專(zhuān)利名稱(chēng)：用離子有機(jī)硅組合物處理表面的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用含有離子有機(jī)硅化合物的水溶液使無(wú)機(jī)表面防水的方法。另外，本發(fā)明涉及用含有離子有機(jī)硅化合物的水溶液處理的無(wú)機(jī)表面，使得耐水膜覆蓋該無(wú)機(jī)表面。

背景技術(shù)：
耐水性是包括磚石和混凝土的多種建筑中的重要問(wèn)題。耐水性很重要，因?yàn)檫@些類(lèi)型的材料中的吸濕性和其移動(dòng)導(dǎo)致或促進(jìn)例如膨脹、收縮、開(kāi)裂、染色、發(fā)霉、耐凍融性降低、化學(xué)侵襲、鋼筋腐蝕、沉淀引起的結(jié)構(gòu)損害的問(wèn)題。由于這些問(wèn)題，已經(jīng)使用了多種技術(shù)以賦予這些類(lèi)型表面耐水性，包括使用防水劑對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行的表面處理。過(guò)去已經(jīng)使用的防水劑包括油、蠟、皂和樹(shù)脂。這些防水劑通過(guò)刷涂、輥涂、空氣噴涂、或無(wú)空氣噴涂技術(shù)涂覆到表面。已經(jīng)使用的一種防水劑是有機(jī)硅化合物。發(fā)現(xiàn)有機(jī)溶劑中的這些化合物有利于向磚塊、混凝土、灰泥、或水磨石表面提供耐水性。
將有機(jī)硅化合物涂覆到表面用于防水是現(xiàn)有技術(shù)中所熟知的，如美國(guó)專(zhuān)利No.5,073,195中所述，其內(nèi)容通過(guò)參考引入本文。有機(jī)硅氧烷如烷基三烷氧基化合物賦予耐水性的用途已知有至少30年了。通常，這些化合物的涂覆在可燃性溶劑如乙醇、甲醇和各種液體烴中進(jìn)行。在涂覆期間，大量地釋放揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)。由于這些問(wèn)題，進(jìn)行了大量的努力以確定賦予磚石和混凝土表面耐水性的不可燃組合物的配方。嘗試的第一種方法包括含有有機(jī)硅化合物的各種水乳液。然而，這些配方不能提供與基于溶劑的組合物相當(dāng)?shù)哪退浴ＵJ(rèn)識(shí)到與水乳液配方有關(guān)的缺點(diǎn)后，開(kāi)發(fā)了使烷基三烷氧基硅烷溶于水的配方。這種類(lèi)型的配方將水溶性氨基和季銨有機(jī)硅烷與傳統(tǒng)配方的烷基三烷氧基硅烷一起使用。這些配方的目的是開(kāi)發(fā)可溶性有機(jī)硅烷以溶解提供防水特性的烷基三烷氧基硅烷。
除了耐水性之外，多種類(lèi)型的建筑材料還受益于抗菌劑處理?？咕鷦┦欠乐刮⑸镂廴竞筒牧狭踊幕瘜W(xué)組合物。抗菌劑的可能最流行的類(lèi)別是季銨化合物。低水平(1％或更低)的季銨硅烷作為抗菌劑的用途是熟知的并且在包括No.3,560,385、3,794,736、和3,814,739的多篇美國(guó)專(zhuān)利中有教導(dǎo)。由于它們的抗菌性質(zhì)，它們的應(yīng)用有利于多種表面、基底、儀器和應(yīng)用。這種用途的實(shí)例描述于美國(guó)專(zhuān)利No.3,730,701、3,794,736、3,860,709、4,282,366、4,504,541、4,615,937、4,692,374、4,408,996、和4,414,268，它們的內(nèi)容通過(guò)參考引入本文。含有季銨硅烷的水溶液的應(yīng)用描述于美國(guó)專(zhuān)利No.4,921,701和5,169,625。
