一种氟烷基改性复合型有机硅防水剂及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于防水剂领域，特别设及一种氣烷基改性复合型有机娃防水剂及其制备 方法和应用。
【背景技术】
[0002] 混凝±结构长期暴露于空气中或浸泡于水中，容易吸收水分及水分带来的有害物 质而发生腐蚀，从而影响其使用寿命，因此对混凝±表面进行防护显得尤为必要。渗透型娃 烧防护剂具有表面处理简单、渗透力强、抗氧化、防紫外线、表面不易磨损等突出优势，同时 不完全密封混凝±表面的孔隙，使用寿命可达35年W上，具有极好的应用前景，为新型环 保产品。用作防水剂的硅烷主要是长碳链烷基硅氧烷，通常是指碳原子数n>8的直链烷基 硅氧烷。但是目前开发的硅烷防水剂均为液体状渗透型防护剂，其存在着施工时易于发生 流动、挥发性大、环境污染严重等缺点，从而降低了渗透深度，削弱了防护效果。另外，烷基 硅氧烷是疏水基团，若使用长碳链烷基硅氧烷，产品的防水性能虽好，碳链与混凝±表面的 亲和性是相反的，硅氧烷的碳链越长，其在混凝±表面所受到的向外的毛细管作用力越强， 也就越难渗透；若使用短碳链烷基硅氧烷，产品的渗透性和耐候性虽好，但是由于所含甲基 和亚甲基较少，防水效果较差。如果将二者进行适当的渗杂，则能达到耐水性和渗透深度的 兼顾。但是，由于长碳链烷基的疏水性有限，即使达到较高的渗透深度，依然难W使混凝± 表面达到超疏水效果，如果对硅氧烷进行含氣改性，将含氣基团引入混凝±表面，则即使是 在较低的渗透深度，依然可W使混凝±表面达到超疏水效果。
[0003]乳液型有机娃防水剂主要有W下品种：一是甲基含氨硅油乳液，由于含有与娃直 接相连的氨原子，其具有较高的反应活性，易与径基等活性基团反应，形成网状防水膜；二 是径基硅油乳液，径基硅油乳液可用径基硅油直接乳化或乳液聚合制得；=是烷基硅氧烷 乳液，该产品含有烷氧基，遇到娃酸盐基材的径基时，易发生交联，产生网状憎水性硅氧烷 膜，但是乳液的稳定性一直是难W解决的关键问题；四是膏体，具有触变性、不流涧性，通过 无气喷涂或刷涂，渗透型硅烷防护膏体能在混凝±表面形成一层膏状物，可W长时间停留 在混凝±表面，延长渗透时间。因此，若结合第S种和第四种防护剂的优点，制备一种硅烷 膏体型防护剂，则一方面能够解决液体型硅烷防护剂渗透深度低的缺陷，另一方面能够解 决乳液型防护剂的乳液稳定性问题，不失为一种新型的有机娃防水剂。
[0004]中国专利公开文本CN1214353A和CN101580356A的产品全部都是单一种类的烷基 =乙氧基硅烷防水剂，没有采用不同碳链长度的硅烷进行复配，同时也都是乳液型的产品， 从而在渗透深度和疏水性两项性能上很难达到兼顾。
【发明内容】
[0005]为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种氣烷基改 性复合型有机娃防水剂。
[0006] 本发明另一目的在于提供上述氣烷基改性复合型有机娃防水剂的制备方法。
[0007] 本发明再一目的在于提供上述氣烷基改性复合型有机娃防水剂在混凝±、砖块、 砂浆等防水和玻璃防污等方面的应用。
[0008] 本发明的目的通过下述方案实现：
[0009] -种氣烷基改性复合型有机娃防水剂，由W下质量百分数的原料制备得到：短碳 链烷基硅氧烷10~15% ;长碳链烷基硅氧烷10~15% ;氣烷基硅氧烷40~45% ;复合乳 化剂2~3% ;聚乙締醇2~5% ;硅烷偶联剂1~5% ;硫酸侣1~3% ;其余为水；上述原 料的质量百分数之和为100%。
[0010] 使用两种或者两种W上的不同碳链的烷基硅氧烷作为主要成分，同时渗杂含氣烧 基硅氧烷，不仅可W大大的提高产品的防水性能，而且还能保持很好的渗透性和耐候性，产 品的综合性能得到大大提升。
[0011] 所述的短碳链烷基硅氧烷为正下基=甲氧（乙氧）基硅烷、正己基=甲氧（乙氧） 基硅烷和正辛基=甲氧（乙氧）基硅烷中的至少一种。
[0012] 所述的长碳链烷基硅氧烷为正癸基=甲氧（乙氧）基硅烷、正十二烷基=甲氧 (乙氧）基硅烷、正十四烷基=甲氧（乙氧）基硅烷、正十六烷基=甲氧（乙氧）基硅烷和 正十八烷基=甲氧（乙氧）基硅烷中的至少一种。
[0013] 所述的氣烷基硅氧烷为十=氣辛基=甲氧（乙氧）基硅烷、十五氣壬基=甲氧 (乙氧）基硅烷、十屯氣癸基=甲氧（乙氧）基硅烷和全氣辛横酷氨丙基=甲氧（乙氧）基 硅烷中的至少一种。
[0014]所述的复合乳化剂由十二烷基横酸钢、Span-20、Tween-80、Gransu;rf61、 Gransu计71和Gransu计77中的至少两种复配得到，优选为两种复配。
