專利名稱：一種水泥基水性復(fù)合納米硅酸鹽無機功能溶膠的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水泥基水性復(fù)合納米硅酸鹽無機功能溶膠的制備方法，以無機材料的溶膠-凝膠法為主要技術(shù)手段，應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域為混凝土地坪、墻體等表面的防護和修 飾，
背景技術(shù)：
混凝土地坪是建筑物的重要組成部位，良好的地面裝飾能夠為人們提供潔凈舒適 的生活或工作環(huán)境。隨著生活水平的提高，水泥的耐用性、持久性、美觀性日益受到重視。幾 乎所有的建筑物，例如住宅、辦公樓、生產(chǎn)車間、公共建筑和醫(yī)院等都存在著地坪裝修的問 題。因而，地坪涂料的性能優(yōu)劣直接影響到建筑物的使用壽命、外觀等指標，一直是建筑行 業(yè)關(guān)注的焦點問題之一。目前國內(nèi)市場上擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的混凝土表面保護涂料還是以有機類為主，有 機涂料壽命短、不抗輻射、不耐熱、不環(huán)保、強度和硬度有限等諸多因素遠遠不能滿足國內(nèi) 市場上對優(yōu)質(zhì)環(huán)保和高性價比涂料的要求，相比之下，無機水性類涂料因為環(huán)保、壽命長、 多功能等諸多優(yōu)點?；炷恋孛姹Ｗo技術(shù)中，涂料的有效滲透以及與水泥活性組分的相互作用是實現(xiàn) 涂料防護功能的技術(shù)關(guān)鍵。涂料中活性組分的作用不僅僅是物理填充，還和水泥內(nèi)部有力 的有效成分發(fā)生交聯(lián)的化學(xué)反應(yīng)，生成更加牢固的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)?；炷潦墙橛^多孔物質(zhì)， 內(nèi)部存在游離的CaO等活性組分，只有選擇合適的涂料活性成分中使之充分滲透進混凝土 中細小微孔和通路，才能夠有效結(jié)合混凝土中游離的活性組分，進一步形成交聯(lián)的空間立 體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，最終起到保護和修飾混凝土的最終目的。水泥材質(zhì)的性質(zhì)變化主要和內(nèi)部有效物質(zhì)的失活有關(guān)。失活造成水泥內(nèi)部毛細孔 的收縮而起砂、裂縫，故水泥地面保護涂料的關(guān)鍵是如何通過與水泥內(nèi)部游離的活性組分 進一步反應(yīng)，有效防止內(nèi)部活性成分的流失，使其內(nèi)部更加密實，更長久地保持混凝土的硬 度和強度。由于活性成分的喪失會儀器混凝土的不可逆收縮，當(dāng)活性充分流失過多時，會形 成內(nèi)部結(jié)構(gòu)的毛細孔通路，引起滲流，開裂等危害。復(fù)合硅酸鹽溶膠滲透入混凝土表層，不 僅有效填充混凝土表面的毛細孔通路，同時會促進混凝土進一步水化，使混凝土內(nèi)部游離 的氧化鈣等活性組分充分反應(yīng)形成新的交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而增強了水泥表面的硬度?；炷帘砻娣浪阅苁怯苫瘜W(xué)組成和微觀結(jié)構(gòu)共同決定?；瘜W(xué)組成結(jié)構(gòu)是內(nèi)因 低表面自由能物質(zhì)如含硅、含氟可以得到疏水的效果。現(xiàn)代研究表明，光滑固體表面接觸角 最大為120度左右；表面幾何結(jié)構(gòu)對表面防水性能則有重要影響，結(jié)構(gòu)化的疏水表面常常 具有自清潔功能具有微細粗糙結(jié)構(gòu)的表面可以有效地提高疏(親)水表面的疏(親)水 性能。當(dāng)納米(10-120nm)或者亞微米尺寸(5 9 μ m)的粒子可以在物體表面形成有著階 層結(jié)構(gòu)的表面粗糙結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)使得物體表面懸掛處于亞穩(wěn)態(tài)的Cassie狀態(tài)，具有較高 勢壘，甚至可以使親水材料變?yōu)槭杷牧?。此外，若表面為?guī)則排列的納米突起，可使其表 面穩(wěn)定吸附一層空氣膜，誘導(dǎo)了其超疏水的性質(zhì)，從而確保了自清潔的功能。
