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有机硅化合物的疏水性能及其在水性建筑涂料中的应用研究进展

随着有机硅工业的迅速发展,年代以来,用于建筑涂料防水的有机硅化合物的品种及性能得到了广泛的研究和应用尤其是近年来新推出的含屏蔽烷氧基的硅烷共聚物催化交联技术,既解决了由其组成水基徐料时的货架期水解稳定性问题,又解决了施工时需要快速交联固化的问题,使这两个相矛盾的性能要求得到了统一川。

与硅原子相连的烃基具有极强的疏水性,与硅原子相连的烷氧基水解后生成的经基具有极强的缩聚反应活性,因而含有烷基烷氧基的硅氧烷简称有机硅的建筑涂料能同时具有防水抗渗保色透气和耐久等性质,成为当今外墙涂料技术开发的新热点。

有机硅化合物的疏水机理混凝土陶瓷砖瓦等无机硅酸盐材料在固化成形或烧结成形过程中,会在材料基体上形成许多毛细管通道,由于水与硅酸盐材料有较强的化学亲和力,水在毛细管中的接触角较小,空气中的水份或雨水极易在硅酸盐材料表面延展,并沿毛细管向墙体内部扩展,从而提高了墙体的吸水速率和吸水率。

有机硅聚合物的两个最显著的特点就是高耐氧化性和低表面能,而低表面能即会产生优良的疏水性有机硅建筑防水涂料是由本身带有一定反应活性基的硅氧烷类有机硅化合物组成的。

第期徐彩宜,等有机硅化合物的疏水性能及其在水性建筑涂料中的应用研究进展化合物的主链结构与无机硅酸盐材料结构相似闭,它们之间具有很强的化学亲和力,能改变这些硅酸盐材料的表面特性而且带有反应活性基的硅氧烷,不但能通过活性基团的相互作用形成网状疏水性硅氧烷膜,还能与硅酸盐基材中的经基反应形成末端带有基硅烷链,这是一种非极性基,有着极好的憎水性。

这种疏水性网状硅氧烷分子膜具有很低的表面张力,能均匀地分布在多孔的硅酸盐基材的微孔孔壁上,而不是封闭其毛细管通道,水在毛细管壁的接触角为0以上图,使滴在其上的水成为小水珠,无法渗人到基材内部。

这样,经有机硅处理过的基材就具有良好的憎水效应,有效地阻止水分的浸人,又由于它并没有封闭基材毛细管通道,不妨碍水汽由里向外扩散,使得基材具有好的透气性。

由于该反应持续的时间很长,水解反应又不易完全,所以在经受雨水浸打或冻融后,未偶联和未交联的那部分涂料就会脱离墙面或涂层,逐步失去防水作用。

另外,水解生成的碳酸盐会在吸湿性差的基材表面长期滞留,与有机硅涂层作用生成深色污斑,影响外观。

前者决定涂料的出厂保质期,后者防止施工期间过早凝胶化而导致涂层含水率高而强度低。

烷氧一硅键的水解速度在值等于处有最小值,硅经基的缩聚速度在值等于处有最小值,加人弱酸弱碱盐将值调至例如马来酸钱,可使涂料在氨挥发以后的值降至左右。

即使这样仍不能保证涂料中硅烷含量较高时有数月的产品贮存期。

由于具有偶联和交联作用,该涂料的墙面附着力颜料分散性涂层坚硬耐擦划性有了极大的提高,抵抗水的溶涨浸蚀能力也随之提高。

如果共聚过程中延期加人硅烷单体,可使加聚的硅烷单体富集在乳粒表层,更能强化偶联交联作用,也有利于涂层的偏析扩散,形成强疏水性表面。

将含氢硅油中的氢置换成甲氧基或乙氧基,然后与醋酸乙烯乳液共混进行自由基接枝反应也可以获得具有类似性能的水基涂料。

这类涂料的缺点是由于甲氧基和乙氧基的水解速度快,其偶联和交联作用会在贮存期内渐渐丧失,导致薪度上升,直至完全凝胶化。

若要获得个月以上的贮存期,硅烷单体的添加量不能超过总固含量的近期发展的新型硅烷单体以有屏蔽功能的异丙氧基为可水解/缩聚基团,即使硅烷含量提高到固含量的重量比)以上,贮存期仍可达到15个月之久。

如此高的硅烷含量为赋予涂料表面极低的固液界面张力提供了分子结构基础。

为了在施工期内获得满意的固化速率,该类涂料须在临施工前加人水解反应催化剂。

但是其制备仍存在许多困难,比如烷氧基硅烷有强烈的加水分解性,同时分解后易引起缩合反应,在水中稳定存在非常困难,因此虽然烷基烷氧基硅烷的水溶性和水分散体是理想的,制备对水稳定又能起防水作用的有机硅化合物,仍需要做大量的工作。

在防水有机硅化合物的制备及储存中,适当结构的有机硅十分重要,适当的结构有利于乳液的稳定,另外,乳液的值共聚单体的选择添加剂乳化剂和乳化方法对于制备也十分重要一琦一。

