硅烷防水剂

2024-06-16

硅烷防水剂（精选5篇）

硅烷防水剂篇1

一般来说,混凝土的破坏形式包括如下几类:1)自然风化剥蚀(水、碳酸盐作用);2)碱-骨料反应破坏(二氧化碳作用、钢筋碳化侵蚀);3)氯盐(海水、融雪剂等)和其他盐类侵蚀;4)与水直接接触的工程受到冻融交替的破坏[1]。可以看出,降低和消除水分和氯离子的侵蚀,是防止混凝土自然风化的重要手段。

有机硅作为高效的防水保护材料在建筑行业应用已有数十年,其发展经历了从最初的有机硅酸盐防水剂、硅油乳化制备的水乳型防水剂到近几年发展起来的烷氧基硅烷类防水剂三个阶段。烷氧基硅烷类防水剂相对于有机硅酸盐防水剂、硅油类水乳型防水剂来说,具有渗透性优良、防水效果好、防水期限长等优点。

本实验的主要目的,是以表面活性剂为主要研究方向,通过考察不同种类表面活性剂组成及相关配比,选用合适的表面活性剂与烷氧基硅烷共混乳化,制备高有效成分含量的水溶性膏状体硅烷防水剂。膏状体硅烷防水剂相对于烷氧基硅烷类产品具有如下优势:1)挥发量更小;2)渗透深度更大;3)对环境更友好;4)耐久性更优。

1 实验

1.1 主要原料

烷氧基硅烷:市售。

表面活性剂:平平加○(以“PPG”表示,下同)、OP、斯盘(SP)、吐温(TW)、十二烷基硫酸钠(SD)。

助分散剂:氟碳表面活性剂,市售。

去离子水:市售。

1.2 制备工艺

将油性表面活性剂及助分散剂加入硅氧烷单体中,搅拌分散均匀得到油相;将水性表面活性剂加入去离子水中,搅拌分散均匀得到水相。在水相中加入部分油相,高速乳化搅拌形成厚浆体,然后将剩余部分油相加入到厚浆体中,继续乳化直至形成贮存稳定的水性有机硅膏状体产品。

1.3 性能测试

通过上述原料及生产工艺制得的混凝土表面用有机硅防水保护剂制品为白色或灰白色细腻膏状体,产品定期存放后无明显析油、分层。其性能测试按照国家行业标准,项目主要包括产品在砂浆、混凝土表面的渗透深度,刷涂防水保护剂后砂浆、混凝土24 h吸水量,以及在常温、冻融循环、紫外线辐照情况下的吸水率比和氯离子吸收量比等。本文主要从表面活性剂筛选入手,重点考察不同表面活性剂配比、用量对膏状体有机硅防水剂的稳定性、在砂浆和混凝土基层上的渗透深度以及24 h吸水率的影响情况,以确定理想的配方范围。

2 影响因素讨论

2.1 表面活性剂的亲水亲油平衡值(HLB)的选择对产品稳定性的影响

本实验主要考察不同类型表面活性剂组合后HLB“加和值”对烷氧基硅烷乳化稳定性能的影响。实验共选用表1内的几种表面活性剂组合,与烷氧基硅烷混合,乳化制备成膏状体,静止24 h后考察其析油、分层状况。其中表面活性剂质量占烷氧基硅烷质量的10%,各种表面活性剂的HLB值分别为HLBSP=4.3;HLBOP=12.5;HLBTW=13.5;HLBPPG=16.5;HLBSD=40。具体测试结果如表1。

不同类型表面活性剂因结构不同,其HLB亦有所不同,实验考察的常用几种表面活性剂的HLB值介于3~18之间。由表1可以看出,表面活性剂的选择对产品稳定性具有一定的影响,选用HLB值约为10~13的表面活性剂组合配制得到的产品,24 h可稳定存储,因此可以判断体系所需的HLB值介于10~13之间。

2.2 表面活性剂的配比对产品稳定性的影响

本实验旨在2.1实验的基础上,更深入地考察SP+PPG+SD不同配比对产品不同贮存期下稳定性的影响。试验选用表面活性剂的质量分别占烷氧基硅烷质量的7%、10%和14%,具体测试结果如表2。

由表2可以看出,表面活性剂用量及各组分配比对有机硅膏状体的稳定性具有一定的影响。表面活性剂质量占烷氧基硅烷质量的7%,产品即可形成有效的水溶性膏状体,然而产品在存储过程中却容易出现分层、析油等现象,可能原因是表面活性剂用量对产品机械乳化过程中形成的粒径有一定影响。一般说来,表面活性剂用量越大,形成的乳液粒径越小,相应的乳液越稳定;表面活性剂用量越小,形成的乳液粒径越大,后期存储更加容易破乳。

2.3 表面活性剂配比及用量对膏状体硅烷防水剂在砂浆及混凝土基层上渗透深度的影响

本实验在2.2实验基础上考察HLB“加和值”分别为10.3、11.5,表面活性剂含量分别为7%、10%、14%时膏状体硅烷防水剂在砂浆、C40混凝土基层上的渗透情况。

膏状体硅烷防水剂渗透深度的测试分别在砂浆试件及混凝土试件上进行。砂浆试件配比为:水泥∶砂∶水=1∶2∶0.4,试件尺寸为70 mm×70 mm×70 mm;混凝土试件配比为:水泥∶砂∶石子∶水=1∶1.42∶3.15∶0.42,试件尺寸同样为70 mm×70 mm×70 mm。其中砂浆试件标准养护7 d,混凝土试件标准养护28 d。在干燥的测试面上涂刷膏状体硅烷防水剂,按300 g/m2总用量刷涂1~2遍。然后在标准状态下放置7 d,压破试件,测量膏状体硅烷防水剂的渗透深度。为了有效测试,可在混凝土断面淋水后进行观察。具体测试结果如图1、图2。

由图1及图2可以看出,表面活性剂用量由7%增加至14%,产品的渗透深度介于5~7 mm之间,渗透深度变化相对不大,主要原因是产品的渗透深度与硅烷本体性质有关。因为烷氧基硅烷为溶剂型,表面张力较低,产品涂刷在砂浆、混凝土基层后,烷氧基硅烷可迅速向基层渗透,少量表面活性剂不会过分影响膏状体硅烷防水剂的渗透性能(见图3)。

