有机硅防水剂是一类主链含—Si—O—基团、侧链为有机基团的聚合物，因其分子中既含无机结构，又含有机基团，因而兼具无机和有机材料的双重优点，具有很低的表面张力（20~21 mN/m），使水难以在其膜上铺展，但能均匀地涂布在基材（含硅基材如水泥、花岗石、混凝土等）上而不封闭基材的透气微孔，同时能降低基材的表面能，使其具有憎水性，因而，具有卓越的防水性能，可用作功能性防水材料，现已广泛应用于各种混凝土、石材、木材等的保护。
现有的有机硅防水剂一般有以下几种：甲基硅酸盐水溶液、有机硅溶剂型防水剂、活性有机硅油乳液。它们各有优缺点：甲基硅酸盐水溶液和活性有机硅油乳液施工方便、基本无VOC，但耐碱性比较差；有机硅溶剂型防水剂耐碱性好，但含有大量的VOC。本研究开发的“有机硅树脂乳液型建筑防水剂”（下称“有机硅乳液型防水剂”）具有防水、抗渗、保色、通气、耐碱等功能，同时，更为高效、安全无毒，基本无VOC，施工方便。该防水剂现已在工程上得到应用，并取得了良好效果。本文将介绍该有机硅乳液型防水剂的制备和性能影响因素。
1 实验部分
1.1 主要原料及规格
正辛基三乙氧基硅烷：工业品，荆州市江汉精细化工有限公司；正辛基二甲基氯硅烷：自制；120# 溶剂油：工业品，茂名石化；盐酸、无水碳酸钠、无水氯化钙：化学纯（CP），广州市番禺力强化工有限公司；乳化剂：工业品，浙江皇马化工集团有限公司、江苏海安石油化工厂。
1.2 设备
强力搅拌机、乳化搅拌机：上海标本模型厂；高压匀质机：上海东华高压匀质机厂；高速离心机：湖南湘仪实验室仪器开发有限公司。
1.3 含长链基团有机硅树脂的合成
在装有搅拌装置、通氮管、回流冷凝管、温度计的四口烧瓶中，按配比加入去离子水、浓盐酸、120# 溶剂油，快速搅拌下滴加正辛基三乙氧基硅烷与正辛基二甲基氯硅烷的混合物，滴加完成后加热回流6 h，降温至40 ℃以下，去除水层，用5%Na2CO3 溶液洗涤有机层2 次，再用去离子水洗至中性，经无水氯化钙干燥后常压蒸馏至150 ℃去除溶剂，180 ℃、133 Pa下减压蒸馏去除低沸点物，得到的产物为无色透明黏稠液体，即为含长链基团的有机硅树脂。
1.4 乳液的制备
先将乳化剂与少量水混合搅拌，使乳化剂完全分散到水中，然后按配方加入按上述方法制备的有机硅树脂，继续搅拌至体系转相增黏，加入其余水，加水速度要慢，以体系能被及时分散为准，加水完毕后继续搅拌30 min，再将乳液加入匀质机中，在30 MPa 下循环2 次，45 MPa 下循环1 次，然后按比例加入防腐剂，即得到有机硅乳液型防水剂。
1.5 性能测定方法
吸水率比等性能的测试按照JC/T 902— 2002《建筑表面用有机硅防水剂》相关规定进行。本研究参照该标准制定了本产品的质量控制标准，见表1。
2 结果与讨论
2 结果与讨论
2.1 封端剂比例对硅树脂黏度的影响
正辛基二甲基氯硅烷封端剂与正辛基三乙氧基硅烷的投料摩尔比对硅树脂黏度的影响见图1。
从图1 中可以看出，随着封端剂用量的增大，制得的硅树脂的黏度降低。当封端剂与硅烷的摩尔比为2 时，反应过程中生成的沉淀物较多，而且硅树脂的收率比较低；当封端剂与硅烷的摩尔比过大时，成本增加较多。综合考虑，选用封端剂与硅烷的摩尔比为3.6，此时制得的硅树脂黏度为1 600 mPa·s，易于乳化且乳液性能较好。
从图1 中可以看出，随着封端剂用量的增大，制得的硅树脂的黏度降低。当封端剂与硅烷的摩尔比为2 时，反应过程中生成的沉淀物较多，而且硅树脂的收率比较低；当封端剂与硅烷的摩尔比过大时，成本增加较多。综合考虑，选用封端剂与硅烷的摩尔比为3.6，此时制得的硅树脂黏度为1 600 mPa·s，易于乳化且乳液性能较好。
2.2 硅树脂黏度对乳液稳定性的影响
选用不同黏度的硅树脂，乳化剂用AEO-3+AEO-9 复配，乳化剂用量为硅树脂质量的6%，制得不同乳液，分别取10 mL 放入离心机中，3 000 r/min离心30 min，观察分层情况，结果见图2。
