水泥砂浆混凝土增强高效有机硅乳液防水剂的制备方法

摘要

本发明涉及一种水泥砂浆混凝土增强高效有机硅乳液防水剂的制备方法，其步骤是：首先在三口烧瓶中加入辛烯，异丙醇，充入氮气，水浴加热，在回流下反应，减压蒸出辛基三乙氧基硅烷；然后在三口烧瓶中，加入甲基三乙氧基硅烷，二甲基硅氧烷环体，用催化剂平衡后进行水解，经反应得到甲基硅树脂的部分水解预聚物；最后称取辛基三乙氧基硅烷和甲基硅树脂预聚物，加入非离子表面活性剂烷基醇聚氧乙烯醚，充分搅拌均匀，加水乳化，再加入缓冲液，得到防水乳液；或是在乳化釜中加入水然后将非离子表面活性剂，缓冲液加入釜中，开启高速剪切机，慢慢加入辛基三乙氧基硅烷和硅树脂预聚物，再进行乳化，亦可得相同防水乳液。具有抗水渗透压力强等特点。

说明书

技术领域

本发明属于水泥砂浆整体增强防水剂技术领域，涉及一种水泥砂浆混凝土增强高效有机硅乳液防水剂的制备方法。

背景技术

水泥制品包括水泥砂浆，水泥混凝土在成型固化过程中，由于水泥的水化作用，形成许多毛细孔，它们极易被水渗透，由于反复热胀冷缩作用，使水泥制品开裂。大气酸雨和海水中含大量腐蚀性气体如二氧化硫，二氧化碳和氯离子，它们随水一起渗透到水泥制品的毛细孔中，破坏水泥结构，腐蚀钢筋，使水泥制品寿命大为缩短， 有的造成房屋，桥梁等建筑物倒塌，使人们生命财产受到不必要的损失。因此，如何保证水泥制品尤其构件的长期安全使用，延长其使用寿命是建材部门的重要任务之一。

早在70多年前，人们就用氯硅烷处理砖石木材表面，使其表面拒水，防止水渗入制品中，如US2412470所述。因其水解时放出氯化氢， 对基材有腐蚀作用，对人体有刺激。上世纪六十年代人们采用不含氯的硅烷和聚硅氧烷作为建材防水剂，硅烷主要是烷基烷氧基硅烷，如甲基、乙基、丙基、丁基、辛基等烷氧基硅烷。聚硅氧烷包括含氢硅油，羟基硅油，环氧硅油和硅树脂等。到上世纪七十年代起，人们发现辛基硅烷即辛基三乙氧基硅烷是最理想的建筑物表面防水剂。许多专利采用100%的辛基三乙氧基硅烷处理水泥制品，使辛基硅烷渗透到水泥制品如混凝土里面1～10mm，使水不能渗透进去，渗透深度随混凝土制品的密度强度而改变，制品越致密强度越大，辛基硅烷渗透深度越浅。对于高标号混凝土，即使100%的辛基硅烷也渗透不到2mm，如海工标准要求渗透大于2mm,人们不得不另想方案。因防水层不足2mm，意味着防水可靠性不足，因防水层在长期使用过程中受外界作用也会慢慢磨损掉。除表面拒水方法，人们想法在水泥混凝土中添加防水剂，使其整体防水。如中国专利申请号200410058200，US2008/0271643A就采用减水剂和脂肪酸类憎水剂一起加入混凝土中，使混凝土整体防水，但防水效果不佳，耐老化性及耐微生物破坏性较差；又如中国专利03116917和01128085等采用萘系减水剂加有机硅和其它添加剂，使整体防水，但混凝土整体拒水性差，因萘系减水剂亲水性太强。中国专利98124422，授权公告号CN1106363c是由德国德固萨公司在中国申请的专利，采用有机硅化合物和有机硅改性表面活性剂制备的乳液加入到混凝土中，使其整体防水，防水性及防氯化钠 渗透性有明显提高，但未见混凝土抗压强力变化如何。