2.4 表面活性剂配比及用量对使用膏状体硅烷防水剂的砂浆及混凝土基层吸水率的影响

本实验在2.3实验的基础上,考察表面活性剂HLB“加和值”分别为10.3、11.5,用量分别为7%、10%、14%时,对膏状体硅烷防水剂施工于砂浆及C40混凝土基层后吸水率的影响。

砂浆试件制作及测试方法按JC/T 902—2002规定的方法进行[2],混凝土试件制作及测试方法按JTJ275—2000附录E规定的方法进行[3]。测试结果如图4、图5所示。

由图4、图5可以看出,使用膏状体硅烷防水剂后砂浆的24 h吸水率比和混凝土的24 h吸水率随着表面活性剂的增加而增加,表面活性剂用量从7%增加到14%后,砂浆吸水率比、混凝土的吸水率大幅上升,这主要是因为砂浆、混凝土基层的吸水性受表面活性剂的影响较大,表面活性剂的存在可加速憎水结构的润湿。从图中还可以看出,HLB“加和值”不同,砂浆的24 h吸水率比、混凝土的24 h吸水率也有所不同。这种现象与乳化过程形成的颗粒粒径、细度有一定关系,乳化粒径越小,细度越大,形成的分散体越均匀,相应地膏状体在砂浆、混凝土基层上的分布越均匀,憎水效果也越好,反之亦然。然而,表面活性剂含量小于一定值时,表面活性剂分子无法正常包裹烷氧基硅烷分子,乳化形成的颗粒极易破乳,有机硅膏状体变得非常不稳定,很容易出现析油、分层等现象。

2.5 实验结论

综合上述实验结果,当表面活性剂的质量配比为mSP∶mPPG∶mSD=6∶3∶1,其质量占烷氧基硅烷用量的10%时,制得的水性膏状体有机硅防水保护剂的产品稳定性、渗透深度、防水性综合较优。

3 结语

混凝土表面用有机硅防护剂以烷氧基硅烷为主要成分,有机氟碳表面活性剂为辅助成分,通过机械乳化分散、共混而成,产品的各项性能受表面活性剂的种类、用量、配比所影响。选择合适的表面活性剂配方,可以配制成性能稳定、渗透性和耐久性优良、抗氯离子效果优异的有机硅膏状体类混凝土防水保护剂产品。

参考文献

[1]高方云.水工建筑物混凝土破坏机理及对策研究[J].中国水运,2011(11):237-238.

[2]中国化学建筑材料公司苏州防水材料研究设计所.JC/T902—2002建筑表面用有机硅防水剂[S].北京:中国建材工业出版社,2003.

[3]广州四航工程技术研究院.JTJ275—2000海港工程混凝土结构防腐蚀规范[S].北京:人民交通出版社,2001.

硅烷防水剂篇2

潍坊市老国防路堤河桥位于潍坊北部沿海、渤海岸边, 处于潮汐、盐雾重防腐区域。该桥是潍坊北部沿海盐业运输、军事运输的重要通道, 桥梁防腐防水对该桥的耐久性至关重要。工程在开工建设前对桥梁的防腐防水做出严谨设计, 桥梁混凝土表面采用硅烷浸渍防腐技术, 为保护该桥梁的混凝土结构及耐久性奠定了基础。

2 材料选择

本工程选用青岛市润邦化工建材有限公司生产的GW-301异丁基三乙氧基硅烷浸渍液。异丁基三乙氧基硅烷浸渍液是一种化学浸透性浸渍剂, 具有小分子结构, 能深层地渗透到混凝土内壁与水化的水泥发生反应形成聚硅氧烷互穿网络结构, 通过牢固的化学键合反应, 赋予混凝土表面微观结构长期的憎水性, 并保持呼吸透气功能, 降低水和Cl-的侵害, 从而确保混凝土结构长期免受腐蚀。硅烷浸渍原理见图1。

3 施工工艺

3.1 施工工具

RB循环式硅烷防腐专用浸渍机、混凝土打磨机、吹风机、扁铲、灰刀、防护服、乳胶手套、水桶等。

3.2 施工流程与施工部位

施工流程:施工准备→孔洞修补→基层处理→浸渍喷涂试喷→第1遍浸渍喷涂→第2遍浸渍喷涂→现场检测→验收。

施工部位:防撞墙、底板、盖梁、立柱等混凝土外露表面。

3.3 具体施工工艺

3.3.1 基层处理

施工混凝土必须达到规范要求的养护日期, 基层处理前应修补好表面明显的破损、漏筋、孔洞等缺陷部位 (图2) 。修补好的混凝土应有足够的养护期。基层修补完毕后, 用混凝土打磨机对表面进行打磨处理, 将混凝土表面的碱垢、污物等清除干净, 以方便浸渍液浸渍充分, 达到良好的效果。

3.3.2 喷涂施工

施工环境温度应在5~35℃;如果基层表干前 (约8 h) 可能下雨, 不要施工。

施工前应进行喷涂试验。试验面积为1~5 m2, 参照JTG/T B07—01—2006《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》附录E进行。试验结果满足要求后, 再进行大面积施工。

在喷涂时垂直面和水平面上的喷涂材料均采用连续喷涂达到饱和浸渍, 共涂覆两遍, 两遍时间间隔应大于6 h。盖梁侧面喷涂应自下而上, 垂流长度为15~20 cm, 应使被涂表面保持湿润状态几分钟;顶板喷涂应顺风喷涂, 喷嘴离顶板距离在35~40 cm, 喷嘴压力不应大于70 k Pa, 喷涂时应尽量减少材料损耗 (图3—4) 。

