专利名称：防水乳液组合物及其在建筑物表面上的防水应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及防水乳液组合物及其在建筑物表面上的防水用途，尤其是混凝土或砂浆粗糙表面上使用的防水乳液组合物。
背景技术：
众所周知，混凝土建筑物本身具有很长的寿命，但由于遭到周围环境，如酸性气体、水及水溶性无机盐的侵蚀以及日晒雨淋的周而复始的影响，使建筑物表面发生碳化而粉化。同时，随着有害物质侵入建筑物内部钢筋部位，造成钢筋腐蚀，而引起建筑物破坏。每年由建筑物遭到侵蚀破坏而导致重大的经济损失。
为了防止建筑物遭受侵蚀，通常在钢筋上涂一层防蚀保护层或在建筑物表面涂一层高分子类聚合物保护层(如聚丙烯酸酯、聚氨酯或不饱和树脂类高分子聚合物)来提高混凝土的致密性。然而，这类高分子膜层容易受到破坏或老化。
八十年代，E.M.Brown(USP3772065)首次采用纯有机硅烷如异丁基三乙氧基硅烷或其有机溶剂稀释物保护剂。但由于所用有机硅烷的沸点低，挥发性大，耐碱性不足，所以防水效果仍不太理想。另外，由于采用有机溶剂，所以容易造成环境污染。
九十年代后期各国(Chiyodu-ku，EP0761675A2，日特开昭156164)先后开发高沸点、耐碱性的长链烷基(C6～C8)有机硅烷类化合物为原料制造水基型的建筑物防水保护剂，工程上得到广泛应用。这种长链烷基有机硅烷防水保护剂具有渗透性高，防水性能好和耐碱性好的优点。然而，由于这种长链烷基有机硅烷的成本较高，尤其对于比较粗糙的混凝土表面则需要消耗大量的长链有机硅烷保护剂，因此不适用于对表面粗糙的建筑物进行防水处理。因此，目前需要一种既具有较好防水性又能减少使用长链烷基有机硅烷的防水剂组合物，从而降低建筑物防水剂的成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种混凝土或砂浆建筑物表面防水乳液组合物。以该防水乳液组合物的总重量为基准，上述乳液组合物包含10-40重量％用通式I表示的有机硅烷、2-25重量％用通式II表示的低聚硅氧烷、0.01-1重量％阴离子表面活性剂和1.0-15重量％非离子表面活性剂，余量为水，R1[R′O]3Si (I)式中R表示C6-12烷基，R′表示C1-4烷氧基，R″3SiO-[R2SiO]0-3SiR″3(II)式中R″表示C1-4烷基或C1-4烷氧基，R表示C1-4烷基。
本发明的防水乳液组合物适用于各种建筑物表面的防水处理，特别适用于粗糙的混凝土或砂浆建筑物表面。本发明的防水乳液组合物能调整有机硅烷的不同渗透度，在建筑物表面形成致密的防水涂层，进一步降低有机硅烷的挥发度和提高耐碱性，有利于工程推广使用。
具体实施例方式
本发明防水乳液组合物中所用的有机硅烷用通式I表示R1[R′O]3Si (I)式中R表示C6-12烷基；R′表示C1-4烷氧基。
上述有机硅烷中长链烷基所含的碳原子数应在C6以上。若长链烷基所含的碳原子数小于C6，则有机硅烷会很快水解，挥发量大。若长链烷基中所含的碳原子数太多，如超过C12，则有机硅烷单体的制造成本昂贵，此外硅烷分子渗透性由于空间位阻而变得困难。上述长链烷基优选含有8-10个碳原子。
有机硅烷中的烷氧基优选含有1-2个碳原子。