发明内容

为克服上述的技术缺点，本发明提供一种以辛基三乙氧基硅烷和甲基硅树脂预聚物为主，以市场上容易买到的非离子表面活性剂乳化剂，经高剪切乳化，得到贮存稳定的水泥砂浆混凝土增强高效有机硅乳液防水剂。

本发明解决其技术问题所采用的技术方法是：一种水泥砂浆混凝土增强高效有机硅乳液防水剂的制备方法，其步骤如下：

第一步：辛基三乙氧基硅烷的合成，在500ml三口烧瓶中加入辛烯200g，异丙醇50g，充入氮气，水浴加热到80℃，以氯铂酸的异丙醇溶液为催化剂，滴加三乙氧硅烷150g，在回流下反应几小时，常压蒸出异丙醇，减压蒸出辛基三乙氧基硅烷，收率为90%以上；

第二步：甲基硅树脂预聚物的合成，在500ml三口烧瓶中，加入甲基三乙氧基硅烷200g，二甲基硅氧烷环体100g，以三氟甲磺酸为催化剂10g，在50℃～70℃下平衡若干小时后加入50g水水解，减压蒸出水解出的乙醇，经升温预聚、 过滤得到甲基硅树脂的部分水解预聚物；

第三步：辛基硅烷和硅树脂预聚物的乳化，称取辛基三乙氧基硅烷140g和甲基硅树脂预聚物60g，加入非离子表面活性剂烷基醇聚氧乙烯醚 20g，倒入高速剪切均化器充分搅拌均匀，然后向高速剪切均化器中慢慢加水280g乳化，开始变稠，随着水的加入，乳液由稠慢慢变稀，加完水后，再加入缓冲液如碳酸氢钠0.5g，使乳液的pH值保持在6.0—8.0，得到活性物含量为30%～60%的防水乳液，该乳液经离心试验，无分层，在40℃进行热稳定试验，15天不分层，增稠不明显，室温放置，6个月不分层；

 第四步：辛基硅烷和硅树脂预聚物的乳化，先在乳化釜中加入水280kg，将非离子表面活性剂20kg，缓冲液加入釜中，开启高速剪切机，慢慢分多次加入辛基三乙氧基硅烷140kg和硅树脂预聚物60kg，每次加入量为3kg～5kg，高速剪切使乳液温度升高，夹套通冷却水，高速剪切机间隙开启，每次3min～10min，直至加完所有油相，再乳化30min左右，便得到第三步相同的防水乳液，乳液经离心试验，热稳定试验合格，热稳定试验是在45℃下贮存15天，无分层，无明显增稠，相当于在室温下贮存半年。

本发明的有益效果是：采用的辛基三乙氧基硅烷含有三个易水解的乙氧基，在碱性混凝土中易水解为三个硅羟基，它们与硅酸钙中的二氧化硅反应 结合成网状立体结构，甲基硅树脂预聚物也以同样方式与无机二氧化硅相互结合成立体网状结构，使产品强力整体提高，另外，有机硅乳液中的非离子表面活性剂也是水泥砂浆混凝土的增塑剂，分散剂和减水剂，使水泥混合物的流动性增加，使水泥制品结构更加紧密，毛细孔减少，强力提高，而拒水的辛基在毛细孔壁整齐排列，一致朝外，拒水于外，这样该防水剂不但使水泥砂浆混凝土强力提高20%以上，而且整体防水，从里到外都防水了，所以用该发明的防水剂乳液，只要用水泥的2%，水泥制品充分水化固化后，水泥砂浆混凝土的48小时吸水率为45%，远低于国家标准规定的一等品的65%，抗水渗透压力为不加防水剂的300%，抗压强力为不加防水剂的124%。

附表说明

图1是本发明测试结果示意图；

图2是本发明与其他防水剂的比较试验图。

具体实施方式                                              

下面结合附表和实施例对本发明进一步说明。

一种一种水泥砂浆混凝土增强高效有机硅乳液防水剂的制备方法，其步骤如下：

第一步：辛基三乙氧基硅烷的合成，在500ml三口烧瓶中加入辛烯200g，异丙醇50g，充入氮气，水浴加热到80℃，以氯铂酸的异丙醇溶液为催化剂，滴加三乙氧硅烷150g，在回流下反应几小时，常压蒸出异丙醇，减压蒸出辛基三乙氧基硅烷，收率为90%以上；

