具有减少的活性物质含量的疏水分散凝胶及其生产方法、以及其用于疏水化矿物材料的用图
【技术领域】
[0001] 本发明涉及具有减少的活性物质含量的疏水分散凝胶和用于生产该疏水分散凝 胶的方法，以及其用于疏水化矿物材料的用途。
【背景技术】
[0002] 水泥稳定材料，例如在混凝土建筑中可见的钢筋混凝土，根据其用途被暴露于各 种环境影响。对于这些材料的功能性和耐久性以及由其制造的组件和建筑物尤其重要的 是，抵御盐水溶液（例如除冰盐）的摄入。商业可得的除冰盐大部分由食盐或岩盐构成，即 氯化钠（NaCl)。使混凝土组分与这些氯化物水溶液接触的结果是，其通过毛细管吸力被传 输到材料边缘区中。如果氯化物到达钢筋，在某些条件下可能触发可导致失去稳定性的腐 蚀过程。
[0003] 为了防止这些传输过程，已知的是用硅有机化合物一所谓的烷基三烷氧基硅烷 (硅烷）进行材料边缘区的防水（疏水）。这导致水或溶于水中的电解质（例如除冰盐） 的浸渍效果。疏水化或疏水浸渍意指处理混凝土以产生防水边缘区。边缘区中的孔和毛细 管仅被装以衬里（line)但未填充。在混凝土的表面上形成未封闭的膜。在这种情况下外 观改变很少或根本未改变。
[0004] 在常规气候条件下，在水泥稳定材料的毛细管的内表面上形成水薄膜，或者用碱 性溶液（孔溶液）填充孔。未加稀释地或以水性体系的形式将硅烷涂布至材料表面。从那 里它们被传输至材料边缘区中（参见图1)。
[0005] 在传输过程中发生复杂的化学反应，原则上其可分为两部分步骤。在第一步中，发 生溶剂分解（水解），R*Si (OR) 3+H20 - R*Si (OH) 3+3R0H，这伴随着形成硅烷醇和醇，例如乙 醇（参见图2)。
[0006] 水溶性反应产物（硅烷醇、醇）通过硅烷/水膜界面迁移。由于它们的化学结构， 这些组分减小了界面张力并且因此也影响了硅烷的传输。这意味着化学反应影响传输，并 且传输通过形成局部平衡（反应性传输）影响化学反应。在第二步中，硅烷醇彼此反应或 与基本上构成水泥石的CSH凝胶（胶体形式的水合硅酸钙）的端OH基反应。这些反应导 致在水泥稳定材料的内表面上形成薄的疏水作用的有机硅树脂膜（聚硅氧烷）（参见图3)。
[0007] 整体疏水化是公认的对钢筋混凝土建筑物的有效的表面保护，这些建筑物受到 包含在其中的水分和污染物的压力（参见Regulations of the German Committee for Reinforced Concrete (DAfStb)DIN EN 1504-9Products and systems for the protection and maintenance of concrete supporting structures-definitions, requirements, q uality monitoring and assessment of conformity-Part 9:General principles for the application of products and systems ；German version EN 1504-9:2008,date published:2008-11，Beuth-Verlag，Berlin，DAfStb-Guideline-Protection and maintenance of concrete components (maintenance guideline)-Part I: General regulations and planning principles ；Part 2:Building products and application ； Part 3:Requirements for operations and monitoring of the design ；Part 4:Test methods，Beuth-Verlag，date published:2001-10, Beuth-Verlag，Berlin)〇
[0008] 疏水化的效率和耐久性主要取决于材料边缘区中的渗透深度和活性物质含量。二 者又由硅烷和多孔材料之间的接触时间或由反应性传输的进程确定。在基于未稀释的硅烷 (100%硅烷）的常规产品中，接触时间是非常短的，因为其作为低粘度液体在材料表面上 流下或者由于在实际条件（例如表面温度到达约70°C )下的高度挥发性而快速蒸发。在实 际应用中不能获得大于2mm的渗透深度（A. Gerdes, Transport and chemical reaction of silicon organic compounds in the concrete edge zone,Building Materials Report No 15, AEDIFICATIO VerlagjFreiburg i. B. , (2001)) 〇
