有機硅混凝土防腐滲透劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種有機硅混凝土防腐滲透劑及其制備方法。本發(fā)明該滲透劑是以甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸酯磷酸酯和有機硅氧烷為共聚單體，以甲基丙烯酸為交聯(lián)劑，經(jīng)乳液聚合反應形成的含固量為50～55%的聚合物乳液。本發(fā)明添加磷酸酯功能單體（羅地亞特殊單體）可提高涂層與混凝土界面的附著力，使涂層與混凝土結(jié)合更加緊密，提高附著力，而且具有防腐性能；制備的涂層可抵御混凝土中鋼構(gòu)件的銹蝕，具有防腐性能磷酸酯功能單體結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的混凝土滲透劑可直接涂刷在混凝土表面，并能夠與混凝土緊密結(jié)合，阻止空氣、海水等介質(zhì)中的二氧化碳、二氧化硫、水蒸汽、氧氣、氯離子等侵蝕混凝土。
【專利說明】有機硅混凝土防腐滲透劑及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種有機硅混凝土防腐滲透劑及其制備方法。
【背景技術】
[0002]混凝土和鋼筋混凝土是建設工程中最主要的建筑材料，廣泛地應用于工業(yè)、民用、交通和各種建筑物中。但是用混凝土和鋼筋混凝土建造的建筑物在使用期間常常受到腐蝕性介質(zhì)的侵蝕。大量資料表明，相當多的混凝土結(jié)構(gòu)在使用過程中，在物理、力學與化學等因素的作用下，過早地遭到破壞，造成了嚴重的經(jīng)濟損失。由于混凝土耐久性不足而導致結(jié)構(gòu)破壞的現(xiàn)象日 益增多，并且耐久性問題越來越嚴重。
[0003]混凝土是通過水泥水化固化膠結(jié)砂石骨料而成氣、液、固三相并存的多孔型非均質(zhì)材料，其滲透性是指氣體、液體或離子受壓力、化學勢或電場作用，在混凝土中滲透、擴散或遷移的難易程度?；炷恋牡臐B透率與有害孔隙、內(nèi)部裂縫和環(huán)境侵蝕后產(chǎn)生的水通道有關，混凝土孔隙可分為施工孔隙和結(jié)構(gòu)孔隙，具體又可細分為凝膠孔、毛細孔、沉降孔。
[0004]混凝土在一種或多種外界作用下，其材料的耐久性能會發(fā)生衰退，從而逐漸失去對其內(nèi)部的鋼筋的保護作用。當鋼筋外面的混凝土中性化或出現(xiàn)開裂等情況時，鋼筋失去堿性混凝土的保護，鈍化膜破壞并開始銹蝕。銹蝕的鋼筋不但截面積有所損失，材料的各項性能也會發(fā)生衰退，從而影響混凝土構(gòu)件的承載能力和使用性能。因此如果在建造時不對結(jié)構(gòu)材料采取防腐措施，則腐蝕性介質(zhì)就可能損壞建筑結(jié)構(gòu)，甚至使其喪失使用價值。
[0005]晏莉發(fā)明的可直接用于潮濕表面的混凝土滲透劑(申請?zhí)?200910052226.5)，用有機硅(18.0-35.0%)，丙烯酸樹脂)2.0-10.0%)，溶劑(58.0-80.0%)制備混凝土滲透劑。但是該發(fā)明用了超過一半的溶劑，對環(huán)境影響較大?；炷潦悄壳皯米顝V泛的建筑材料，但是用混凝土建造的建筑物在使用期間常受到侵蝕性介質(zhì)的侵蝕。要提高混凝土構(gòu)筑物的耐久性，必須采取適當?shù)姆雷o措施。純丙烯酸酯乳液盡管具有較優(yōu)異性能，但其耐水性、耐候性及耐高低溫性能差。為此，利用鍵能較高、表面能較低的有機硅組分改性丙烯酸酯乳液，提高丙烯酸酯聚合物的耐高、低溫性及耐水性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的之一在于克服現(xiàn)有技術中存在的問題，提供一種有機硅混凝土防腐滲透劑。
