硅溶胶型石材防水剂的制备及其性能研究

data-full-width-responsive="true"> 硅溶胶型石材防水剂的制备及其性能研究田立朋1，2 王 力1（1山东科技大学化学与环境工程学院，青岛 266510；2青岛科技大学化学与分子工程学院，266042）0 引言各类石材及石雕工艺品是现代装饰中的高档建材产品，但在使用过程中由于长期暴露在大气中，经受较为苛刻的恶劣环境条件，比如严寒、潮湿和酸雨等，其表面会出现不同程度的风化和锈蚀，需对其表面涂饰防水剂，以提高石材及石雕工艺品的耐候性和耐水性［1］。恶劣大气环境对涂饰防水剂的性能要求很高，为提高涂膜的耐水性、耐老化性和耐沾污性，采用自交联型乳液并用硅溶胶进行改性，以提高涂饰防水剂的交联密度，达到增强耐水性和耐沾污性的目的［2-3］。硅溶胶分子表面具有羟基，在硅溶胶- 乳液复合涂料中，水性硅溶胶粒子分散于有机高分子乳液中，成膜后既提高了涂膜的附着力，又可增加涂膜的韧性，大幅度提高该类涂料的性价比［4］。粒径为纳米级的硅溶胶在高分子乳液基料中的良好分散，可以提高高分子乳胶膜的耐水性和耐沾污性，有利于提高石材防水剂的防水性能。本文将自制的石蜡乳液添加到硅溶胶- 乳液复合型涂料中，制成了一种性能良好的石材防水剂。1 实验部分11 主要原料与仪器硅溶胶、自制纯丙乳液、石蜡、硅油，均为化学纯。石材样品。D40-2F 型电动搅拌器、加热恒温水浴锅、离心机。12 实验方法石蜡乳液的制备［5-6］：将石蜡粉碎成小块，在烧杯中加热熔融，加入复配的表面活性剂和热水，在一定温度和1 000 r/min搅拌速度下乳化，快速冷却后再加入消泡剂和pH 调节剂，搅拌均匀，即制得石蜡乳液。乳液的稳定性测定：取少许乳液在离心机上离心15 min，不分层、不浮蜡为合格。涂饰防水剂的制备：在搅拌下将水、硅溶胶、石蜡乳液、消泡剂、成膜助剂混合均匀，然后加入计量的纯丙乳液并搅拌均匀，最后加入消泡剂消泡，制得防水剂成品。涂饰防水剂的配方见表1。2 结果与讨论21 涂饰防水剂的性能防水剂的耐水性、耐洗刷性等性能测试，按照国家标准JC/T 8642000《聚合物乳液建筑防水涂料》进行。按照表1 配方配制涂饰防水剂，在石材样品上进行性能测试，实验结果如表2 所示。由表2 可知：添加硅溶胶的纯丙乳液在耐水性、耐老化性和耐沾污性等方面的性能有明显提高，说明硅溶胶有助于提高乳胶漆的性能。22 硅溶胶对涂饰防水剂性能的影响改变表1 配方中硅溶胶的用量，考察硅溶胶用量对防水剂耐水性的影响，结果如图1 所示。图1 表明：随着防水剂中硅溶胶用量的增加，防水剂的耐水性逐渐增强，直到一定用量时达到最大值，然后随着硅溶胶用量增加，其耐水性变差。当硅溶胶用量在6% 左右时，防水剂的防水性达到最佳。这一结果可由硅溶胶的无机粒子特性来解释：当硅溶胶用量较小时，由于其颗粒粒度在纳米级别，所以硅溶胶颗粒可以均匀地分散在高分子乳液所形成的漆膜微孔中，又由于硅溶胶表面的多羟基具有很大活性，也可以与乳液或疏水剂发生键合，增强涂膜的交联密度，起到填充防水作用。但是，当硅溶胶的用量较大时，其总量已经超过微孔的体积，高分子乳液就无法对硅溶胶颗粒进行较好的包覆而导致硅溶胶颗粒裸露在乳液形成的薄膜外，由于无机硅溶胶粒子的亲水性导致防水剂的耐水性反而降低。硅溶胶用量对附着力的影响见图2。图2 硅溶胶用量对附着力的影响由图2 可见：附着力的变化趋势和耐水性的变化趋势一致。虽然该防水剂的成膜物质为纯丙乳液，但是由于硅溶胶的多羟基矿物结构，其对无机底材的吸附能力较强。由图2 可以看出：加入6% 硅溶胶时防水剂的附着力最佳。23 石蜡乳液对涂饰防水剂性能的影响添加石蜡乳液的目的是利用石蜡的疏水性来提高乳液的耐水性和防污性，据报道［3］，这一作用应该归因于石蜡的低表面能。其作用过程如下：当石蜡乳液被分散到乳胶漆中成膜时，石蜡乳化颗粒填充到乳胶漆膜表层的空隙中，形成一层连续的薄膜。具有较低表面张力的石蜡使得漆膜更为憎水，提高了其耐水性，同时也使得漆膜更为致密，提高了耐沾污性。在实验过程中还发现：添加过多石蜡乳液对提高防水剂的性能并无多大作用，并且会影响到成本，所以石蜡乳液的用量不宜过大。3 结语以纯丙乳液为主要成膜物，添加硅溶胶和石蜡乳液制成综合性能优良的石材涂饰防水剂。其中纳米级硅溶胶增强了涂膜的交联密度，石蜡乳液提高涂膜的疏水防水性。实验结果表明：在石材涂饰防水剂中添加6% 硅溶胶和适量石蜡乳液可以提高纯丙乳液的耐水性、抗老化性和耐沾污性。