與本發(fā)明相關(guān)的是美國(guó)專(zhuān)利5,209,775、5,421,866、5,695,551、CA2,115,622和JP 3,159,975。這些專(zhuān)利涉及硅化合物的水分散的或水乳液型防水劑組合物。這些專(zhuān)利中公開(kāi)的組合物含有(1)烷基烷氧基硅烷或硅氧烷；(2)水溶性硅烷；和(3)氨基硅烷或季銨硅烷。這些組合物中可溶性硅烷、氨基硅烷或離子季銨硅烷的作用是穩(wěn)定水中的烷基烷氧基硅烷、硅氧烷、或其它不溶于水的聚合物。
由于疏水性不溶于水的硅烷的優(yōu)異的性能，傳統(tǒng)上優(yōu)選將它們作為防水劑用于各種有機(jī)溶劑例如醇和烴中。然而，這些溶劑類(lèi)型組合物的主要限制包括它們固有的毒性和可燃性。盡管相對(duì)于基于溶劑的處理提供了生態(tài)學(xué)改進(jìn)，但現(xiàn)有的有機(jī)硅氧烷乳液和水分散硅烷或硅氧烷在經(jīng)處理的基底的穩(wěn)定性、滲透深度、和成珠效果(beading effect)方面比不上現(xiàn)有的基于溶劑的硅烷、硅烷/硅氧烷組合或硅氧烷。而且，表面活性劑的使用可引起該表面的再濕潤(rùn)。
因此，仍需要能夠提供與利用基于溶劑的組合物的處理至少一樣有效的耐水性的水性防水處理。所以，本發(fā)明的目的是提供一種用水溶液處理表面的方法，其中經(jīng)處理的表面呈現(xiàn)出與基于溶劑的處理所提供的防水性至少相同的防水性。另外，本發(fā)明的目的是提供下列三個(gè)高度期望的用于在無(wú)機(jī)基底上提供長(zhǎng)期疏水性的要求(1)涂覆更安全的和環(huán)境可接受的水溶液，(2)賦予分子水平的疏水性和(3)與基底的反應(yīng)性以提供長(zhǎng)期性能。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及用包括離子有機(jī)硅化合物的水性組合物處理無(wú)機(jī)表面的方法以及各種處理過(guò)的無(wú)機(jī)表面。出人意料的是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)將水溶性離子有機(jī)硅化合物涂覆于無(wú)機(jī)表面使經(jīng)處理的表面具有優(yōu)異的疏水性質(zhì)，所述水溶性離子有機(jī)硅化合物直至本發(fā)明僅少量使用以溶解硅烷。本發(fā)明通過(guò)涂覆包含離子有機(jī)硅化合物的水溶液來(lái)滿足上述要求，該離子有機(jī)硅化合物具有離子基團(tuán)、疏水基團(tuán)和在硅上的至少一個(gè)烷氧基。
本發(fā)明僅采用離子有機(jī)硅化合物作為主要的或者唯一的組分以在無(wú)機(jī)基底的表面處理時(shí)賦予防水性。本發(fā)明的方法包括將所有基本上由至少一種離子有機(jī)硅化合物組成的水溶液涂覆到無(wú)機(jī)表面從而賦予該表面耐水性。雖然期望不限于以下解釋?zhuān)钦J(rèn)為在該水性離子有機(jī)硅溶液干燥時(shí)，該表面上堆積的分子使得能夠賦予水溶性的離子基團(tuán)在硅烷與無(wú)機(jī)表面形成化學(xué)鍵后深埋入該結(jié)構(gòu)中。所以，涂覆之后經(jīng)處理的表面可呈現(xiàn)出長(zhǎng)期防水涂層的特征。因此，根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思所教導(dǎo)的不同于如以上指出和討論的幾個(gè)專(zhuān)利所證明的現(xiàn)有技術(shù)中公開(kāi)的內(nèi)容。

具體實(shí)施例方式 現(xiàn)在將在下面更全面地描述本發(fā)明，其中描述了本發(fā)明的部分但非全部實(shí)施方式。這些發(fā)明確實(shí)可以許多不同的形式實(shí)施并且不應(yīng)該理解為限于本文所述的實(shí)施方式；相反，提供這些實(shí)施方式使得該公開(kāi)滿足適用的法律要求。
