具有減少的活性物質(zhì)含量的疏水分散凝膠及其生產(chǎn)方法、以及其用于疏水化礦物材料的用圖
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及具有減少的活性物質(zhì)含量的疏水分散凝膠和用于生產(chǎn)該疏水分散凝 膠的方法，以及其用于疏水化礦物材料的用途。
【背景技術(shù)】
[0002] 水泥穩(wěn)定材料，例如在混凝土建筑中可見的鋼筋混凝土，根據(jù)其用途被暴露于各 種環(huán)境影響。對于這些材料的功能性和耐久性以及由其制造的組件和建筑物尤其重要的 是，抵御鹽水溶液（例如除冰鹽）的攝入。商業(yè)可得的除冰鹽大部分由食鹽或巖鹽構(gòu)成，即 氯化鈉（NaCl)。使混凝土組分與這些氯化物水溶液接觸的結(jié)果是，其通過毛細(xì)管吸力被傳 輸?shù)讲牧线吘墔^(qū)中。如果氯化物到達(dá)鋼筋，在某些條件下可能觸發(fā)可導(dǎo)致失去穩(wěn)定性的腐 蝕過程。
[0003] 為了防止這些傳輸過程，已知的是用硅有機化合物一所謂的烷基三烷氧基硅烷 (硅烷）進(jìn)行材料邊緣區(qū)的防水（疏水）。這導(dǎo)致水或溶于水中的電解質(zhì)（例如除冰鹽） 的浸漬效果。疏水化或疏水浸漬意指處理混凝土以產(chǎn)生防水邊緣區(qū)。邊緣區(qū)中的孔和毛細(xì) 管僅被裝以襯里（line)但未填充。在混凝土的表面上形成未封閉的膜。在這種情況下外 觀改變很少或根本未改變。
[0004] 在常規(guī)氣候條件下，在水泥穩(wěn)定材料的毛細(xì)管的內(nèi)表面上形成水薄膜，或者用堿 性溶液（孔溶液）填充孔。未加稀釋地或以水性體系的形式將硅烷涂布至材料表面。從那 里它們被傳輸至材料邊緣區(qū)中（參見圖1)。
[0005] 在傳輸過程中發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，原則上其可分為兩部分步驟。在第一步中，發(fā) 生溶劑分解（水解），R*Si (OR) 3+H20 - R*Si (OH) 3+3R0H，這伴隨著形成硅烷醇和醇，例如乙 醇（參見圖2)。
[0006] 水溶性反應(yīng)產(chǎn)物（硅烷醇、醇）通過硅烷/水膜界面遷移。由于它們的化學(xué)結(jié)構(gòu)， 這些組分減小了界面張力并且因此也影響了硅烷的傳輸。這意味著化學(xué)反應(yīng)影響傳輸，并 且傳輸通過形成局部平衡（反應(yīng)性傳輸）影響化學(xué)反應(yīng)。在第二步中，硅烷醇彼此反應(yīng)或 與基本上構(gòu)成水泥石的CSH凝膠（膠體形式的水合硅酸鈣）的端OH基反應(yīng)。這些反應(yīng)導(dǎo) 致在水泥穩(wěn)定材料的內(nèi)表面上形成薄的疏水作用的有機硅樹脂膜（聚硅氧烷）（參見圖3)。
[0007] 整體疏水化是公認(rèn)的對鋼筋混凝土建筑物的有效的表面保護(hù)，這些建筑物受到 包含在其中的水分和污染物的壓力（參見Regulations of the German Committee for Reinforced Concrete (DAfStb)DIN EN 1504-9Products and systems for the protection and maintenance of concrete supporting structures-definitions, requirements, q uality monitoring and assessment of conformity-Part 9:General principles for the application of products and systems ；German version EN 1504-9:2008,date published:2008-11，Beuth-Verlag，Berlin，DAfStb-Guideline-Protection and maintenance of concrete components (maintenance guideline)-Part I: General regulations and planning principles ；Part 2:Building products and application ； Part 3:Requirements for operations and monitoring of the design ；Part 4:Test methods，Beuth-Verlag，date published:2001-10, Beuth-Verlag，Berlin)〇
[0008] 疏水化的效率和耐久性主要取決于材料邊緣區(qū)中的滲透深度和活性物質(zhì)含量。二 者又由硅烷和多孔材料之間的接觸時間或由反應(yīng)性傳輸?shù)倪M(jìn)程確定。在基于未稀釋的硅烷 (100%硅烷）的常規(guī)產(chǎn)品中，接觸時間是非常短的，因為其作為低粘度液體在材料表面上 流下或者由于在實際條件（例如表面溫度到達(dá)約70°C )下的高度揮發(fā)性而快速蒸發(fā)。在實 際應(yīng)用中不能獲得大于2mm的滲透深度（A. Gerdes, Transport and chemical reaction of silicon organic compounds in the concrete edge zone,Building Materials Report No 15, AEDIFICATIO VerlagjFreiburg i. B. , (2001)) 〇
