有机硅建筑防水材料的研究进展_孙峰

技术进展

,2009,23(1):55~59SILICO N E M AT ER IAL

有机硅建筑防水材料的研究进展

孙 峰,吴忆南

(浙江恒业成有机硅有限公司,浙江绍兴312088)

摘要:介绍了有机硅建筑防水材料的防水性能及其原理,概述了有机硅建筑防水的类型、优缺点及近年来国内外研究进展。

关键词:有机硅,防水剂,建筑,硅树脂,硅烷,甲基硅醇钠

中图分类号:T Q 264.1+2 文献标识码:A 文章编号:1009-4369(2009)01-0055-05

收稿日期:2008-08-10,修返日期:2008-10-16。作者简介:孙峰(1979)),硕士,研究方向为有机硅材

料。E -mail:true -friend@qq 1com 。

建筑材料(包括钢筋混凝土、水泥、砖石、陶瓷等)属于非均质多孔结构和高渗透性的材料,建筑物表面的水分易通过建筑材料的毛细管渗透到内部,使其中的Ca 2+

、Mg

2+

、Al 3+

等可

溶性盐发生水溶性迁移,从而造成建筑物表面风化,形成盐霜;这不仅影响建筑物的视觉美观,而且会引起墙表出现裂隙,导致建筑物质地、耐久性受损。因此,对建筑材料的防水处理十分关键。其根本措施是阻止或降低水分对建材的侵入,同时又不防碍潮气从其内部扩散出来。

有机硅材料具有很低的表面张力,能降低基材的表面能,使其具有出色的憎水性;同时,又不封闭基材的透气微孔,具有透气呼吸功能,其防水层的寿命一般可达10~15年[1]。因而,有机硅材料作为理想的建筑防水材料,可广泛用作砖瓦、墓碑、石刻、道路、桥梁、混凝土构件、陶瓷等建筑材料的防水剂。

1 有机硅材料的防水机理

当有机硅材料涂刷于建材制品表面时,可在其表面毛细孔内壁形成一层均匀、致密的有机硅膜。在一定条件下,建材表面的硅羟基与有机硅膜中的硅羟基发生缩合反应,形成化学键,使有

机硅膜牢固地附着在建材制品表面。有机硅膜在建材制品表面呈定向排列结构(如图1所示),有机硅膜的Si )O 键紧靠建材制品表面,烷基则伸向外。由于烷基是憎水基团,所以这种定向排列的有机硅膜具有较强的憎水性。当建材制品表面涂刷有机硅材料后,建材制品表面与水滴的

接触角可增大至103b [2];其次,因Si )O 键的键能较高,有机硅憎水膜具有优异的耐候性,因此防水效果持久。

图1 有机硅膜在建材表面的排列结构示意图

2 有机硅防水材料的类型及特点

有机硅材料用作建筑防水材料已有很多年了。按分散介质类型划分,目前市场上的有机硅防水材料主要有溶剂型和水基型。

211 溶剂型有机硅防水材料

溶剂型有机硅材料用作石材建筑的防水材料具有储存稳定性好、防水效果卓越、渗透能力强、涂层致密、透气性好、保色性好、成膜快、不易受环境影响及适用范围广等特点。按化学结构划分,溶剂型有机硅防水材料又可分为硅树脂型和烷基烷氧基硅烷型。21111 硅树脂型

甲基硅树脂是甲基烷氧基(或氯)硅烷的预聚物,在一定条件下可交联成不熔、不溶的三维网状膜。该树脂呈中性,以醇为溶剂,使用时加入醇类溶剂稀释;当施涂于基材表面时,溶剂很快挥发,在砖石的毛细孔上形成一层极薄的膜。

#56#第23卷

这层薄膜无色、无光,也没有粘性,看上去就像没有涂过一样。

B1R1Brick将甲基三氯硅烷和二甲基二氯硅烷以一定比例溶解在乙醚和冰块里水解缩聚,制成n(R)/n(Si)为1123的硅树脂;然后溶解于有机溶剂中,配成硅树脂质量分数为1%~5%的石材防水剂。将该防水剂涂刷在石材上,室温下干燥两周后,具有较好的防水效果[3]。T1A1Kauppi 研制的防水剂是一种硅树脂(其中含三甲基硅氧烷单元和SiO2单元)溶液,当n(R)/n(Si)值为1 ~215时,具有最佳的防水效果,且不影响石材表面的光泽[4]。D1F1Merrill将MQ硅树脂与聚烷基烷氧基硅氧烷溶于有机溶剂中,涂覆于石材上,赋予石材极好的防水功能,且具有耐沾污性能[5]。郭庆中等人以甲基三乙氧基硅烷和二甲基二乙氧基硅烷或羟基硅油为原料,制备了不同n(CH3)/n(Si)值的甲基硅树脂,考察了n(CH3)/ n(Si)值对甲基硅树脂防水性能的影响[6]。另外,还以烷基硅烷或烷基硅烷和羟基硅油为原料,制备了一系列烷基硅树脂防水剂。当硅树脂中烷基的碳原子数为3~8、n(R)/n(Si)值在112~114之间时,有机硅防水剂具有良好的防水性和耐碱性,并有望具有较长时间的防水保护功能[7]。