[0007]本發(fā)明的目的之二在于提供該滲透劑的制備方法。
[0008]本發(fā)明利用化學改性法，將帶乙烯基的有機硅活性單體和丙烯酸酯類單體共聚，使有機硅以化學鍵的形式結(jié)合到丙烯酸樹脂分子上，從結(jié)構(gòu)、組成上完成對丙烯酸樹脂的改性，達到分子級改性的效果。
[0009]本發(fā)明根據(jù)混凝土表面保護的需要，研究一種混凝土表面防水保護材料一一有機硅丙烯酸乳液。其中乳膠粒子粒徑要小，以利于乳液滲透到混凝土內(nèi)部的空隙。同時設計合理的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，使乳液在較低的溫度下成膜。然后根據(jù)乳液聚合理論和分子的形態(tài)結(jié)構(gòu)的需要，對乳液聚合的原料和工藝參數(shù)進行選擇和優(yōu)化。
[0010]共聚單體，本文所采用的乳液聚合單體為甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)、乙烯基三甲氧基硅烷及乙烯基三乙氧基硅烷。
[0011]交聯(lián)單體，在有機硅改性丙烯酸酯乳液聚合中使用交聯(lián)單體，對乳液的耐水性和乳液膠膜的強度等許多性能都有改善，實驗中選用甲基丙烯酸(HA)作為交聯(lián)劑。
[0012]乳化劑的選擇和復配，實驗選用陰離子乳化劑烷基氧基二苯磺酸鈉和非離子乳化劑十三烷基醇乙氧化物進行復配。陰離子型乳化劑烷基氧基二苯磺酸鈉主要靠靜電斥力使乳液穩(wěn)定，而非離子型乳化劑主要靠水化作用。若選擇兩種乳化劑配合使用，不僅使乳膠粒間有很大的靜電斥力，而且在乳膠粒表面形成很厚的水化層，這種雙重作用可使聚合物乳膠更加穩(wěn)定。
[0013]針對硅烷在水中容易水解的特性，實驗中采取兩條措施:一是在乳液聚合中加入一定量的碳酸氫鈉緩沖劑以調(diào)節(jié)聚合過程中的PH值；二是加入醇類物質(zhì)作為水解抑制劑。本實驗所采用的水解抑制劑為丙二醇。
[0014]乳液聚合過程中所采用的引發(fā)劑大多不溶于單體，而溶于連續(xù)相。引發(fā)劑在乳液聚合體系中對粒子成核 有較大影響。文獻報道，具有表面活性的引發(fā)劑具有較高的引發(fā)效率，粒子成核機理主要是膠束機理，粒子長大過程發(fā)生在膠束中，而且粒子穩(wěn)定性好。過硫酸銨具有很好的表面活性，易分離出SO4.(R.)，產(chǎn)生自由基團引發(fā)反應。本試驗采用過硫酸銨做引發(fā)劑。
[0015]根據(jù)上述機理，本發(fā)明采用如下技術方案:
一種有機硅混凝土防腐滲透劑，其特征在于該滲透劑是以甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸酯磷酸酯和有機硅氧烷為共聚單體，以甲基丙烯酸為交聯(lián)劑，經(jīng)乳液聚合反應形成的含固量為50~55%的聚合物乳液，所述的共聚單體與交聯(lián)單體的摩爾比為:25-30:18-20:0.1-1.0 ;乳化劑的添加量為單體量的2~3% ;所述的甲基丙烯酸酯磷酸酯單體是具有防腐性能的磷酸酯功能單體；所述的乳液聚合反應中采用的乳化劑為陰離子乳化劑和非離子乳化劑的復配型乳化劑。