与一般有机高聚物乳液聚合一样,体系的基本组成也是水乳化剂单体和水溶性催化剂,单体含量通常可占体系总质量的左右吻这种方法的优点在于尽量地避免硅氧烷官能团的自身缩聚反应。

例如近来有专利卿报道一种具有硅氧烷官能度的稳定的含水乳液共混物,引人了一种不含硅氧烷官能度的可聚合的游离基单体一种双功能的硅氧烷单体含有一种可聚合的游离基官能度,还含有一种通过硅氧烷缩合能够交联的硅氧烷官能团和一种直链式硅氧烷单体,在阳离子引发下,当该单体发生均聚合时,它便形成一种直链式聚硅氧烷。

要求该活性的硅氧烷和直链的硅氧烷的混合浓度要少于全部单体的并且当要求把过早的自交链减少到最小值时,后者一般要比前者以更高浓度存在。

为达到在平衡时完全盖住该活性硅氧烷官能团,必须使直链的硅氧烷对活性硅氧烷的克分子过量至少为硅烯的插人反应。

有机取代的硅烯很容易插人键,也能插人键,利用这一性质,可以制备有机硅化合物,类型反应如下一硅烯插人反应的生成物继续进行乳化,即可得到水基有机硅防水涂料。

图含氢有机硅防水涂料在硅酸盐基材表面形成保护结构示意图年代以来,有机硅化合物的制备基本上采用三种方法含氢硅油的乳化。

由于有机硅中与硅直接相连的氢原子具有较高的活泼性,易与经基等活性基团反应,引人具有防水功能的烷基,达到防水目的。

硅一氢键在酸性介质中比较稳定,不易水解。

若在碱性介质中水解,则放出氢气,同时生成键如图在建筑材料表面形成保护结构。

例如苏州市建筑材料科学研究所研制的有机硅防水呼吸涂料吻一川,就是利用马来酸醉衍生物等乳化剂来乳化含氢硅油,并对盛有该乳化液的容器进行高低压交替施压,多次循环乳化得到的。

游离基和离子引发的水乳液共聚反应。

有机硅乳液聚合是80年代末发展起来的合成有机硅有机硅化合物在建筑涂料中做防水剂的优点传统的疏水涂料一般仅能在表面有防水作用,而且由于引人溶剂等原因,使用上有诸多限制。

有机硅防水涂料是一种浸透型防水涂料,具有卓越的抗水及抗灰尘侵人的性能,有机硅化合物的水乳液对环境无害并有很好的生理可耐受性。

防水性能优良有机硅分子中的烷基决定了其防水性能,因此赋予了建筑材料基体抵抗酸盐或者细菌水藻等新陈代谢的产物呈碱性等化学侵蚀的能力。

由于基材表面的经基与有机硅分子结合紧密,所以只要有机硅防水涂料中的分子链不断裂,基材表面的憎水性就不会消失年瓦克化学公司公开的一份专利表明,有机硅水乳剂在无机建筑材料上作疏水化打底时,可以得到渗透深度为接触角为大于则成水珠效应良好的结果。

因此,这是一种防水性耐久性使用广泛性都优良的防水涂料。

第期徐彩宜,等有机硅化合物的疏水性能及其在水性建筑涂料中的应用研究进展。

透气性和保色性良好有机硅防水涂料在基材表面形成一种较薄的疏水膜,扫描电镜及光能谱成份分析已经证实了这种厚度小于的超薄膜的存在。

这层憎水膜是透气性的防水层,其透气的孔径比水分子小,比水蒸汽直径大,所以外边的雨水进不去,墙内的潮气可出去。

由于好的斥水性和透气性,墙体不受到侵蚀,墙体的色泽不受影响,保色性良好。

渗透性好,涂层致密在高处作业时乳液易于滴落,如果需对建筑材料的垂直表面进行特别深的浸渍时,就必须涂多层水乳液,因为如果刷涂或喷涂过厚时它们会淌走。

另外在喷涂乳液时形成非所希望的气溶胶,潮湿的建筑材料表面必须干燥以使乳液能浸透至一合适的程度。

有机硅防水涂料可以在建筑材料上形成较厚的涂层,因为它对基材有良好的渗透性,可以很快地渗人基材内部,形成致密的涂层。

适用性广泛有机硅防水涂料在基材表面形成疏水膜时既不需从外界引入进行反应,也不会产生有害于基材的碱性碳酸盐,因此,它对于基材的适用性较广泛。

已有文献报道哪一可适用于无机建筑材料如石块混凝土及石膏打底灰等高分散无机物如珍珠岩蛙石及热绝缘材料等纤维建筑材料如石棉石英纤维及陶瓷塑料纤维等的疏水化处理,也可用于在铸造前加到水硬混合物中用以生产建筑构件或在铸造后用于建筑构件的疏水化处理。

环境污染小由于采用了水作溶剂,本身就降低了污染,而且有机硅化合物具有无污染生理可耐受性好等优点,符合绿色涂料的要求。

结语综上所述,有机硅化合物用于建筑涂料的防水剂或者用于生产防水建筑涂料,具有防水效果卓越渗透能力强涂层致密透气性好保色性好环境污染小及适用范围广等特点,可有效地保护各类混凝土建构筑物和砖石建筑物