納米硅改性雙組份耐磨滲透硬化劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及混凝土材料的防護(hù)處理【技術(shù)領(lǐng)域】，旨在提供一種納米硅改性雙組份耐磨滲透硬化劑及其制備方法。該硬化劑包括甲、乙兩種組分，其中甲組分由硅氧烷預(yù)聚物、耐磨改性材料、穩(wěn)定劑和溶劑組成；乙組份由催化劑和溶劑組成；兩種組分中溶劑均為乙醇。本發(fā)明提供了比水性硅酸鹽類滲透硬化劑增硬速度快、耐磨效果明顯的納米硅改性雙組份耐磨滲透硬化劑。本發(fā)明為雙組份存貯，比單組分的有機(jī)硅樹脂型滲透硬化劑有更好的存儲穩(wěn)定性，更能保證使用時(shí)對混凝土的滲透性，而且，本發(fā)明使用納米硅溶膠作為耐磨改性劑，使得處理后混凝土的耐磨性大大提高。
【專利說明】納米硅改性雙組份耐磨滲透硬化劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于混凝土材料的防護(hù)處理【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種納米硅改性雙組份耐磨滲透硬化劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著經(jīng)濟(jì)、技術(shù)的發(fā)展，混凝土已經(jīng)廣泛應(yīng)用到人類活動的各個(gè)領(lǐng)域，成為社會發(fā)展的基石。而然，普通混凝土在作為地坪和路面使用時(shí)，還存在耐磨性差、易于起灰、起砂等問題。這些問題正是混凝土本身的特點(diǎn)決定的:混凝土從澆筑到凝固硬化過程中，粗骨料下沉，水泥漿上浮，導(dǎo)致混凝土表面耐磨性差；水化反應(yīng)后多余的水份從內(nèi)部散發(fā)，造成混凝土結(jié)構(gòu)中孔隙多，密實(shí)度差。外界腐蝕介質(zhì)如酸性氣體等，容易通過孔隙與混凝土發(fā)生反應(yīng)，腐蝕混凝土結(jié)構(gòu)性物質(zhì)，或腐蝕混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋，引起混凝土膨脹開裂，嚴(yán)重影響混凝土結(jié)構(gòu)的安全性。
[0003]目前，提高混凝土耐磨性的技術(shù)主要有三類，第一類是在混凝土表面鋪設(shè)一層耐磨層。耐磨層可以瓷磚、石材等耐磨材料，但是存在造價(jià)高、施工麻煩，地面高度改變較大等問題，因而適用范圍少。第二類是在混凝土表面涂布環(huán)氧樹脂、聚脲樹脂等涂料。雖然有一定的耐磨性提高，但是涂料不會改善混凝土的強(qiáng)度，而且有機(jī)涂膜將混凝土表面孔隙完全堵住，造成內(nèi)部水汽不能自由排出，容易造成涂膜起殼脫層，此外，有機(jī)涂膜使用壽命較短，維護(hù)成本高。第三類是使用混凝土滲透硬化劑?；炷翝B透硬化劑是一類能滲入混凝土孔隙并與其發(fā)生反應(yīng)從而增強(qiáng)混凝土的物質(zhì)。從二十世紀(jì)出現(xiàn)水性硅酸鹽滲透硬化劑以來，該類技術(shù)得到迅速發(fā)展。
[0004]水性硅酸鹽類滲透硬化劑包括水性硅酸鈉、硅酸鉀、硅酸鎂、硅酸鋰等，由于制備和施工方法簡單，對混凝土有較好的增強(qiáng)、增硬、提高耐磨性的效果，已在歐美等國家的大型超市、工廠、學(xué)校、機(jī)場等地坪上應(yīng)用了幾十年。但是，硅酸鈉、硅酸鉀、硅酸鎂等水性硬化劑，由于含有鈉、鉀等強(qiáng)堿性金屬元素，PH值往往在12左右，易在混凝土表面形成堿性物質(zhì)、鹽類物質(zhì)等析出，不僅影響地面表觀，而且造成地面發(fā)滑，嚴(yán)重影響使用。水性硅酸鋰硬化劑雖然“返堿”問題少，但是仍然存在硬化速度較慢(往往要幾個(gè)月以后才會出現(xiàn)明顯的光澤和硬度)，而且主要靠進(jìn)口，造成價(jià)格高，國內(nèi)市場產(chǎn)品以次充好的現(xiàn)象屢見不鮮。
