专利：一种具有荷叶效果的清水混凝土保护剂及其制备方法和应用
申请号：CN202111159244.0申请日：2021.09.30
公开号：CN113773747A
公开日：2021.12.10
授权公告号：CN113773747B
授权公告日：2022.09.16
主分类号：C09D183/04
分类号：C09D183/04;C09D1/04;C09D7/61
申请人：
紫荆花涂料（上海）有限公司
申请人地址：
201512 上海市金山区华通路1288号
发明人：陈波 邢俊 李万宝 孙源
摘要: 本发明提供一种具有荷叶效果的清水混凝土保护剂及其制备方法和应用，所述清水混凝土保护剂包括A组分和B组分；所述A组分包括特定份数的水性反应型有机硅乳液和硅酸钾胶体稳定剂的组合，所述B组分包括特定份数的硅酸钾胶体溶液和硅酸钾胶体稳定剂的组合；采用以水性反应型有机硅乳液为主的A组分搭配以硅酸钾胶体溶液为主的B组分，使所述清水混凝土保护剂施涂于清水混凝土表面后可以分布在混凝土的表面与毛细管中，在强碱环境下，所述保护剂中的反应型有机硅、硅酸钾和混凝土三者相互聚合，进而使所述清水混凝土具有耐老化、高渗透、高填充以及荷叶拒水效果。
权利要求:
1.一种具有荷叶效果的清水混凝土保护剂，其特征在于，所述清水混凝土保护剂包括A组分和B组分；所述A组分按照重量份由如下组分组成：水性反应型有机硅乳液20～40重量份、硅酸钾胶体稳定剂0.5～1重量份、防腐剂0.1～0.3重量份和去离子水58.7～79.4重量份；所述水性反应型有机硅乳液在碱性条件下会水解成带有疏水链的有机多元硅醇，所述有机多元硅醇在碱性环境下会自缩聚为支链为疏水链且主链只含硅氧键的有机硅聚合物，同时所述有机多元硅醇与清水混凝土中的主要成分硅醇进行缩合；所述B组分按照重量份由如下组分组成：硅酸钾胶体溶液20～40重量份、硅酸钾胶体稳定剂0.5～1.5重量份、防腐剂0.2～0.5重量份和去离子水58.7～79.4重量份；所述A组分和B组分的质量比为1:(0.25～0.75)。
2.根据权利要求1所述的清水混凝土保护剂，其特征在于，所述水性反应型有机硅乳液的分子量为200～500。
3.根据权利要求1所述的清水混凝土保护剂，其特征在于，所述防腐剂包括1,2苯并异噻唑啉-3-酮和/或2-甲基-4异噻唑啉-3-酮。
4.一种如权利要求1所述清水混凝土保护剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤： (1)将水性反应型有机硅乳液、硅酸钾胶体稳定剂、去离子水和防腐剂混合，得到A组分；将硅酸钾胶体溶液、硅酸钾胶体稳定剂、去离子水和防腐剂混合，得到B组分； (2)将A组分和B组分混合，得到所述清水混凝土保护剂。
5.根据权利要求4所述的清水混凝土保护剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述混合在搅拌的条件下进行。
6.根据权利要求5所述的清水混凝土保护剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述混合在转速为150～300r/min的搅拌条件下进行。
7.根据权利要求4所述的清水混凝土保护剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述混合的时间为5～10min。
8.一种清水混凝土保护剂的施工方法，其特征在于，所述施工方法包括：将如权利要求1所述的清水混凝土保护剂涂覆在清水混凝土表面，完成所述清水混凝土保护剂的施工。
9.根据权利要求8所述的清水混凝土保护剂的施工方法，其特征在于，所述涂覆的时间为0～2h且不等于0。
一种具有荷叶效果的清水混凝土保护剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于混凝土技术领域，具体涉及一种具有荷叶效果的清水混凝土保护剂及其制备方法和应用。
背景技术
