水乳型有機矽防水劑的製作方法

2023-05-23 16:51:46 3

專利名稱：：水乳型有機矽防水劑的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種建材用水乳型有機矽防水劑，具體地說，涉及一種以烷基垸氧基矽垸為主要原料的水乳型有機矽防水劑。
背景技術：
：混凝土和磚石結構建築物常因耐久性不足而達不到設計使用壽命。導致混凝土性能劣化的因素有鋼筋鏽蝕、凍融破壞、化學侵蝕和鹼-骨料反應等。在混凝土結構所遭受的物理破壞和化學侵蝕過程中，水起著非常重要的作用。女B果水泥基材料暴露在水中，就會發生一系列腐蝕反應。混凝土在其中一種或多種因素作用下，會降低使用壽命。水對混凝土的腐蝕作用可分為4個方面(1)在與水泥基材長期接觸中，水作為溶劑，通過水解，膠結體氫氧化鈣和CSH-gel逐漸溶解，其溶解率可反映潮溼環境下混凝土的長期耐久性；(2)環境中的氣體可溶於混凝土孔溶液中。例如二氧化碳和二氧化硫溶解於水中，迅速與水泥的水化產物氫氧化鈣等鹼性物質發生化學反應，混凝土發生碳化或硫酸鹽反應，使鋼筋鈍化膜破壞或發生體積膨脹，導致混疑土破壞；(3)水作為一種運輸介質，通過毛細吸收作用將氯鹽等被溶解的化合物運輸到水泥基材料的孔結構中，如果鋼筋表面的氯離子濃度達到臨界濃度，就會破壞鋼筋表面的鈍化保護膜，使鋼筋逐漸鏽蝕；(4)水可以引起材料發生霜凍和解凍，如果長期受空氣中水分的侵溼，就會使牆壁遭受幹、溼交替的高應力，引起表面開裂，水可以使牆壁發黴並加快風化。此外，水還可以夾帶汙染物和灰塵，使建築物受髒汙。每年混凝土和鋼筋混凝土由於腐蝕帶來的直接或間接損失佔國民生產總值(GDP)的3.5-5%。因此，降低修復工程費用是提高投資效益的重要手段之一。以上腐燭^乍用都是,人結構件表面開始的。？昆疑土的表面性質決定水向混凝土中的運輸過程。提高混凝土耐久性的有效方法之一是對、混疑土進豸亍防水處理。有機矽材料由於具有很低的表面張力(20-21mN/m)，使水難以在有機矽膜上鋪展；並能均勻地塗布在基材或昆入基材(含矽基材如水泥、花崗石、清水磚等)上，而不封閉基材的透氣微孑L同時能降低基材的表面能，使其具有憎水性。因此，含有有機矽的防水劑具有良好的防水、防汙和防塵性能，是一種理想的混凝土、砂漿、磚石等建材的防水材料，能夠有效提高建材的防水、耐沾汙性能和耐久性能,從而使有機矽建築防水劑廣泛應用於混凝土構件、磚瓦、石亥'J等建材上。水性有機矽不用溶劑，從而避免了溶劑產生的毒性、揮發性及易燃性，因此，是建築防水劑(如水泥混凝土防水劑)的發展方向。目前，採用垸基垸氧基矽烷為主要原料的水乳劑已有報導，例如CN1173519C、CN1214353A、特開平9-202875等。但這些產品在穩定性(特別是滲入水泥後易破乳)、滲透深度、抗鹽能力、耐候性等方面的性能仍有改進的餘地，並且它們對混凝土的其它性能(例如混凝土強度)並不會改善。本發明者通過對烷基垸氧基矽烷防水劑進行改性，得到了性能完全改善的產品，於是完成了本發明。
發明內容本發明的目的是提供一種以C4-C6-烷基三乙氧基矽垸為主要原料的建材用水乳型有機矽防水劑。本發明的另一目的是提供所述水乳型有機矽防水劑的製備方法。本發明的再一目的是提供所述水乳型有機矽防水劑在建材上的應用。具體地說，本發明提供一種以甲基矽醇鹽為原料的建材用水乳型有機矽防水劑，所述防水劑的組成及含量(Q/。