建筑用有机硅防水剂
摘要:介绍了目前市场上常见的建筑用有机硅防水剂甲基硅醇盐、硅树脂、硅烷偶联剂、乳液等的特点、性能, 展望了其发展前景。
关键词:有机硅, 防水剂, 甲基硅醇盐, 硅树脂, 硅烷偶联剂, 乳液
有机硅防水剂具有卓越的防水、防风化、防剥落和耐化学腐蚀性能, 广泛应用于各种混凝土、石材、木材等的保护。将其涂布于基材上, 能均匀渗透到微孔壁上, 在基材表面或内部形成很薄的憎水膜, 达到防水目的。
目前市场上的有机硅类防水剂品种繁多, 使用效果各不相同, 主要分为甲基硅醇盐、硅树脂、硅烷、有机硅乳液几大类, 下面分别介绍。
1 甲基硅醇盐
甲基硅醇盐的工业生产是将甲基三氯硅烷水解, 过滤并用大量水洗涤后得到甲基硅醇; 甲基硅醇再与氢氧化钠(钾) 水溶液在90~95e下加热, 然后加水过滤而成; 也可由甲基三氯硅烷或高沸物在低温下进行醇解, 再与氢氧化钠(钾) 在110e 左右加热而成。
甲基硅醇盐作为第一代有机硅防水剂, 是一种刚
性防水材料, 使用时能与基材表层及空气中大量的二氧化碳及水产生化学反应, 生成憎水的聚甲基硅氧烷膜; 这种网状结构的树脂能够堵塞水泥砂浆内部的毛细孔, 增强砂浆的密实性, 提高其抗渗性, 从而起到有效的防水作用; 但因其会在基材表面产生白色粉状沉淀物, 或因为碱性太强而产生黄变, 从而影响建筑物表面形貌另
外, 甲基硅醇盐还会在强碱性条件下生成硅醇而溶于水中流失, 使其防水性在一定条件下自动 失效。
该防水剂具有无毒、无味, 不挥发、不易燃, 耐候性优良, 对钢筋无锈蚀等优点; 还有微
膨胀作用, 能补偿砂浆和混凝土的收缩; 可在潮湿基材上施工, 不影响防水层与基材的粘接, 施工操作简便灵活; 运输方便, 施工安全, 造价低廉。 2 硅树脂
目前, 国内市场上常见的有机硅防水剂的活性组分是甲基硅树脂。工业生产中是将甲基三氯硅烷在有机溶剂中水解缩合制得; 也可由甲基三烷氧基硅烷出发制成, 具体方法是将甲基三烷氧基硅烷在过量水及微量盐酸存在下水解, 开始反应时体系为两相, 随着反应的进行转化为均相, 蒸出大
部分醇及水后, 得到溶于醇的无色透明甲基硅树脂[1]。
硅树脂具有优异的耐高低温性、耐老化性、独特的疏水性和透气性、无毒无腐蚀, 被认为是理想的防水涂料, 广泛用于建筑材料的防水保护; 但该甲基硅树脂防水层的光泽度高、不耐擦洗等, 影响了建筑物的表面形貌; 而且防水层会在几个月或1~2年后失效。增大甲基硅树脂的
n(CH3)/n(Si)值有利于提高其疏水性和防水寿命。郭庆中等人发现,n(CH3)/n(Si)值为114的硅树脂具有优异的防水性能和耐碱性能, 并有望具有较持久的防水保护功能[2]。
3 硅烷
采用硅烷作建筑物防水剂具有表面处理简单(无积水、灰尘、油污等即可) 、渗透力强、抗氧化、防紫外线、表面不易磨损等突出优势, 使用安全、无污染, 为新型环保产品。目前, 国外普遍采用此类产品作建筑物的防水保护, 国内由于技术空缺尚未得到广泛推广。该类产品具有很大的市场潜力。
用作防水剂的硅烷主要是长链烷基烷氧基硅烷, 通常是指碳原子数n\8的直链烷基烷氧基硅烷
[3]。长链烷基硅烷作为文物、建筑物的防水剂, 可防止酸蚀、冻融、风化对文物(特别是室外文物) 、建筑物的破坏。
瓦克公司开发的SILRES BS 1701主要成分为辛基三乙氧基硅烷, 尤其适合于混凝土的表面防水处理。有机硅防水剂不同于普通的防水涂料, 它具有较好的渗透性能, 使用浓度越高, 渗透力越强。据测定, 有机硅防水液的浓度为100%时, 基材的渗透深度可达到6~12 mm; 浓度为40%时, 渗透深度为4~5 mm; 而浓度仅为5%时, 渗透深度也能达到1~2 mm。这种产品同样适合于沿海地区的桥梁、码头, 以及停车场和马路的路面。使用时将其直接喷涂在建筑物基层表面, 1~115 h 后即具有防水性。防水涂料的使用寿命通常为5~10年; 而有机硅防水剂在欧美国家已经使用了10~20年, 至今仍然保持着出色的防水效果[5]。