[0016]上述的具有防腐性能的磷酸酯功能單體可以為:甲基丙烯酸磷酸酯單體。
[0017]上述的陰離子乳化劑為含烷基酚聚氧乙烯醚類化合物的直鏈脂肪醇硫酸鈉鹽、月旨肪醇醚硫酸酯鈉鹽、十三烷基醚硫酸鈉、十二烷基硫酸鈉、脂肪磷酸酯、醇醚琥珀酸單酯鈉鹽中任意一種。
[0018]上述的含烷基酚聚氧乙烯醚類化合物的直鏈脂肪醇硫酸鈉鹽為:十二烷基硫酸納、十二烷基硫酸納、乙氧基化烷基硫酸納鹽、烷基酌.乙氧化物硫酸納鹽。
[0019]上述的含APEO的脂肪醇醚硫酸酯鈉鹽為:阿爾法烯烴磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、琥珀酸烷基酯磺酸鈉、琥珀酸二辛酯磺酸鈉。
[0020]上述的含APEO的磷酸酯為:芳香磷酸酯、脂肪磷酸酯。
[0021]上述的含APEO的醇醚琥珀酸單酯鈉鹽為:雙十三烷基琥珀酸酯磺酸鈉。
[0022]上述的非離子乳化劑為十三烷基醇乙氧化物、辛基酚聚氧乙烯醚、異構(gòu)醇乙氧化物中任意一種。
[0023]上述的有機硅氧烷為乙烯基三甲氧基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷。
[0024]一種制備上述的有機硅混凝土防腐滲透劑的方法，其特征在于該犯法的具體步驟為:
a.配置反應原料:
甲基丙烯酸甲酯(MMA) 25.0~30.0 丙烯酸丁酯(BA)23.0~26.0
甲基丙烯酸(HA)0.1~1.0
甲基丙烯酸酯磷酸酯單體 0.5~2.0 有機硅氧烷單體1.0~5.0
乳化劑1.0~2.0
過硫酸銨(APS)0.1~0.2
叔丁基過氧化氫0.05~0.06
VC0.03 ~0.04
氨水調(diào)節(jié)pH值
丙二醇2.0~5.0
去離子水余量；
b.將有機硅氧烷單體、部分乳化劑、引發(fā)劑、丙二醇和部分去離子水混合作為釜底料并加熱至85°C，
c.將剩余原料混合、攪拌均勻后，得到乳化完全的種子乳液；
d.將步驟c所得種子加入到步驟b所得釜底料中，再加入種子引發(fā)劑過硫酸銨，反應時間為10分鐘；
e.向步驟b的反應釜中滴加步驟d的預乳化液，并同時滴加共進引發(fā)劑過硫酸銨，溫度控制在83-85°C之間，時間為3.5-4小時；在溫度為85°C下保溫I小時；冷卻到73°C，同時滴加后添加氧化劑叔丁基過氧化氫，還原劑VC。滴完保溫20分鐘，冷卻乳液到40°C以下，用氨水調(diào)節(jié)PH值7-7.5，120目過濾出料。
[0025]本發(fā)明添加磷酸酯功能單體(羅地亞特殊單體)可提高涂層與混凝土界面的附著力，使涂層與混凝土結(jié)合更加緊密，提高附著力，而且具有防腐性能；制備的涂層可抵御混凝土中鋼構(gòu)件的銹蝕，具有防腐性能磷酸酯功能單體結(jié)構(gòu)見圖1。本發(fā)明的混凝土滲透劑可直接涂刷在混凝土表面，并能夠與混凝土緊密結(jié)合，阻止空氣、海水等介質(zhì)中的二氧化碳、二氧化硫、水蒸汽、氧氣、氯離子等侵蝕混凝土。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為磷酸酯功能單體的結(jié)構(gòu)式。