W/V)如下30-60%2-5%0.03-0.3%C4-Ce-烷基二乙氧基桂院矽烷偶聯劑有機酸錫類{崔化劑脂肪醇/烷基酚聚氧乙烯醚(甲醛縮合物)丁二酸半酯磺酸鹽1.0-5.0%明磯3.0-6.0%聚乙烯醇(11=1700-2500)0.1-0.5%適量(pH調至3.5-5.5)100%在優選的實施方案中，本發明防水劑的組成及含量如下:異丁基三乙氧基矽垸水補至或辛基三乙氧基矽垸Y-氨丙基三乙氧基桂院有機酸錫類催化劑月旨肪醇/烷基酚聚氧乙烯醚30-60%2-5%0.03—0.3%(甲醛縮合物)丁二酸半酯磺i明礬聚乙烯醇(n=1700-2500)磷酸水補至在最優選的實施方案中，異丁基三乙氧基矽烷Y-氨丙基三乙氧基矽烷二月桂酸二丁基錫SS0PA明礬聚乙烯醇(n=1700-2500)磷酸水補至戰2.5-5.0%3.0-6.0%0.l-O.3%適量(pH調至3.5-5.5)100%本發明防水劑的組成及含量如下:30—50%2.5-5%0.03-0.3%2.5-5.0%3.0-6.0%0.1-0.3%適量(pH調至3.5-5.5)100%c4-c6-三乙氧基矽烷，優選異丁基三乙氧基矽垸和辛基三乙氧基矽烷，更優選異丁基三乙氧基矽烷(Z-6403,道康寧公司產)。矽垸偶聯劑選自Y-氨基丙基三乙氧基矽垸、Y-環氧丙基三乙氧基矽垸、Y-環氧丙氧基丁基三甲氧基矽烷和環氧丙氧基甲基三乙氧基矽烷中的一種，優選Y-氨基丙基三乙氧基矽垸(KH-550)。矽烷偶聯劑的引入，可以使聚甲基矽醚網絡更密實，並且促進聚甲基矽醚與混凝土中的矽酸鹽接合更牢固。矽烷偶聯劑的憎水性同樣有利於改善製劑最初的耐雨水衝刷性冑臺旨<有機酸錫類催化劑優選的是二月桂酸二丁基錫和辛酸錫，最優選二月桂酸二丁基錫。催化劑用量為f崔化量，例如，相對於100份重量的異丁基三乙氧基矽垸採用0.05-0.5份，優選為0.1-0.3份。明礬是由硫酸鉀和硫酸鋁混合組成的復鹽，它是一種無機防水材料，是矽酸鹽型膨脹水泥中的成分之一，本身具有一定的抗滲性能，且能夠填充在混凝土的毛細孔隙中，消除孔隙，由內到外形成保護層，防止水分滲入。本發明中，明礬還作為Als+的提供者，用於與Ca"和RCOO-形成配合物網絡。脂肪醇/垸基酚聚氧乙烯醚(甲醛縮合物)丁二酸半酯磺酸鹽表示脂肪醇聚氧乙烯醚丁二酸半酯磺酸鹽、垸基酚聚氧乙烯醚丁二酸半酯磺酸鹽和烷基酚聚氧乙烯醚甲醛縮合物丁二酸半酯磺酸鹽，為市售工業品，例如SS0PA、Protowet4951、Protowet機、Ser雨ylVLB1123、ServoxylVLE1159。在本發明中，選用帶有羧酸鹽的脂肪醇/烷基酚聚氧乙烯醚(甲醛縮合物)丁二酸半酯磺酸鹽作為助劑，該助劑具有乳化、潤溼和滲透功能，即可幫助製劑中的成分乳化、分散與穩定，其潤溼與滲透功能又可促進防水劑產品滲入混凝土中，在表面防水處理時可促進滲入混凝土層，同時其中所含的丁二酸半鹽還是RC00—的提供者，可以促使RCOCT與Al，卩&2+形成配合物網絡結構。聚乙烯醇(PVA)優選採用片狀或絮狀的PVA(n二1700-2500，n為聚合度)。優選的聚乙烯醇是已廣泛用於建築砂漿添加劑、混)疑土界面劑和耐水膩子粉的速溶型PVA，例如PVA17-88、PVA17-99、PVA19-99、PVA20-99、PVA22-99、PVA24-99、PVA24-88、PVA124等。聚乙烯醇具有潤溼作用並可起膠體保護作用，加入聚乙烯醇有利於提高製劑的穩定性。選擇磷酸作為pH調節劑，因其是一種弱酸且與混凝土相融性好，對混凝土有加強而無破壞作用。磷酸用於調節防水劑的pH值至弱酸性(pH3.5-5.5)。由於有機矽材料中的活性基團在鹼性體系中會水解成矽羥基，隨後縮合成網狀結構而失效；弱酸性條件下有助於有機矽材料在貨架期的穩定。本發明防水劑產品使用後在建材中形成雙重網絡。一是，帶有反應活性基的CfC6-垸基三乙氧基矽烷自身通過活性基團的相互作用形成網狀疏水性矽氧垸膜，以及與矽酸鹽基材中的羥基反應形成的末端帶-Si-R基(本發明中R為C4-C6-烷基)的矽氧垸鏈。