上述有机硅烷的具体例子是正或异己基三甲氧基硅烷、正或异己基三乙氧基硅烷、正或异辛基三甲氧基硅烷、正或异辛基三乙氧基硅烷、正或异辛基三丁氧基硅烷、正或异壬基三甲氧基硅烷、正或异壬基三乙氧基硅烷、正或异癸基三甲氧基硅烷、正或异癸基三乙氧基硅烷、正或异癸基三丙氧基硅烷、正或异癸基三丁氧基硅烷、正或异十一烷基三甲氧基硅烷、正或异十一烷基三乙氧基硅烷、正或异十二烷基三甲氧基硅烷以及正或异十二烷基三乙氧基硅烷。
优选使用正癸基三甲氧基硅烷、正癸基三乙氧基硅烷、正十二烷基三甲氧基硅烷和正十二烷基三乙氧基硅烷。
上述的有机硅烷可以单独使用，也可以两种以上组合使用。
本发明的防水乳液组合物中，有机硅烷的用量一般为10-40重量％，优选为15-30重量％，以该防水乳液组合物的总重量为基准。
本发明防水乳液组合物中所用的低聚硅氧烷用通式II表示R″3SiO-[R2SiO]0-3SiR″3(II)式中R″表示C1-4烷基或C1-4烷氧基，优选表示C1-2烷基或C1-2烷氧基；R表示C1-4烷基，优选表示C1-2烷基。
上述硅氧烷的具体例子是六甲基二硅氧烷、六乙基二硅氧烷、六丁基二硅氧烷、二甲基四乙氧基二硅氧烷、二乙基四乙氧基二硅氧烷、四乙基二乙氧基二硅氧烷、八甲基三硅氧烷、八乙基三硅氧烷、二甲基六乙氧基三硅氧烷、四甲基四乙氧基三硅氧烷、十甲基四硅氧烷、十乙基四硅氧烷、十丁基四硅氧烷、六乙基四乙氧基四硅氧烷、四甲基六乙氧基四硅氧烷、十二甲基五硅氧烷、十二乙基五硅氧烷、六甲基六乙氧基五硅氧烷和五甲基七乙氧基五硅氧烷。
优先使用二甲基四乙氧基二硅氧烷、四甲基四乙氧基三硅氧烷、六乙基四乙氧基四硅氧烷、和五甲基七乙氧基五硅氧烷。
上述硅氧烷可以单独使用，也可以两种以上组合使用。
本发明的防水乳液组合物中，上述硅氧烷的用量为2-25重量％，优选为3-15重量％，以该防水乳液组合物的总重量为基准。
本发明的防水乳液组合物使用本领域中常用的非离子表面活性剂，例如，C8-18烷基聚氧乙烯醚、C8-16含氟烷基聚氧乙烯醚、C6-12烷基酚聚氧乙烯醚、C8-20脂肪酸聚乙二醇酯、山梨醇聚氧乙烯醚C10-20脂肪酸酯和聚氧乙烯改性的聚二甲基硅氧烷。
C8-18烷基聚氧乙烯醚的具体例子包括辛基聚氧乙烯(6)、(8)(10)、(15)和(20)醚，月桂醇聚氧乙烯(8)(10)、(15)、(20)和(25)醚，十六烷醇聚氧乙烯(8)、(15)、(20)、(30)醚，油醇聚氧乙烯(10)、(15)、(20)和(25)醚，硬脂基聚氧乙烯(15)、(20)、(25)和(30)醚。
C8-16含氟烷基聚氧乙烯醚的具体例子包括全氟辛基聚氧乙烯(8)、(15)、(20)和(25)醚，全氟癸基聚氧乙烯(10)、(15)、(20)和(25)醚，全氟十六/十八烷基聚氧乙烯(10)、(15)、(20)、(25)和(30)醚。
C6-12烷基酚聚氧乙烯醚的具体例子包括辛基酚聚氧乙烯(10)、(18)、和(30)醚，壬基酚聚氧乙烯(10)、(16)和(30)醚，月桂基酚聚氧乙烯(10)、(20)和(30)醚。
C8-20脂肪酸聚乙二醇酯的具体例子包括辛酸聚乙二醇(8)、(16)、(25)、(30)酯，月桂酸聚乙二醇(12)、(20)、(30)酯、油酸聚乙二醇(10)、(20)、(30)酯、硬脂酸聚乙二醇(8)、(20)、(30)酯以及羟基硬脂酸聚乙二醇(10)、(20)、(30)酯。
山梨醇聚氧乙烯醚C10-20脂肪酸酯的具体例子包括失水山梨醇聚氧乙烯(10)和(20)醚月桂酸酯、失水山梨醇聚氧乙烯(20)醚棕榈酸酯、失水山梨醇聚氧乙烯(20)、(30)醚硬脂酸酯。
