CN112266638A - 一种基于无机硅酸盐的憎水剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无机硅酸盐的憎水剂及其制备方法和应用，基于无机硅酸盐的憎水剂包括A组分和B组分，A组分按质量分数包括硅酸盐溶液65.5‑77.5%、纳米硅溶胶20‑30％、表面活性剂0.5‑1%、络合剂1‑1.5%和甲基硅醇钠1‑2%，所述硅酸盐溶液为硅酸钠溶液与硅酸锂溶液的混合液；B组分为钙溶液，其浓度为20%，本发明利用无机硅酸盐与钙溶液反应，填充裂纹和孔隙，同时纳米硅溶胶能填充混凝土内部更小的毛细孔和通道，加上硅酸锂的水不可逆膜，从而达到长效防水的效果，且使用年限长、耐候性好、不易老化、具有结晶作用和自动修复功能、抗泛碱等优点。

Description

一种基于无机硅酸盐的憎水剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及建筑用防水材料技术领域，尤其涉及一种基于无机硅酸盐的憎水剂及其制备方法。

背景技术

随着现代社会的高速发展，建筑防水早已不是新鲜的话题，因为混凝土本质上是一种多孔性物质，其表面不可避免存在微孔和微裂纹，这些结构上的缺陷为水分渗入混凝土内部提供了通道。另外，混凝土在塑性阶段表面水分蒸发产生的收缩裂缝和硬化阶段产生的温度裂缝会进一步增加混凝土的渗水性。同时，外界的氯离子、硫酸盐、二氧化硫和水溶性二氧化碳也是通过水这个载体渗入混凝土内部的。作为一种覆盖在建筑物表面后能够憎水的材料，憎水剂很大程度上解决了建筑物渗水问题，尤其是外墙渗水。

目前市面上所用憎水剂大致可分为三类溶剂型憎水剂、水基憎水剂和粉末憎水剂。溶剂型憎水剂是目前应用最广的憎水剂，常用的溶剂型憎水剂主要是以汽油等烃类物质为溶剂，其制备的膜层具有良好的憎水性和耐腐蚀性。但是，其存在很多不足，例如使用了大量易挥发、易燃易爆炸、有毒的有机溶剂，不然污染环境，而且对人体有害且溶剂的价格较贵等问题。粉末憎水剂主要是有机硅烷类粉末，其特点是可以在砖石、混凝土、砂浆以及各种涂层表面形成具有呼吸性的薄膜屏障，从而赋予这些物体表面以显著的憎水性，对建筑物起到多方面的保护作用。粉末憎水剂一般作为添加剂，主要用于砂浆，以内掺为主，国内研究的产品较少，然而进口的粉末憎水剂价格又比较昂贵。水基憎水剂以水为溶剂，安全环保，成本低廉，具有很大的发展前景。目前市面上的用作水基憎水剂的地表面能物质主要是有机硅、有机氟，其中有机硅应用最为广泛。但是有机硅耐候型差，使用寿命不长。本发明开发一种无机硅酸盐反应生成的憎水剂，使用年限长，耐候性好，不易老化，而且具有结晶作用，自动修复功能，抗泛碱等优点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于无机硅酸盐的憎水剂及其制备方法和应用，以解决上述背景技术中所提出的问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于无机硅酸盐的憎水剂，包括A组分和B组分，所述A组分按质量分数包括硅酸盐溶液65.5-77.5％、纳米硅溶胶20-30％、表面活性剂0.5-1％、络合剂1-1.5％和甲基硅醇钠1-2％，所述硅酸盐溶液为硅酸钠溶液与硅酸锂溶液的混合液；所述B组分为钙溶液，其浓度为20％。