矽烷偶聯劑的加入可〗吏聚甲基矽醚更易於與混凝土上的基材發生化學作用，被粘接到混凝土材料的界面上，從而與水泥基材牢固結合，充分發揮其防水的功效。催化劑的加入使用縮合速度加快。二是，由明礬和脂肪醇/烷基酚聚氧乙烯醚(甲醛縮合物)丁二酸半酯磺酸鹽組成的鹽類防水劑(其中包含Na+、Al"和RC00—等)形成的配合物網絡。當脂肪醇/烷基酚聚氧乙烯醚(甲醛縮合物)丁二酸半酯磺酸鹽溶解後，RCOO—基團一端與混凝土所含早強劑(石膏)中的C^吸附連接，另一端則與Al3+連接，形成網絡狀結構牢固地吸附在混凝土上。這樣，負吸附極強的RC00—能同時與Ca2+和Al3+吸附配位，結果在接觸面形成一層由有機分子吸附金屬離子構成的配合物網絡狀薄膜，填充到7jC泥土水化後留下的孑L隙。在本發明防水齊li作內摻處理時，上述填充作用可提高混凝土的抗滲性能，並改善其強度。本發明產品的製備採用常規的混合方法，例如按本發明配方，將CfC6-烷基三乙氧基矽烷、矽垸偶聯劑、催化劑、脂肪醇/烷基酚聚氧乙烯醚(甲醛縮合物)丁二酸半酯磺酸鹽、明礬和聚乙烯醇攪拌溶於熱水中，之後用磷酸調pH值至弱酸性(PH3.5-5.5)，最後加少量水補至100%。優選的是，在攪拌狀態下，先將脂肪醇/垸基酚聚氧乙烯醚(甲醛縮合物)丁二酸半酯磺酸鹽例如SSOPA和聚乙烯醇溶解於部分熱水(40-9(TC)中，之後加入明礬、矽垸偶聯劑、催化劑和C4-C6-烷基三乙氧基矽垸，充分乳化後，加入大部分剩餘水量，用磷酸調pH值至3.5-5.5，最後加少量水或者加pH為3.5-5.5的磷酸水溶液補至100%。本發明產品可以用作表面防水處理。一般要求新建的混凝土結構，防水處理至少要在28天後進行；已用混凝土結構，防水處理前要清除表面汙漬，用80-9(TC高壓水清洗表面，清洗後至少乾燥7天再進行防水處理。防水處理時環境的相對溼度不宜超過65%，溫度宜在5-35°C，混凝土表面越幹，防水處理效果越好。防水處理後可明顯提高表面混凝土的抗滲性，抵抗氯離子等有害物質入侵，並能改善混凝土表面的性能。本發明防水劑產品作表面處理時，可根據需要採用噴塗、塗刷或浸漬方式，一般建議將防水劑用水稀釋至有機矽濃度為2-3%的濃度噴塗或塗刷，1-5%的濃度浸漬，施用效果更佳。表面處理後，防水劑對混凝土表面滲透深度可達6mm以上，遠好於市售的同類防水劑。本發明防水劑產品還可以用作內摻防水處理。本發明產品可以作為混凝土的外加劑，作為砂漿或混凝土的一種成分摻入其中，對混凝土結構整體施以內部防水處理，這樣可以顯著降f氐吸水量及氯離子滲透量，但成本高；或者，將本發明防水劑產品J參入水泥中，製成防水型水泥基施加在混凝土外表面。該防水層可作為有效的氯離子和水隔離層，同時，為混凝土提供了很好的養護條件。根據防水要求的不同，使用時摻入量為砂漿或混凝土量的o.1-1%。本發明產品主要性能特點如下1、無毒、不揮發、無剌激、不易燃、無汙染，可以與水混溶，完全符合健康環保要求；2、防水性能優異，並有優良的耐候及耐久性；3、滲透力強，可滲入混凝土表面6mm以上；4、抗氯離子滲性能強，比普通水泥高約15倍；5、耐磨性能優越，使用壽命可提高10倍以上；6、對鋼筋無鏽蝕作用；7、施工安全簡便，造價合理。本發明水乳性有機矽防水劑適用於多孔結構東奔西走的滲透型防水處理，例如磚塊、石材、混凝土塊、砂槳和水泥漿等。由於本發明產品具有良好的氯離子滲透性能，因此，特別適用於惡劣環境中使用的高標號混凝土結構，如海港碼頭，受鹽霧、化冰鹽侵蝕的公路、立交橋、電線桿，汙水處理廠的汙水沉澱處理池等混凝土結構的內摻和表面處理，以增強其耐鹽性。具體實施例方式下文採用非限定性實施例對本發明作進一步說明。除非另有說明本發明產品中的含量均為重量/體積含量(w/v%)。