納米SiO2粒子活性高、為非晶態(tài)物質(zhì)，可有效提高水泥漿體致密性和均勻性。從 而提高混凝土的抗?jié)B性和耐磨性。納米CaCO3可增加C-S-H在界面中的含量，改善C-S-H 的定向排列性能，從而使得界面位置的水化結(jié)構(gòu)由平面排列逐漸向空間結(jié)構(gòu)過渡，所以摻 入一定量的納米CaCO3有利于改善界面的綜合性能。這些納米粒子在涂料中的含量極少， 表面經(jīng)一些聚合物包覆形成核殼結(jié)構(gòu)而可以在水性涂料中分散，在水泥中的游離活性成分 和涂料中的超細硅酸鹽溶膠水合生成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的同時，這些納米顆粒均勻分散到網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 中，起到了填充、加固以及耐磨等功能化的作用。 硅酸鈉(鈉水玻璃)應(yīng)用于混凝土養(yǎng)護劑已廣泛應(yīng)用，目前利主要用于混凝土初 凝時期1 3h內(nèi)的養(yǎng)護劑，且配方或者組成簡單，功能單一，不能夠滿足市場對大量已成熟 或者正在使用過程中混凝土的防護和美化的需求；或者用量大、使用范圍窄等不足，而且不 能增加混凝土的功能性。本發(fā)明可以同時應(yīng)用于新、舊混凝土，用量少，不僅可應(yīng)用于地面 混凝土，也可應(yīng)用于混凝土建筑或者構(gòu)筑物的保護和美化。而且此水泥基復(fù)合納米硅酸鹽 保護溶膠可增強混凝土的硬度、耐磨性、光澤性、表面防水抗?jié)B性等功能參數(shù)。此水泥基復(fù) 合納米硅酸鹽保護溶膠可廣泛應(yīng)用于倉庫、橋梁、碼頭、大壩、高速公路、車間地坪、超市地 坪、停車場等一切以混凝土為基材的場所和建筑物，可以大大延長混凝土基質(zhì)的使用壽命 至少5 15年。為了有效的填充混凝土中的毛細孔道和通路，本發(fā)明通過選擇納米摻雜的復(fù)合硅 酸鹽溶膠，使其有效滲透填充，并在混凝土內(nèi)部形成穩(wěn)固的三維剛性骨架。添加含金屬元素 納米的溶膠_凝膠分散體系，使三維剛性骨架更加堅固，并參與改善混凝土內(nèi)部結(jié)晶，使其 結(jié)晶更加密實而有序。同時納米粒子引起的微細粗糙結(jié)構(gòu)會有效提高混凝土表面和內(nèi)部的 疏水性。本發(fā)明提供一種有效提高混凝土表面硬度、耐磨性、抗?jié)B性，光澤度等多種性能的 復(fù)合納米硅酸鹽溶膠及合成復(fù)合納米硅酸鹽溶膠的制備方法，其中水泥基復(fù)合納米硅酸鹽 溶膠的制備方法為以堿金屬硅酸鹽為原料，重量比例為25% _50%，邊加熱攪拌邊緩慢滴 加重量比例為0. 5% -6%的甲基硅酸鈉，以質(zhì)量分數(shù)為30%的溶液緩慢滴加，滴加速率為 0. 3g/s (秒)，反應(yīng)溫度為25 70°C，反應(yīng)時間為30-120min。降至常溫，加入有機胺類物 質(zhì)，重量比例為2. 5% -18%常溫攪拌時間為30-120min。加入表面改性易分散的納米Si02、 CaCO3S子，充分攪拌納米粒子做為彌散相完全分散在溶膠中。加入微量鋰酸鹽、表面活性 齊U、染料，攪拌時間為60-300min。。緩慢滴加鎂酸鹽水溶液，加熱攪拌使鎂離子充分有效交 聯(lián)在溶膠內(nèi)，反應(yīng)溫度為25 80°C。反應(yīng)時間為30-600min。PH值范圍控制在9 11。溶 膠合成之后靜置60 600分鐘，倒入容器中密封，用于混凝土表面涂層。涂層采用滾涂或 噴涂，先簡單清洗地面，待清洗的地面完全干后，涂刷涂層在表面，為促進滲透可少量灑水， 涂層七天后濕磨地面以除掉表面結(jié)晶，提高硬度和光澤度。采用本發(fā)明的復(fù)合硅酸鹽保護 溶膠保護的混凝土地面具有很高的硬度、耐磨性、抗?jié)B性及耐侯性。