作为进一步的优化，所述硅酸钠溶液与硅酸锂溶液的质量比为 (0.8-1.2):1，优选1:1，所述硅酸钠溶液为模数3.0以上、20℃波美度为37-42的水溶液，它是主成分也是结晶沉淀剂，其作用是能够与混凝土内部孔溶液中的钙离子发生化学反应，生成CaSiO₃晶体，填充裂纹和孔隙，达到增加密实性和防水效果；此外硅酸钠还可以与混凝土中水化产物Ca(OH)₂作用，生成C-S-H(xCaO·SiO₂·yH₂O)凝胶防水层，提高混凝土防水功能；所述硅酸锂，模数为4.8，是金属锂与硅酸根结构结合形成的化合物，俗称锂水玻璃，分子式是：Li₂SiO₃，pH值在11左右，硅酸锂和硅酸钠一样，能够与混凝土内部孔溶液中的钙离子发生化学反应，生成CaSiO₃晶体，填充裂纹和孔隙，同时硅酸锂有自干性，溶液水分蒸发后，能生成一种不溶于水的干膜，具有水不可逆性，因此防水效果特别明显。

作为进一步的优化，所述纳米硅溶胶的平均粒径为30-100nm，能有效渗透到混凝土中，与游离的活性钙离子发生水化反应，形成硅酸钙水合物同时与混凝土内部的碳酸盐离子及析出的Ca(OH)₂发生取代反应，填充混凝土内部的微小空隙，形成致密坚固具有憎水效果的防护层，从而大幅提高混凝土的坚固、耐磨、抗渗、泛碱性能。

作为进一步的优化，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠，属于阴离子型表面活性剂，溶于水后生成能离解出表面活性的带负电荷的基团，防止硅酸钠分子团聚，增加硅酸钠在水中的分散性。

作为进一步的优化，所述络合剂为EDTA-Na、EDTA-2Na或 EDTA-4Na，优选EDTA-2Na，EDTA-2Na作为活性反应物，与混凝土中、轻质碳酸钙中的钙离子螯合，控制聚合反应速度，使固化反应变慢以达到深入渗透的效果。

甲基硅醇钠渗透入混凝土中捕捉游离碳酸盐离子，发生取代反应，在混凝土毛细孔隙中产生微膨胀作用，进步增强混凝土的防水抗渗功能。

作为进一步的优化，所述钙溶液为可溶性钙盐溶液，所述可溶性钙盐为草酸钙、亚硝酸钙、硝酸钙和醋酸钙中的一种或多种。本发明钙溶液优选亚硝酸钙溶液，亚硝酸钙离子以水溶液形态进入混凝土，遇到钢筋，与铁离子反应再度生成钝化膜，保护钢筋，防止钢筋锈蚀；另外可以给混凝土补充Ca²⁺离子，解决了混凝土或砂浆中的钙离子少的问题，对孔隙率较大或表层碳化严重的混凝土或砂浆，则能硅酸盐生成CaSiO₃晶体生成更多的硅酸钙结晶物来填充这些孔隙，从而达到增加密实性和防水效果。

本发明还提供一种基于无机硅酸盐的憎水剂的制备方法，包括如下步骤，

S1)制备A组分：打开搅拌机，向搅拌机中按配比加入硅酸盐溶液、纳米硅溶胶、表面活性剂、络合剂和甲基硅醇钠，搅拌均匀，静置20-30min，即得A组分；

S2)制备B组分：向另一搅拌机中按照配比加入可溶性钙盐和水，搅拌均匀，静置20-30min，即得B组分；

S3)将A组分和B组分放量分装。

一种基于无机硅酸盐的憎水剂的应用，包括如下步骤，

S1)对应用的基面进行处理，清除表面的浮灰杂物；

S2)在基面上喷涂或涂刷B组分至饱和，自然干燥至基面表面没有明水，喷涂或涂刷第二遍B组分至饱和，待完全吸收后，再喷涂或涂刷一遍水至饱和；

S3)待基面表面没有明水时，喷涂或者涂刷A组分至饱和，自然干燥至基面表面没有明水，喷涂或者涂刷第二遍A组分至饱和，自然晾干养护48h以上。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1.本发明所制备的憎水剂利用无机硅酸盐与钙溶液反应，生成 CaSiO₃晶体，填充裂纹和孔隙，同时纳米硅溶胶能填充混凝土内部更小的毛细孔和通道，加上硅酸锂的水不可逆膜，三方协同效果在基面形成致密坚固具有玻璃一样憎水效果的防护层，从而达到长效防水的效果；