用于本發(fā)明的合適的表面處理組合物通過(guò)將水和離子有機(jī)硅化合物混合在一起而形成。根據(jù)本發(fā)明的離子有機(jī)硅化合物包括具有選自下式的有機(jī)硅烷
其中在各式中 Y是其中R為1-4個(gè)碳原子的烷基的RO、其中n的值為1-10的(CH2CH2O)nOH、(CH3OCH2CH2O)、或(CH3CH2OCH2CH2O)； a具有0、1和2的值； R′是甲基或乙基； R″′是1-4個(gè)碳原子的亞烷基； R″′、R″″和Rv是含有1-22個(gè)碳原子的烷基且其中至少一個(gè)這種基團(tuán)大于8個(gè)碳原子、-CH2C6H5、-CH2CH2OH、-CH2OH、和-(CH2)xNHC(O)Rvi，其中x的值為2-10且Rvi是具有1-12個(gè)碳原子的全氟烷基； X為氯離子、溴離子、氟離子、碘離子、醋酸根或甲苯磺酸根； Z是式C5H6N+的帶正電的芳族吡啶鎓環(huán)；且 M是Na、K、或Li或H。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，可將下式的離子有機(jī)硅化合物溶解在水中以形成水溶液
其中R是甲基或乙基，a的值為零，R″是亞丙基；R″′是甲基或乙基；R″″和Rv是含有1-22個(gè)碳原子的烷基且其中至少一個(gè)這種基團(tuán)大于8個(gè)碳原子，且X為氯離子、醋酸根或甲苯磺酸根?？蓪⒑羞@些離子有機(jī)硅的水溶液涂覆到無(wú)機(jī)表面以賦予耐水性。
本發(fā)明范圍內(nèi)的這種離子有機(jī)硅化合物的具體實(shí)例通過(guò)下式表示 (CH3O)3Si(CH2)3N+(CH3)2C18H37Cl- (CH3O)3Si(CH2)3N+(CH3)2C18H37Br- (CH3O)3Si(CH2)3N+CH3(C10H21)2Cl- (CH3O)3Si(CH2)3N+CH3(C10H21)2Br- (CH3O)3Si(CH2)3P+(C6H5)3Cl- (CH3O)3Si(CH2)3P+(C6H5)3Br- (CH3O)3Si(CH2)3N+(CH3)2CH2C6H5Cl- (CH2CH3O)3Si(CH2)3N+(CH3)2C18H37Cl- (CH3O)3Si(CH2)3N+(CH3)2(CH2)3NHC(O)(CF2)6CF3Cl- 在一個(gè)替代實(shí)施方式中，對(duì)應(yīng)于式3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十八烷基氯化銨、3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基甲基二癸基氯化銨、和3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十六烷基氯化銨的離子有機(jī)硅化合物特別適合于根據(jù)本發(fā)明涂覆無(wú)機(jī)表面的水溶液。這些離子有機(jī)硅化合物的結(jié)構(gòu)如下
3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十八烷基氯化銨；
3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基甲基二癸基氯化銨；和
3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十六烷基氯化銨。