第二步：甲基硅树脂预聚物的合成，在500ml三口烧瓶中，加入甲基三乙氧基硅烷200g，二甲基硅氧烷环体100g，以三氟甲磺酸为催化剂10g，在50℃～70℃下平衡若干小时后加入50g水水解，减压蒸出水解出的乙醇，经升温预聚、 过滤得到甲基硅树脂的部分水解预聚物；

第三步：辛基硅烷和硅树脂预聚物的乳化，称取辛基三乙氧基硅烷140g和甲基硅树脂预聚物60g，加入非离子表面活性剂烷基醇聚氧乙烯醚20g，倒入高速剪切均化器充分搅拌均匀，然后向高速剪切均化器中慢慢加水280g乳化，开始变稠，随着水的加入，乳液由稠慢慢变稀，加完水后，再加入碳酸氢钠0.5g.使乳液的pH值保持在6.0—8.0。得到活性物含量为30%～60%的防水乳液，该乳液经离心试验，无分层，在40℃进行热稳定试验，15天不分层，增稠不明显，室温放置，6个月不分层；

第四步：辛基硅烷和硅树脂预聚物的乳化，先在乳化釜中加入水280kg，将非离子表面活性剂20kg，缓冲液加入釜中，开启高速剪切机，慢慢分多次加入辛基三乙氧基硅烷140kg和硅树脂预聚物60kg，每次加入量为3kg～5kg。高速剪切使乳液温度升高，夹套通冷却水，高速剪切机间隙开启，每次3min～10min。直至加完所有油相，再乳化30min左右，便得到与第三步相同的防水乳液，乳液经离心试验，热稳定试验合格，热稳定试验是在45℃下贮存15天，无分层，无明显增稠，相当于在室温下贮存半年。

参见表1，在水泥砂浆中加入本发明的防水剂，不但没有使水泥砂浆的抗压强力降低，反而比不加防水 剂的强力提高了20%以上，吸水量比远低于国家标准规定的一等品的吸水量比。

参见表2，将各种防水剂按水泥重1%～2%加入水中，加有防水剂的水与水泥基混合料的比为35～40：100的水灰比混合均匀，然后倒入模中自动流平，第二天在相对温度≥95%的环境下养护14天，然后测试其表面拒水性能和吸水率，根据表格2可知，辛基硅烷加硅树脂乳液的防水效果最好，吸水48小时后，吸水率比小于50%，达国家标准JC/T474～2008一级品的要求；用3%PVA水溶液代水加辛基硅烷和硅树脂乳液的吸水率比为64%，仍达国标一级品要求，且强力增加量最多达130%；加甲基三乙氧硅烷乳液和硬脂酸钙防水剂的浸水48小时吸水率为66%，达国标合格品要求；含氢硅油乳液不能加入水泥砂浆和混凝土中，因其水解后自己交联，与水泥不相容，破坏水泥水化结构。

采用的辛基三乙氧基硅烷含有三个易水解的乙氧基，在碱性混凝土中易水解为三个硅羟基，它们与硅酸钙中的二氧化硅反应 结合成网状立体结构，甲基硅树脂预聚物也以同样方式与无机二氧化硅相互结合成立体网状结构，使产品强力整体提高，另外，有机硅乳液中的非离子表面活性剂也是水泥砂浆混凝土的增塑剂，分散剂和减水剂，使水泥混合物的流动性增加，使水泥制品结构更加紧密，毛细孔减少，强力提高，而拒水的辛基在毛细孔壁整齐排列，一致朝外，拒水于外。这样该防水剂不但使水泥砂浆混凝土强力提高20%以上，而且整体防水，从里到外都防水了。所以用该发明的防水剂乳液，只要用水泥的2%，水泥制品充分水化固化后，水泥砂浆混凝土的48小时吸水率为45%，远低于国家标准规定的一等品的65%，抗水渗透压力为不加防水剂的300%，抗压强力为不加防水剂的124%。