针对渗透更困难的各种砖材、砂石以及陶瓷等中性基材, 道康宁公司开发出Z-6689防水剂。它是一种硅烷/硅氧烷的混合液, 不含溶剂。这种产品的憎水性极强, 在碱性基材上可在5min 形成凝珠效果; 在砖材、砂石等中性基材表面, 可于1 h 后形成凝珠效果。使用这种产品可明显减少中性和
碱性基材的吸水量以及由此产生的冻融和风化损伤, 防止建筑物表层的剥落, 延长其使用寿命。为了使防水剂能更深地渗入多孔基材, Z-6689的分子结构极小, 这就使已形成的建筑物憎水表层仍然保持较好的透气性。既能密封防水又能呼吸是这种产品的突出特点。
4 有机硅乳液
该类防水剂为线形的聚有机硅氧烷在水中形成的乳液。与甲基硅醇盐和硅树脂比较, 有机硅乳液具有如下特点:使用过程中不污染环境; 对砖、石、混凝土等有更强的渗透力; 成本较低。道康宁公司的DC-772及迈图公司(以前的GE 公司) 的SC-50防水剂属于此类产品。该类防水剂可作为防水添加剂加入混合料的配方中; 也可作为表面处理剂用于砖、瓦、天然石、人造石、石膏、水泥、陶瓷及其它无机微孔材料制品的表面处理, 混凝土路面、地面和屋面, 桥梁、堤坝, 外墙、浴室内墙, 游泳池、蓄水池、水箱、水塔、地下室、隧道及其它地下工程的防水处理。
乳液型有机硅防水剂主要有以下品种[4]:一是甲基含氢硅油乳液, 由于含有与硅直接相连的氢原子具有较高的反应活性, 易与羟基等活性基团反
应, 形成网状防水膜; 二是羟基硅油乳液, 羟基硅油乳液可用羟基硅油直接乳化或乳液聚合制得; 三是烷基烷氧基硅烷乳液, 该产品含有烷氧基, 遇到硅酸盐基材的羟基时, 易发生交联, 产生网状憎水性硅氧烷膜。乳液的稳定性一直是关键问题。 虽然目前可用于喷涂的市售传统硅烷多为液态, 但瓦克公司新开发出的硅烷可以以膏霜形式供货。这些膏霜状的产品通常都是由硅烷乳化而成, 固含量高、不易挥发、使用较方便。膏霜类产品更易于在顶面施工, 而用于垂直面时可以减少损耗量[5]。
5 结束语
不同品种的有机硅防水剂性能不尽相同, 在实际的操作中, 通常会将几种产品复配使用以获得最佳的使用效果。但有一点值得强调, 没有任何一种防水剂是万能、一劳永逸的。
目前, 国内市场上的有机硅防水剂仍以甲基硅醇盐为主。一方面是因为其价格较低廉, 短期效果较理想; 另一方面是因为国内还没有开发出新的、物美价廉的替代产品, 单纯依靠进口根本无法满足和适应市场的需求。
近年来, 中国建筑防水事业发展迅速, 而且应用范
围已由建筑扩展到桥梁、公路、水利、隧道、铁路、机场、地铁、粮库、污水处理等基础设施的防水工程。可以相信, 国内防水剂市场将会越来越广阔, 中高档新型防水材料的需求将日益扩大, 单纯依靠进口已不能满足需求; 加快国内中高档新型防水剂的研究与开发及市场化成为亟待解决的问题。
参考文献
[1]幸松民, 王一璐. 有机硅合成工艺及产品应用
[M].
北京:化学工业出版社, 2000: 720-720.
[2]郭庆中, 黄恒超, 伍青.n(CH3)/n(Si)值对甲基 硅树脂防水性能的影响[J].有机硅材料, 2006, 20 (1): 13-16.
[3]甄广全. WD-10在石质文物表面封护中的应用
[J].
化工新型材料, 2001, 29 (9): 48-50.
[4]徐彩宣, 陆文雄. 用于建材疏水化处理的水性有机
硅防水剂[J].天津化工, 2000, 11 (6): 9-11.
[5]吴平. 渗透型有机硅憎水剂在混凝土保护中的应用
[J].新型建筑材料, 2003 (6): 55-57.