根據(jù)本發(fā)明的組合物通過(guò)將離子有機(jī)硅溶解在水中制備。另外，可將多于一種的離子有機(jī)硅化合物溶于水以配制包含多于一種的離子有機(jī)硅化合物的水性組合物。而且，根據(jù)本發(fā)明的某些組合物也還包括已知的賦形劑例如濕潤(rùn)劑、表面活性劑、和抗菌劑。這些組合物以期望的施用劑量遵守有關(guān)揮發(fā)性有機(jī)含量(VOC)的地方和聯(lián)邦法規(guī)并且可通過(guò)包括例如刷涂、輥涂、空氣噴涂、和無(wú)空氣噴涂技術(shù)的任何已知方式涂覆于多種表面。在包含離子有機(jī)硅的水性組合物涂覆和干燥之后，獲得包括結(jié)合到該基底的保護(hù)性耐水層的經(jīng)處理的表面。雖然期望不限于以下解釋?zhuān)钦J(rèn)為在干燥時(shí)，堆積在該表面上的分子使得能夠賦予水溶性的離子基團(tuán)在硅烷與無(wú)機(jī)表面形成化學(xué)鍵后深埋入該結(jié)構(gòu)中。而且，認(rèn)為中心離子基團(tuán)上的長(zhǎng)鏈阻止水到達(dá)該分子的可溶性離子部分。因此，本發(fā)明還提供了包括獨(dú)特層的經(jīng)處理的表面，其中可溶性組分通過(guò)連附到該可溶性組分的長(zhǎng)鏈而與水隔絕。
具有能與通過(guò)硅烷烷氧基的水解產(chǎn)生的硅烷醇鍵合的官能團(tuán)或反應(yīng)性位點(diǎn)的任何表面均可用本發(fā)明的水溶液處理而使其防水。因此，根據(jù)本發(fā)明的經(jīng)處理的表面的特征可為離子有機(jī)硅化合物的縮聚物。某些合適的表面例如包括重質(zhì)和輕質(zhì)混凝土、磚石產(chǎn)品、石膏、混凝土砌塊、煤渣砌塊、軟泥磚、灰砂磚、排水瓦管、瓷磚、砂石、墁灰、粘土磚、天然石材和巖石、屋瓦、硅酸鈣磚、水泥品、熔渣石和熔渣磚(slag stones and bricks)、灰泥、石灰石、碎石、大理石、灰漿、砂漿、水磨石、灰渣、浮石、陶土、赤陶、瓷器、磚坯、珊瑚、白云石和瀝青?？梢杂帽景l(fā)明的組合物處理的非水泥表面包括但不限于珍珠巖、泡沫玻璃、蛭石、云母、硅石和硅藻土。
在一個(gè)實(shí)施方式中，該水性離子有機(jī)硅組合物可包括至少約0.1重量％的離子有機(jī)硅化合物。另外，某些實(shí)施方式可包括約0.1重量％-約10重量％的離子有機(jī)硅化合物而其它可包括約10重量％-99重量％的有機(jī)硅化合物或約20重量％-60重量％的有機(jī)硅化合物。
實(shí)施例1 3-[三-(2-羥基乙氧基)甲硅烷基]丙基二甲基十八烷基氯化銨 將360克(6摩爾)的乙二醇加入配有冷凝器、攪拌器、溫度計(jì)和蒸餾頭的2升三頸燒瓶。在100℃下在2小時(shí)期間向該溶液中逐滴加入200克3-氯丙基三甲氧基硅烷。該混合物在100℃下加熱6小時(shí)，期間回收101克材料，主要是沸點(diǎn)低于100℃的甲醇。獲得460克粗產(chǎn)物混合物。
該粗產(chǎn)物混合物的主要成分為 (OHCH2CH2O)3SiCH2CH(CH3)CH2Cl
3-氯丙基-三-(2-羥基乙氧基)硅烷。
在相同的反應(yīng)配置中，將265克(0.9摩爾)十八烷基二甲胺加入粗產(chǎn)物溶液。該混合物加熱到120℃下20小時(shí)。20小時(shí)后完成反應(yīng)。產(chǎn)物混合物樣品的滴定顯示氯離子濃度為4.35％。主要成分的結(jié)構(gòu)為 (OHCH2CH2O)3SiCH2CH2CH2N(CH3)2C18H37Cl-
3-[三-(2-羥基乙氧基)甲硅烷基]丙基二甲基十八烷基氯化銨。
產(chǎn)物混合物的計(jì)算氯離子濃度為4.40％。該產(chǎn)物可與水以任意比混溶。
實(shí)施例2 將636克(6摩爾)的二甘醇加入配有冷凝器、攪拌器、溫度計(jì)和蒸餾頭的2升三頸燒瓶。在100℃下在2小時(shí)期間向該溶液中逐滴加入200克3-氯丙基三甲氧基硅烷。該混合物在125℃下加熱6小時(shí)，期間回收101克材料，主要是沸點(diǎn)低于100℃的甲醇。獲得735克粗產(chǎn)物混合物。