【具體實施方式】
[0027]下面通過實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0028]實施例一:具體步驟如下:
釜底料
去離子水20.0
陰離子乳化劑(烷基氧基二苯磺酸鈉)0.3 非離子乳化劑(十三烷基醇乙氧化物)0.1乙烯基二甲氧基硅烷I.5
丙二醇3.0
引發(fā)劑
去離子水10.0
過硫酸銨0.2
單體預乳化液
去離子水13.8
陰離子乳化劑(烷基氧基二苯磺酸鈉) 0.7 非離子乳化劑(十三烷基醇乙氧化物) 0.2 MMA25.5
BA23.2
HA0.5
甲基丙烯酸酯磷酸酯單體1.0
工藝過程:
1.加入釜底料并加熱至85°c。
[0029]2.準備種子引發(fā)劑和共進引發(fā)劑溶液。溶解表面活性劑?；旌细鞣N單體。
[0030]3.在乳化釜中加入水及表面活性劑溶液，在600rpm下慢慢加入混合單體，攪拌10分鐘。乳化完全后放出種子乳液。
[0031]4.當反應釜溫度為85°C時，加入種子乳液，一分鐘后加入種子引發(fā)劑。初反應時間為10分鐘。
[0032]5.初反應后開始滴加乳化液，并同時滴加共進引發(fā)劑，溫度控制在83_85°C之間，時間為3.5-4小時。引發(fā)劑延后15分鐘滴完。
[0033]6.滴加完后保溫I小時,溫度為85°C.7.保溫結(jié)束后，冷卻到73°C，同時滴加后添加氧化還原劑。滴完保溫20分鐘。
[0034]8.冷卻乳液到40°C以下，調(diào)節(jié)PH值7-7.5左右，120目過濾出料。
[0035]實施例二:具體步驟如下:
釜底料
去離子水19.0
陰離子乳化劑(烷基氧基二苯磺酸鈉)0.4 非離子乳化劑(十三烷基醇乙氧化物)0.1 乙烯基二甲氧基硅烷2.0
丙二醇3.5
引發(fā)劑
去離子水10.0
過硫酸銨0.2
單體預乳化液
去離子水13.8
陰離子乳化劑(烷基氧基二苯磺酸鈉)0.6 非離子乳化劑(十三烷基醇乙氧化物)0.2MMA25.5
BA23.2
HA0.5
甲基丙烯酸酯磷酸酯單體1.0 工藝過程:如實施例一。
[0036]實施例二:具體步驟如下:
釜底料
去離子水21.0陰離子乳化劑(烷基氧基二苯磺酸鈉)0.3非離子乳化劑(十三烷基醇乙氧化物)0.1
乙烯基二甲氧基硅烷I.0
丙二醇2.5引發(fā)劑
去離子水10.0
過硫酸銨0.2 單體預乳化液
去離子水13.0 陰離子乳化劑(烷基氧基二苯磺酸鈉)0.7 非離子乳化劑(十三烷基醇乙氧化物)0.2
MMA26.0
BA23.5
HA0.5
甲基丙烯酸酯磷酸酯單體1.0 工藝過程:如實施例一。
[0037]本產(chǎn)品的性能參數(shù)。
【權利要求】
1.一種有機硅混凝土防腐滲透劑，其特征在于該滲透劑是以甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸酯磷酸酯和有機硅氧烷為共聚單體，以甲基丙烯酸為交聯(lián)劑，經(jīng)乳液聚合反應形成的含固量為50~55%的聚合物乳液，所述的共聚單體與交聯(lián)單體的摩爾比為:25-30:18-20:0.1-1.0 ;乳化劑的添加量為單體量的2~3% ;所述的甲基丙烯酸酯磷酸酯單體是具有防腐性能的磷酸酯功能單體；所述的乳液聚合反應中采用的乳化劑為陰離子乳化劑和非離子乳化劑的復配型乳化劑。