目前中国桥梁、隧道数量庞大，且每年还在高速增长，国家用于这方面的养护费用也居高不下，市场对清水混凝土的保护需求巨大。清水混凝土是一种装饰混凝土，是直接采用现浇混凝土自然形成的表面平整光滑、色泽均匀、棱角分明的表面作为饰面，属于一次性浇筑成型，不需要做任何外观装饰，只在表面涂覆透明的保护剂，清水混凝土的制备工艺和成本都高于普通混凝土，所以不同于普通的混凝土，极具装饰效果。但是，由于混凝土是由水泥、骨料和部分助剂混合后浇筑而成，如果混凝土长期暴露在大气污染、紫外线、酸雨等恶劣的环境中，混凝土的表面会被碳化、氯化物腐蚀，继而产生裂缝，影响外观质量和耐久性，因此，通常人们都是通过采用后期修补和涂装保护剂的方法来提高混凝土的耐久性。
当前用于作为清水混凝土保护剂主要有合成丙烯酸乳液保护剂、反应型有机硅保护剂以及反应型无机硅保护剂等。CN111018562A公开了一种清水混凝土保护剂及其制备方法，所述清水混凝土保护剂包括如下重量份的成分：碳氟树脂乳液：450～500份，硅烷改性剂：20～25份，光触媒：30～45份，消光粉：25～30份，增稠剂：20～30份，消泡剂：1～2份，润湿剂：2～3份，分散剂：10～15份，助溶剂：60～80份，成膜助剂：20～30份，水适量。使用该发明的清水混凝土保护剂后清水混凝土的耐腐蚀性、抗渗性、防水性、耐气候性、自洁能力均有显著提升。CN108947582A公开了一种具有防涂鸦功能的清水混凝土表面保护剂及其使用方法，该保护剂由A、B组份组成，其中A组份为氟硅酸盐、水化硅酸钙凝胶粉、纤维素醚、聚羧酸减水剂、聚醚改性硅消泡剂的混合水溶液；所述B组份由改性纳米硅溶胶与固化剂组成。该发明制备的具有防涂鸦功能的清水混凝土保护剂，不仅能够满足对清水混凝土保护剂的常规要求，还具有良好的防涂鸦功能；处理后形成的防涂鸦层对于清水混凝土内外部不利因子的破坏性影响抵抗力更强、耐久性更好，防涂鸦层在清水混凝土表面附着力强、不易被破坏、不易鼓泡。CN108485400A公开了一种清水混凝土保护剂，按重量份数计，依次称取：80～120份聚偏氟乙烯乳液，10～12份成膜助剂，2～4份润湿剂，5～10份助溶剂，8～12份聚丙烯酸锌，3～6份分散剂，15～22份改性添加剂，18～24份增强助剂和50～90份水，将聚偏氟乙烯乳液与润湿剂混合，并依次加入助溶剂，聚丙烯酸锌，分散剂，搅拌混合，得1号坯料，将改性添加剂与增强助剂混合，并加入水和成膜助剂，搅拌混合，得2号坯料，将1号坯料与2号坯料搅拌混合，得清水混凝土保护剂。该清水混凝土保护剂具有降低温度、空气和水对产品的侵蚀的特点，对清水混凝土的保护性能提高。
包括上述现有技术中的保护剂以及其他反应型有机硅保护剂虽然具有很好的荷叶效果拒水性能；但是，其只能在混凝土毛细管壁及混凝土表面形成一层疏水膜，几乎不填充混凝土毛细孔，因此，经长期浸水时透水率偏高，对于长期处于液面下、液面交汇处或则长期高湿环境的混凝土保护欠佳；而另外的反应型无机硅保护剂，具有耐候性以及耐酸碱性能好，且渗透力强，与混凝土反应起到加固混凝土的作用，使混凝土表面更致密，从而达到保护混凝土的作用，但是其透水率同样不好。
因此，开发一种具有高渗透、高填充以及荷叶拒水效果的清水混凝土保护剂，是本领域急需解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种具有荷叶效果的清水混凝土保护剂及其制备方法和应用，所述清水混凝土保护剂包括A组分和B组分；所述A组分包括特定份数的水性反应型有机硅乳液和硅酸钾胶体稳定剂的组合；所述B组分包括特定份数的硅酸钾胶体溶液和硅酸钾胶体稳定剂的组合；所述清水混凝土保护剂具有耐老化、高渗透、高填充以及荷叶拒水效果。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种具有荷叶效果的清水混凝土保护剂，所述清水混凝土保护剂包括A组分和B组分；
所述A组分按照重量份包括：水性反应型有机硅乳液20～40重量份和硅酸钾胶体稳定剂0.5～1重量份；
所述B组分按照重量份包括：硅酸钾胶体溶液20～40重量份、硅酸钾胶体稳定剂0.5～1.5重量份。
所述水性反应型有机硅乳液可以为22重量份、24重量份、26重量份、28重量份、30重量份、32重量份、34重量份、36重量份或38重量份等。
所述A组分中的硅酸钾胶体稳定剂可以为0.55重量份、0.6重量份、0.65重量份、0.7重量份、0.75重量份、0.8重量份、0.85重量份、0.9重量份或0.95重量份等。
