硅丙乳液防水剂的研制

data-full-width-responsive="true"> 硅丙乳液防水剂的研制卫亚儒1, 姬海君2, 宋学峰1, 李红侠1( 西安建筑科技大学建筑材料研究所, 西安710055; 2 西安武警工程学院, 西安710086)甲基硅醇盐是一种摩尔质量较小的有机防水剂, 能够在水及CO2 的作用下交联成三维网状甲基硅树脂防水膜。防水膜因其羟基能与混凝土表面的极性基团发生缩合反应而与水泥基材牢固结合, 而非极性的甲基向外伸展形成憎水层; 或通过渗入砂浆内部堵塞其毛细通道, 提高砂浆的抗渗透能力。但混凝土的其它性能并不能同时得到改善。丙烯酸酯类聚合物的防水性能一般, 但能提高混凝土的强度、改善其工作性。丙烯酸改性有机硅不但综合了两者的优点, 更重要的是其防水效果更优异。以往采用含不饱和键的有机硅与丙烯酸酯合成硅丙乳液; 但反应中常出现大量凝胶, 影响生产、工艺难以控制。本实验采用丙烯酸酯对未含不饱和键的有机硅防水剂进行改性,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11 主要原料及配方合成硅丙乳液的主要原料及配方见表1。12 硅丙乳液的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、电子控温水浴加热。其合成工艺如下:13 性能测试接触角: 接触角是水珠效应的重要标志, 反映了材料的憎水性能。采用北京中西仪器厂的CS7- JY- 82 接触角测定仪测定水在涂有硅丙乳液的水泥基试块上的接触角。流动度: 流动度是砂浆和易性好坏的重要指标。采用无锡建材仪器机械厂的NLD- 2 型水泥胶砂流动度测定仪测定。吸水率: 吸水率是材料表面防水性的重要指标。将经过外涂硅丙乳液的试块干燥后, 放入水中浸泡48 h; 测量浸水前后试块质量的变化。乳液的稳定性: 用乳液凝胶量的多少表征。内掺试验: 采用秦岭PO 425R 水泥, 掺入有机硅或硅丙乳液, 其掺入量为水泥质量的5% , 以相同的扩展度( 14 cm+- 5 cm) 为基准,制成受检试块, 参照JC 474 1999 进行受检。外涂试验: 取红柱石作基准, 分别涂刷3 次有机硅或硅丙乳液, 测其48 h 后的吸水率。2 结果与讨论21 温度对硅丙乳液稳定性的影响温度升高, 乳胶粒间碰撞的几率增大, 反应速率增大; 但温度过高常导致破乳、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~ 30C 和T = 35~ 45C 两种温度进行实验。结果表明: 在加入甲基硅醇盐后, 温度越高, 乳液越过浊点( T= 50C 左右) 时越容易产生凝胶; 而在较低温度下, 乳液通过浊点后仍保持澄清。在聚合反应阶段, 采用T = 55~ 60C 、T= 60~ 65 、T = 70~ 75C 三种温度进行试验。结果表明: 在T = 55~ 60C 下, 乳液澄清,但静置两天后有少量分层, 其原因是在此温度下反应不充分, 需延长反应时间; 在T = 60~ 65C 和T = 70~ 75C 下, 乳液均匀、均无分层,接触角无明显差异。所以, 较佳的聚合反应温度为65C 。22 乳化剂种类及用量对硅丙乳液稳定性的影响乳化剂的种类及用量将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亲水亲油平衡值(HLB 值) , 还需考虑乳化剂本身的性质。在相同的合成工艺下, 乳化剂的种类及用量对乳液在水泥试块表面的接触角及静置两天后的凝胶量的影响如表2 所示。表2 乳化剂种类及用量对乳液性能的影响表2 结果表明, 采用OP- 10 能显著提高乳液的稳定性; 但OP- 10 用量过多时, 会产生大量泡沫, 不利于传质、传热, 易引发自聚反应,导致凝胶产生。单纯采用SDBS 时, 由于乳化剂分子的覆盖面积as 较大, 乳胶粒表面的电荷密度变小, 容易破乳, 导致乳液的稳定性下降。非离子型乳化剂与阴离子型乳化剂并用时, 不但加大了乳胶粒表面水化层的厚度, 还增大了乳胶粒表面的静电斥力, 从而提高了乳液的稳定性。因此, 本实验选择OP- 10 和SDBS 并用的复合乳化剂, 其用量分别为12% 和03% 。23 单体配比对硅丙乳液性能的影响甲基硅醇盐和丙烯酸酯的质量比对硅丙乳液性能的影响见表3。表3 甲基硅醇盐和丙烯酸酯的质量比对硅丙乳液性能的影响由表3 可以看出, 甲基硅醇盐和丙烯酸酯的最佳质量比是5:1; 但在工业化生产中, 受水质和搅拌速度等因素的影响, 其最佳比例会有小幅度变化。24 搅拌速度对硅丙乳液性能的影响搅拌的主要作用是分散单体、传质、传热。搅拌速度越快, 则乳胶粒的粒径越小、分散效果越好; 但在乳液聚合阶段, 当搅拌速度大到足以破坏乳胶粒之间的静电势能与空间位能时, 乳胶粒会发生聚集, 乳液失稳。因此, 在乳化阶段,保持较高的搅拌速度可获得好的分散效果和乳化效果; 而在乳液聚合阶段, 为避免凝胶的产生,可适当降低搅拌速度。试验表明, 较佳的搅拌速度是: 分散和乳化阶段为400 r/ min 左右, 合成阶段为200 r/ min 左右,25 硅丙乳液的应用性能按实验得到的最佳工艺合成的硅丙乳液, 其主要性质如下: 相对密度098~ 101, 外观为淡黄色透明液体, pH 值13~ 14, 静置30 天后无沉淀、不分层; 水珠在20 下3 h 后保持滴加原状, 直至蒸发, 不扩散; 起始接触角为85~90。表4、表5 分别是硅丙乳液的内掺试验和外涂试验结果。表5 涂刷次数对混凝土吸水率的影响从表4、表5 可以看出, 用丙烯酸酯对有机硅进行改性, 可以提高有机硅防水剂的防水抗渗效果。将其掺入水泥砂浆中或涂刷于混凝土上,水泥砂浆及混凝土的工作性得到改善, 各项工作指标达到规范要求。西安生力公司将其应用于混凝土管道内涂, 在12 MPa % 4 h 条件下不渗水;而未涂硅丙乳液时, 在07MPa 下即开始渗水。3 结束语合成硅丙乳液的最佳工艺条件为: 30 g 水、58 g 甲基硅酸钠、12 g 丙烯酸酯、2 g OP- 101、03 g SDBS, 分散和乳化阶段的搅拌速度为400r/min、合成阶段的搅拌速度为200 r/ min, 反应温度65C , 反应时间2 h。采用本工艺合成的硅丙乳液稳定性好, 内掺、外涂防水效果明显。