养护:施工后24 h内不洒水, 应自然风干, 并保持已处理表面至少干燥48 h以上, 经过3 d完全固化即可产生最佳的防腐防水效果 (图5) 。

硅烷浸渍剂喷涂施工用量为:600m L/m2。

3.4 注意事项

1) 喷涂材料属易燃品, 应注意安全预防措施。施工现场应保持通风良好, 远离火花、明火。

2) 喷涂设备应为不断循环的泵送系统, 该系统提供的喷嘴压力为60~70 k Pa, 水不得进入该系统的任何部分。

3) 每次喷涂硅烷浸渍液区域应做明显记号, 避免下次漏涂或重涂;分批进行的喷涂区域, 注意接槎, 应保持一定的重叠量。

4) 硅烷浸渍混凝土的龄期不少于28 d, 混凝土修补后不少于14 d, 最后一遍喷涂后7 d再进行取芯试验。

5) 密封避光保存本品, 禁止与酸、碱、胺和重金属或其化合物一起贮存, 也不能放置在被其污染的场所;每次使用过后应封好产品包装以免失效, 启封后应在72 h内用完;应避免硅烷与氯丁橡胶、沥青基密封材料等可能引起腐蚀的材料接触。

3.5 安全保障措施

1) 针对本项目, 要求施工人员在施工过程中穿戴护目镜和防护手套;穿救生衣, 以防落入水中。

2) 施工人员呼吸道如不慎吸入硅烷浸渍液, 应立即将人员移到有新鲜空气的地方;如接触到皮肤, 立即用水清洗15 min;不慎接触到眼睛后, 立即用水清洗15 min, 并脱下受污染的衣服、鞋子并及时就医。

3.6 验收

参照JTG/T B07—01—2006《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》附录D进行验收。

4 结语

潍坊市老国防路堤河桥硅烷浸渍防腐防水工程, 通过对施工主要材料及施工工艺的严格控制, 保证了工程的防水质量。该防腐防水施工工艺普遍适用于水泥混凝土结构的保护, 具有较好的耐久性和经济性。

参考文献

硅烷防水剂篇3

1 实验部分

1.1 原料

烷氧基硅烷(工业级);乳化剂(工业级);其他助剂;去离子水。

1.2 选材及制备

具有长期稳定性的硅烷膏体浸渍剂的研制,关键在于乳化体系的选择及合适的配方工艺。

主体原料硅烷的选择以烷基碳数6～10为佳。烷基碳数小于6时,硅烷极易挥发,且烷基碳数太小屏蔽作用不够明显,导致烷氧基水解剧烈,水解后易发生缩合作用,在水中存在非常困难;而烷基碳数太大,分子量过大,对基材的渗透能力会变差,本文选择的烷基碳数为6～10。若采用甲氧基封端的硅烷,则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,对渗透不利,同时在水中稳定性不好,难以保存[3,4,5];采用乙氧基封端的硅烷,理论上碳数在1～4均可;采用丙氧基及以上烷氧基封端的硅烷,虽稳定性尚可,但在基材表面的渗透速度太慢[6],与基材结合也慢,所以选用乙氧基封端的硅烷最佳。

将水与乳化剂混合,在高速搅拌机上搅拌数分钟,随后将一定配比的烷氧基硅烷在一定转速下加入至水相中混合均匀,然后提至高转速乳化约30 min,最后低速继续搅拌直至得到硅烷膏体产品。

1.3 实验设计

1)固定原料配比,以不同的乳化剂(单一的或复配的)体系对硅烷进行乳化实验,测试所得膏体硅烷的稳定性,确定合适的乳化剂体系。

2)固定原料配比及乳化剂体系,通过不同的工艺及设备对硅烷进行乳化,测试所得膏体硅烷的稳定性,通过产品的稳定性数据确定合适的乳化工艺。

3)固定乳化剂体系及乳化工艺,以不同的乳化剂用量进行实验,测试所得膏体硅烷的防水性能,确定合适的乳化剂用量。

1.4 性能测试

1.4.1 稳定性测试

1)储存稳定性。取10 mL样品两份置于带塞的试管中,室温密封放置12周,观察(目测,下同)样品分层、漂油及沉淀的情况。

2)离心稳定性。取10 mL样品两份放入离心管中,置于电动离心机相对的两面,以3 000 r/min的速度离心30 min,取出离心管,观察样品分层、漂油及沉淀的情况。

3)热储存稳定性。取10 mL样品两份置于带塞的试管中,于45℃烘箱中放置14 d,观察样品分层、漂油及沉淀的情况。

1.4.2 活性组分含量测试

以气相色谱法测试样品中的活性组分含量。

1.4.3 吸水率

按JTJ 275—2000《海工工程混凝土结构防腐蚀技术规范》的要求,制备混凝土块。混凝土块规格为70 mm×70 mm×70 mm,标准条件下养护28 d后,在养护好的混凝土块任一表面涂覆硅烷膏体,采用连续涂刷方式,使被涂表面饱和溢流。被涂表面为立面时,采用自上而下喷涂,使被涂立面至少有5 s保持“看上去是湿的”的状态;而顶面或底面上,都至少有5 s保持“看上去是湿的镜面”状态。每遍喷涂量为300mL/m2,喷涂两遍。两遍之间的间隔时间至少为6 h。

涂覆硅烷膏体的试件干燥养护7 d后,除硅烷浸渍面外,在其余各面及硅烷浸渍面上小于5 mm的周边均涂以无溶剂环氧涂料,在适当的容器底部放置多根直径100 mm的玻璃棒,将混凝土块的硅烷浸渍面朝下放在玻璃棒上,注入23℃的水,使水面在玻璃棒上1～2 mm,以5、10、30、60、120、140 min的时间间隔,分别取出混凝土块,称重后立即放回去,直到完成所有这些间隔时间的测试。计算得到吸水率值。