所述B组分中的硅酸钾胶体稳定剂可以为0.65重量份、0.8重量份、0.95重量份、1.05重量份、1.1重量份、1.15重量份、1.2重量份、1.25重量份、1.3重量份、1.35重量份、1.4重量份或1.45重量份等。
所述硅酸钾胶体溶液可以为22重量份、24重量份、26重量份、28重量份、30重量份、32重量份、34重量份、36重量份或38重量份等。
本发明提供的清水混凝土保护剂包括A组分和B组分，所述A组分包括特定份数的水性反应型有机硅乳液和硅酸钾胶体稳定剂的组合，所述水性反应型有机硅乳液在碱性条件下，可水解成带有疏水链的有机多元硅醇，所述有机多元硅醇在碱性环境下可自缩聚为支链为疏水链且主链只含硅氧键的有机硅聚合物，同时所述有机多元硅醇还可以与清水混凝土中的主要成分硅醇进行缩合，使保护剂形成的涂膜成为混凝土的一部分，进一步加强了对混凝土的保护作用，且使保护剂在混凝土表面具有优异的附着力、耐久性、耐候性和疏水性。
本发明提供的清水混凝土保护剂包括A组分和B组分，所述B组分包括特定份数的硅酸钾胶体溶液和硅酸钾胶体稳定剂的组合，所述硅酸钾胶体溶液为纯无机物，由于其自带硅醇官能团，进而可自缩聚成高分子无机聚合物，该高分子无机聚合物可以提供涂膜优异的耐候性，与上述A组分中的水性反应型有机硅乳液混合后，二者还可缩聚成有机无机杂化高分子聚合物，所述有机无机杂化高分子聚合物也可与混凝土也缩聚，进一步使得保护剂与混凝土发生牢固的化学结合；所述硅酸钾胶体溶液可以进入混凝土毛细孔后，还可以起到填充毛细孔的作用，使得到的混凝土表面更致密，进而可以有效阻止空气和水汽的渗入，起到保护混凝土的作用。
本发明提供的清水混凝土保护剂包括A组分和B组分，所述A组分和B组分中均还包含特定份数的硅酸钾胶体稳定剂，所述硅酸钾胶体稳定剂可以提高A组分和B组分的相容性，且还可以延长保护剂的可施工时间。
综上所述，以水性反应型有机硅乳液为主的A组分搭配以硅酸钾胶体溶液为主的B组分的保护剂施工于清水混凝土表面时可以分布在清水混凝土表面
与毛细管中，等保护剂中的水份挥发后，在强碱环境下，所述保护剂中的反应型有机硅、硅酸钾和混凝土三者相互聚合，形成带有疏水支链的高分子聚合物涂膜，且该涂膜与混凝土通过化学键相连，进而使得整个混凝土表面具有高耐候性以及强荷泽疏水效果，从而起到保护混凝土，延长混凝土使用寿命的作用；另外，所述涂膜还具有低光泽，进而可以保持混凝土原始色的特点。
本发明中所述“具有荷叶效果”的清水混凝土保护剂指的是在所述清水混凝土表面的保护剂涂膜具有极强的疏水性，洒在涂膜表面的水会自动聚集成水珠，所述水珠的滚动把落在涂膜表面的尘土污泥粘吸滚出清水混凝土表面。
在本发明中，所述水性反应型有机硅乳液可以选择瓦克公司的SILRES BS4004；所述硅酸钾胶体溶液可以选择为上海澳润化工有限公司的ark100；所述硅酸钾钾胶体稳定剂可以选择上海澳润化工有限公司的CS1。
优选地，所述A组分和B组分的质量比为1:(0.25～0.75)，例如1:0.3、1:0.35、1:0.4、1:0.45、1:0.5、1:0.55、1:0.6、1:0.65或1:0.7等。
作为本发明的优选技术方案，所述A组分和B组分的质量比为1:(0.25～0.75)时，才可以得到综合性能优异的清水混凝土保护剂，一方面，如果其中A组分的用量过高，则会导致透水率下降，且资源浪费；另一方面，如果A组分的用量过低，则会导致疏水性降低以及透水率降低。
优选地，所述水性反应型有机硅乳液的分子量为200～500，例如230、260、290、330、360、390、430、460或490等。
优选地，所述A组分和B组分各自独立地还包括防腐剂和/或去离子水。
优选地，所述A组分中防腐剂的含量为0.1～0.3重量份，例如0.12重量份、0.14重量份、0.16重量份、0.18重量份、0.2重量份、0.22重量份、0.24重量份、0.26重量份或0.28重量份等。
优选地，所述A组分中去离子水的含量为58.7～79.4重量份，例如59重量份、61重量份、63重量份、65重量份、67重量份、69重量份、71重量份、73重量份、75重量份或77重量份等。