聚氧乙烯改性的聚二甲基硅氧烷的例子包括(CH3)3Si-(OSi-(CH3)2)mOSi-CH2-CH2-CH2-(OC2H4)nOR (III)式中m为3、5、7、9或11，n为8、10、12、14、16或20，R具有与上述相同的定义。
本发明的防水乳液组合物优选使用C8-18烷基聚氧乙烯醚、C8-12含氟烷基聚氧乙烯醚、C6-12烷基酚聚氧乙烯醚、C8-20脂肪酸聚乙二醇酯和山梨醇聚氧乙烯醚C10-20脂肪酸酯。
本发明中特别优选使用十六烷醇聚氧乙烯(8)醚、硬脂基聚氧乙烯(20)醚、全氟辛基聚氧乙烯(8)醚、壬基酚聚氧乙烯(10)醚、壬基酚聚氧乙烯(16)醚、硬脂酸聚乙二醇(8)酯、月桂酸聚乙二醇(12)酯、失水山梨醇聚氧乙烯(20)醚硬脂酸酯、失水山梨醇聚氧乙烯(20)醚月桂酸酯。
本发明的防水乳液组合物中，非离子表面活性剂的用量一般为1.0-15重量％，优选为5-10重量％，以该防水乳液组合物的总重量为基准。
本发明的防水乳液组合物还含有本领域中常用的阴离子表面活性剂，例如是脂肪酸盐型、磺酸盐型、硫酸盐型、磷酸酯盐型和磺基琥珀酸酯型阴离子表面活性剂。
常用阴离子表面活性剂的具体例子包括月桂酸钠、硬脂酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基苯磺酸铵、月桂基磺酸钠、辛基硫酸钠、月桂基硫酸钠、癸基聚氧乙烯(4)醚磷酸酯钠、磺基琥珀酸二异丁酯钠、磺基琥珀酸二辛酯钠。
优选使用月桂酸钠、硬脂酸钠、月桂基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、磺基琥珀酸二异丁酯钠。
阴离子表面活性剂的用量为0.01-1重量％，优选为0.3-0.6重量％，以该防水乳液组合物的总重量为基准。
混合使用非离子表面活性剂和阴离子表面活性剂的目的是调节表面活性剂的HLB值范围，使上述的有机硅烷和硅氧烷形成稳定的水乳液。
视防水乳液组合物中有机硅烷和硅氧烷的含量不同，可以通过改变两种表面活性剂的比例来获得合适的亲水/亲油平衡(HLB)值。适用于本发明的HLB值为10-15，优选为11-14。
除了上述的通式(I)表示的有机硅烷、通式(II)表示的低聚硅氧烷、非离子表面活性剂和阴离子表面活性剂以外，本发明的防水乳液组合物还可含有本领域中常用的其它组分，如增稠剂、渗透剂、染料和颜料等。
本发明防水乳液组合物的制备方法很简单，只需将通式(I)表示的有机硅烷、通式(II)表示的低聚硅氧烷、合适的非离子表面活性剂和阴离子表面活性剂按比例加入水中，然后用分散器进行高速搅拌，就得到稳定的防水乳液组合物。分散器的搅拌速度一般为800-1000转/分钟(rpm)。
本发明的防水乳液组合物是一种无毒性的环保产品，对环境不会产生污染。使用前，对建筑物表面的预处理要求不苛刻，一般只需去除建筑物表面表面污物和粉尘，在面干状态下采用涂刷，喷涂，滚涂等涂覆方法将其涂覆在建筑物表面。涂覆后常温下风干3～6小时后，在建筑物表面上即开始产生保护作用。
将本发明的防水乳液组合物涂覆在建筑物表面后，有机硅烷和低聚硅氧烷沿建筑物毛细孔径渗透到表面内2～3mm，在建筑物表面形成一种致密的憎水层，阻塞毛细孔径，从而防止水及水溶性有害无机盐类的侵入，同样可以防止水溶性酸性气体对建筑物的侵害，防止建筑物内钢筋的锈蚀，从而延长建筑物的使用寿命。本发明的防水乳液组合物不仅具有优异的防水性能和耐碱性，而且能减少有机硅烷在建筑物表面的渗透深度，从而减少有机硅烷的用量，大大降低了成本。