1.4.4 渗透深度

硅烷浸渍深度采用染料指示法进行测试。在最后一次喷涂后至少7 d后测试,具体试验方法参照JTJ275—2000的要求。

1.4.5 氯化物吸收量的降低效果

氯化物吸收量的降低效果参照JTJ 275—2000、JTJ 270—98《水运工程混凝土试验规程》及相关标准的要求进行测试。

2 结果与讨论

2.1 乳化体系的选择

选取几种非离子乳化剂作为单组分乳化体系,并通过复配得到复合乳化剂。

首先固定硅烷与水的用量,加入0.5%的乳化剂,通过实验确定了合适的HLB值。并将不同HLB值的乳化剂进行复配,得到几组HLB值相同的复合乳化剂,在相同的原料配比及乳化工艺条件下,进行试验来确定最合适的乳化体系。试验结果列于表1。从表1中可以看出,仅配方5可得到离心稳定性和储存稳定性都较好的硅烷膏体产品,因此最终选择配方5作为试验用乳化剂,是两种醚类乳化剂的复配体系。

2.2 乳化工艺对产品稳定性的影响

乳化是使分子分散成热力学不稳定的分散状态,是一个吸能过程。在实际乳化过程中,乳化工艺不容易掌控,即使是同样的配方,但由于操作时温度、乳化时间、加料方式和搅拌条件等不同,得到的产品的稳定性等也会不同,甚至相差悬殊,因此在乳化过程中,需掌握好操作的细节,才能得到高质量的产品。

乳化工艺中除了两相的加入方式外,两相的混合方式也至关重要,乳化过程的混合方式主要有机械搅拌混合法、胶体磨混合法、超声波乳化器混合法和均质器混合法。本文采用了实验用机械搅拌器、高速分散机及乳化分散机进行乳化实验。其中,机械搅拌的分散性较差,每次滴加的硅烷需较长时间的强力搅拌才能完全形成乳化体。高速分散机与乳化分散机相比,采用前者制备出的膏体产品黏度较小。这主要是由于乳化分散机剪切效率较高,通过高速旋转的转子产生强劲的离心力将物料从径向甩入定转子之间狭窄细小的间隙中,物料同时受到离心挤压、撞击等多种作用力,能够充分乳化、均质、破碎、分散;而高速分散机在运转过程中,其分散盘下方的物料呈层流状态,主要通过不同流速的物料层相互扩散而起到分散作用,多适用于固-液体之间的搅拌分散。对于乳化而言,采用高速分散机比采用乳化分散机得到的乳化体粒径大,所以黏度偏低;相对的,采用乳化分散机得到的产品粒径小,粒径分布均匀,因此稳定性较好。

2.3 乳化剂用量对防水性能的影响

乳化剂在界面形成的吸附膜的强度,与乳化剂的浓度有关,当乳化剂的用量增大时,其在界面膜上吸附的单体的数量增多,表面张力下降得多,界面膜的强度相应增大,因此乳状液滴聚结过程中所受到的阻力增大,形成的乳液稳定性较好;但当乳化剂用量持续增大到临界胶束浓度时,再增大乳化剂的用量,表面张力变化很小,且本文制备的硅烷膏体为水包油型体系,亲水型乳化剂的大量使用会影响产品的防水性能,考虑到产品稳定性与防水性之间的平衡,乳化剂的用量存在一个最佳值。相同实验条件下,考察不同乳化剂用量对硅烷膏体产品稳定性及防水性的影响,结果见表2。

从表2中可以看出,当乳化剂用量小于0.2%时,产品不稳定,离心稳定性测试有漂油现象;当乳化剂用量大于0.3%时,产品的防水效果明显减弱。因此,为了取得稳定性与防水性之间的平衡,本文中选择乳化剂用量为0.2%。

2.4 性能指标

用气相色谱法测得硅烷膏体产品的活性组分含量约为80%,表明乳化过程中硅烷单体乳化效果很好,几乎全部形成了水包油的乳化体系,硅烷损失较小,能充分发挥其较强的渗透能力及防水防腐性能。参照标准JTJ 275—2000制备的硅烷膏体防水浸渍剂,其性能测试结果见表3。

从表3中可以看出,本文所制备的硅烷膏体防水浸渍剂的性能已达到相关标准的要求。

3 结语

本文制备了一种具有良好防水效果、长期储存稳定的硅烷膏体防水浸渍剂,通过乳化剂的复配使用和膏体稳定性的研究,确定了最合适的乳化体系为两种醚类乳化剂的复配体系,乳化剂的用量为0.2%,本文制备的硅烷膏体防水浸渍剂满足标准JTJ 275—2000的所有性能指标要求。

目前,已有研究多数局限于单一硅烷乳化剂的应用研究上,复合硅烷及浸渍与成膜共存的有机硅防水产品仍需继续摸索和深入研究,以期得到经济高效、应用更广的产品。

参考文献

[1]孙顺杰,洪永顺,张琳.建筑表面用有机硅防水剂的制备及性能研究[J].化学建材,2008,24(3):32-35.

[2]黄月文,刘伟区.水乳型有机硅系表面处理剂的性能[J].涂料技术与文摘,2003,24(1):30-31.

[3]吴平.渗透型有机硅憎水剂在混凝土保护中的应用[J].新型建筑材料,2003,19(6):55-57.

[4]朱岩,陈雨,甘万强.有机硅烷浸渍高性能海工混凝土防腐蚀性能的研究[J].混凝土,2007,21(10):77-80.

[5]Schmuck M,Seyffert H.Preparation for the Water-repellantImpregnation of Porous,Mineral Building Materials:US5196054[P].

硅烷防水剂篇4

本研究以硅烷偶联剂C2287作为芯材, 以聚乙烯吡咯烷酮和麦芽糊精为壁材, 制备得到了水溶性的硅烷偶联剂微胶囊, 并将其应用到JS防水涂料中, 研究了硅烷偶联剂微胶囊对JS防水涂料力学性能、耐水性和耐久性的影响, 并探讨了硅烷偶联剂微胶囊与填料之间的作用机理。

1 实验部分

1.1 原料及仪器设备

硅烷偶联剂C2287 (3-缩水甘油醚基丙基甲基二乙氧基硅烷) :化学纯, 98%, 佛山道宁;聚乙烯吡咯烷酮K30:化学纯, 99%, 广州共冠化工有限公司;麦芽糊精:化学纯, 99%, 广州化学试剂厂;环己烷:分析纯, 99.5%, 天津市大茂化学试剂厂;丙烯酸乳液:RS300S, 工业级, 巴德富实业有限公司;重质碳酸钙、云母粉、滑石粉、轻质碳酸钙:800目, 嘉宝莉化工集团;超细硅酸铝:2 500目, 嘉宝莉化工集团;减水剂:西卡325C, 工业级, 98.5%, 瑞士西卡集团:消泡剂P803:工业级, 98%, 德国明丶凌化学;普通硅酸盐水泥P.O.42.5:华润水泥有限公司;二甲基硅油:化学纯, 99%, 青岛优索化学科技有限公司;去离子水:自制。