2.根據(jù)權利要求1所述的有機硅混凝土防腐滲透劑，其特征在于具有防腐性能的磷酸酯功能單體有:甲基丙烯酸磷酸酯單體。
3.根據(jù)權利要求1所述的有機硅混凝土防腐滲透劑，其特征在于所述的陰離子乳化劑為含烷基酚聚氧乙烯醚類化合物的直鏈脂肪醇硫酸鈉鹽、脂肪醇醚硫酸酯鈉鹽、十三烷基醚硫酸鈉、十二烷基硫酸鈉、脂肪磷酸酯、醇醚琥珀酸單酯鈉鹽中任意一種。
4.根據(jù)權利要求3所述的有機硅混凝土防腐滲透劑，其特征在于所述的含烷基酚聚氧乙稀釀類化合物的直鏈脂肪醇硫酸納鹽為:十二烷基硫酸納、十二烷基硫酸納、乙氧基化燒基硫酸鈉鹽、烷基酚乙氧化物硫酸鈉鹽。
5.根據(jù)權利要求3所述的有機硅混凝土防腐滲透劑，其特征在于所述的含APEO的脂肪醇醚硫酸酯鈉鹽為:阿爾法烯烴磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、琥珀酸烷基酯磺酸鈉、琥珀酸二辛酯磺酸鈉。
6.根據(jù) 權利要求3所述的有機硅混凝土防腐滲透劑，其特征在于所述的含APEO的磷酸酯為:芳香磷酸酯、脂肪磷酸酯。
7.根據(jù)權利要求3所述的有機硅混凝土防腐滲透劑，其特征在于所述的含APEO的醇醚琥珀酸單酯鈉鹽為:雙十三烷基琥珀酸酯磺酸鈉。
8.根據(jù)權利要求1所述的有機硅混凝土防腐滲透劑，其特征在于所述的非離子乳化劑為十三烷基醇乙氧化物、辛基酚聚氧乙烯醚、異構(gòu)醇乙氧化物中任意一種。
9.根據(jù)權利要求1所述的有機硅混凝土防腐滲透劑，其特征在于所述的有機硅氧烷為乙烯基三甲氧基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷。
10.一種制備根據(jù)權利要求1一9中任一項所述的有機硅混凝土防腐滲透劑的方法，其特征在于該犯法的具體步驟為: a.配置反應原料: 甲基丙烯酸甲酯(MMA) 25.0~30.0 丙烯酸丁酯(BA)23.0~26.0 甲基丙烯酸(HA)0.1~1.0 甲基丙烯酸酯磷酸酯單體0.5~2.0 有機硅氧烷單體1.0~5.0 乳化劑1.0~2.0 過硫酸銨(APS)0.1~0.2 叔丁基過氧化氫0.05~0.06 VC0.03 ~0.04氨水調(diào)節(jié)pH值 丙二醇2.0~5.0去離子水余量； b.將有機硅氧烷單體、部分乳化劑、引發(fā)劑、丙二醇和部分去離子水混合作為釜底料并加熱至85°C， c.將剩余原料混合、攪拌均勻后，得到乳化完全的種子乳液； d.將步驟c所得種子加入到步驟b所得釜底料中，再加入種子引發(fā)劑過硫酸銨，反應時間為10分鐘； e.向步驟b的反應釜中滴加步驟d的預乳化液，并同時滴加共進引發(fā)劑過硫酸銨，溫度控制在83-85°C之間，時間為3.5-4小時；在溫度為85°C下保溫I小時；冷卻到73°C，同時滴加后添加氧化劑叔丁基過氧化氫，還原劑VC ;滴完保溫20分鐘，冷卻乳液到40°C以下，用氨水調(diào)節(jié) PH值7-7.5，120目過濾出料。
【文檔編號】C08F230/02GK103936915SQ201410172956
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月25日 優(yōu)先權日:2014年4月25日
【發(fā)明者】宗正新, 陳凱, 馮志峰, 肖勇 申請人:上海正歐實業(yè)有限公司