从图2 中可以看出，随着硅树脂黏度的降低，制得的乳液离心稳定性越来越好。综合考虑乳液稳定性及成本的因素，选取黏度为1 600 mPa·s 的硅树脂为本产品的基础材料。
有机硅材料表面张力极低，而水的表面张力较大（75 mN/m），所以有机硅材料的乳化极为困难。乳化剂的选择对乳液的稳定性至关重要（表2）。
从表2 可看出，单独使用一种乳化剂的效果并不好，选用两种不同HLB 值的乳化剂复配使用效果较好；其中AEO-3+AEO-9 复配，有机硅乳液的稳定性好。以下实验选用AEO-3+AEO-9 复配比例为1:1（质量比）的混合乳化剂做研究。
乳化剂用量对乳液稳定性的影响见表3。
乳化剂用量对乳液稳定性的影响见表3。
从表3 可知，随着乳化剂用量的增加，乳液的稳定性越来越好；当乳化剂用量超过5%时，乳液稳定性就很好了。因此，乳化剂的佳用量在5%~10%之间。
2.4 乳化剂用量对防水剂吸水率的影响
有机硅乳液型防水剂的防水性能以吸水率比进行考核，即将涂有防水剂的试件浸水后观察其吸水率比的情况。
试件制法：采用符合GB 175—2007《通用硅酸盐水泥》标准要求的强度等级为32.5 的普通硅酸盐水泥。水泥∶ISO 标准砂∶水=1∶4∶0.55，混合均匀后，加入到水泥砂浆模具中捣实（模具内腔尺寸75 mm×25mm×12.5 mm），不用脱模剂，震动约10 次后，抹平试件表面。在标准试验条件下放置24 h 后脱模，放入（23±2）℃的清水中养护14 d，取出晾干备用。
将有机硅乳液按1∶20 的比例用水稀释，倒入密闭容器中，容器中有不锈钢网搁板，将试件与容器底部架空隔开，防水剂液面比搁板高约7 mm，然后和已在（105±2）℃烘干4 h 的水泥砂浆板分别在标准条件下放置24 h，将水泥砂浆板放置在容器中的搁板上，75 mm×12.5 mm 面为试验面，朝下在防水剂中浸20 s，取出甩去表面的防水剂，将试验面朝上，在标准试验条件下放置72 h。共准备5 块，试验中保持液面比搁板高约7 mm。
将处理好的水泥砂浆板用天平称量（W0），取5个未处理的水泥砂浆板同样称量（M0）。在标准试验温度下，用上面的干净容器倒入蒸馏水，液面比搁板高约3 mm。将处理过的试件的试验面朝下放在容器中的搁板上浸24 h，取出试件，用餐巾纸吸干试件表面水分，然后立即称量（W1）。5 个未处理的水泥砂浆板同样浸水称量（M1），试验中保持液面比搁板高约3mm。
按式（1）计算用防水剂处理后试件的吸水率，按式（2）计算未用防水剂处理试件的吸水率：
A1＝（W1－W0）/ W0×100 （1）
式中，A1 为用防水剂处理后试件的吸水率，%；W1 为浸水后处理好的水泥砂浆板质量，g；W0 为浸水前处理好的水泥砂浆板质量，g。
A0＝（M1－M0）/ M0×100 （2）
式中，A0 为用防水剂处理前试件的吸水率，%；M1 为浸水后未处理的水泥砂浆板质量，g；M0 为浸水前未处理的水泥砂浆板质量，g。
用防水剂处理和未用防水剂处理的试件的吸水率分别去掉一个大值和一个小值，结果取3 个中间值的算术平均值。然后，按式（3）计算吸水率比：
B＝A1 /A0 ×100 （3）
B＝A1 /A0 ×100 （3）
式中，B 为试件的吸水率比，%；A1 为用防水剂处理后试件的吸水率平均值，%；A0 为未用防水剂处理试件的吸水率平均值，%。
乳化剂用量对吸水率比的影响见图3。
从图3 可以看出，当乳化剂用量少于4%时，有机硅树脂未被充分乳化，在试件上无法均匀涂布，影响硅树脂在试件上形成的防水膜的完整性，致使吸水率比过高；当乳化剂用量大于10%时，过多的乳化剂由于具有亲水性而降低了有机硅膜的憎水性。因此，乳化剂的佳用量在5%~7%之间。
3 结论
用盐酸为催化剂，120# 溶剂油为溶剂，快速搅拌下滴加正辛基三乙氧基硅烷与正辛基二甲基氯硅烷的混合物（摩尔比为1∶3.6）水解缩合，制得含长链基团的有机硅树脂；AEO-3+AEO-9 为乳化剂，用量在5%~7%之间，可制得贮存期、防水性能、耐碱性能都很好的有机硅乳液型防水剂。该防水剂不含溶剂，使用安全，符合环保要求。