具體實施例方式實施例1取模數(shù)為3的硅酸鈉20g，加熱攪拌至50°C，以0. 3g/s (秒)的速率滴加質(zhì)量分數(shù) 為30%的甲基硅酸鈉0. 5g，攪拌60min。降至常溫，加入1. 5g三乙醇胺，攪拌30min。加放納米SiO2, CaCO3粒子，各0. 05g,加入硝酸鋰0. Ig,表面活性劑0. OOlg,染料0. 005g,攪拌 360min，至完全分散于溶膠中。以0. 3g/s (秒)的速率滴加質(zhì)量分數(shù)為2 %的醋酸鎂水溶 液，在70°C溫度下攪拌90min。降至常溫，靜置600min，倒入容器中密封，用于7天養(yǎng)護后混 凝土表面涂層。7天后混凝土硬度和耐磨擦性明顯提高。實施例2 取模數(shù)為3的硅酸鈉10g，模數(shù)為3的硅酸鉀10g，加熱攪拌至40°C，以0.3g/ s (秒)的速率滴加質(zhì)量分數(shù)為30%的甲基硅酸鈉lg，攪拌60min。降至常溫，加入2g三乙 胺，攪拌30min。加放納米SiO2O. 05g,加入碳酸鋰0. 15g，表面活性劑0. 003g,染料0. 005g, 攪拌600min，至完全分散于溶膠中。以0.3g/s (秒)的速率滴加質(zhì)量分數(shù)為4%的氯化鎂 水溶液，在55°C溫度下攪拌90min。降至常溫，靜置600min，倒入容器中密封，用于28天差 護后的混凝土表面涂層。10天后混凝土硬度和耐磨擦性明顯提高。實施例3取模數(shù)為3的硅酸鈉10g，模數(shù)為5的硅酸鋰10g，加熱攪拌至50°C，以0. 3g/ s(秒)的速率滴加質(zhì)量分數(shù)為30%的甲基硅酸鈉1.5g，攪拌60min。降至常溫，加入2g 二 異丙胺，攪拌30min。加入納米CaCO3O. 05g,加入碳酸鋰0. 15g，表面活性劑0. 003g,染料 0.005g，攪拌600min，至完全分散于溶膠中。以0. 3g/s (秒)的速率滴加質(zhì)量分數(shù)為5%的 醋酸鎂水溶液，在55°C溫度下攪拌150min。降至常溫，靜置600min，倒入容器中密封，用于 修建后二十年的混凝土表面涂層。3天后混凝土硬度和耐磨擦性明顯提高。7天后濕磨，效 果更加顯著。
權(quán)利要求
一種水泥基復(fù)合納米硅酸鹽功能性保護溶膠的制備方法，其特征在于以堿金屬硅酸鹽為原料，邊加熱攪拌邊緩慢滴加甲基硅酸鈉，攪拌一定時間，降至常溫，加入有機胺類物質(zhì)，常溫攪拌使其充分交聯(lián)反應(yīng)。經(jīng)表面改性處理易分散于水的納米SiO2、CaCO3等粒子，充分攪拌納米粒子做為彌散相完全分散在溶膠中。加入微量鋰酸鹽、表面活性劑、染料，攪拌使其充分分散于溶膠中。緩慢滴加鎂酸鹽水溶液，加熱攪拌使鎂離子充分有效交聯(lián)在溶膠內(nèi)。涂層刷涂于混凝土表面后，不僅在表面形成致密的防水層，而且滲透入混凝土表層填充混凝土毛細孔道，影響混凝土水化和內(nèi)部結(jié)晶。從而提高混凝土的硬度、耐磨性等。
2.根據(jù)權(quán)利1所描述的功能性保護溶膠，可廣泛應(yīng)用于倉庫、橋梁、碼頭、高速公路、工 業(yè)廠房、超市地坪、停車場等一切以混凝土為基材的場所和建筑或者構(gòu)筑物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所描述的制備方法，其特征在于原材料堿金屬硅酸鹽為硅酸鈉、硅 酸鉀、硅酸鋰或其復(fù)合，其中模數(shù)Si/M為(M = Na\Ka\Li)2-5之間。堿金屬硅酸鹽的重量 比例為25% -50% ο