本发明的防水乳液组合物对建筑物的保护效果的评估方法采用基准混凝土或砂浆表面对涂层保护剂后对比吸水率降低率。参照JGJ51《轻集料混凝土技术规程》。
实施例以下用实施例对本发明作进一步的说明，但不应当将这些实施例理解为对本发明保护的限制。
实施例120重量％有机硅烷/硅氧烷乳液保护剂用GFJ-04型分散机(购自上海现代环境工程技术研究所)，在高速搅拌下(800～1000rpm)，室温下向17.6克正辛基三乙氧基硅烷、2.4克二甲基四乙氧基二硅氧烷、6.5克壬基酚聚氧乙烯(10)醚、1.02克硬脂酸聚乙二醇(8)酯和0.03克月桂磺酸钠的混合物中，添加72.45克水，得到乳液，室温放置3个月，观察无异常。
实施例230重量％有机硅烷/硅氧烷乳液保护剂用与实施例1中相同的分散机，在高速搅拌下(800～1000rpm)，室温下向25克异辛基三甲氧基硅烷、5克六甲基二硅氧烷、5.5克全氟辛基聚氧乙烯(8)醚、1.00克月桂酸聚乙二醇(12)酯和0.03克十二烷基苯磺酸钠的混合物中，添加63.47克水，得到乳液，室温放置3个月，观察无异常。
实施例340重量％有机硅烷/硅氧烷乳液保护剂用与实施例1中相同的分散机，在高速搅拌下(800～1000rpm)，室温下向35.2克正癸基三乙氧基硅烷、4.8克二甲基四乙氧基二硅氧烷、5.8克壬基酚聚氧乙烯(16)醚、0.9克十六烷醇聚氧乙烯(8)醚、0.02克硬脂酸钠的混合物中，添加53.28克水，得到乳液，室温放置3个月，观察无异常。
实施例465重量％有机硅烷/硅氧烷乳液保护剂用与实施例1中相同的分散机，在高速搅拌下(800～1000rpm)，室温下向40克异癸基三乙氧基硅烷、25克六乙基四乙氧基四硅氧烷、7.5克硬脂基聚氧乙烯(20)醚、0.8克磺基琥珀酸二异丁酯的混合物中，添加26.7克水，得到乳液，室温放置3个月，观察无异常。
实施例520重量％有机硅烷/硅氧烷乳液保护剂用与实施例1中相同的分散机，在高速搅拌下(800～1000rpm)，30-40℃向10克正十二烷基三乙氧基硅烷、10克五甲基七乙氧基五硅氧烷、4.5克失水山梨醇聚氧乙烯(20)醚硬脂酸酯、0.5克癸基聚氧乙烯(4)醚磷酸酯钠的混合物中，添加75.0克水，得到乳液，室温放置3个月，观察无异常。
实施例635重量％有机硅烷/硅氧烷乳液保护剂用与实施例1中相同的分散机，在高速搅拌下(800～1000rpm)，30-40℃向20克异十二烷基三甲氧基硅烷、15克四甲基四乙氧基三硅氧烷、4.5克失水山梨醇聚氧乙烯(20)醚月桂酸酯、0.1克月桂酸钠的混合物中，添加60.5克水，得到乳液，室温放置3个月，观察无异常。
对比例130重量％有机硅烷乳液用与实施例1中相同的分散机，在高速搅拌下(800～1000rpm)，向30克正辛基三乙氧基硅烷、5.62克月桂醇聚氧乙烯(16)醚、0.03克硬脂酸钠的混合物中，添加64.35克水，得到乳液，室温放置3个月，观察无异常。
对比例240重量％有机硅烷乳液用与实施例1中相同的分散机，在高速搅拌下(800～1000rpm)，向40克正癸基三乙氧基硅烷、5.92克月桂醇聚氧乙烯(16)醚、0.03克硬脂酸钠的混合物中，添加54.05克水，得到乳液，室温放置3个月，观察无异常。
