硅丙乳液防水剂的研制

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参考文献
1 曹同玉, 刘庆普, 胡金生. 聚合物乳液合成原理、性 能及应用. 北京: 化学工业出版社. 2002. 361
2 何廷树. 混凝土外加剂. 陕西科技出版社 , 1999. 163 3 崔孟忠, 李竹云, 张爱霞等. 有机硅建筑防水材料的
性能与研究进展. 化学建材, 2002 ( 1) : 34 4 钟时云, 袁华. 聚合物在混凝土中的应用. 北京: 化
表 4 掺防水剂的受检砂浆的性能
试验项目
JC 474- 1999 的指标要求
一等品
合格品
有机硅产品
实 测值 硅丙乳液
净浆安定性 初凝时间/ min 终凝时间/ h 抗压强度比/ %
7d 28 d 透水压力比/ % 48 h 吸水量比/ % 28 d 收缩率比/ % 对钢筋的锈蚀作用
合格 > 45 < 10
表 2 结果表明, 采用 OP - 10 能显著提高乳 液的稳定性; 但 OP- 10 用量过多时, 会产生大 量泡沫, 不利于传质、传热, 易引发自聚反应, 导致凝胶产生。单纯采用 SDBS 时, 由于乳化剂 分子的覆盖面积 as 较大, 乳胶粒表面的电荷密 度变小, 容易破乳, 导致乳液的稳定性下降。非
tetramethyltetravinylcyclotetrasiloxane, vinyl terminated silicone
fluid
Research of silicone acrylate emulsion waterproofing agent. WEI Ya ru1, JI Hai jun2, SONG Xue feng1, LI Hong x ia1
2 结果与讨论
2 1 温度对硅丙乳液稳定性的影响 温度升高, 乳胶粒间碰撞的几率增大, 反应
速率增大; 但温度过高常导致破乳、乳液失稳, 容易发生丙烯酸酯或丙烯酸的自聚。在乳化阶段 取 T = 20~ 30 和 T = 35~ 45 两种温度进行 实验。结果表明: 在加入甲基硅醇盐后, 温度越 高, 乳液越过浊点 ( T = 50 左右) 时越容易产 生凝胶; 而在较低温度下, 乳液通过浊点后仍保 持澄清。在聚合反应阶段, 采用 T = 55~ 60 、 T = 60~ 65 、T = 70~ 75 三种温度 进行试 验。结果表明: 在 T = 55~ 60 下, 乳液澄清, 但静置两天后有少量分层, 其原因是在此温度下 反应不充 分, 需延 长反应时 间; 在 T = 60~ 65
离子型乳化剂与阴离子型乳化剂并用时, 不但加 大了乳胶粒表面水化层的厚度, 还增大了乳胶粒 表面的静电斥力, 从而提高了乳液的稳定性。因 此, 本实验选择 OP- 10 和 SDBS 并用的复合乳 化剂, 其用量分别为 1 2% 和 0 3% 。
表 2 乳化剂种类及用量对乳液性能的影响
乳化剂种类
吐温- 80 斯盘- 80 OP- 10 OP- 10 OP- 10
S DBD OP- 10+ SDBS
用量/ % 接触角/ (#)
15
73
15
75
15
80
10
78
20
74
15
75
1 2+ 0 3
85
凝胶量
多 多 少 多 多 一般 无
2 3 单体配比对硅丙乳液性能的影响 甲基硅醇盐和丙烯酸酯的质量比对硅丙乳液
性能的影响见表 3。
表 3 甲基硅醇盐和丙烯酸酯的质量比 对 硅丙乳液性能的影响
应温度 65 , 反应时间 2 h。采用本工艺合成的硅丙乳液稳定性好, 内掺、外涂防水效果明显。
关键词: 改性, 有机硅, 防水剂, 丙烯酸酯, 甲基硅醇盐
中图分类号: TQ 264 1+ 7
文献标识码: A
文章编号: 1009- 4369 ( 2005) 03- 0021- 03