喷雾干燥机:LPG-5, 常州万佳干燥设备有限公司;高速分散机:SF1100, 东莞市万江伟达仪器有限公司;光学显微镜:CX31, 奥林巴斯 (中国) 有限公司;电子万能材料试验机:LDS, 上海伦捷机电仪表有限公司;分析天平:ME104E, 梅特勒-托利多 (上海) 仪器有限公司;鼓风干燥箱:DHG, 常州恒隆仪器有限公司;紫外老化箱:LX-500, 无锡市苏德实验设备有限公司;旋转黏度计:NDJ-5S, 上海伦捷机电仪表有限公司;扫描电子显微镜:ZEISS Merlin, 卡尔·蔡司股份公司。

1.2 硅烷偶联剂微胶囊的制备及表征

1.2.1 硅烷偶联剂微胶囊的制备

图1为硅烷偶联剂微胶囊制备的流程图。首先将20 g的聚乙烯吡咯酮和80 g的麦芽糊精与225 g水混合, 在超声波搅拌下使其完全溶解形成壁材溶液 (若气温较低可用温水) 。第二步, 在壁材溶液中加入50 g硅烷偶联剂C2287, 用高速分散机以3 000 r/min的转速高速分散5 min形成水包油型乳化液。最后, 将乳化液用喷雾干燥机进行干燥得到硅烷偶联剂微胶囊。喷雾干燥机的参数设置为:进风温度160℃, 雾化器转速25 000 r/min, 引风量1 000 m3/h, 进料速率4 kg/h。为防止硅烷偶联剂微胶囊结块, 可在微胶囊中加入5% (质量百分数, 下同) 的超细硅酸铝作为抗结块剂。

1.2.2 硅烷偶联剂微胶囊的测试及表征

1) 包埋率:将质量为T (2~3 g) 的硅烷偶联剂微胶囊置于小烧杯中加入约15 m L的环己烷, 搅拌2min后用定性滤纸过滤, 再用约20 m L的环己烷分3次洗涤烧杯。将所有的滤液转移到一个干净的烧瓶中 (提前称重为M1) , 将烧瓶置于50℃的烘箱中烘干至恒重M2, 烧瓶的质量变化即为微胶囊表面油的质量。包埋率E按下式计算:

2) 平均粒径:将少量硅烷偶联剂微胶囊粉末与二甲基硅油形成悬浮液, 利用光学显微镜观察悬浮液并拍照, 根据照片标定微胶囊颗粒的直径并计算体积平均直径。

3) 含水率:将质量为M3 (2~3 g) 的硅烷偶联剂微胶囊置于培养皿中, 在80℃烘箱中烘干至恒重M4。含水率MC按下式计算:

4) 形态表征:将少量硅烷偶联剂微胶囊粉末置于贴有导电胶的样品台上, 用洗耳球吹去多余粉末, 用电子扫描显微镜 (SEM) 在5 k V的电压下观察微胶囊的表面形态。

1.3 JS防水涂料的制备及表征

1.3.1 JS防水涂料的制备

本研究制备的JS防水涂料为双组分, 液体组分为丙烯酸乳液;固体组分由以下质量份数的原料组成:普通硅酸盐水泥60份, 填料39.2份, 减水剂0.5份, 消泡剂0.3份, 其中填料为重质碳酸钙、云母粉、滑石粉或轻质碳酸钙中的一种, 各组分需混合均匀。在施工前, 将液体组分与固体组分按质量比1.2∶1混合后机械搅拌5 min, 分2~3次涂覆于自制的模具中, 后道涂覆应等前道实干后进行, 两道涂覆之间间隔12~24 h, 最终试样厚度为 (1.5±0.2) mm。将涂膜在标准条件下养护96 h后脱模, 将脱模后的试样反面朝上在 (40±2) ℃的烘箱中养护48 h, 取出后放在干燥器中冷却至室温。

1.3.2 JS防水涂料的测试及表征

1) 涂膜的无处理、热处理、紫外处理、浸水处理、碱处理拉伸性能均按照GB/T 16777—2008《建筑防水涂料试验方法》中的规定进行, 拉伸速度为2 00mm/min。

2) 吸水率:将试样冲切成80 mm×40 mm大小, 称重为M5, 再浸入 (23±2) ℃的去离子水中, 浸泡 (168±1) h后用滤纸吸干表面水分再称重为M6。吸水率WA的计算如下式:

3) 涂膜断面表征:将试样剪成小块后投入液氮中使其自然断裂, 用导电胶将有断裂面的样品粘到样品台上, 喷金后用扫描电子显微镜在5 k V的电压下观察断裂面的表面形态。

2 结果与讨论

2.1 硅烷偶联剂微胶囊的性能

喷雾干燥法制备微胶囊是包埋油性芯材最常用的方法之一。本研究制备的硅烷偶联剂微胶囊包埋率为82.7%, 平均粒径为21.3μm, 含水率为0.93%, 微胶囊的流动性较好, 遇水后能迅速溶解。图2为所制备的硅烷偶联剂微胶囊的扫描电镜图, 该微胶囊颗粒表面完整, 颗粒间未出现粘连。

