改性有机硅防水剂研制

data-full-width-responsive="true"> 改性有机硅防水剂研制卫亚儒，宋学峰，何廷树，李红侠（西安建筑科技大学 建筑材料研究所，陕西 西安 710055）甲基硅酸醇盐是一种分子量较小的有机防水剂，能够在水及CO2 作用下缩合成三维交联网状甲基硅树脂防水膜。其羟基同混凝土发生缩和反应，从而与水泥基材牢固结合，而极具渗透力的非极性的有机基向外形成憎水层，或是通过渗入砂浆内部堵塞其毛细通道，提高砂浆抗渗能力。但是混凝土的其它性能并不会得到改善。丙烯酸酯类聚合物防水性能一般，但它能提高混凝土强度，改善工作性。而通过用丙烯酸对有机硅进行改性处理后的改性有机硅，不但综合了这两者的优点，更重要的是其防水效果更加优异。以往采用不饱和有机硅和丙烯酸酯合成的硅丙乳液，其反应中常出现大量凝胶，影响生产，工艺难以控制。本文通过丙烯酸酯来改性低成本的饱和键有机硅，具有成本低廉、能消除凝胶、工艺简单、效果良好、一步合成的优点。1 实验部分11 乳液合成所用原料及掺量丙烯酸酯 ：化学纯，10%~15% ；甲基硅酸醇盐：工业品，55%~60%；乳化剂OP-10 ：工业品，12%~ 15% ；十二烷基苯磺酸钠 ：工业品，03%~05%；去离子水：30%~40%。12 合成工艺合成反应在三口瓶中进行，采用无级调速电机搅拌，加热仪器为电子控温水浴加热，其合成步骤为 ：13 产品主要性质比重 ：098~101 ；外观 ：淡黄色透明液体；pH ：13~14；稳定性：静置30 d无沉淀、不分层；水珠效应 ：20℃下3 h保持滴加原状，直到蒸发不扩散，接触角起初为85。~ 9 0。。14 产品受检性能(1) 内掺试验：采用秦岭PO 425R 水泥，分别取掺量为水泥量的5%某有机硅产品和改性有机硅，以相同的扩展度为基准，做受检试块，受检参照JC474-1999。其性能指标如表1。(2) 外涂试验：取红柱石分别做基准，涂有机硅，涂改性有机硅试块，进行3 次涂层，参考48 h吸水率，其数值如表2。2 结果及讨论21 温度对乳液稳定性影响温度升高乳胶粒间碰撞几率增大，反应速率增大，但对乳液稳定不利。温度过高时，常导致破乳、乳液失稳、容易发生丙烯酸酯或丙烯酸的自聚。在乳化阶段取T=20~30℃与T=35~45℃两种温度进行实验。结果表明，在加入甲基硅酸醇盐后，温度越高乳液越过浊点（T=50℃左右）时越容易导致凝胶产生；而在低温情况下，乳液通过浊点后容易保持澄清。在后期聚合反应阶段，试验采用三种温度：T=55~60℃、T=60~65℃、T=70~75℃进行，结果表明：第一种情况下产品也够澄清，但静置2 d 后有少量分层，其原因是在此温度下反应不充分时间需要加长，以保证充分反应。而第二、第三种情况下产品均无分层、均匀，但接触角无明显差异。22 乳化剂种类、掺量的影响乳化剂种类、掺量不同直接影响聚合乳液的稳定性。其选取不仅要考虑乳液共聚体系的HLB 值，还与乳化剂本身的性质有关。根据试验条件，在相同的反应工艺中，以水珠效应(在水泥试块表面接触角大小)、泡沫含量、及静置两天后的凝胶量为标准，其试验结果如表3。其结果表明，采用OP-10能显著地提高乳液的稳定性，减少泡沫。但OP-10过多时，会导致大量泡沫产生，不利于传质、传热，容易引发自聚发应，导致胶凝产生。单纯采用SDBS时，由于其乳化剂分子覆盖面积较大，乳胶粒表面上的电荷密度变小，容易发生破乳，乳液稳定性下降。非离子与阴离子乳化剂相结合使用，不但加厚了乳胶粒表面水化层的厚度，还使得乳胶粒表面静电斥力增大，提高了乳液的稳定性，同时又有利于增溶。23 单体比例的影响单体掺量不同时对反应有很大的影响，当丙烯酸酯含量15% 时，其胶凝含量随丙烯酸酯的含量成正比增加。同时，比例不同还影响到产品接触角和水泥砂浆的坍落度，具体如表4。24 搅拌强度的影响搅拌的作用是分散单体、传质、传热。搅拌速度越高，则聚合物颗粒直径越小、分散效果越好。但在乳化反应阶段搅拌速度过大，足以破坏乳粒之间的静电势能与空间位能时，会产生诱导聚胶，乳胶粒会再次聚结，乳液失稳。因此在前期适当保持较高的转速可获得好的分散效果和乳化效果，后期为避免诱导聚胶的产生，可适当降低搅拌速度。试验结果表明：此反应前期的搅拌速度控制在400 r/min左右，后期聚合阶段保持在200 r/min 左右，可以取得良好的试验效果。3 机理探讨此反应生成的聚合物对于水泥砂浆及混凝土作用原理是：①甲基丙烯酸甲酯成膜韧性好、分子链较大，与水泥基材的粘附力强，还可以与钙、铝等金属离子形成胶体沉淀堵塞水化后留下的孔隙。②有机硅的憎水基团 CH3 较短、耐候性差，通过改性合成反应改善了有机硅的缺点，在水泥基材中形成了防、憎结合的复杂密实空间立体防水结构。③聚合产物进一步降低了有机硅的表面张力，较小的表面张力及乳化剂的引入有助于在砂浆、混凝土拌和时引入较多的细微气泡，这种作用不仅对于延缓水化反应、改善水泥浆体的和易性及提高砂浆、混凝土的强度有很大帮助，而且也使得有机硅的防水抗渗性能大大提高。4 结语通过用丙烯酸树脂对有机硅进行改性，可以提高有机硅的防水抗渗效果，提高水泥砂浆及混凝土的工作性，各项工作指标达到规范要求。西安生力公司应用于混凝土管道内涂，12 MPa，4 h未渗水，而未涂时此情况下07 MPa 下开始渗水。本实验工艺简单、实用性强、成本低。限于试验条件，反应的机理和各种条件还有待于进一步完善优化。