甲基硅醇盐是一种摩尔质量较小的有机防水 剂, 能够在水及 CO2 的作用下交联成三维网状甲 基硅树脂防水膜。防水膜因其羟基能与混凝土表 面的极性基团发生缩合反应而与水泥基材牢固结 合, 而非极性的甲基向外伸展形成憎水层; 或通 过渗入砂浆内部堵塞其毛细通道, 提高砂浆的抗 渗透能力。但混凝土的其它性能并不能同时得到 改善。丙烯酸酯类聚合物的防水性能一般, 但能 提高混凝土的强度、改善其工作性。丙烯酸改性 有机硅不但综合了两者的优点, 更重要的是其防 水效果更优异。以往采用含不饱和键的有机硅与 丙烯酸酯合成硅丙乳液; 但反应中常出现大量凝 胶, 影响生产、工艺难以控制。本实验采用丙烯 酸酯对未含不饱和键的有机硅防水剂进行改性, 具有成本低廉、能消除凝胶、工艺简单、效果良 好、一步合成的优点。
流动度: 流动度是砂浆和易性好坏的重要指 标。采用无锡建材仪器机械厂的 NLD- 2 型水泥
收稿日期: 2004- 12- 29。 作者简介: 卫亚儒 ( 1974 ) , 男, 硕士, 主要 从事混凝 土 外加剂、矿物加工研究。 电话: ( 029) 82203809。
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有机硅材料
第19 卷
100 90 > 300 < 65 < 125 无
合格 > 45 < 10
85 80 > 200 < 75 < 135 无
合格 > 70 <3
90 99 > 260 < 65 < 128 无
合格 > 98 <35
95 110 > 320 < 70 < 110 无
表 5 涂刷次数对混凝土吸水率的影响
涂刷次数
搅拌的主要作用是分散单体、传质、传热。 搅拌速度越快, 则乳胶粒的粒径越小、分散效果 越好; 但在乳液聚合阶段, 当搅拌速度大到足以 破坏乳胶粒之间的静电势能与空间位能时, 乳胶 粒会发生聚集, 乳液失稳。因此, 在乳化阶段, 保持较高的搅拌速度可获得好的分散效果和乳化 效果; 而在乳液聚合阶段, 为避免凝胶的产生, 可适当降低搅拌速度。试验表明, 较佳的搅拌速 度是: 分散和乳化阶段为 400 r/ min 左右, 合成 阶段为 200 r/ min 左右, 2 5 硅丙乳液的应用性能
江南大学 的王树根等人 以八甲基环 四硅氧 烷、含环氧基的硅烷偶联剂为原料, 采用阳/ 非 离子型复合乳化剂, 通过微乳液聚合法合成了透 明的环氧基改性有机9 卷
PMVS was in concordance with that of Vi PDMS, whose molar
去离子水
30~ 40
工业品 南京霞西化工厂 工业品 西安梁山化工厂
自制
1 2 硅丙乳液的合成工艺 合成反应在三口瓶中进行, 采用无级调速电
机搅拌、电子控温水浴加热。其合成工艺如下:
1 3 性能测试 接触角: 接触角是水珠效应的重要标志, 反
映了材 料的憎水性能。采用北京中 西仪器厂的 CS7- JY- 82 接触角测定仪测定水在涂有硅丙乳 液的水泥基试块上的接触角。
mass would appear more evident peak alone with the extension of
reaction time.
Keywords: polymerization kinetics, polydimethylsiloxane, te
tramethyl ammonium hydroxide, octamethylcyclotetrasilox ane,
和 T = 70~ 75 下, 乳 液均匀、均无分 层, 接触角无明显差异。所以, 较佳的聚合反应温度 为 65 。 2 2 乳化剂种类及用量对硅丙乳液稳定性的影 响
乳化剂的种类及用量将直接影响聚合乳液的 稳定性。其选取不仅要考虑乳液共聚体系的亲水 亲油平衡值 ( HLB 值) , 还需考虑乳化剂本身的 性质。在相同的合成工艺下, 乳化剂的种类及用 量对乳液在水泥试块表面的接触角及静置两天后 的凝胶量的影响如表 2 所示。
基准
吸水率/ % 涂有机硅 涂硅丙乳液
1
10 0
78
75
2
10 0
75
65
3
10 0
75
64
3 结束语
合成硅丙乳液的最佳工艺条件为: 30 g 水、 58 g 甲基硅酸钠、12 g 丙烯酸酯、2 g OP- 101、 0 3 g SDBS, 分散和乳化阶段的搅拌速度为 400
r/ min、合成阶段的搅拌速度为 200 r/ min, 反应 温度 65 , 反应时间 2 h。采用本工艺合成的硅 丙乳液稳定性好, 内掺、外涂防水效果明显。