[0009] 已知許多包括單獨的或不同的通常包括聚合物、有機硅化合物的手段用于浸漬、 疏水化或深度疏水化多孔建筑材料、混凝土建筑和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。這些手段以水乳液、 膏、凝膠或含有礦物增稠劑的組合物的形式存在。
[0010] 為了避免使用有機溶劑但同時減少活性物質(zhì)（硅烷）的分?jǐn)?shù)，開發(fā)了低粘度水系 統(tǒng)，所謂的乳液。例如，在歐洲專利EP 0 538 555 Bl中描述的乳液含有烷氧基硅烷、硅烷 表面活性劑、緩沖物質(zhì)和可選地陰離子表面活性劑（Degussa)。這些低粘度乳液的缺點是 太短的接觸時間或壽命，例如在垂直的建筑物表面或橋下部以及類似表面上。制劑中的活 性物質(zhì)要求一定的時間以滲透到礦物建筑物材料表面下。乳液流掉或滴下過快或者通過蒸 發(fā)損失到周圍環(huán)境中。通過研究也確認(rèn)了乳液于片刻之后在新澆鑄的混凝土中散開。水作 為溶劑過量存在，然后滲透到材料中并且阻斷硅烷的孔隙。用各種制劑，盡管在實際條件下 重復(fù)應(yīng)用也不能獲得大于2mm的滲透深度，甚至在實驗室的吸入實驗中也不能（A. Gerdes und F.H.Wittmann,Hydrophobization of reinforced concrete - Part I!Transport and chemical reactions of silicon-organic compounds in the concrete edge zone, Int. Z. Bauinstandsetzen, 9, 41-64(2003))。除了小的滲透深度以外，發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步的缺點是僅獲 得不充足的疏水性能。結(jié)果是必需重復(fù)過程。然而，在重復(fù)過程中，很難發(fā)生一些傳輸或沒 有發(fā)生傳輸，因為水系統(tǒng)現(xiàn)存在于疏水表面上。這種后處理是昂貴的，而且還浪費有價值的 原料。
[0011] 隨后開發(fā)了高粘度的含水系統(tǒng)以顯著延長接觸時間。這些產(chǎn)品之一是在歐洲專利 EP 1 154 971 Bl(Wacker AG)中公開的"膏"類。水性穩(wěn)定的膏用于通過涂布其至礦物材 料的表面或使用其作為粘結(jié)劑（直接添加至新的砂漿）和建筑涂料中的底漆而使建筑材料 疏水化。用作膏的主要組分的是C1-C 2tl-烷基-C2-C6烷氧基硅烷、含有烷氧基的有機（聚） 硅氧烷、烷基聚乙二醇醚或聚乙烯醇作為非離子乳化劑和lwt%至95wt%的有機溶劑（例 如鏈烷、汽油烴、長鏈醇和醚）。此外，膏含有疏水的高度分散的硅酸作為添加劑。
[0012] 使用這種膏組合物的缺點是，活性物質(zhì)組分的深度遷移太小。尤其是膏乳液趨 于在表面上過快地破碎，即，水相和有機相分開。這尤其適用于新材料，因為在這些新材 料中仍保持堿性。滲透的水具有至少部分阻塞孔隙的作用。這防止活性物質(zhì)傳輸?shù)讲?料邊緣區(qū)的更深的區(qū)域中，即，僅在少數(shù)情況中在實際條件下可獲得>3mm的滲透深度。 根據(jù)實際經(jīng)驗，在此可涂布的最大量是400g/m 2,因為否則發(fā)生滑出。因此，深度遷移的 實際目標(biāo)沒有達(dá)到，盡管這種膏由于它們的稠度而具有更長的接觸時間。然而，用其達(dá) 到3mm的滲透深度不足以防止鹽溶液在非常高的應(yīng)力（例如港口、橋梁建筑、地下車庫） 下長期通過疏水的邊緣區(qū)穿透，如研究（A.Gerdes和Z.Huang，On the application of hydrophobizations for the protection of "off-shore" structures, Int. Z. Bauinstan dsetzen, 9, 293-306 (2004))已顯不。
[0013] 用高粘度的無水產(chǎn)品（"凝膠"）可獲得4mm至6mm的更高的滲透深度。在歐洲專 利說明書EP 0 751 922 Bl(Karlsson)中描述了無水凝膠和尤其用疏水物質(zhì)（硅烷/硅氧 烷、部分異丁基三乙氧基硅烷和乙醇作為極性溶劑）處理混凝土建筑的方法。
[0014] 凝膠狀組合物由疏水物質(zhì)、基本無溶劑的硅烷/硅氧烷和載體介質(zhì)組成，載體介 質(zhì)為具有溶脹性能的親有機物質(zhì)層-格礦物，例如膨潤土或蒙脫石。由于毛細(xì)管活動，疏水 物質(zhì)滲透到待處理的礦物材料中，而載體介質(zhì)保留在表面上。由于更長的接觸時間