[0005]以水性硅酸鹽及其他功能組份制備水性硅酸鹽硬化劑的發(fā)明專利已有較多報(bào)道。CN200910055825.2公開了以硅酸鋰為主要成份，氟硅酸鎂、硅烷乳液、丙烯酸樹脂乳液、石蠟和水為第二組份的硬化劑制備方法。使用方法是第一組份使用并干燥后再刷涂第二組份。該專利技術(shù)主要利用硅酸鋰和混凝土反應(yīng)，起增強(qiáng)作用。氟硅酸鎂、硅烷乳液起一定的疏水作用，丙烯酸樹脂乳液、石蠟則起光亮劑作用。該方法存在硅酸鋰增硬反應(yīng)速度慢，石蠟等光亮劑有效期比較短 ，多種組分混溶效果不好而出現(xiàn)渾濁等問題。CN201010543000.8公開了利用納米級硅溶膠滲透到混凝土孔隙中，在偏鋁酸鉀催化作用下與氫氧化鈣及未水化的水泥發(fā)生反應(yīng)，生成交聯(lián)結(jié)構(gòu)的凝膠。另一關(guān)鍵組分甲基硅酸鉀為憎水性的有機(jī)硅，在混凝土表面形成一層憎水膜，達(dá)到防塵、拒水作用。存在的缺點(diǎn)主要是硅溶膠和氫氧化鈣的反應(yīng)慢，生成的凝膠的交聯(lián)密度不大，對混凝土的增硬效果不明顯，耐磨性能沒有明顯提升。其后公開的CN201110354668.2以及CN201110152386.4，關(guān)鍵成份和制備思路都和CN201010543000.8相同。CN201110405075.4公開的一種用于低溫冷庫的混凝土密封固化劑，其制備思路是鋰、鈦、二氧化硅和水在加熱條件下反應(yīng)，生成水性鋰基硬化劑。除了水性鋰基硬化劑和混凝土反應(yīng)較慢的缺點(diǎn)外，還存在鋰和水反應(yīng)劇烈，安全性低等制備方法上的問題。CN201110083155.2公開了一種多功能混凝土結(jié)構(gòu)耐久性防護(hù)劑及其制備和應(yīng)用方法，其組分為:有/無機(jī)復(fù)合氟硅丙聚合物、硅酸鋰、硅酸鈉、鑰酸鋰、四硼酸鈉、硫酸鈉、苯丙三氮唑、納米二氧化鈦、無水乙醇和水。雖然多方面保護(hù)了混凝土以及內(nèi)部的鋼筋，但并沒有混凝土耐磨性能提高的表述。
[0006] 由于有機(jī)硅在混凝土上較好的滲透性能、良好的疏水功能，對混凝土有一定的保護(hù)作用，是近年研究較多的一類混凝土保護(hù)劑。而簡單的有機(jī)硅烷或者有機(jī)硅烷低聚物，雖然也能滲入到混凝土中，起到一定防護(hù)作用，但是其防護(hù)機(jī)理主要是利用硅烷在混凝土表面的疏水作用，而由于其聚合度低，往往不能形成交聯(lián)狀的網(wǎng)絡(luò)狀大分子，從而對混凝土孔隙的填充和增強(qiáng)作用很弱，更沒有耐磨性能上的提高。具有如CN200910027824.7公開的以含有不飽和雙鍵的烯基烷氧基硅烷聚合得到硅烷低聚物，雖然滲透性好、吸水率低，對混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性有保護(hù)作用，但是并沒有提到對混凝土有增強(qiáng)作用。硅烷預(yù)聚物特別是含有三官能鏈結(jié)或者四官能鏈結(jié)的硅氧烷預(yù)聚物經(jīng)過水解聚合反應(yīng)后生成的網(wǎng)絡(luò)狀大分子凝膠，能夠密實(shí)混凝土中的孔隙，通過單體結(jié)構(gòu)、配比的控制，其完全縮聚的大分子樹脂可以達(dá)到透明、硬度高、光澤度高、硬度高的效果，從而很好滴起到封閉混凝土孔隙，增強(qiáng)混凝土的作用。CN200910186739.5公開的技術(shù)方案就是采用此種思路。制備的液體組合物對混凝土表層增強(qiáng)增硬效果明顯，同時(shí)還有防止起砂起塵等作用。但是，由于硅烷和四氯硅烷水解后的硅烷預(yù)聚物液體中含有鹽酸，造成硅烷預(yù)聚體的儲存穩(wěn)定性差，容易在使用前進(jìn)一步水解聚合，造成液體增稠或者凝膠，影響了在混凝土上的滲透性能或者直接不能使用。而且，單純以有機(jī)硅樹脂為增硬材料，耐磨性達(dá)不到使用要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)中水性硅酸鹽類滲透硬化劑起效時(shí)間長，耐磨效果不夠、容易“返堿”、硅烷類處理劑增強(qiáng)效果弱、單組份硅樹脂類滲透硬化劑儲存穩(wěn)定性差耐磨性欠缺等問題，提供一種納米硅改性雙組份耐磨滲透硬化劑及其制備方法。
[0008]為解決技術(shù)問題，本發(fā)明的解決方案是:
[0009]提供一種納米硅改性雙組份耐磨滲透硬化劑，該硬化劑包括甲、乙兩種組分，其中:
[0010](I)甲組分由硅氧烷預(yù)聚物、耐磨改性材料、穩(wěn)定劑和溶劑組成；硅氧烷預(yù)聚物占總質(zhì)量的比例為15~40%，耐磨改性材料占總質(zhì)量比例為1.7~34.95%，穩(wěn)定劑占總質(zhì)量比例為0.1~3 %，其余為溶劑；
