CN104176973B - 硅烷水泥混凝土防腐防水剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种硅烷水泥混凝土防腐防水剂及其制备方法，硅烷水泥混凝土防腐防水剂包括GW烷基乙氧基硅烷、含氢硅氧烷、吸附剂、催化剂组分。其制备方法包括如下工艺步骤：(1)蒸馏；(2)复合；(3)精制；(4)过滤。本发明硅烷水泥混凝土防腐防水剂及其制备方法，工艺方法简单，制品质量好，渗透能力强，有效防水，不易腐蚀，防水与防腐效果好，使用寿命长，环保，社会经济效益显著。可广泛应用于水泥混凝土表面层的防水、防腐中。

Description

硅烷水泥混凝土防腐防水剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种硅烷水泥混凝土防腐防水剂及其制备方法，可广泛应用于水泥混凝土表面层的防水、防腐中。

背景技术

混凝土结构由于其脆性大，在工程应用中，往往不可避免产生开裂，这种开裂导致混凝土结构渗漏、腐蚀，影响工程的使用寿命，甚至无法正常使用，这是建筑界普遍存在的问题。混凝土结构中裂缝的产生主要有两大类原因：一类有变形引起，包括因温度、湿度变化产生收缩、膨胀，导致不均匀沉陷；另一类是外动、静载荷直接应力引起。

目前，防水材料众多，可分为柔性防水与刚性防水两大类。从国内外多年的实践证明，传统的涂料柔性防水材料，虽然具有柔性特点，耐久性也较好，但与基面混凝土粘结力弱，尤其在表面潮湿或有渗水的情况下无法使用，不宜作潮湿基面的防水。刚性水泥基防水材料具有柔性材料无法比拟的性能而广泛应用，但目前普遍使用的水泥基防水材料，固体表面的水接触角较小，一般小于96°，防水效果差。有易吸水、无韧性、不耐磨三大缺点，水泥混凝土的老化现象非常严重，影响了各类建筑物的使用寿命，给社会经济造成了很大的损失。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺方法简单、制品质量好、防水与防腐效果好、使用寿命长、环保、社会经济效益显著的硅烷水泥混凝土防腐防水剂及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明硅烷水泥混凝土防腐防水剂，其特殊之处在于，包括GW烷基乙氧基硅烷、含氢硅氧烷、吸附剂活性碳、催化剂铂，各组分质量份数为：

GW烷基乙氧基硅烷 0.9～1.1份； 含氢硅氧烷 0.25～0.5份；

吸附剂活性碳 0.02～0.06份； 催化剂铂 0.001～0.003份；

本发明硅烷水泥混凝土防腐防水剂，所说的GW烷基乙氧基硅烷，其烷基C_2-12含量≥85％。

本发明硅烷水泥混凝土防腐防水剂，所说的含氢硅氧烷，其含氢量≥1.5％。

本发明硅烷水泥混凝土防腐防水剂，所说的吸附剂活性碳，其细度≤60目。

本发明硅烷水泥混凝土防腐防水剂，所说的催化剂铂，其含量≥95％。

本发明所述的硅烷水泥混凝土防腐防水剂的制备方法，其特殊之处在于，包括如下工艺步骤：

(1)蒸馏

用计量泵将粗GW烷基乙氧基硅烷投入蒸馏釜内，加热升温到100℃～105℃，制成GW烷基乙氧基硅烷原料；

(2)复合

按规定配比，用两台计量泵分别将制成的GW烷基乙氧基硅烷原料和含氢硅氧烷原料投入复合釜内，在不断搅拌下加入催化剂铂，加热升温至45℃～55℃，复合反应时间控制在1～2小时，复合反应完成后，复合釜夹套通冷水快速降温，复合物料为34℃～36℃时，进入下一工序；