优选地，所述B组分中防腐剂的含量为0.2～0.5重量份，例如0.23重量份、0.27重量份、0.3重量份、0.33重量份、0.36重量份、0.39重量份、0.42重量份、0.45重量份或0.48重量份等。
优选地，所述B组分中去离子水的含量为58～78.8重量份，例如60重量份、62重量份、64重量份、66重量份、68重量份、70重量份、72重量份、74重量份、76重量份或78重量份等。
优选地，所述防腐剂包括1,2苯并异噻唑啉-3-酮和/或2-甲基-4异噻唑啉-3-酮。
第二方面，本发明提供一种如第一方面所述清水混凝土保护剂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将反应型有机硅乳液、硅酸钾胶体稳定剂、任选地去离子水和任选地防腐剂混合，得到A组分；将硅酸钾胶体溶液、硅酸钾胶体稳定剂、任选地去离子水和任选地防腐剂混合，得到B组分；
(2)将A组分和B组分混合，得到所述清水混凝土保护剂。
优选地，步骤(1)所述混合在搅拌的条件下进行，优选为在转速为150～300r/min(例如170r/min、190r/min、210r/min、230r/min、250r/min、270r/min或290r/min等)的搅拌条件下进行。
优选地，步骤(1)所述混合的时间为5～10min，例如5.5min、6min、6.5min、7min、7.5min、8min、8.5min、9min或9.5min等。
第二方面，本发明提供一种清水混凝土保护剂的施工方法，所述施工方法包括：将如第一方面所述的清水混凝土保护剂涂覆在清水混凝土表面，完成所述清水混凝土保护剂的施工。
优选地，所述涂覆的时间为0～2h且不等于0，例如0.2h、0.4h、0.6h、0.8h、1h、1.2h、1.4h、1.6h或1.8h等。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的具有荷叶效果的清水混凝土保护剂包括A组分和B组分，所述A组分包括特定份数的水性反应型有机硅乳液和硅酸钾胶体稳定剂的组合，所述B组分包括硅酸钾胶体溶液和硅酸钾胶体稳定剂的组合，选择以所述水性反应型有机硅乳液为主的A组分搭配以硅酸钾胶体溶液为主的B组分并配合加入硅酸钾胶体稳定剂，使得到的保护剂施工于清水混凝土表面时，可以分布在混凝土表面与毛细管中；且待保护剂中的水份挥发后，在强碱环境下，成膜后的保护剂中的反应型有机硅、硅酸钾和混凝土三者相互聚合，形成带有疏水支链的高分子聚合物涂膜，且该涂膜与混凝土通过化学键相连，进而使得整个混凝土表面具有高耐候性以及强荷叶疏水效果，从而起到保护混凝土，延长混凝土使用寿命的作用，且所述涂膜还具有低光泽，进而可以保持混凝土原始色的特点。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
一种具有荷叶效果的清水混凝土保护剂，所述清水混凝土保护剂包括质量比为1:0.5的A组分和B组分；
所述A组分按照重量份包括如下组分：
所述B组分按照重量份包括如下组分：
本实施例提供的清水混凝土保护剂的制备方法包括如下步骤：
(1)将水性反应型有机硅乳液(瓦克公司、SILRES BS 4004)、硅酸钾胶体稳定剂(上海澳润化工有限公司、CS1)、去离子水和1,2苯并异噻唑啉-3-酮混合，得到A组分；将硅酸钾胶体溶液(上海澳润化工有限公司、ark100)、硅酸钾胶体稳定剂(上海澳润化工有限公司、CS1)、离子水和1,2苯并异噻唑啉-3-酮混合，得到B组分；
(2)将A组分和B组分在转速为150r/min的在搅拌条件下混合5min，得到所述清水混凝土保护剂。
实施例2
一种具有荷叶效果的清水混凝土保护剂，所述清水混凝土保护剂包括质量比为1:0.25的A组分和B组分；
所述A组分按照重量份包括如下组分：
所述B组分按照重量份包括如下组分：
本实施例提供的清水混凝土保护剂的制备方法包括如下步骤：
(1)将水性反应型有机硅乳液(瓦克公司、SILRES BS 4004)、硅酸钾胶体稳定剂(上海澳润化工有限公司、CS1)、去离子水和1,2苯并异噻唑啉-3-酮混合，得到A组分；将硅酸钾胶体溶液(上海澳润化工有限公司、ark100)、硅酸钾胶体稳定剂(上海澳润化工有限公司、CS1)、离子水和1,2苯并异噻唑啉-3-酮混合，得到B组分；