建筑用有机硅防水剂
摘要:介绍了目前市场上常见的建筑用有机硅防水剂甲基硅醇盐、硅树脂、硅烷偶联剂、乳液等的特点、性能, 展望了其发展前景。
关键词:有机硅, 防水剂, 甲基硅醇盐, 硅树脂, 硅烷偶联剂, 乳液
有机硅防水剂具有卓越的防水、防风化、防剥落和耐化学腐蚀性能, 广泛应用于各种混凝土、石材、木材等的保护。将其涂布于基材上, 能均匀渗透到微孔壁上, 在基材表面或内部形成很薄的憎水膜, 达到防水目的。
目前市场上的有机硅类防水剂品种繁多, 使用效果各不相同, 主要分为甲基硅醇盐、硅树脂、硅烷、有机硅乳液几大类, 下面分别介绍。
1 甲基硅醇盐
甲基硅醇盐的工业生产是将甲基三氯硅烷水解, 过滤并用大量水洗涤后得到甲基硅醇; 甲基硅醇再与氢氧化钠(钾) 水溶液在90~95e下加热, 然后加水过滤而成; 也可由甲基三氯硅烷或高沸物在低温下进行醇解, 再与氢氧化钠(钾) 在110e 左右加热而成。
甲基硅醇盐作为第一代有机硅防水剂, 是一种刚
性防水材料, 使用时能与基材表层及空气中大量的二氧化碳及水产生化学反应, 生成憎水的聚甲基硅氧烷膜; 这种网状结构的树脂能够堵塞水泥砂浆内部的毛细孔, 增强砂浆的密实性, 提高其抗渗性, 从而起到有效的防水作用; 但因其会在基材表面产生白色粉状沉淀物, 或因为碱性太强而产生黄变, 从而影响建筑物表面形貌另
外, 甲基硅醇盐还会在强碱性条件下生成硅醇而溶于水中流失, 使其防水性在一定条件下自动 失效。
该防水剂具有无毒、无味, 不挥发、不易燃, 耐候性优良, 对钢筋无锈蚀等优点; 还有微
膨胀作用, 能补偿砂浆和混凝土的收缩; 可在潮湿基材上施工, 不影响防水层与基材的粘接, 施工操作简便灵活; 运输方便, 施工安全, 造价低廉。 2 硅树脂
目前, 国内市场上常见的有机硅防水剂的活性组分是甲基硅树脂。工业生产中是将甲基三氯硅烷在有机溶剂中水解缩合制得; 也可由甲基三烷氧基硅烷出发制成, 具体方法是将甲基三烷氧基硅烷在过量水及微量盐酸存在下水解, 开始反应时体系为两相, 随着反应的进行转化为均相, 蒸出大
部分醇及水后, 得到溶于醇的无色透明甲基硅树脂[1]。
硅树脂具有优异的耐高低温性、耐老化性、独特的疏水性和透气性、无毒无腐蚀, 被认为是理想的防水涂料, 广泛用于建筑材料的防水保护; 但该甲基硅树脂防水层的光泽度高、不耐擦洗等, 影响了建筑物的表面形貌; 而且防水层会在几个月或1~2年后失效。增大甲基硅树脂的
n(CH3)/n(Si)值有利于提高其疏水性和防水寿命。郭庆中等人发现,n(CH3)/n(Si)值为114的硅树脂具有优异的防水性能和耐碱性能, 并有望具有较持久的防水保护功能[2]。
3 硅烷
采用硅烷作建筑物防水剂具有表面处理简单(无积水、灰尘、油污等即可) 、渗透力强、抗氧化、防紫外线、表面不易磨损等突出优势, 使用安全、无污染, 为新型环保产品。目前, 国外普遍采用此类产品作建筑物的防水保护, 国内由于技术空缺尚未得到广泛推广。该类产品具有很大的市场潜力。
用作防水剂的硅烷主要是长链烷基烷氧基硅烷, 通常是指碳原子数n\8的直链烷基烷氧基硅烷
[3]。长链烷基硅烷作为文物、建筑物的防水剂, 可防止酸蚀、冻融、风化对文物(特别是室外文物) 、建筑物的破坏。
瓦克公司开发的SILRES BS 1701主要成分为辛基三乙氧基硅烷, 尤其适合于混凝土的表面防水处理。有机硅防水剂不同于普通的防水涂料, 它具有较好的渗透性能, 使用浓度越高, 渗透力越强。据测定, 有机硅防水液的浓度为100%时, 基材的渗透深度可达到6~12 mm; 浓度为40%时, 渗透深度为4~5 mm; 而浓度仅为5%时, 渗透深度也能达到1~2 mm。这种产品同样适合于沿海地区的桥梁、码头, 以及停车场和马路的路面。使用时将其直接喷涂在建筑物基层表面, 1~115 h 后即具有防水性。防水涂料的使用寿命通常为5~10年; 而有机硅防水剂在欧美国家已经使用了10~20年, 至今仍然保持着出色的防水效果[5]。