(3)精制

在精制釜中，投入一定配比的前述复合物料和吸附剂活性碳，在规定的温度45℃～55℃下，搅拌1～2小时，降至30℃～35℃后出料，制成精制物料，进入下一工序；

(4)过滤

将前述精制物料用离心机分离出吸附剂，滤液为GW水泥混凝土防腐防水剂成品。

本发明硅烷水泥混凝土防腐防水剂及其制备方法，硅烷水泥混凝土防腐防水剂经蒸馏、复合、精制、过滤工序制成，复合过程中存在着多种物理和化学的耦合作用。其主要原理如下：

(1)活性有机硅功能基团对防水效果的影响

固体表面的水接触角越大，防水效果就越好。当处理剂的表面能低于25mN/m，即处理剂与水的接触角大于98°时具有优良的防水效果。带有不同活性基团的有机硅表面张力不同，其处理的建材表面水接触角也不同。憎水基团的比例越大，水接触角就越大，荷叶效应越显著。含氢硅氧烷具有较好的憎水性，甲基水接触角较大，为101°。因此，单独使用含氢硅氧烷比单独使用三乙氧基烷基硅烷防水效果要好。本发明将含氢硅氧烷和GW烷基乙氧基硅烷复合，水接触角达到了114°，提高了防水效果。

(2)粘度对防水效果的影响

GW烷基乙氧基硅烷的相对分子质量小，粘度小，其本身对水泥混凝土成品具有很强的渗透力，易渗透到混凝土内部的微孔中，与微孔表面的羟基等基团发生化学反应形成牢固结合，阻止液态水分子的渗入。但由于这些活性有机硅分子渗入混凝土较深，分布广泛，没有在表面聚集过多，自身难成膜。而含氢硅氧烷相对分子质量较高，粘度大，不易渗透到内部微孔。本发明将GW烷基乙氧基硅烷和含氢硅氧烷复合，GW烷基乙氧基硅烷会使含氢硅氧烷粘度降低到适宜的程度，这样复合型防水剂既能渗透到混凝土内部的微孔中，又会在表面成膜，达到协同的防水效果。

(3)交联反应对防水效果的影响

含氢硅氧烷是反应性硅氧烷。从含氢硅氧烷的分子结构可以看出，在其硅氧键中含有氢硅结构，有一定数量比较活泼的Si-H键，即含有叔氢原子，易发生交联反应，起交联剂作用。当存在催化剂铂和一定温度时，它能和GW烷基乙氧基硅烷发生部分交联反应，形成相对分子质量较大的交联的烷基聚硅氧烷大分子化合物，其交联部分结构可以表示为：-R₁-Si-Si-R₂-，其中，R₁-Si-：脱氢硅氧烷；-Si-R₂：脱乙氧基后的GW烷基乙氧基硅烷。由于分子量增大，形成憎水膜，从而达到了比单一处理剂性能更佳的防水效果。此外，GW混凝土防腐防水剂还能在水泥混凝土中的金属盐类触媒作用下，在基材表面低温交联成膜，生成一层几个分子厚的不溶性的防水树脂膜，具有防水性能，并使水泥混凝土不受风化或减少风化，防水、防腐效果好，从而延长建筑物使用寿命。

本发明硅烷水泥混凝土防腐防水剂及其制备方法，选用GW烷基乙氧基硅烷和含氢硅氧烷为主原料，经独特的复合新工艺，生产复合型烷基聚硅氧烷防水剂，该GW烷基乙氧基硅烷特殊的小分子与粘度高的H键硅分子结合，与混凝土基材有着良好的亲和力，能轻易渗透到混凝土内部，硅烷活性成分与暴露在酸性和碱性环境中的空气及基底中的水分产生化学反应，生成羟基团。这些羟基团将与基材及其本身产生交联、堆积，结合在毛细孔的内壁，最终在混凝土的毛细孔表面形成一层牢固的憎水性有机硅网络保护层，能够有效地阻止外部水分和有害物质的入侵，并让内部水气和有害气体逸出，从而大大提高混凝土结构的防水性、耐盐碱性、抗冻融性等特性，延长钢筋混凝土寿命。渗透深度大，防水效果明显，不会对人和环境产生不良影响，是新一代绿色环保产品。主要用于水泥混凝土的防水、防腐，延长水泥混凝土的使用寿命。可延长使用寿命5年，社会经济效益显著，对提高我国海港、水工、桥梁等重大工程混凝土结构防腐水平具有重大意义。

