新型水性有机硅系防水剂的制备研究

   日期:2021-07-02     浏览:194    
核心提示:1  前言由于有机硅具有很低的表面张力和因此而来的扩展能力,涂到多孔硅酸盐基材上的有机硅能渗透到微孔的壁上形成薄膜而不会封
1  前言
由于有机硅具有很低的表面张力和因此而来的扩展能力,涂到多孔硅酸盐基材上的有机硅能渗透到微孔的壁上形成薄膜而不会封闭通道,从而成为一种性能优良的防水剂,这一事实已广为人知。溶剂型有机硅防水剂由于其对环境有害性、易燃性等缺点,在建筑方面较少使用。建筑基材上应用的水性有机硅防水剂主要有甲基硅醇盐和含氢硅油乳液两大类,前者形成防水膜时需从外界引入CO2 进行反应,产生有害于基材的碱性碳酸盐,影响基材的性能和外观;后者含有的活泼氢易于水解,放出氢气,产品稳定性较差,它们的使用均受到限制。采用烷基烷氧基硅烷乳化,可得到稳定性和防水性均佳的新型有机硅防水剂。

2  实验部分
2. 1  原料及配方

 2. 2  工艺
作为一种配方型产品,工艺对于乳液的稳定有
重要影响,生产工艺如图1 所示:

图1  有机硅防水剂生产工艺流程图

2. 3  性能测试
参照冶金部建研总院产品标准———有机硅防水涂料性能,以及其它相关标准,研制的有机硅防水剂通过了表2 的性能测试。
表2  有机硅防水剂的性能指标

3  影响有机硅防水剂的主要因素
3. 1  硅烷的选择
烷基烷氧基硅烷的选择无特殊的限制,但对与硅直接相连的烷基和烷氧基的大小有要求。烷基的碳数以6~10 为佳,因为烷基太小则屏蔽作用不够明显,使得烷氧基水解剧烈,水解后易发生缩合作用,在水中存在非常困难,而且烷基碳数小于6 时,硅烷的挥发性相当高,未反应的硅成分易蒸发,形成疏水层的效率低下;烷基的碳数太大,分子量过大,则浸透基材的能力也会变差。对烷氧基而言,理论上碳数在1~4 均可。若采用甲氧基时,它在碱性条件下稳定性差,使用时在基材表面很快结合或架桥,对浸透不利,同时在水中稳定性也不好,不易保存;丙氧基以上的碳链的烷氧基使用时虽说稳定性不错,但对于基材浸透速度慢,与基材结合也慢,所以选用乙氧基为佳。
3. 2  缩合程度的控制
在烷基烷氧基硅烷乳化过程中,水解和缩合是不可避免的,当缩合程度较低时,不会影响产品的性能和外观,但缩合程度高时,会使产品的稳定性降低,而且在基材表面涂布并干燥后,会留下痕迹影响美观。控制缩合程度的关键是单体的选择和不同单体的配比以及单体与水的配比,表3 列出了不同硅烷配比对产品的影响。

 注:*接触角> 90°表示有良好的防水性,而< 90°表示防水性差。** 未加入N2β2(氨乙基)2γ2氨丙基三甲氧基硅烷
  3. 3  硅烷含量及其与水配比的影响
本方法所得乳液具有较高的固含量,因为活性配料在水中分解,水的加入量对乳液的稳定性有重要影响。据实验测定,活性配料的总含量在大于60 %时,乳液具有较好的储存稳定期;活性配料总含量低于30 %时,很难得到长的储存稳定期。但使用时为得到较好的渗透深度,从而得到好的防水效果,需用水稀释至活性配料总含量为1 %~10 %。

3. 4  乳化剂的选择及用量
乳化剂的选择是影响乳液稳定性的一个关键因素。为得到好的稳定性,我们分别选择了非离子乳化剂、阴离子乳化剂和阳离子乳化剂以及非离子乳化剂与阴、阳离子复配得到的混合乳化剂。结果发现,对于烷基烷氧基硅烷的水解聚合乳化稳定性能好的是非离子乳化剂与阳离子乳化剂复配的混合乳化剂。乳化剂的用量以占单体总量的1 %~10 %为佳,用量太大由于乳化剂本身的吸水性,会影响防水效果,用量太小则不能得到稳定的乳液。

3. 5  工艺因素
首先将三分之一的水与乳化剂充分混合,然后乳化带有氨基官能团的硅烷,之后加入辛基三乙氧基硅烷,高速乳化,半小时后加入剩余水,并调节pH值。

4  结语
以反应性硅烷为单体制备有机硅防水剂,适用范围广泛,具有防水性优良、保色、透气、渗透性好、耐候性好等优点,是一种新型的高档防水剂。
 









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