2.本发明所制备的憎水剂以水为溶剂，避免有机溶剂对环境的污染，安全环保，成本低廉，并且耐久性好，耐老化；

3.本发明制备的无机憎水剂具有自我修复能力，当基面再次出现裂缝时，水的渗入能激活混凝土中未反应的硅酸钠和纳米硅溶胶与混凝土中的游离钙反应生成C-S-H(xCaO·SiO₂·yH₂O)凝胶防水层，长效防水、抗开裂、渗透力强等性能；

4.本发明在所用络合剂为EDTA-2Na，与混凝土中、轻质碳酸钙中的钙离子螯合，从而避免了硅酸根与钙离子的过早结合而生成沉淀，使得硅酸盐充分渗透到一定深度，从而控制固化反应速度；

5.本发明制备的无机憎水剂形成的憎水层的表面与水的接触角 (或润湿角)可达θ为150-160°。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例1

一种基于无机硅酸盐的憎水剂，包括A组分和B组分，A组分按质量分数包括硅酸盐溶液66％、纳米硅溶胶30％、十二烷基苯磺酸钠0.5％、EDTA-2Na 1.5％和甲基硅醇钠2％，其中硅酸盐溶液为硅酸钠溶液与硅酸锂溶液的混合液，二者的质量比为1:1，硅酸钠溶液模数为3，其20℃时的波美度为37-42，硅酸锂溶液模数为4.8，纳米硅溶胶的平均粒径为50mm；B组分为亚硝酸钙溶液，其浓度为20％。

其制备方法为：打开搅拌机，向搅拌机中按配比加入硅酸钠溶液、硅酸锂溶液、纳米硅溶胶、十二烷基苯磺酸钠、EDTA-2Na和甲基硅醇钠，搅拌均匀，静置20-30min，即得A组分；向另一搅拌机中按照配比加入亚硝酸钙和水，搅拌均匀，静置20-30min，即得B组分；将A组分和B组分放量分装。

实施例2

一种基于无机硅酸盐的憎水剂，包括A组分和B组分，A组分按质量分数包括硅酸盐溶液69％、纳米硅溶胶28％、十二烷基苯磺酸钠1％、EDTA-Na 1％和甲基硅醇钠1％，其中硅酸盐溶液为硅酸钠溶液与硅酸锂溶液的混合液，二者的质量比为1:1，硅酸钠溶液模数为3，其20℃时的波美度为37-42，硅酸锂溶液模数为4.8，纳米硅溶胶的平均粒径为70mm；B组分为亚硝酸钙溶液，其浓度为20％。

其制备方法为：打开搅拌机，向搅拌机中按配比加入硅酸钠溶液、硅酸锂溶液、纳米硅溶胶、十二烷基苯磺酸钠、EDTA-Na和甲基硅醇钠，搅拌均匀，静置20-30min，即得A组分；向另一搅拌机中按照配比加入亚硝酸钙和水，搅拌均匀，静置20-30min，即得B组分；将A组分和B组分放量分装。

实施例3

一种基于无机硅酸盐的憎水剂，包括A组分和B组分，A组分按质量分数包括硅酸盐溶液71.5％、纳米硅溶胶25％、十二烷基苯磺酸钠1％、EDTA-2Na 1.5％和甲基硅醇钠2％，其中硅酸盐溶液为硅酸钠溶液与硅酸锂溶液的混合液，二者的质量比为1:1，硅酸钠溶液模数为3，其20℃时的波美度为37-42，硅酸锂溶液模数为4.8，纳米硅溶胶的平均粒径为50mm；B组分为亚硝酸钙溶液，其浓度为20％。

其制备方法为：打开搅拌机，向搅拌机中按配比加入硅酸钠溶液、硅酸锂溶液、纳米硅溶胶、十二烷基苯磺酸钠、EDTA-2Na和甲基硅醇钠，搅拌均匀，静置20-30min，即得A组分；向另一搅拌机中按照配比加入亚硝酸钙和水，搅拌均匀，静置20-30min，即得B组分；将A组分和B组分放量分装。