本发明硅烷水泥混凝土防腐防水剂及其制备方法，生产工艺简单、安全、成本低，效益好，性价比高，低碳环保。

本发明硅烷水泥混凝土防腐防水剂，经实验验证，随着含氢硅氧烷的用量增加，防水层的渗透深度不断提高，防水层的水静态接触角和吸水率降低率呈现先高后低的趋势。因此，最佳配比应该选择在GW烷基乙氧基硅烷与含氢硅氧烷的质量比为1∶0.25～1∶0.5范围内。

本发明硅烷水泥混凝土防腐防水剂及其制备方法，经实验验证，随着复合温度提高，防水层的渗透深度、水静态接触角及吸水率降低率均呈现先高后低的趋势。因此，最佳复合温度应该选择在45℃～55℃范围内。

本发明硅烷水泥混凝土防腐防水剂制备方法，经实验验证，随着复合时间增加，防水层的渗透深度、水静态接触角及吸水率降低率也呈现先高后低的趋势。因此，最佳复合时间选择1～2小时。

本发明硅烷水泥混凝土防腐防水剂及其制备方法，经催化剂铂用量实验验证，随着催化剂铂用量增加，防水层的渗透深度、水静态接触角及吸水率降低率呈现递增趋势，但当催化剂铂用量增加到0.2％后再增加用量，递增效果不明显。因此，最佳催化剂铂用量选择0.002份为宜。

本发明硅烷水泥混凝土防腐防水剂及其制备方法，本发明采用的原料及生产的产品，不含氯离子和重金属，对金属和水泥无腐蚀性，环保，对人体和生物安全。

综上所述，本发明硅烷水泥混凝土防腐防水剂及其制备方法，工艺方法简单，制品质量好，渗透能力强，有效防水，不易腐蚀，防水与防腐效果好，使用寿命长，环保，社会经济效益显著。

具体实施方式

本发明硅烷水泥混凝土防腐防水剂的实施例如下：

实施例1：

本发明硅烷水泥混凝土防腐防水剂，其特殊之处在于，包括GW烷基乙氧基硅烷、含氢硅氧烷、吸附剂活性碳、催化剂铂，各组分质量份数为：

GW烷基乙氧基硅烷 0.9份； 含氢硅氧烷 0.25份；

吸附剂活性碳 0.02份； 催化剂铂 0.001份；

实施例2：

本发明硅烷水泥混凝土防腐防水剂，其特殊之处在于，包括GW烷基乙氧基硅烷、含氢硅氧烷、吸附剂活性碳、催化剂铂，各组分质量份数为：

GW烷基乙氧基硅烷 1.1份； 含氢硅氧烷 0.5份；

吸附剂活性碳 0.06份； 催化剂铂 0.003份；

实施例3：

本发明硅烷水泥混凝土防腐防水剂，其特殊之处在于，包括GW烷基乙氧基硅烷、含氢硅氧烷、吸附剂活性碳、催化剂铂，各组分质量份数为：

GW烷基乙氧基硅烷 1份； 含氢硅氧烷 2.5份；

吸附剂活性碳 0.04份； 催化剂铂 0.002份；

按照上述的比例与前述的制备方法，可以制备出性能要求略有差异且适合不同场合的硅烷水泥混凝土防腐防水剂。

本发明所述的硅烷水泥混凝土防腐防水剂的制备方法，其实施例如下：

实施例1：

本发明所述的硅烷水泥混凝土防腐防水剂的制备方法，其特殊之处在于，包括如下工艺步骤：

(1)蒸馏

用计量泵将粗GW烷基乙氧基硅烷投入蒸馏釜内，加热升温到100℃，制成GW烷基乙氧基硅烷原料；

(2)复合

按规定配比，用两台计量泵分别将制成的GW烷基乙氧基硅烷原料和含氢硅氧烷原料投入复合釜内，在不断搅拌下加入催化剂铂，加热升温至45℃，复合反应时间控制在1～2小时，复合反应完成后，复合釜夹套通冷水快速降温，复合物料为34℃时，进入下一工序；