實施例1在400r/min攪拌狀態下，先將40gSS0PA和2.5g聚乙烯醇(PVA17-88)溶解於約100ml約6(TC熱水中，之後加入50g明礬、25g矽垸偶聯劑KH-550、lg二月桂酸二丁基錫和375g異丁基三乙氧基矽烷(Z-6403)，充分乳化後，加入約200ml水，用磷酸調pH值至4.5，最後加水補至1000ml。實施例2在400r/min攪拌狀態下，先將50gSSOPA和2.5g聚乙烯醇(PVA20-99)溶解於約100ml約60。C熱水中，之後加入30g明磯、35g矽烷偶聯劑KH-550、lg二月桂酸二丁基錫和525g異丁基三乙氧基矽烷(Z-6403)，充分乳化後，加入約150邁1水，用磷酸調pH值至4.5，最後加水補至1000ml。實施例3在400r/min攪拌狀態下，先將50gSSOPA和2.5g聚乙烯醇(PVA17-88)溶解於約100ml約60。C熱水中，之後加入50g明礬、25g矽垸偶聯劑KH-550、lg二月桂酸二丁基錫和475g辛基三乙氧基矽烷，充分乳化後，加入約200ml水，用磷酸調pH值至4.5，加入約200ml水，最後加水補至10OOml。實施例4在400r/min攪拌狀態下，先將50gSSOPA和2.Og聚乙烯醇(PVA22-99)溶解於約100ml約80。C熱水中，之後加入50g明磯、25g矽烷偶聯劑KH-550、lg二月桂酸二丁基錫和475g異丁基三乙氧基矽烷(Z-6403)，充分乳化後，加入約200ml水，用磷酸調pH值至4.5，最後加水補至1000ml。實施例5在400r/min攪拌狀態下，先將40gProtowet4196和2.5g聚乙烯醇(PVA17-88)溶解於約100ml約6(TC熱水中，之後加入60g明礬、45g矽烷偶聯劑KH-550、lg二月桂酸二丁基錫和475g異丁基三乙氧基矽烷(Z-6403)，充分乳化後，加入約200ml水，用磷酸調pH值至4.5，最後力B水補至lOOOml。實施例6在400r/min攪拌狀態下，先將50gSSOPA和2.Og聚乙烯醇(PVA124)溶解於約100ml約8(TC的熱水中，之後加入40g明礬、45g矽垸偶聯劑KH-550、lg二月桂酸二丁基錫和475g異丁基三乙氧基矽垸(Z-6403)，充分乳化後，加入約200ml水，用磷酸調pH值至4.5,最後加水補至1000ml。實施例7在400r/min攪拌狀態下，先將40gSSOPA和2.5g聚乙烯醇(PVA17-88)溶解於約100ml約6(TC熱水中，之後加入50g明礬、25g矽烷偶聯劑KH-550、lg辛酸錫和375g異丁基三乙氧基矽烷(Z-6403)，充分乳化後，加入約200ml水，用磷酸調pH值至4.5，最後加水補至1000ml。防水性能實驗拌合水的用量根據JC474-1999和JGJ56-1984規定的試驗方法，通過砂漿流動度試驗來確定，其中空白砂、漿下水灰比為0.40，3參有水乳型有機矽防水劑下水灰比為0.35。砂漿試樣製備和測試先將準確稱量的水泥和符合GB/T17671-1999規定的ISO標準砂混合均勻，然後按水泥膠強度試驗方法GB177-85的規定，加入含設定水乳型有機矽防水劑的拌合水攪拌3分鐘。砂漿按照GB177-85的規定進行成型，在溫度(20±3°C)、相對溼度(95±5)%的條件下養護24小時後脫模，接著在溫度(20±3°C)、相對溼度(65±10)%的空氣中養護28天。分別按照GB177-85和GB11972-89的規定進行砂槳抗壓強度測定。13tableseeoriginaldocumentpage14吸水率是表徵防水劑的防水性能的另一重要指標。將普通水泥砂槳在按規定標準室養護28天後，將水泥試塊在烘箱中烘乾至恆重。用本發明實施例4的防水劑浸漬烘乾後的水泥試塊，未處理的水泥試塊作為空白對照，將二種試塊放放水中浸泡，定期檢測其質量變化情況，計算吸7jC率。