一种新型耐候抗刮擦超疏水有机硅防水剂及其制备方法与流程

本发明属于有机硅防水材料，具体涉及一种能使建筑基材表面超疏水且耐候抗刮擦的新型有机硅防水剂，以及该防水剂的制备方法。

背景技术：

1、超疏水材料是指水滴在材料表面接触角大于150°，滚动角小于10°的材料。由于其特殊的表面微观结构，超疏水材料除了具有超强的拒水能力，往往同时还具有自清洁、表面防污、防结冰、抗腐蚀、减阻性等特性。因此，超疏水防水剂在建筑防水材料中是一种高性能、高功能性、高增值性产品。

2、由于超疏水材料的形成需要两个不可或缺的因素，一是需要降低基材表面能的材料，二是需要在基材表面构建微观纳米结构。在实际的应用当中，考虑到环境侵蚀、化学腐蚀、机械磨损、紫外线老化等因素的影响，基材表面的超疏水涂层很容易被磨损掉低表面能组分或微观纳米结构被破坏，最终导致超疏水性能的减弱乃至丧失。

3、目前主流的超疏水构建方法有溶胶凝胶法、自组装法、化学气相沉淀法、刻蚀法、共混法等，但超疏水涂层的制备成本、制备工艺的难易程度、涂层的机械和化学稳定性等问题依旧是亟待解决的难题，如现有专利cn117844370a一种用于超高性能混凝土板材的有机硅防水剂及制备方法中能够实现长时间的抗水效果，但其涂层的机械性能及耐候性能等稳定性方面仍然有待进一步提升。因此，开发一种能使建筑基材表面超疏水且耐候抗刮擦的新型有机硅防水剂具有重要意义及应用潜力。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种能使建筑基材表面超疏水且耐候抗刮擦的新型有机硅防水剂以及该防水剂的制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明提供了一种新型耐候抗刮擦超疏水有机硅防水剂，所述防水剂以重量份计包括：羟基硅油1～10份、乙烯基硅油1～10份、氨基硅油1～5份、第一硅烷偶联剂1～3份、第二硅烷偶联剂1～5份、纳米白炭黑1～3份、溶剂80～100份、催化剂0.001～1份；其中，所述第一硅烷偶联剂为带有巯基官能团的巯基硅烷偶联剂。

4、优选的，所述的防水剂包括a组分和b组分，所述a组分以重量份计包括：羟基硅油1～10份、乙烯基硅油1～10份、氨基硅油1～5份、第一硅烷偶联剂1～3份、第二硅烷偶联剂1～5份、纳米白炭黑1～3份；所述b组分以重量份计包括：催化剂0.001～1份。

5、优选的，羟基硅油粘度范围为50～1000cst。

6、优选的，乙烯基硅油粘度范围为50～1000cst，乙烯基含量为0.3％～1％。

7、优选的，氨基硅油粘度范围为10～500cst，氨值在0.1～1.0mmol/g。

8、优选的，第一硅烷偶联剂为γ-巯丙基三乙氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷等带有巯基官能团的巯基硅烷偶联剂的至少一种。

9、优选的，纳米白炭黑为亲水气相白炭黑，粒径范围为10～200纳米。

10、优选的，第二硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、正辛基三乙氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷中的至少一种。

11、优选的，催化剂为偶氮二异丁腈、过氧化二苯甲酰、安息香双甲醚、樟脑醌、噻吨酮、二苯甲酮及其衍生物、四丁基溴化铵中的至少一种。

12、本发明还提供一种上述任一种所述新型耐候抗刮擦超疏水有机硅防水剂的制备方法，包括下述步骤：

13、步骤1.室温下，将羟基硅油、乙烯基硅油、氨基硅油、第一硅烷偶联剂加入反应容器中，室温搅拌混合均匀，得到混合硅油；

14、步骤2.将纳米白炭黑向混合硅油中加入，搅拌混合均匀成膏体；

15、步骤3.加热反应容器，搅拌反应熟化膏体；

16、步骤4.向步骤3的膏体加入第二硅烷偶联剂，搅拌混合均匀；

17、步骤5.向步骤4的膏体加入有机溶剂，搅拌稀释后得到有机硅防水剂a组分；

18、步骤6.将催化剂稀释于有机溶剂中得到有机硅防水剂b组分。

19、优选的，所述的耐候抗刮擦超疏水有机硅防水剂由包括以下重量份的组分制成：羟基硅油1～10份、乙烯基硅油1～10份、氨基硅油1～5份、第一硅烷偶联剂1～3份、第二硅烷偶联剂b 1～5份、纳米白炭黑1～3份、有机溶剂80～100份、催化剂0.001～1份。