2.2 硅烷偶联剂微胶囊对JS防水涂料性能的影响

2.2.1 硅烷偶联剂微胶囊对拉伸强度的影响

图3为采用不同填料所制备的涂膜拉伸强度随硅烷偶联剂微胶囊添加量的变化情况。从图3可以看出, 随着微胶囊添加量的增加, 涂膜的拉伸强度逐渐增大。以重质碳酸钙和滑石粉为填料的JS防水涂料, 在微胶囊添加量为3%时, 涂膜的拉伸强度达到最大值, 此后再增加微胶囊的添加量, 拉伸强度出现小幅下降;相比于不添加微胶囊的JS防水涂料, 涂膜的拉伸强度分别提升了39%和47%。而以云母粉和轻质碳酸钙为填料的JS防水涂料, 涂膜的拉伸强度则随微胶囊添加量的增加一直增大, 当微胶囊添加量为4%时, 涂膜的拉伸强度分别提升了46%和49%。因此, 在采用不同填料的情况下, 添加硅烷偶联剂微胶囊均能显著提升涂膜的拉伸强度, 其中, 采用重质碳酸钙和滑石粉作为填料的涂膜的拉伸强度较大。

2.2.2 硅烷偶联剂微胶囊对断裂伸长率的影响

采用不同填料制备的涂膜断裂伸长率随硅烷偶联剂微胶囊添加量的变化趋势见图4, 当微胶囊添加量较低时, 断裂伸长率均有提高。以重质碳酸钙为填料的涂膜, 断裂伸长率在微胶囊添加量为1%时达到最大, 之后随着微胶囊添加量的增加显著减小;以轻质碳酸钙为填料的涂膜, 断裂伸长率出现先增大后减小的趋势, 在微胶囊添加量为3%时达到最大值;以滑石粉为填料的涂膜, 断裂伸长率的变化趋势较平缓;而以云母为填料的涂膜, 断裂伸长率则随微胶囊添加量的增加而不断增大。总体来看, 采用重质碳酸钙和滑石粉作为填料时, 涂膜的断裂伸长率较大。

2.2.3 硅烷偶联剂微胶囊对吸水率的影响

JS防水涂料固化后的吸水率主要取决于涂膜的致密程度, 受水泥水化程度、填料目数和颗粒形态、涂膜交联度的影响较大。硅烷偶联剂能使聚合物乳液与水泥水化产物以及填料之间的结合更加紧密, 因此能显著改善涂膜的耐水性。图5是硅烷偶联剂微胶囊添加量对涂膜吸水率的影响。从图5可见, 采用4种填料制备的JS防水涂料, 涂膜吸水率均随微胶囊添加量的增加逐渐减小, 其中, 采用重质碳酸钙制备的涂膜吸水率最低, 耐水性能最佳。

因此, 综合考虑涂膜的拉伸强度、断裂伸长率和耐水性能, 填料采用重质碳酸钙, 硅烷偶联剂微胶囊的添加量为2%时制得的JS防水涂料综合性能最佳, 其拉伸强度为2.652 MPa, 断裂伸长率为191.2%, 7 d吸水率为9.17%。

2.3 硅烷偶联剂微胶囊的作用机理探讨

本研究制备的硅烷偶联剂微胶囊所用壁材为亲水性聚乙烯吡咯烷酮和麦芽糊精, 在JS防水涂料的两组分混合后, 微胶囊壁材会迅速溶于水释放出硅烷偶联剂。硅烷偶联剂的通式可用YSi X3表示, 其分子中含有两种活性基团:Y为亲有机材料的有机官能团, 通常末端为环氧基、氨基、异氰酸酯基等;X为可水解基团, 通常为卤素、甲氧基、乙氧基等。硅烷偶联剂的偶联机理如图6所示[12], 当硅烷偶联剂在有水和适当的p H值 (酸性或碱性) 下会发生水解反应, —Si X3水解形成硅醇键 (Si—OH) , 部分硅醇键之间发生脱水缩合反应形成低聚硅氧烷, 而剩下的硅醇键则与填料表面的羟基发生作用形成氢键。随着体系中水分的不断减少, 低聚硅氧烷进一步脱水与填料形成共价键连接。

图7为本研究所用硅烷偶联剂C2287的分子结构, 左边的环氧基和烷基能与JS防水涂料中的乳液结合, 右边的乙氧基在水解后缩合, 在无机填料的表面形成氢键和共价键, 这样相当于在无机材料与有机材料之间形成了一个桥梁。根据界面层理论, 由于硅烷偶联剂中的直链烷基具有一定柔性, 因此硅烷偶联剂不仅能增强JS防水涂料的拉伸强度, 同时也能松弛界面之间的应力[13,14], 提高涂膜柔性使得断裂伸长率有一定的增大, 其机理如图8所示。而当硅烷偶联剂的浓度过高时 (图8b) , 硅烷偶联剂与硅烷偶联剂之间也会缩合形成共价键, 使得界面层由于过度交联而失去弹性, 拉伸强度会继续提升但柔韧性会下降。图9为采用重质碳酸钙为填料、添加不同含量硅烷偶联剂微胶囊制得的JS防水涂料, 涂膜的断面SEM图。从图9可以看出, 当未添加微胶囊时, 涂膜断面较粗糙, 随着微胶囊添加量的增加, 断面变得越来越光滑。这是由于硅烷偶联剂的添加使得填料与乳液膜互穿网络之间的结合更加牢固, 使防涂膜变得更加致密, 乳液膜与填料之间的界面层的刚性越来越强, 断面因此更加光滑。

2.4 JS防水涂料的耐久性试验

JS防水涂料由于经常应用在露天的屋顶等环境条件恶劣的场所, 在施工后必须能经受各种气候条件的考验, 因此其耐久性也是一个非常重要的指标。表1为JS防水涂料经过热处理、紫外处理、浸水处理和碱处理后拉伸强度和断裂伸长率的保持率。由表1可以看出, 热处理和紫外处理会使涂膜的拉伸强度增大, 而浸水处理和碱处理则会使拉伸强度减小。这是由于在热处理和紫外处理的过程中, JS防水涂料中水泥的水化反应会继续进行, 使得涂膜的拉伸强度继续增大。在4种不同的处理方法中, 拉伸强度的保持率均随着硅烷偶联剂微胶囊添加量的增加而增大。断裂伸长率在4种处理方式下都会减小, 但随着硅烷偶联剂微胶囊添加量的增加, 保持率均有所增大。因此, 硅烷偶联剂微胶囊的添加能有效提升涂膜的耐水性、耐碱性、耐热性和耐候性。

