硅烷中，混合均匀得到B溶液；
（3）在高速分散条件下，将A 溶液滴加入B 溶液中；滴加过程中保持高速分散，滴加完毕后，形成白色乳状液体。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：步骤（3）中高速分散时A 溶液的分散转速为2000rpm，A溶液的滴加速度为5～15g/min•kg。
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