实施例4

一种基于无机硅酸盐的憎水剂，包括A组分和B组分，A组分按质量分数包括硅酸盐溶液75.5％、纳米硅溶胶20％、十二烷基苯磺酸钠1％、EDTA-Na 1.5％和甲基硅醇钠2％，其中硅酸盐溶液为硅酸钠溶液与硅酸锂溶液的混合液，二者的质量比为1:1，硅酸钠溶液模数为3，其20℃时的波美度为37-42，硅酸锂溶液模数为4.8，纳米硅溶胶的平均粒径为80mm；B组分为亚硝酸钙溶液，其浓度为20％。

其制备方法为：打开搅拌机，向搅拌机中按配比加入硅酸钠溶液、硅酸锂溶液、纳米硅溶胶、十二烷基苯磺酸钠、EDTA-Na和甲基硅醇钠，搅拌均匀，静置20-30min，即得A组分；向另一搅拌机中按照配比加入亚硝酸钙和水，搅拌均匀，静置20-30min，即得B组分；将A组分和B组分放量分装。

应用实施例

本发明所制备的砂浆试块是参照DBJ01-54-2001《界面渗透型防水涂料质量检验评定标准》，所采用的基准砂浆是满足“孔隙率较大”、抗渗压力在0.2-0.4MPa之间的标准。将配置好的实施例1至4的溶液按施工工艺涂刷在基准试块上，养护后测试各项性能如下表所示，

表 不同实施案例的性能指标

由测试数据可知，本发明制备的无机憎水剂形成的憎水层的表面与水的接触角(或润湿角)可达θ为150-160°。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种基于无机硅酸盐的憎水剂，其特征在于，包括A组分和B组分，所述A组分按质量分数包括硅酸盐溶液65.5-77.5％、纳米硅溶胶20-30％、表面活性剂0.5-1％、络合剂1-1.5％和甲基硅醇钠1-2％，所述硅酸盐溶液为硅酸钠溶液与硅酸锂溶液的混合液；所述B组分为钙溶液，其浓度为20％。

2.根据权利要求1所述的基于无机硅酸盐的憎水剂，其特征在于，所述硅酸钠溶液与硅酸锂溶液的质量比为(0.8-1.2):1。

3.根据权利要求1所述的基于无机硅酸盐的憎水剂，其特征在于，所述硅酸钠溶液模数大于3，其20℃时的波美度为37-42。

4.根据权利要求1所述的基于无机硅酸盐的憎水剂，其特征在于，所述硅酸锂溶液模数大于等于4.8。

5.根据权利要求1所述的基于无机硅酸盐的憎水剂，其特征在于，所述纳米硅溶胶的平均粒径为30-100nm。

6.根据权利要求1所述的基于无机硅酸盐的憎水剂，其特征在于，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠。

7.根据权利要求1所述的基于无机硅酸盐的憎水剂，其特征在于，所述络合剂为EDTA-Na、EDTA-2Na或EDTA-4Na。

8.根据权利要求1所述的基于无机硅酸盐的憎水剂，其特征在于，所述钙溶液为可溶性钙盐溶液，所述可溶性钙盐为草酸钙、亚硝酸钙、硝酸钙和醋酸钙中的一种或多种。

9.一种根据权利要求1至8任意一项所述的基于无机硅酸盐的憎水剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤，

S1)制备A组分：打开搅拌机，向搅拌机中按配比加入硅酸盐溶液、纳米硅溶胶、表面活性剂、络合剂和甲基硅醇钠，搅拌均匀，静置20-30min，即得A组分；

S2)制备B组分：向另一搅拌机中按照配比加入可溶性钙盐和水，搅拌均匀，静置20-30min，即得B组分；

S3)将A组分和B组分放量分装。

10.一种根据权利要求1至8任意一项所述的基于无机硅酸盐的憎水剂的应用，其特征在于，包括如下步骤，

S1)对应用的基面进行处理，清除表面的浮灰杂物；

S2)在基面上喷涂或涂刷B组分至饱和，自然干燥至基面表面没有明水，喷涂或涂刷第二遍B组分至饱和，待完全吸收后，再喷涂或涂刷一遍水至饱和；

S3)待基面表面没有明水时，喷涂或者涂刷A组分至饱和，自然干燥至基面表面没有明水，喷涂或者涂刷第二遍A组分至饱和，自然晾干养护48h以上。