20、优选的，步骤2中的纳米白炭黑分批加入混合硅油中，更优选分3-5批加入，更利于混合均匀。

21、优选的，步骤3中的加热温度为40～80℃，时间为2～8小时。

22、优选的，步骤5中的有机溶剂为乙醇、异丙醇、正己烷、环己烷、正庚烷、石油醚、120号汽油、d60、乙酸乙酯、乙酸丁酯中的至少一种。

23、优选的，步骤5中使用溶剂稀释膏体时，溶剂与膏体的质量比为5～15:1，更优选的稀释时间为30～60分钟，进一步保证稀释均匀。

24、优选的，步骤6中的有机溶剂为乙醇、异丙醇、正己烷、环己烷、正庚烷、石油醚、120号汽油、d60、乙酸乙酯、乙酸丁酯中的至少一种，更优选溶剂与步骤5的溶剂一致。

25、优选的，步骤6中使用溶剂稀释催化剂时，溶剂与催化剂的质量比为5:1至10:1，更优选的稀释时间为10～30分钟，进一步保证稀释均匀。

26、本发明有机硅防水剂的应用方法，包括准备重量份数比例15～25:1的上述有机硅防水剂a组分及b组分，将有机硅防水剂a组分和b组分搅拌混合均匀，再用混合防水剂对建筑基材表面进行处理。

27、本发明技术方案中，使用羟基硅油、氨基硅油、乙烯基硅油可以作为低表面能材料作用于建筑基材表面，在基材表面形成一层低表面能的有机硅拒水膜，而且由于亲水纳米白炭黑和建筑基材表面上存在大量羟基，可以通过第一硅烷偶联剂和第二硅烷偶联剂与白炭黑、羟基硅油和基材表面反应，对白炭黑进行修饰改性，起到固定纳米白炭黑的作用，纳米白炭黑被均匀固定在基材上，改变基材表面的微观纳米结构，使基材表面能够达到超疏水的效果。

28、本发明技术方案中，步骤1中的第一硅烷偶联剂巯基硅烷偶联剂可以与步骤2中的亲水白炭黑经步骤3加热熟化反应，使偶联剂的烷氧基一端与亲水白炭黑的羟基缩合连接，起到修饰改性亲水白炭黑的作用，如图1所示。巯基硅烷偶联剂步骤1时加入，保证在步骤3的过程中第一硅烷偶联剂优先缩合到亲水白炭黑上，不会与步骤4的第二硅烷偶联剂存在竞争反应。

29、本发明技术方案中，步骤4中的第二硅烷偶联剂对步骤2中亲水白炭黑进行充分的修饰，保证对亲水白炭黑的完全疏水改性。

30、本发明技术方案中，有机硅防水剂组分a和组分b混合后，在组分b催化剂作用下，组分a中的乙烯基硅油的烯烃和经第一硅烷偶联剂巯基硅烷偶联剂修饰的改性纳米白炭黑的巯基会迅速发生“click反应”成键，如图2所示。由于含巯基偶联剂一端的烷氧基与白炭黑连接，一端的巯基与乙烯基硅油成键，使得白炭黑与硅油连接，基材表面的纳米微观结构更加牢固，宏观上表现为防水剂的耐候抗刮擦性能极大增强。同时，本发明将组分a和组分b分开放置，在使用前将其进行混合，能够有效防止混合后放置较长时间导致的混合溶液分层，从而更利于长久保存。

31、本发明技术方案中，使用50～1000cst粘度范围的羟基硅油、50～1000cst粘度范围的乙烯基硅油以及10～500cst的氨基硅油，选用此粘度范围的硅油利于纳米白炭黑均匀稳定分散于硅油膏中，保证亲水纳米白炭黑与硅烷偶联剂的充分反应，也保证膏体稀释后的稳定性。

32、本发明技术方案中，加热熟化的过程能够使硅油硅烷和白炭黑进行预反应，对亲水白炭黑进行疏水性修饰改性，同时稳定膏体理化性质，降低膏体粘度，使膏体更易被有机溶剂稀释，提升膏体稀释后的稳定性，保证防水剂长期存放的均一稳定。

33、与现有技术相比，本发明的优点和有益效果在于：与现有防水剂产品相比，本发明的有机硅防水剂应用于建筑基材表面后，能够迅速发生反应，迅速使基材表面具有超疏水效果，且具有优秀的耐候抗刮擦性能，表现出长时间的拒水能力，具备优异的机械稳定性(抗刮擦)、化学稳定性(防酸碱)、热稳定性(耐高温)、防结冰性能。本发明防水剂应用范围广，还可表涂于石材、木材、混凝土基材、高性能混凝土板、水泥纤维板等建筑材料。且本发明的防水剂性状稳定，成本低廉，易于长期储存，具有优秀的存储稳定性。同时本发明防水剂制备方法使用简单廉价的工业原料，生产过程经济高效，生产工艺操作简单，生产能耗低，生产设备要求低，易于规模化工业生产。