21112烷基烷氧基硅烷型

烷基烷氧基硅烷可以直接涂在石材上,或溶解在适当的有机溶剂中配成浸渍液。烷基烷氧基硅烷涂刷在石材表面后,可渗透到石材里面,并在里面沉积成膜,从而赋予石材防水效果。烷基烷氧基硅烷通常为液态,与硅直接相连的烷基的碳数一般为6~10[8]。有机溶剂应当是可挥发、无水、惰性的,且挥发速率尽量低,以使有机硅化合物均匀地扩散到被处理的石材区域。典型溶剂有芳香族烃类、脂肪族烃类、醇以及轻质矿物油等[9]。

有关溶剂型硅烷浸渍液的文献报道很多。H1Nestler等人将烷基三烷氧基硅烷或它们的低聚物部分水解,溶解在醇类或烃类溶剂中配成浸渍液。处理石材时,即使被处理石材潮湿,也能增强石材的防水性[10]。R1N1Brow n等人将烷基三烷氧基硅烷、无水惰性溶剂、金属催化剂组成单相液体体系,用于石材的处理以防止石材腐蚀。其中,烷基以1~8个碳原子为佳,烷氧基以1~4个碳原子为佳[11]。K1Rodder用无溶剂的丙基三乙氧基硅烷和异丁基三乙氧基硅烷作为混凝土的防水剂,发现丙基三乙氧基硅烷和异丁基三乙氧基硅烷的渗透力强,可渗透到小孔尺寸的混凝土内部且渗透的深度深;因此,具有长效防水效果[12]。P1D1Fisher等人将乙醇、含氢硅油、甲基三乙氧基硅烷、甲基硅树脂混合,再添加阳离子型氨基硅油乳液、表面活性剂、催化剂、石蜡、防腐剂、消泡剂、防霉剂、紫外光吸收或稳定剂、除冰剂等,制成了石材防水剂[13]。道康宁公司开发的石材防水剂由异丁基三甲氧基硅烷、异丙醇、有效量的甲基硅封端聚二甲基硅氧烷(聚合度5~800)和四异丙基钛酸酯组成。这种硅烷为小分子化合物,渗透力极强,可很好地渗透到石材内部。针对传统的硅烷防水剂渗透到石材内部而没有在石材表面留下涂层,从而影响其防水效果持久性的缺点,该防水剂利用表面沉积剂(一定聚合度的聚二甲基硅氧烷)、异丁基三甲氧基硅烷、异丙醇在钛酸酯催化下与来自空气中或石材内部的水分进行水解缩合反应,在石材表面成膜,从而增强了防水的耐久性。此外,催化剂钛酸酯的存在还可降低防水剂对基材碱度的要求;该防水剂甚至可以处理中性基材[14]。

在20世纪90年代,随着分子偶联技术和溶胶-凝胶技术的发展,有机硅材料对混凝土表面的改性技术有了飞速发展,开发了第4代有机硅防水材料)))高渗透型有机硅防水剂(硅烷类产品)。其中长链烷基烷氧基硅烷膜具有良好的憎水性、渗透性,能抗多种腐蚀介质(如稀酸、稀碱、盐、潮热空气和有机溶剂)的作用,阻止霉菌的侵蚀,无毒,涂施工艺简便易行。如:I1 Ono等人以C-环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷为原料、用溶胶-凝胶工艺对混凝土表面进行处理后,混凝土的防水、耐候、耐酸、耐磨、耐水洗性都有不同程度的提高[15]。

212水基型有机硅防水材料

由于溶剂型有机硅防水材料使用的溶剂有毒、易燃,对环境和人类健康有害;因此,水基型有机硅防水材料大受欢迎。目前建筑基材上广泛使用的水基型有机硅防水材料主要有甲基硅醇盐、含氢硅油乳液、有机硅改性丙烯酸酯乳液等。

21211甲基硅醇钠