[0009] 已知许多包括单独的或不同的通常包括聚合物、有机硅化合物的手段用于浸渍、 疏水化或深度疏水化多孔建筑材料、混凝土建筑和钢筋混凝土结构。这些手段以水乳液、 膏、凝胶或含有矿物增稠剂的组合物的形式存在。
[0010] 为了避免使用有机溶剂但同时减少活性物质（硅烷）的分数，开发了低粘度水系 统，所谓的乳液。例如，在欧洲专利EP 0 538 555 Bl中描述的乳液含有烷氧基硅烷、硅烷 表面活性剂、缓冲物质和可选地阴离子表面活性剂（Degussa)。这些低粘度乳液的缺点是 太短的接触时间或寿命，例如在垂直的建筑物表面或桥下部以及类似表面上。制剂中的活 性物质要求一定的时间以渗透到矿物建筑物材料表面下。乳液流掉或滴下过快或者通过蒸 发损失到周围环境中。通过研究也确认了乳液于片刻之后在新浇铸的混凝土中散开。水作 为溶剂过量存在，然后渗透到材料中并且阻断硅烷的孔隙。用各种制剂，尽管在实际条件下 重复应用也不能获得大于2mm的渗透深度，甚至在实验室的吸入实验中也不能（A. Gerdes und F.H.Wittmann,Hydrophobization of reinforced concrete - Part I!Transport and chemical reactions of silicon-organic compounds in the concrete edge zone, Int. Z. Bauinstandsetzen, 9, 41-64(2003))。除了小的渗透深度以外，发现进一步的缺点是仅获 得不充足的疏水性能。结果是必需重复过程。然而，在重复过程中，很难发生一些传输或没 有发生传输，因为水系统现存在于疏水表面上。这种后处理是昂贵的，而且还浪费有价值的 原料。
[0011] 随后开发了高粘度的含水系统以显著延长接触时间。这些产品之一是在欧洲专利 EP 1 154 971 Bl(Wacker AG)中公开的"膏"类。水性稳定的膏用于通过涂布其至矿物材 料的表面或使用其作为粘结剂（直接添加至新的砂浆）和建筑涂料中的底漆而使建筑材料 疏水化。用作膏的主要组分的是C1-C 2tl-烷基-C2-C6烷氧基硅烷、含有烷氧基的有机（聚） 硅氧烷、烷基聚乙二醇醚或聚乙烯醇作为非离子乳化剂和lwt%至95wt%的有机溶剂（例 如链烷、汽油烃、长链醇和醚）。此外，膏含有疏水的高度分散的硅酸作为添加剂。
[0012] 使用这种膏组合物的缺点是，活性物质组分的深度迁移太小。尤其是膏乳液趋 于在表面上过快地破碎，即，水相和有机相分开。这尤其适用于新材料，因为在这些新材 料中仍保持碱性。渗透的水具有至少部分阻塞孔隙的作用。这防止活性物质传输到材 料边缘区的更深的区域中，即，仅在少数情况中在实际条件下可获得>3mm的渗透深度。 根据实际经验，在此可涂布的最大量是400g/m 2,因为否则发生滑出。因此，深度迁移的 实际目标没有达到，尽管这种膏由于它们的稠度而具有更长的接触时间。然而，用其达 到3mm的渗透深度不足以防止盐溶液在非常高的应力（例如港口、桥梁建筑、地下车库） 下长期通过疏水的边缘区穿透，如研究（A.Gerdes和Z.Huang，On the application of hydrophobizations for the protection of "off-shore" structures, Int. Z. Bauinstan dsetzen, 9, 293-306 (2004))已显不。
[0013] 用高粘度的无水产品（"凝胶"）可获得4mm至6mm的更高的渗透深度。在欧洲专 利说明书EP 0 751 922 Bl(Karlsson)中描述了无水凝胶和尤其用疏水物质（硅烷/硅氧 烷、部分异丁基三乙氧基硅烷和乙醇作为极性溶剂）处理混凝土建筑的方法。
[0014] 凝胶状组合物由疏水物质、基本无溶剂的硅烷/硅氧烷和载体介质组成，载体介 质为具有溶胀性能的亲有机物质层-格矿物，例如膨润土或蒙脱石。由于毛细管活动，疏水 物质渗透到待处理的矿物材料中，而载体介质保留在表面上。由于更长的接触时间