試驗表明，普通水泥塊浸入水中後，可清楚地觀察到由於水分進入試塊，毛細管內的空氣被置換出來形成的氣泡，5分鐘左右，試塊內的水分已經飽和，含水率達9-11%。而本發明防水劑處理後的試塊，5天後含水率僅達3%，浸水20天，吸水率不足4%，而普通水泥砂漿試塊在自然環境下的含水率在2-4%。將試塊折斷後，細裂面內部乾燥，觀察到水漬深度為lmm左右，防水劑滲透深度達約6mm。抗氯滲透性能將普通水泥砂漿在按規定標準室養護28天後，採用本發明實施例1和6的防水劑浸漬10分鐘，取出陰乾24小時後，與海水接觸28天，領!l定其氯離子滲入深度，普通水泥塊作空白對照。實施例1和6處理後的混凝土氯離子滲透深度分別為2.2mm和1.9mm，空白對照為30mm。產品技術性能項目性能外觀乳白色乳液24小時吸水率0.95-1.68%防水性5滴7jC珠在試塊上4h不下滲耐水洗性能泡水24h重複20次，防水性合格熱穩定'性70±2°Cx4h，防水性合格稀釋穩定性稀釋10倍，防水性合格耐侯性室外置放l年，防水性合格固化時間初期〉0.5h，穩定期〉4h，最終〉10h*實施例1-7防水劑。雖然本發明採用上文作了詳盡的描述，但本領域技術人員在上文描述的基礎可以作出各種改進或變型，這些不偏離本發明精神的技術方案均在本發明的保護範圍之內。1權利要求1、一種以C4-C6-烷基三乙氧基矽烷為原料的建材用水乳型有機矽防水劑，所述防水劑的組成及含量(％w/v)如下C4-C6-烷基三乙氧基矽烷30-60％矽烷偶聯劑2-5％有機酸錫類催化劑0.03-0.3％脂肪醇/烷基酚聚氧乙烯醚(甲醛縮合物)丁二酸半酯磺酸鹽1.0-5.0％明礬3.0-6.0％聚乙烯醇(n＝1700-2500)0.1-0.5％磷酸適量(pH調至3.5-5.5)水補至100％。2、根據權利要求l的防水劑，其中，異丁基三乙氧基矽垸或辛基三乙氧基矽垸30-60%Y-氨丙基三乙氧基矽烷2-5%有機酸錫類催化劑0.03-0.3%脂肪醇/垸基酚聚氧乙烯醚(甲醛縮合物)丁二酸半酯磺酸鹽2.5-5.0%明碸3.0-6.0°/。聚乙烯醇(n=1700-2500)0.1-0.3%磷酸適量(pH調至3.5-5.5)水補至100%。3、根據權利要求2的防水劑，其中，異丁基三乙氧基矽垸Y-氨丙基三乙氧基矽烷二月桂酸二丁基錫SS0PA明礬聚乙烯醇(n=1700-2500)磷酸水補至30-50%5-5%0.03-0.3%2.5-5.0%3.0-6.0%0.1-0.3%適量(pH調至3.5-5.5)100%。4、一種製備權利要求1或2防水劑的方法，它包括如下歩驟，C4-C6-烷基三乙氧基矽垸、矽垸偶聯劑、催化劑、脂肪醇/垸基酚聚氧乙烯醚(甲醛縮合物)丁二酸半酯磺酸鹽、明礬和聚乙烯醇攪拌溶於熱水中，之後用磷酸調pH值至3.5-5.5，最後加少量水補至100%。5、一種製備權利要求3防水劑的方法，它包括如下步驟，先將SSOPA和聚乙烯醇溶解於熱水中，邊攪拌邊加入明礬、Y-氨丙基三乙氧基矽烷、二月桂酸二丁基錫和異丁基三乙氧基矽烷，充分攪拌後，用磷酸調pH值至3.5-5.5，最後加少量水補至100%。6、根據權利要求1-3之任一防水劑的應用，所述的建材是磚塊、石材、混凝土塊、砂漿和水泥漿。7、根據權利要求6的應用，其中，所述的建材是耐鹽環境中使用的高標號混凝全文摘要本發明涉及一種以烷基烷氧基矽烷為主要原料的水乳型有機矽防水劑，特別適用於多孔結構東奔西走的滲透型防水處理，例如磚塊、石材、混凝土、砂漿和水泥漿等。文檔編號C04B41/49GK101580356SQ20091003271公開日2009年11月18日申請日期2009年6月26日優先權日2009年6月26日發明者郭元華申請人:郭元華