(2)将A组分和B组分在转速为150r/min的在搅拌条件下混合5min，得到所述清水混凝土保护剂。
实施例3
一种具有荷叶效果的清水混凝土保护剂，所述清水混凝土保护剂包括质量比为1:0.75的A组分和B组分；
所述A组分按照重量份包括如下组分：
所述B组分按照重量份包括如下组分：
本实施例提供的清水混凝土保护剂的制备方法包括如下步骤：
(1)将水性反应型有机硅乳液(瓦克公司、SILRES BS 4004)、硅酸钾胶体稳定剂(上海澳润化工有限公司、CS1)、去离子水和1,2苯并异噻唑啉-3-酮混合，得到A组分；将硅酸钾胶体溶液(上海澳润化工有限公司、ark100)、硅酸钾胶体稳定剂(上海澳润化工有限公司、CS1)、离子水和1,2苯并异噻唑啉-3-酮混合，得到B组分；
(2)将A组分和B组分在转速为150r/min的在搅拌条件下混合5min，得到所述清水混凝土保护剂。
对比例1
一种具有荷叶效果的清水混凝土保护剂，其与实施例1的区别仅在于，其完全由A组分组成，不添加B组分，其他组分、用量和制备方法均与实施例1相同。
对比例2
一种具有荷叶效果的清水混凝土保护剂，其与实施例1的区别仅在于，其完全由B组分组成，不添加A组分，其他组分、用量和制备方法均与实施例1相同。
对比例3
一种具有荷叶效果的清水混凝土保护剂，所述清水混凝土保护剂包括质量比为1:0.5的A组分和B组分；
所述A组分按照重量份包括如下组分：
水性反应型有机硅乳液 21重量份
防腐剂 0.3重量份
去离子水 78.2重量份；
所述B组分和制备方法均与实施例1相同。
对比例4
一种具有荷叶效果的清水混凝土保护剂，所述清水混凝土保护剂包括质量比为1:0.5的A组分和B组分；
所述B组分按照重量份包括如下组分：
硅酸钾胶体溶液 22.1重量份
去离子水 77.1重量份
防腐剂 0.3重量份；
所述A组分和制备方法均与实施例1相同。
对比例5
一种空白测试板，透水性试验板，不涂任何物质；
所述空白测试板的制备工艺包括：选用符合标准建筑涂料测试专用无石棉纤维水泥加压埃特板。
性能测试：
(1)透水率：根据标准GH/T9755-2014《合成树脂乳液外墙涂料》中透水率测试方法进行测试；
(2)耐候性(人工老化)：根据GB/T1865-2009《色漆和清漆人工加速老化和人工辐射暴露滤过的氙弧辐射》中的测试方法进行人工加速老化测试，评定标准设定为测试前后透水率、接触角没有变化，测试前后无色差。
(3)接触角：参照GB/T 30447-2013《纳米薄膜接触角测量方法》进行测定
按照上述测试方法对实施例1～3和对比例1～5提供的清水混凝土保护剂进行测试，测试结果如表1所示：
表1
透水率 耐候性(h) 接触角(°) 实施例1 0.7 ＞1000 150 实施例2 0.6 ＞1000 150 实施例3 0.5 ＞1000 150 对比例1 1.4 ＞1000 150 对比例2 2.8 ＞1000 0 对比例3 0.8 ＞1000 150 对比例4 0.8 ＞1000 150 对比例5 ＞4 / 0
根据表1数据可以看出：
本发明提供的具有荷叶效果的清水混凝土保护剂具有优异的隔水效果，可以有效降低混凝土的透水率。
具体而言，实施例1～3提供的清水混凝土保护剂的透水率为0.5～0.7，耐候性测试均大于1000h，接触角均可以达到150°。
比较实施例1和对比例1～2可以发现，单独采用A组分得到的保护剂对于透水率的降低较小；而单独采用B组分得到的保护剂不仅对于透水率的降低很小且接触角较低。
比较实施例1和对比例3～4可以发现，没有添加硅酸钾胶体稳定剂得到的清水混凝土保护剂的透水率有所提高。
对比例5为没有使用任何保护剂的混凝土，可以看出其透水率很高，说明本身的拒水效果较差。
综上，只有采用A组分和B组分混合得到的保护剂才具有低透水率，高耐候性和强疏水性。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明一种具有荷叶效果的清水混凝土保护剂及其制备和应用，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
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