试验例1砂浆制备水/水泥重量比＝0.6，砂/水泥重量比＝2.75，制成(70×70×70)毫米试块，标养28天，28天抗压强度35.2MPa。
然后将实施例1-6和对比例1-2中制得的乳液组合物用涂刷到按上述方法制得的砂浆试块上，涂刷量为350克/米2。
按JGJ51《轻集料混凝土技术规程》，测试各砂浆试样的吸水率。结果列于表1中。
表1砂浆试样的吸水率
由此可见，与由只含有机硅烷的对比乳液在砂浆和低强度(C20-30)混凝土上形成的涂层相比，由同时含有有机硅烷和低聚硅氧烷的本发明防水乳液组合物形成的涂层具有较低的7天吸水率降低率和较小的渗透深度。这就是说，由于在常规的有机硅烷乳液中加入了低聚硅氧烷，适当降低了有机硅烷在建筑物表面的渗透深度，使有机硅烷富集在建筑物表面，形成致密的防水涂层，从而提高长期防水性能，而且由于降低了有机硅烷的用量，减少了成本。
权利要求
1.一种防水乳液组合物，以该防水乳液组合物的总重量为基准，它包含10-40重量％用通式I表示的有机硅烷、2-25重量％用通式II表示的低聚硅氧烷、0.01-1重量％阴离子表面活性剂和1.0-15重量％非离子表面活性剂，余量为水，R1[R′O]3Si (I)式中R表示C6-12烷基，R′表示C1-4烷氧基，R″3SiO-[R2SiO]0-3SiR″3(II)式中R″表示C1-4烷基或C1-4烷氧基，R表示C1-4烷基。
2.如权利要求1所述的防水乳液组合物，其特征在于R表示C8-10烷基。
3.如权利要求1所述的防水乳液组合物，其特征在于R′表示C1-2烷氧基。
4.如权利要求1-3中任一项所述的防水乳液组合物，其特征在于它含有15-30重量％有机硅烷，以该防水乳液组合物的总重量为基准。
5.如权利要求1所述的防水乳液组合物，其特征在于R″表示C1-2烷基或C1-2烷氧基，R表示C1-2烷基。
6.如权利要求1或5所述的防水乳液组合物，其特征在于所述硅氧烷的用量为3-15重量％，以该防水乳液组合物的总重量为基准。
7.如权利要求1所述的防水乳液组合物，其特征在于所述的非离子表面活性剂选自C8-18烷基聚氧乙烯醚、C8-16含氟烷基聚氧乙烯醚、C6-12烷基酚聚氧乙烯醚、C8-20脂肪酸聚乙二醇酯、山梨醇聚氧乙烯醚C10-20脂肪酸酯和聚氧乙烯改性的聚二甲基硅氧烷。
8.如权利要求1所述的防水乳液组合物，其特征在于所述的阴离子表面活性剂选自脂肪酸盐型、磺酸盐型、硫酸盐型、磷酸酯盐型和磺基琥珀酸酯型阴离子表面活性剂。
9.如权利要求8所述的防水乳液组合物，其特征在于所述的阴离子表面活性剂选自月桂酸钠、硬脂酸钠、十二烷基苯磺酸钠、月桂基磺酸钠、磺基琥珀酸二异丁酯钠。
10.如权利要求1所述的防水乳液组合物在建筑物防水方面的应用。
全文摘要
本发明提供一种防水乳液组合物及其在建筑物防水方面的应用。以该防水乳液组合物的总重量为基准，它包含10－40重量％用通式I表示的有机硅烷、2－25重量％用通式II表示的低聚硅氧烷、0.01－1重量％阴离子表面活性剂和1.0－15重量％非离子表面活性剂，余量为水，R
文档编号C09K3/18GK1696237SQ20041001820
公开日2005年11月16日 申请日期2004年5月10日 优先权日2004年5月10日
发明者周岳雷, 樊钧 申请人:上海市建筑科学研究院有限公司, 上海建研建材科技有限公司