2.5 硅烷偶联剂微胶囊在JS防水涂料中的储存稳定性

为了验证硅烷偶联剂微胶囊在JS防水涂料中的储存稳定性, 本研究将JS防水涂料的两个组分分别置于50℃的烘箱中进行加速储存试验, 每隔一周取出一定的液体组分和固体组分进行混合, 测定所得涂膜的拉伸强度和断裂伸长率。对比了添加硅烷偶联剂到聚合物乳液中和添加硅烷偶联剂微胶囊到固体组分中这两种情况下涂膜性能的稳定性, 结果见图10—11。由图10—11可以看出, 随着高温储存时间的变长, 乳液添加组涂膜的拉伸强度和断裂伸长率不断减小, 而微胶囊添加组涂膜的拉伸强度和断裂伸长率均很稳定。这说明硅烷偶联剂微胶囊的储存稳定性良好, 在长期储存后仍然能有效发挥作用。当硅烷偶联剂被直接添加到聚合物乳液中后, 在乳液中就会发生水解和缩合反应, 破坏乳液的稳定性。而硅烷偶联剂微胶囊由于壁材的保护作用, 在储存期间与周围的环境隔离开来, 避免了硅烷偶联剂对JS防水涂料中其他组分的影响, 在使用时壁材在水的作用下溶解释放出硅烷偶联剂。因此, 本研究制备的硅烷偶联剂微胶囊很好地实现了对芯材硅烷偶联剂的保护和控释。

3 结论

硅烷防水剂篇5

建筑外保温是建筑节能的一个重要方面,而聚合物保温砂浆则是一种较为理想的外保温材料[1]。聚合物保温砂浆是指以玻化微珠为主要保温轻骨料、水泥为胶凝材料、聚丙烯纤维为增强抗裂材料并添加各种特殊聚合物外加剂制成的建筑外墙保温砂浆材料。它具有抗压强度高、安全性好、无毒无污染、耐候性和保温隔热性能较好等优点。

外墙外保温系统是一种科学合理的保温形式,但由于外墙外保温技术复杂,施工难度大,安全要求严格,并且直接暴露于自然环境条件之下,易受风霜雨雪侵蚀,因此,对保温系统的耐候性、耐久性及安全可靠性都有较高的要求[2]。但目前传统的聚合物保温砂浆往往因吸水率高、线性收缩率大等缺陷,极易造成空鼓、开裂等问题,最后导致保温层失效,达不到建筑节能的要求,从而限制了聚合物保温砂浆外墙外保温系统的推广应用。文献[3-4]分别报道了保温砂浆防水性和憎水性的问题,但针对问题的角度不同。本文主要研究不同品牌有机硅烷类粉末及不同用量对聚合物保温砂浆各项性能的影响,并分析了保温砂浆不透水性和憎水型保温砂浆对抗裂层粘结的影响,为生产憎水型聚合物保温砂浆提供一定的参考依据。

憎水型聚合物保温砂浆应具备的优点:

(1)吸水率低,耐久性好;

(2)线性收缩率小,抗裂能力强,耐候;

(3)软化系数高,解决浸水的抗压强度,安全系数高。

目前市场上有各类有机硅憎水剂,其一般的使用形态有:有机硅树脂溶液或水乳液、有机硅烷类粉末。本文所使用的憎水剂为有机硅烷类粉末。这类有机硅烷类粉末憎水剂的特点是可以在砖石、混凝土、砂浆以各种涂层表面形成具有“呼吸性”的薄膜憎水屏障,从而赋予这些物体表面以显著的憎水性,对建筑物起到多方面的保护作用[5]。

1 试验部分

1.1 原材料

DS-007聚合物保温砂浆,双组份产品,浙江大森建筑节能科技有限公司产,胶粉料∶玻化微珠=1 kg∶5 L,符合DB33/T1054—2008《无机轻集料保温砂浆及系统技术规程》B型性能要求;憎水剂,4种进口有机硅烷类粉末憎水剂;玻化微珠,信阳产,基本性能见表1。

1.2 试验方法

胶粉料的制备:先加入DS-007胶粉料,根据配方加入不同牌号和不同量的有机硅烷类粉末憎水剂,慢速搅拌均匀。

保温砂浆浆料的制备:先称取水加入到行星式搅拌机中,边慢速搅拌边加入上面制备好的胶粉料,成为均匀的浆泥状后,再加入一定体积的玻化微珠,砂浆稠度控制在7.5~8.5 cm。

养护方法:试件成型后,用聚乙烯薄膜覆盖,在标准试验室温度条件下养护48 h后脱模,继续用聚乙烯薄膜覆盖养护至14 d,去掉薄膜养护至28 d。然后将试件放入(100±2)℃的烘箱中,烘干至恒重,取出放入干燥器中冷却至室温备用。

1.3 测试方法

干密度:按GB/T 5486.3—2001《无机硬质绝热制品试验方法密度、含水率及吸水率》进行测试。

抗压强度:检验干密度后的6个试样,按GB/T 5486.2—2001《无机硬质绝热制品试验方法力学性能》进行试验,取检测值的4个中间值计算算术平均值作为抗压强度值。

软化系数:按GB/T 20473—2006《建筑保温砂浆》中第6.8节的规定进行试验。软化系数ψ按式(1)进行计算。

式中:f0———绝干状态下的抗压强度,k Pa;

f1———浸水后的抗压强度,k Pa。

导热系数:按GB/T 10294—2008《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法》进行测试。其中试验平均温度为25℃,冷热板温差为20℃。

拉伸粘结强度:按JG/T 24—2000《合成树脂乳液砂壁状建筑涂料》中第6.14.2条第1款的规定成型试样,其中保温砂浆试件尺寸为40 mm×40 mm×6 mm。测试时拉伸速度为(5±1)mm/min。

透水性试验:将300 mm×300 mm×30 mm保温砂浆试件置于水平状态,将卡斯通管放于试件的中心位置,用密封材料密封试件和玻璃试管间的缝隙,确保水不会从试件和玻璃试管间的缝隙渗出,往玻璃试管内注水,直至试管的0刻度,测试试样吸收3 m L水需要的时间。

