水溶性有机硅防水剂及应用
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水溶性有机硅防水剂及应用
游
孟松
(
蓝星星火化工
厂工
贸公司
江西
省永修县330319
)
有机硅材料
以其独特优异的性能和多种多样的
产品形态作为基础材料改性材料或辅
助
材料被广泛应
用于各产品业领域尤其在建筑
电子电气纺织通讯汽车日
化行
业中已
拥有
不可替代
的地位自20世纪40年代美国GE
公司的Roch
ow
发明直接法生产
甲基氯硅烷(CH
户nsiCI
;n(n=0
礴)以来
发展
至今全球甲基氯硅烷
质量已超过160万吨/
年
有机硅材料年销售额实现80亿美元
国内市场
对有机硅材料的需求近十年平均增长率高达
35%
其应用领域的大概构成是:
建筑30%
电了
电气20
%纺织20%轻工10%
化工
10%
其它
10%在建筑行业中以橡胶
形态
用作各类
用途的密封剂;
以液态形式(
包括
乳液)
用作防水剂改性涂料和建材
添加剂
后者又分为水溶
型和溶剂
型两种从结构
上则
可分为烷基硅醇盐硅烷硅树脂溶液硅树
脂乳液或微粉有机硅材料以
其优异的疏水性
透气性耐候性与绝大多数建材亲合性
及生理惰性成为建筑防水剂与添加剂的首选品种
江西星火狮达科技有
限公司生产
的有机硅
防水系列产品有:
水溶性:
FS101FS-102FS106
202
乳液美加涂
水獭
居家
乐硅丙乳液
硅丙内外墙涂料;
溶剂
型:
含氢硅油有机
硅透明树脂;
密封剂:
硅酮密封胶本文仅就水溶性
防水剂作一
论述
一
吸水吸潮对建材的损害
大多数硅酸盐建筑材料或多或少都
是多孔性的是较好的绝热体并容许气体交换
室
内的
湿气
通常
以蒸汽相通过孔隙的毛细管作
用传递到外面但同时也存在一
个天然的缺陷
即
遭受外界的浸湿就会发生液体向内渗透
当建材的孔隙被水充满水的蒸发就相当慢
长期受浸湿
将导致
建筑
物的潮湿损坏
1
墙体受潮
后失去隔热保温性
能;
2
水使砖石建筑所含有的水溶性
盐被溶解并在干燥
过程中渗
至外部结晶后这些
盐
形成白色的或带色覆
盖层即风化起
盐霜在
很严重的
情况下整个微孔结构会被风化盐所
毁坏;
3
没有
形成碳酸盐的石灰
同样被迁移到表
面立即与大气中的C02
反应
生成
不溶性
碳酸钙即石灰腐蚀;
4
微孔中的水在结冰时体
积膨胀10%
在微孔结构中产生巨大的压力
对建材造成
开裂损坏
5
墙壁涂
层粘结力降低内墙
外墙形成潮湿碎片
6
容易生长苔醉地衣及霉菌;
7
泡胀与干燥过程交替的
高应力导致裂缝产生并使
吸湿能力进一步增加
及至
钢
筋锈蚀破坏强度;
8
水夹带的污染物和灰尘使建筑物受脏污;
9
由于大气中含硫废气(502503)
的量惊人地增长形成的酸
雨对选材
和粘结剂产
生化学腐蚀;
防止潮湿由外面进入同时不抑制内部
形成的湿气向外
转移保持建材的透气性是
至关
重要的通常用作防水剂的涂料油膏沥青等
是通过堵塞建材
的孔眼
以抗拒外面水份的
侵
入由于
小孔被堵塞造成墙体不
透气当水份从建材的孔隙排出时能冲破
上述涂
层
使涂
层受损防水性降低;
同时这些涂
层长期暴露在外界环境中容
易老化
乃至剥落
二
制备与防水
机理
有机硅是由石英衍生的合成材
料即由二
氧化硅出发经碳高温
还原为单质硅硅与
氧
甲烷在
铜催化下
反应生成甲
基氯硅烷混合物(
如
用氯乙烷则生成乙基氯硅烷)
俗称有机硅
单
基单体
CCH3CI
。_
一一一补_
一
—一
一卜_
_~_
_____
__
__~
5
102一51rDH3SIC13(CH
3):SIV12(CH
3)35
泥lCH3SIHCISICI;
等
高温Cu
催化
混
合质物经分馏分离并提纯再经各种反
应制备成结构形态性能用途各异的有机硅材
料但绝大多数在结构上有一
个共同点即在分子主链结构上均具有