[0011]所述的硅氧烷預(yù)聚物是指，由含有四官能鏈結(jié)的硅氧烷(Al)或含有三官能鏈結(jié)的硅氧烷(A2)中的至少一種在溶劑中進(jìn)行水解預(yù)聚合、或由含有四官能鏈結(jié)的硅氧烷(Al)或含有三官能鏈結(jié)的硅氧烷(A2)中的至少一種與二官能鏈結(jié)的硅氧烷(A3)通過水解預(yù)聚合制備的硅烷預(yù)聚物；
[0012]含有四官能鏈結(jié)的硅氧烷(Al)、含有三官能鏈結(jié)的硅氧烷(A2)、含有二官能鏈結(jié)的硅氧烷(A3)分別由以下各式表示:
[0013]
【權(quán)利要求】
1.一種納米硅改性雙組份耐磨滲透硬化劑，其特征在于，該硬化劑包括甲、乙兩種組分，其中: (1)甲組分由硅氧烷預(yù)聚物、耐磨改性材料、穩(wěn)定劑和溶劑組成；硅氧烷預(yù)聚物占總質(zhì)量的比例為15~40%，耐磨改性材料占總質(zhì)量比例為1.7~34.95%，穩(wěn)定劑占總質(zhì)量比例為0.1~3%，其余為溶劑； 所述的硅氧烷預(yù)聚物是指，由含有四官能鏈結(jié)的硅氧烷(Al)或含有三官能鏈結(jié)的硅氧烷(A2)中的至少一種在溶劑中進(jìn)行水解預(yù)聚合、或由含有四官能鏈結(jié)的硅氧烷(Al)或含有三官能鏈結(jié)的硅氧烷(A2)中的至少一種與二官能鏈結(jié)的硅氧烷(A3)通過水解預(yù)聚合制備的硅烷預(yù)聚物； 含有四官能鏈結(jié)的硅氧烷(Al)、含有三官能鏈結(jié)的硅氧烷(A2)、含有二官能鏈結(jié)的硅氧烷(A3)分別由以下各式表示:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米硅改性雙組份耐磨滲透硬化劑，其特征在于，所述的納米二氧化硅是以納米二氧化硅溶膠的形式提供的，溶膠中二氧化硅的粒徑為20~lOOnm，pH為3~7，質(zhì)量濃度為10~50%。
3.一種制備權(quán)利要求1所述納米硅改性雙組份耐磨滲透硬化劑的方法，其特征在于，分別包括甲、乙兩種組份的制備過程: (I)甲組份的制備方法包括硅氧烷預(yù)聚和耐磨改性兩個(gè)步驟: 硅氧烷預(yù)聚: 將含有四官能鏈結(jié)的硅氧烷(Al)、三官能鏈結(jié)的硅氧烷(A2)中的至少一種，或者將四官能鏈結(jié)的硅氧烷(Al)、三官能鏈結(jié)的硅氧烷(A2)中的至少一種與二官能鏈結(jié)的硅氧烷(A3)加入乙醇溶劑中，在離子交換樹脂催化下進(jìn)行水解預(yù)聚合；預(yù)聚合完成后，過濾回收離子交換樹脂，蒸出部分乙醇和未反應(yīng)的水，并用乙醇調(diào)配成質(zhì)量濃度為50%的硅氧烷預(yù)聚物溶液；其中，硅氧烷:水:乙醇:離子交換樹脂的質(zhì)量比為20~80: 10~40: 7~40:1~3，水解預(yù)聚合的反應(yīng)溫度為30~80°C，反應(yīng)時(shí)間為2~8h ;耐磨改性: 按照硅氧烷預(yù)聚物溶液:納米二氧化硅溶膠:穩(wěn)定劑的質(zhì)量比為:30~80: 17~69.9: 0.1~3，向質(zhì)量濃度為50%的硅氧烷預(yù)聚物溶液中依次加入穩(wěn)定劑、納米二氧化硅溶膠，攪拌均勻即得甲組份； (2)乙組份的制備方法: 按照催化劑:乙醇的質(zhì)量比為1~10: 90~99，將催化劑與乙醇在室溫下攪拌均勻得乙組份。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在所述硅氧烷預(yù)聚的步驟中所使用的離子交換樹脂為陽離子型離子交換樹脂。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在所述硅氧烷預(yù)聚的步驟中所使用的離子交換樹脂為強(qiáng)酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在所述硅氧烷預(yù)聚的步驟中所使用的離子交換樹脂為732#陽離子交換樹脂。
【文檔編號】C04B24/42GK103964737SQ201410172177
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月25日
【發(fā)明者】喬建民, 王菊華, 吳旭日, 陳國勇, 林偉峰 申請人:納谷新材料(杭州)有限公司