(3)精制

在精制釜中，投入一定配比的前述复合物料和吸附剂活性碳，在规定的温度45℃下，搅拌1～2小时，降至30℃后出料，制成精制物料，进入下一工序；

(4)过滤

将前述精制物料用离心机分离出吸附剂，滤液为GW水泥混凝土防腐防水剂成品。

实施例2：

本发明所述的硅烷水泥混凝土防腐防水剂的制备方法，其特殊之处在于，包括如下工艺步骤：

(1)蒸馏

用计量泵将粗GW烷基乙氧基硅烷投入蒸馏釜内，加热升温到105℃，制成GW烷基乙氧基硅烷原料；

(2)复合

按规定配比，用两台计量泵分别将制成的GW烷基乙氧基硅烷原料和含氢硅氧烷原料投入复合釜内，在不断搅拌下加入催化剂铂，加热升温至55℃，复合反应时间控制在1～2小时，复合反应完成后，复合釜夹套通冷水快速降温，复合物料为36℃时，进入下一工序；

(3)精制

在精制釜中，投入一定配比的前述复合物料和吸附剂活性碳，在规定的温度55℃下，搅拌1～2小时，降至35℃后出料，制成精制物料，进入下一工序；

(4)过滤

将前述精制物料用离心机分离出吸附剂，滤液为GW水泥混凝土防腐防水剂成品。

实施例3：

本发明所述的硅烷水泥混凝土防腐防水剂的制备方法，其特殊之处在于，包括如下工艺步骤：

(1)蒸馏

用计量泵将粗GW烷基乙氧基硅烷投入蒸馏釜内，加热升温到102℃，制成GW烷基乙氧基硅烷原料；

(2)复合

按规定配比，用两台计量泵分别将制成的GW烷基乙氧基硅烷原料和含氢硅氧烷原料投入复合釜内，在不断搅拌下加入催化剂铂，加热升温至50℃，复合反应时间控制在1～2小时，复合反应完成后，复合釜夹套通冷水快速降温，复合物料为35℃时，进入下一工序；

(3)精制

在精制釜中，投入一定配比的前述复合物料和吸附剂活性碳，在规定的温度50℃下，搅拌1～2小时，降至32℃后出料，制成精制物料，进入下一工序；

(4)过滤

将前述精制物料用离心机分离出吸附剂，滤液为GW水泥混凝土防腐防水剂成品。

Claims (6)

1.一种硅烷水泥混凝土防腐防水剂，其特征在于，包括GW烷基乙氧基硅烷、含氢硅氧烷、吸附剂活性碳、催化剂铂，各组分质量份数为：

GW烷基乙氧基硅烷 0.9～1.1份； 含氢硅氧烷 0.25～0.5份；

吸附剂活性碳 0.02～0.06份； 催化剂铂 0.001～0.003份。

2.根据权利要求1所述的硅烷水泥混凝土防腐防水剂，其特征在于，所说的GW烷基乙氧基硅烷，其烷基C_2-12含量≥85％。

3.根据权利要求1所述的硅烷水泥混凝土防腐防水剂，其特征在于，所说的含氢硅氧烷，其含氢量≥1.5％。

4.根据权利要求1所述的硅烷水泥混凝土防腐防水剂，其特征在于，所说的吸附剂活性碳，其细度≤60目。

5.根据权利要求1所述的硅烷水泥混凝土防腐防水剂，其特征在于，所说的催化剂铂，其含量≥95％。

6.一种权利要求1所述的硅烷水泥混凝土防腐防水剂的制备方法，其特征在于，包括如下工艺步骤：

(1)蒸馏

用计量泵将粗GW烷基乙氧基硅烷投入蒸馏釜内，加热升温到100℃～105℃，制成GW烷基乙氧基硅烷原料；

(2)复合

按规定配比，用两台计量泵分别将制成的GW烷基乙氧基硅烷原料和含氢硅氧烷原料投入复合釜内，在不断搅拌下加入催化剂铂，加热升温至45℃～55℃，复合反应时间控制在1～2小时，复合反应完成后，复合釜夹套通冷水快速降温，复合物料为34℃～36℃时，进入下一工序；

(3)精制

在精制釜中，投入一定配比的前述复合物料和吸附剂活性碳，在规定的温度45℃～55℃下，搅拌1～2小时，降至30℃～35℃后出料，制成精制物料，进入下一工序；

(4)过滤

将前述精制物料用离心机分离出吸附剂，滤液为GW水泥混凝土防腐防水剂成品。