〔S
卜O
〕链
节硅原子上还连接有机基
水溶性有机硅建筑防水剂的主要成份是甲基(
或乙基)
硅酸钠(
或钾)
溶液它是用
纯度95%
以上的甲
基三氯硅烷
(5%
的二甲
基二
氯硅烷为主)
在大量水中水解产生
的沉淀
物过滤并用水洗涤
至中性得
甲基硅酸中间体
再与NaOH
水溶液
混合加热90
刁5℃
约2
小时然
后加水过滤得到
甲基硅酸钠溶液其中Na0H
与Si
的比
例影响水溶性
CI
H:0OH
NaOHO
H
CH
厂S
卜C卜一
一
争(
CH3
一51
一OH
卜一一
卜CH3
一51
一ONa
CI
OHO
H
质物实际
上是具有3
巧个硅原子的水溶性聚合物也可以采
用甲
基氯硅烷混合物分馏
所得的残液为原料与Na
0H
反
应但稠度
不易控制;
如果采
用纯度达9%
以上的甲基三氯
硅烷为原料则产品具有更稳定的性能
甲
基硅酸钠
易被弱酸分解当遇到空气中的二
氧化碳
和水时会分解成甲
基硅酸并
生
成碳酸钠甲
基硅酸很快地聚合成聚
甲基硅氧烷文表示如下:
CH3
一51
一O
Na
+COZ+H20一一粉
0H0H
(CH
厂S
卜OH)
+NaZCO3(
被
雨水冲走)
0H
eH3
专CH3CH3
CH3
一51
一O
一51
,0
一51
一O
一51
一O
一
00OHOH
CH
3
一51
一0
一51
一CH3
0H0
硅酸基的化学性质活
泼当防水剂涂
于硅酸盐建材表面上时它与材料表
面的游离
轻
基(
这些轻基也可看
成是硅酸基)
发
生化学
反应
形成材料表
面与防水剂
之间的化学链连接
并使建材表面结构与有机硅树脂相同表面张力降低到硅树脂表面张力的水平涂
层分子中
的
CH3CH3C
H3
\}
51
/\
OO叮_,O
{O
一~
、
、、s’i/2一lS
/
{
O
051051051051
(基
材)
甲
基朝向外面它的氢
原子
与水的氢原子相互排斥使水分子
难与水的氧接近形成
了一
个以甲基据的相界面产生了憎水的效果(
见图l)
固体表面沾水与否取决于水与固体表面形成的接触角(
见图2)接触角e
的大
小是在
实践中有
重要性
的表面疏水性的一种量度根据杨氏
(youn
g)
方
程:
气休液体
卜
固体
图2
A=
6
,(1+cose)
粘
附功A(
从固体表
面除
去液体所必
需
的功)
与液
体表面张力6
,
及接触
e
相关
显示e
越大coso
越小粘附功A
越小即
液体
更易从固体表面脱落
2p
按
照毛细管作
用的关系
公式:H=
—COSe
dY
H
为液体在
毛细管
中上升的
高数:
6
为液体表面的张力;
d
为液体变化;
r
为毛细管半径;
e
接触角;
接触角e
越大cose
越
小H
越
小当接触角e
大
于90时H
为负值
毛细管的抽
吸作
用被消除甚
至产
生“
反毛细管作用”阻
止水进入要硅氧烷材
料表
面与水的接触角
较大甚
至可达到105
与石腊相近无论从粘
附功或毛细管作
用看都显
示了优良的憎
水的功效
有
机硅防水剂
的低表面张力和因此而来的扩展能力涂到多
孔性建材
上形成的簿膜能
分布到微孔的壁上而不会
封闭通道赋予建材憎水性并保持透气性(
测定水汽透过度表明
建材
用有机硅浸渍后其透气性仅降低5%
左
右)
由于抑制
了水在毛细管作
用下的迁移建材内部的盐也不会随水迁移到外部大大
地
降低了风化起盐霜
的程度预防风化对装饰
性建筑尤为
显得
主要污物颗粒也因对防水涂
层
的附着力
小侵
入深度较浅
而很容易被雨
水冲掉建材
的抗污性相应增强总之有效的防
水效
果收最大程度
地减缓潮湿损坏
由于要使51
一{链
和51
一0
链断裂所需的能量相当高防水剂中的硅
原子与砖石
表面
形成的si
一0
链强
度相当于硅酸盐分子
本身的Si
一0
链
强度从理
论
上说只
要施工
得当
僧水层寿命大体
上等
于基材
的寿命