抗裂层对保温砂浆的拉拔测试:将300 mm×300 mm×30mm保温砂浆试件置于水平状态,抹上3 mm厚抗裂砂浆,抗裂层尺寸为40 mm×40 mm,用聚乙烯薄膜覆盖养护至14 d,去掉薄膜养护至28 d。养护至27 d时,用双组份环氧树脂粘结上钢质上夹具,放置24 h。测试时拉伸速度为(5±1)mm/min。

2 试验结果与讨论

2.1 憎水剂对保温砂浆需水量的影响

需水量指保温砂浆中每kg胶粉料所需要掺加水的质量,测试结果见图1。

从图1可以看出,憎水剂的添加,可以降低保温砂浆的需水量,并且随着憎水剂添加量的上升,需水量整体呈下降趋势,不同品牌的憎水剂对保温砂浆需水量的改变有一定的区别。添加量在0~0.2%时下降幅度较大,超过0.2%以后趋缓。说明有机硅烷类粉末能在保温砂浆的孔壁表面形成1层憎水膜,降低保温砂浆因多孔性而导致的吸水率高。图1中4#憎水剂对保温砂浆需水量的改变较特殊,添加量在0~0.1%时下降明显,但随着用量的上升,又恢复到空白样一样的需水量,说明它未能较好地在孔壁表面形成憎水膜,憎水效果差。2#憎水剂对保温砂浆需水量的改变最明显,它的有机硅含量稍比其它3种高,说明有机硅含量的高低对需水量的影响比较大。

2.2 憎水剂对保温砂浆干密度的影响(见图2)

从图2可以看出,随着憎水剂添加量的上升,保温砂浆的干密度明显呈增大趋势。4#憎水性差,保温砂浆需水量改变少,它的干密度改变也小,说明憎水剂的憎水性能与干密度存在一定的关系。

2.3 憎水剂对保温砂浆抗压强度的影响(见图3)

从图3可以看出,憎水剂的添加量在0~0.1%时,保温砂浆的抗压强度明显上升,在0.1%~0.25%时抗压强度的变化趋缓。这说明憎水剂的加入使得保温砂浆成型时的密实度增加,从而提高其抗压强度。

2.4 憎水剂对保温砂浆软化系数的影响(见图4)

从图4可以看出,憎水剂的添加量在0~0.15%时,砂浆的软化系数明显上升,2#憎水剂对保温砂浆软化系数影响最大。说明有机硅烷粉末在保温砂浆的孔壁表面形成憎水膜,膜的外向为有机基团,可使作用于其表面的水分子内聚力大于水分子与材料间的作用力,从而产生疏水作用,所以使得保温砂浆抗压试件浸水抗压强度变化很小,软化系数上升。

但不同的憎水剂和不同的掺量,其疏水作用效果不同。2#憎水剂的疏水效果好,所以软化系数就高。

2.5 憎水剂对保温砂浆导热系数的影响(见图5)

从图5可以看出,不同憎水剂及掺量对保温砂浆导热系数的影响规律与干密度变化(见图2)非常相似,随着憎水剂添加量的上升,保温砂浆的导热系数明显呈增大趋势。这说明硬化试件的干密度增大,导热系数也相应变大,保温砂浆的保温隔热性能下降。所以,生产憎水型聚合物保温砂浆时,为使干密度、导热系数满足标准要求,应注意调整胶粉料与玻化微珠的比例和憎水剂的掺量。

2.6 憎水剂对保温砂浆拉伸粘结强度的影响(见图6)

从图6可以看出,憎水性相对较好的1#与2#憎水剂,随着憎水剂添加量的上升,保温砂浆的拉伸粘结强度明显呈增大趋势。3#与4#憎水剂变化不是很明显。说明保温砂浆的拉伸粘结强度与憎水剂的憎水性和添加量有较大的关系。

2.7 憎水剂对保温砂浆透水性的影响(见图7)

从图7可以看出,憎水剂的加入,可以明显改善保温砂浆的不透水性。添加量在0.10%~0.20%,上升幅度尤其明显。1#与2#憎水剂对提高保温砂浆的不透水性效果明显好于3#和4#。这说明不同憎水剂的憎水效果不同,对聚合物保温砂浆的憎水性影响很大,所以,需针对各自的配方,通过实验才能确定合适的憎水剂来调整憎水型聚合物保温砂浆的配方。

2.8 憎水型聚合物保温砂浆对抗裂层粘结性能的影响(见图8)

从图8可以看出,憎水剂的加入,会明显降低抗裂层与保温层的粘结性能,并且憎水性越好,对抗裂层的粘结性能影响越大。因此,生产憎水型聚合物保温砂浆时,应考虑施工现场系统拉拔测试,控制好憎水剂的添加量。

4 结语

(1)憎水剂的加入使聚合物保温砂浆的干密度、导热系数上升,这是负面影响,很可能会导致产品不符合标准要求。

(2)憎水剂的加入使聚合物保温砂浆的拉伸粘结强度、抗压强度、软化系数有不同程度的提高。

(3)加入合适的憎水剂使聚合物保温砂浆的不透水性明显改善。

(4)憎水剂的加入会影响抗裂层对保温层的粘结,考虑到现场拉拔测试验收,憎水剂的加入量要适当控制。实验表明添加0.15%~0.20%的憎水剂即可得到综合性能较佳的聚合物保温砂浆。

摘要：研究了不同品牌和不同掺量的有机硅烷类粉末憎水剂对聚合物保温砂浆性能的影响。实验结果表明,憎水剂的掺入,可提高聚合物保温砂浆的干密度、抗压强度、软化系数、导热系数和拉伸粘结强度,并且能明显改善聚合物保温砂浆的不透水性能,但影响抗裂层对保温层的粘结。

关键词：聚合物保温砂浆,憎水剂,性能

参考文献

[1]李丽梅.聚合物保温砂浆的性质与施工研究[J].黑龙江科技信息,2008,27:305.

[2]黄振利.外墙外保温技术百问[M].北京:中国建筑工业出版社,2007.