[0015] 所用复合乳化剂中的两种乳化剂的质量比优选为1:3~3:1，更优选为1:1。复合 乳化剂的使用能提高膏体的稳定性。
[0016]所述硅烷偶联剂为丫 -氨丙基=乙氧基硅烷（KH-550)、丫 -缩水甘油酸氧丙基= 甲氧基硅烷（KH-560)、丫 -甲基丙締酷氧丙基S甲氧基硅烷（KH-570)、丫-琉丙基S乙氧基 硅烷（KH-580)和丫-琉丙基S甲氧基硅烷（KH-590)中的至少一种。
[0017] 本发明还提供了一种上述氣烷基改性复合型有机娃防水剂的制备方法，包括W下 步骤：
[0018](1)将部分复合乳化剂、聚乙締醇、硅烷偶联剂和硫酸侣溶解于部分水中，揽拌形 成0/W型乳液A;
[0019] (2)将剩下的复合乳化剂、短碳链烷基硅氧烷、长碳链烷基硅氧烷和氣烷基硅氧烷 加入到剩下的水中，揽拌形成W/0型乳液B;
[0020] 做将乳液B滴入乳液A中，边滴加边揽拌，滴加完毕后加入抑调节剂，调节体系 的抑值为3~6,再继续揽拌，得氣烷基改性W/0/W型复合型有机娃防水剂。
[0021] 使用外乳化法制备W/0/W型乳液膏体，有效解决了防水剂的稳定性问题，同时保 证了防水剂在膜的表面的润湿和渗透。
[0022] 本发明采用的聚乙締醇广泛应用于建筑砂浆添加剂等，具有润湿作用，同时有利 于提高复合型防水剂的稳定性，为进一步实现本发明目的，优选的，步骤（1)中所述的聚乙 締醇水解度为88~99 %，聚合度n为1700~2500。
[0023] 步骤（1)中的部分复合乳化剂优选占复合乳化剂总质量的40~60 %。
[0024]步骤（1)所述的水优选使用溫度为50~70°C的去离子水。
[00巧]步骤（1)中所述的部分水优选占总水质量的60~80%。
[002引步骤（1)和步骤似中所述的揽拌均优选指揽拌速度为1000~300化/min。
[0027] 步骤做中所述的边滴加边揽拌优选指用蠕动累W1~lOmL/min的速度滴加，同 时W5000~6000r/min的速度揽拌。
[0028] 步骤（3)中的所述的抑调节剂为憐酸、棚酸、盐酸和硝酸中的一种。
[002引步骤做中所述的继续揽拌是指在1000~30(K)r/min的揽拌速度下揽拌5~ 15min。
[0030] 为了更好地实现本发明，当步骤（3)中开始有膏状形成时，可使用冰水浴及时移 走热量。
[0031] 本发明还提供了上述氣烷基改性复合型有机娃防水剂在混凝±、砖块、砂浆等防 水和玻璃防污等领域中的应用。
[003引本发明的机理为：
[0033] 水的表面张力在所有液体中最大，20°C时的表面张力约为72.8mN/m，而含氣物质 的表面张力一般极低，一般低于20mN/m，因此，二者的相容性极差，很难将含氣物质分散于 水中形成稳定的乳液。本发明先将含氣烷基硅氧烷和烷基硅氧烷与水形成W/0乳液，然后 将W/0乳液分散于0/W乳液中，形成W/0/W乳液，避免了直接将含氣物质分散于水中形成0/ W乳液，从而有效解决了相容性和稳定性的问题。
[0034] 根据Bancroft溶解度规则，油水两相中，对乳化剂溶解度大的一相会成为外相。 溶解度大表示乳化剂与该相的相容性好，相应的其界面张力必然较低，体系的稳定性好，因 此易溶于水的乳化剂易形成0/W乳状液，且当HLB值大于13时，乳化剂分散于水中时形成 的是透明溶液。本发明所使用的复合乳化剂在水中均具有极好的溶解性，在上述乳化剂水 溶液中，乳化剂W溶解形式存在，在乳化剂油溶液中乳化剂W亲水基向内，亲油基向外的胶 束形式存在。因此，当将乳化剂油溶液滴加到乳化剂水溶液中时，高速剪切，油滴被分散为 纳米级的颗粒，开始时，油溶液量较少，水中乳化剂迅速将亲油基插入油滴，亲水基向外，油 滴中的乳化剂也迅速反转，亲油基向内，亲水基向外，形成0/W乳液。随着油的加入量越来 越多，剪切形成的小油滴乳液颗粒也越来越多，Ostwald从纯几何学的观点提出相体积理 论，假设乳状液的液珠是大小相同的刚性圆球，在最密堆积时，液珠的相体积分数只能占总 体积的74. 02%，若液珠的相体积分数大于74. 02%，乳状液就会发生变形或者破坏。根据 配方，本发明中0/W乳液A中水的使用量是远低于30 %的，而剩下的水被包裹在W/0乳液 内，因此此时W/0/W乳液中，油相的体积百分比远超于74. 02 %，因此理论上存在相反转形 成W/0乳液的可能。但是由于乳化剂极强的亲水性、润湿性W及亲油链段与硅氧烷极好的 相容性，胶束界面具有极好的稳定性，而油相粒子具有极好的弹性，粒子不会被破坏，而是 被不断挤压，变形，体积变小，胶束之间空隙几乎消失，从而体系粘度急剧增大，此时相反转 无法完成，而是形成了W/0/W型膏体。
[0035] 本发明采用短碳链和长碳链的烷基硅氧烷复配使用，形成一种复合