合反 应, 制成 硅丙乳液防水剂。考察了聚合反应温度、乳化 剂种类及 用量、原料配比、 搅拌速度 对乳液 稳
定性的影响。结果表明, 合成硅丙乳液的最佳工艺条件 为: 30 g 水、58 g 甲基 硅酸钠、12 g 丙 烯酸酯、2 g
OP- 101、0 3 g SDBS, 分散和乳化阶段的搅拌速度为 400 r/ min、合成阶段的 搅拌速度控 制在 200 r/ min, 反
胶砂流动度测定仪测定。 吸水率: 吸水率是材料表面防水性的重要指
标。将经过外涂硅丙乳液的试块干燥后, 放入水 中浸泡 48 h; 测量浸水前后试块质量的变化。
乳液的稳定性: 用乳液凝胶量的多少表征。 内掺试验: 采用秦岭 P O 42 5R 水泥, 掺入 有机硅或 硅 丙 乳 液, 其 掺 入 量 为水 泥 质 量 的 5% , 以相同的扩展度 ( 14 cm ∀ 5 cm) 为基准, 制成受检试块, 参照 JC 474 1999 进行受检。 外涂试验: 取红柱石作基准, 分别涂刷 3 次 有机硅或硅丙乳液, 测其 48 h 后的吸水率。
1 实验
1 1 主要原料及配方 合成硅丙乳液的主要原料及配方见表 1。
表 1 主要原料及配方
原料名称 质量分数/ % 规格
生产厂
丙烯酸酯
10~ 15
CP 西安梁山化工厂
甲基硅醇盐
55~ 60 工业品 张家港国泰华荣
乳化剂 OP- 10 1 2~ 1 5
十二烷基苯磺酸钠 0 3~ 0 5 ( SDBS)
学工业出版社, 2003. 336
研发动态
速溶性氨基硅油 南昌大学的王志勇等人以线性硅油和 N -
- 氨乙基- - 氨丙基甲基二甲氧基硅烷为原 料, 用碱催化法合成了速溶性氨基硅油; 并将其 乳化后用于各类织物的整理。结果表明, 经速溶 性氨基硅油乳液整理的锦纶、丝绸类织物, 除具
有普通氨基硅油 ( 以 D4 为原料) 乳液整理织物 的柔软性、防褶皱性、回弹性外, 还具有羟基硅 油乳液整理织物的滑糯性和蓬松性手感。 环氧基改性有机硅乳液
按实验得到的最佳工艺合成的硅丙乳液, 其
第 3期
卫亚儒等. 硅丙乳液防水剂的研制
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主要性质如下: 相对密度 0 98~ 1 01, 外观为淡 黄色透明液体, pH 值 13~ 14, 静置 30 天后无沉 淀、不分层; 水珠在 20 下 3 h 后保持滴加原 状, 直至蒸 发, 不 扩散; 起 始 接触 角 为 85#~ 90#。
表 4、表 5 分别是硅丙乳液的内掺试验和外 涂试验结果。
从表 4、表 5 可以看出, 用丙烯酸酯对有机 硅进行改性, 可以提高有机硅防水剂的防水抗渗 效果。将其掺入水泥砂浆中或涂刷于混凝土上, 水泥砂浆及混凝土的工作性得到改善, 各项工作 指标达到规范要求。西安生力公司将其应用于混 凝土管道内涂, 在 1 2 MPa % 4 h 条件下不渗水; 而未涂硅丙乳液时, 在 0 7 MPa 下即开始渗水。
产品!应用
有机硅材料, 2005, 19 ( 3) : 21~ 23 SILICONE MATERIAL
硅丙乳液防水剂的研制
卫亚儒1, 姬海君2, 宋学峰1, 李红侠1
( 西安建筑科技大学建筑 材料研究所, 西安 710055; 2 西安武警工 程学院, 西安 710086)
摘要: 以甲基硅醇盐、丙烯酸酯为原料, OP- 10、 十二烷基苯 磺酸钠 ( SDBS) 为乳 化剂, 通过乳 液聚
( 1. Xi an University of Architect & T echnology, Xi an 710055;
m( 甲基硅醇盐) : / m( 丙烯酸酯)
< 4∃1 4∃1~ 5∃1
> 5∃1
凝胶 接触角/ (#)

73~ 75

82~ 85

76~ 80
流动度/ cm
16~ 18 15 5 14 0
由表 3 可以看出, 甲基硅醇盐和丙烯酸酯的 最佳质量比是 5∃1; 但在工业化生产中, 受水质 和搅拌速度等因素的影响, 其最佳比例会有小幅 度变化。 2 4 搅拌速度对硅丙乳液性能的影响
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