针对渗透更困难的各种砖材、砂石以及陶瓷等中性基材, 道康宁公司开发出Z-6689防水剂。它是一种硅烷/硅氧烷的混合液, 不含溶剂。这种产品的憎水性极强, 在碱性基材上可在5min 形成凝珠效果; 在砖材、砂石等中性基材表面, 可于1 h 后形成凝珠效果。使用这种产品可明显减少中性和
碱性基材的吸水量以及由此产生的冻融和风化损伤, 防止建筑物表层的剥落, 延长其使用寿命。为了使防水剂能更深地渗入多孔基材, Z-6689的分子结构极小, 这就使已形成的建筑物憎水表层仍然保持较好的透气性。既能密封防水又能呼吸是这种产品的突出特点。
4 有机硅乳液
该类防水剂为线形的聚有机硅氧烷在水中形成的乳液。与甲基硅醇盐和硅树脂比较, 有机硅乳液具有如下特点:使用过程中不污染环境; 对砖、石、混凝土等有更强的渗透力; 成本较低。道康宁公司的DC-772及迈图公司(以前的GE 公司) 的SC-50防水剂属于此类产品。该类防水剂可作为防水添加剂加入混合料的配方中; 也可作为表面处理剂用于砖、瓦、天然石、人造石、石膏、水泥、陶瓷及其它无机微孔材料制品的表面处理, 混凝土路面、地面和屋面, 桥梁、堤坝, 外墙、浴室内墙, 游泳池、蓄水池、水箱、水塔、地下室、隧道及其它地下工程的防水处理。
乳液型有机硅防水剂主要有以下品种[4]:一是甲基含氢硅油乳液, 由于含有与硅直接相连的氢原子具有较高的反应活性, 易与羟基等活性基团反
应, 形成网状防水膜; 二是羟基硅油乳液, 羟基硅油乳液可用羟基硅油直接乳化或乳液聚合制得; 三是烷基烷氧基硅烷乳液, 该产品含有烷氧基, 遇到硅酸盐基材的羟基时, 易发生交联, 产生网状憎水性硅氧烷膜。乳液的稳定性一直是关键问题。 虽然目前可用于喷涂的市售传统硅烷多为液态, 但瓦克公司新开发出的硅烷可以以膏霜形式供货。这些膏霜状的产品通常都是由硅烷乳化而成, 固含量高、不易挥发、使用较方便。膏霜类产品更易于在顶面施工, 而用于垂直面时可以减少损耗量[5]。
5 结束语
不同品种的有机硅防水剂性能不尽相同, 在实际的操作中, 通常会将几种产品复配使用以获得最佳的使用效果。但有一点值得强调, 没有任何一种防水剂是万能、一劳永逸的。
目前, 国内市场上的有机硅防水剂仍以甲基硅醇盐为主。一方面是因为其价格较低廉, 短期效果较理想; 另一方面是因为国内还没有开发出新的、物美价廉的替代产品, 单纯依靠进口根本无法满足和适应市场的需求。
近年来, 中国建筑防水事业发展迅速, 而且应用范
围已由建筑扩展到桥梁、公路、水利、隧道、铁路、机场、地铁、粮库、污水处理等基础设施的防水工程。可以相信, 国内防水剂市场将会越来越广阔, 中高档新型防水材料的需求将日益扩大, 单纯依靠进口已不能满足需求; 加快国内中高档新型防水剂的研究与开发及市场化成为亟待解决的问题。
参考文献
[1]幸松民, 王一璐. 有机硅合成工艺及产品应用
[M].
北京:化学工业出版社, 2000: 720-720.
[2]郭庆中, 黄恒超, 伍青.n(CH3)/n(Si)值对甲基 硅树脂防水性能的影响[J].有机硅材料, 2006, 20 (1): 13-16.
[3]甄广全. WD-10在石质文物表面封护中的应用
[J].
化工新型材料, 2001, 29 (9): 48-50.
[4]徐彩宣, 陆文雄. 用于建材疏水化处理的水性有机
硅防水剂[J].天津化工, 2000, 11 (6): 9-11.
[5]吴平. 渗透型有机硅憎水剂在混凝土保护中的应用
[J].新型建筑材料, 2003 (6): 55-57.