4.根據(jù)權(quán)利要求1所描述的制備方法，其特征在于胺類物質(zhì)為甲胺、乙胺、二甲胺、二 異丙胺、三甲胺、三乙醇胺、四乙醇胺、二甲基二乙醇銨、四甲基氫氧化銨、四乙基氫氧化銨、 四乙醇基氫氧化銨中的一種或其混合物。胺類物質(zhì)的重量比例為2. 5% -18%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所描述的制備方法，其特征在于甲基硅酸鈉的重量比例為 0. 5% _6%，并以質(zhì)量分數(shù)為30%的溶液緩慢滴加，滴加速率為0. 3g/s (秒)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所描述的制備方法，其特征在于納米Si02、CaC03粒子經(jīng)表面改性， 可有效分散于堿性溶膠中，重量比例都為0. 01% -0. 5%。粒徑為2nm-60nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所描述的制備方法，其特征在于鋰酸鹽為硝酸鋰、亞硝酸鋰、碳酸 鋰、硫酸鋰中的一種，重量比例為0.01% -0. 5%0
8.根據(jù)權(quán)利要求1所描述的制備方法，其特征在于表面活性劑為非離子型聚氨酯高 分子表面活性劑、陽離子或者嵌段共聚物混合表面活性劑、聚氧乙烯表面活性劑中的一種， 重量比例為0.01%-0.5%。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所描述的制備方法，其特征在于染料在堿性環(huán)境中穩(wěn)定存在，具體 品種和顏色不計，目的制備不同顏色的混凝土功能保護溶膠_凝膠涂層，染料重量比例為 0. 01% -10%。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所描述的制備方法，其特征在于鎂酸鹽為醋酸鎂、氯化鎂、碳酸 鎂的一種，質(zhì)量溶液質(zhì)量分數(shù)為0. -5%之間，逐滴滴加入溶膠中，滴加速率為0. 3g/ s(秒)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所描述的制備方法，其特征在于加入甲基硅酸鈉反應(yīng)溫度為 25 70°C。反應(yīng)時間為30-120min。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所描述的制備方法，其特征在于加入鎂酸鹽溶夜時反應(yīng)溫度為 25 80°C。反應(yīng)時間為30-600min。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所描述的制備方法，其特征在于將保護溶膠均勻涂刷于混凝土表 面，每公斤養(yǎng)護劑噴灑面積為3 10平方米，具體用量視混凝土表面的狀況決定。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所描述的制備方法，溶膠在涂刷后，需灑適量水保持濕潤以促進滲 透。養(yǎng)護時間為2h，7天后需濕磨地面，以除去表面結(jié)晶物，從而進一步提高表面光澤、硬度寸。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種水泥基水性復(fù)合納米硅酸鹽功能溶膠的制備方法，主要特征是以堿金屬硅酸鹽為原料，加熱攪拌并緩慢滴加甲基硅酸鈉；攪拌一定時間，降至常溫，加入有機胺類物質(zhì)，攪拌使其充分交聯(lián)反應(yīng)。加入表面改性的SiO2、CaCO3等納米粒子，充分攪拌使納米粒子做為彌散相完全分散在溶膠中。加入各種功能性助劑，攪拌使其充分分散于溶膠中。緩慢滴加鎂酸鹽水溶液，加熱攪拌使鎂離子有效交聯(lián)在溶膠內(nèi)。涂層刷涂于混凝土表面，具有良好成膜性能，在表面形成致密的防水層；而且滲透入混凝土表層填充混凝土毛細孔道，促進混凝土水化和內(nèi)部結(jié)晶。從而提高混凝土的硬度、耐磨性等。本方法制備工藝簡單，環(huán)保無污染，便于放大，可大規(guī)模生產(chǎn)。
文檔編號C04B28/26GK101955348SQ20091010862
公開日2011年1月26日 申請日期2009年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月15日
發(fā)明者候宏然, 李斌, 羅仲寬, 邱琦, 郭蘋 申請人:深圳市博兆科技有限公司