該粗產(chǎn)物混合物的主要成分為 (OHCH2CH2OCH2CH2O)3SiCH2CH(CH3)CH2Cl
在相同的反應(yīng)配置中，將265克(0.9摩爾)十八烷基二甲胺加入粗產(chǎn)物溶液。該混合物加熱到120℃下20小時(shí)。20小時(shí)后完成反應(yīng)。產(chǎn)物混合物樣品的滴定顯示氯離子濃度為2.97％。主要成分的結(jié)構(gòu)為 (OHCH2CH2OCH2CH2O)3SiCH2CH2CH2N(CH3)2C18H37Cl-
產(chǎn)物混合物的計(jì)算氯離子濃度為3.2％。該產(chǎn)物可與水以任意比混溶。
實(shí)施例3 3-(三甲氧基甲硅烷基)-2-甲基丙基二甲基十八烷基氯化銨 將225克的3-氯-2-甲基丙基-三甲氧基硅烷(1.1摩爾)、295克二甲基十八胺(1.0摩爾)和100克甲醇加入配有攪拌器、溫度計(jì)的2升壓力反應(yīng)器。該混合物在120℃下加熱30小時(shí)。30小時(shí)后完成反應(yīng)。產(chǎn)物混合物樣品的滴定顯示氯離子濃度為5.62％。主要成分的結(jié)構(gòu)為 (CH3O)3SiCH2CH(CH3)CH2N(CH3)2C18H37Cl-
3-(三甲氧基甲硅烷基)-2-甲基丙基二甲基十八烷基氯化銨。
產(chǎn)物混合物的計(jì)算氯離子濃度為5.71％。該產(chǎn)物可與水以任意比混溶。
實(shí)施例4 3-[三-(2-羥基乙氧基)甲硅烷基]-2-甲基丙基二甲基十八烷基氯化銨 將360克(6摩爾)的乙二醇加入配有冷凝器、攪拌器、溫度計(jì)和蒸餾頭的2升三頸燒瓶。在100℃下在2小時(shí)期間向該溶液中逐滴加入212克3-氯-2-甲基丙基-三甲氧基硅烷。該混合物在100℃下加熱6小時(shí)，期間回收101克材料，主要是沸點(diǎn)低于100℃的甲醇。獲得470克粗產(chǎn)物混合物。主要的反式酯化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)為 (OHCH2CH2O)3SiCH2CH(CH3)CH2Cl
3-氯-2-甲基丙基-三(2-羥基-乙氧基)硅烷。
在相同的反應(yīng)配置中，將265克(0.9摩爾)十八烷基二甲胺加入粗產(chǎn)物溶液。該混合物加熱到120℃下20小時(shí)。20小時(shí)后完成反應(yīng)。產(chǎn)物混合物樣品的滴定顯示氯離子濃度為4.17％。主要成分的結(jié)構(gòu)為 (OHCH2CH2O)3SiCH2CH(CH3)CH2N(CH3)2C18H37Cl-
3-[三-(2-羥基乙氧基)甲硅烷基]-2-甲基丙基二甲基十八烷基氯化銨。
產(chǎn)物混合物的計(jì)算氯離子濃度為4.32％。該產(chǎn)物可與水以任意比混溶。
實(shí)施例5 將540克(6摩爾)的乙二醇單乙醚加入配有冷凝器、攪拌器、溫度計(jì)和蒸餾頭的2升三頸燒瓶。在100℃下在2小時(shí)期間向該溶液中逐滴加入200克3-氯丙基三甲氧基硅烷。該混合物在125℃下加熱6小時(shí)，期間回收101克材料，主要是沸點(diǎn)低于100℃的甲醇。獲得735克粗產(chǎn)物混合物。
粗產(chǎn)物混合物的主要成分為 (CH3CH2OCH2CH2O)3SiCH2CH(CH3)CH2Cl
3-氯丙基三(2-乙氧基乙氧基)硅烷。
在相同的反應(yīng)配置中，將265克(0.9摩爾)十八烷基二甲胺加入粗產(chǎn)物溶液。該混合物加熱到120℃下20小時(shí)。20小時(shí)后完成反應(yīng)。產(chǎn)物混合物樣品的滴定顯示氯離子濃度為3.45％。主要成分的結(jié)構(gòu)為 (CH2CH3OCH2CH2O)3SiCH2CH2CH2N(CH3)2C18H37Cl-
3-[三-(2-乙氧基乙氧基)甲硅烷基]丙基二甲基十八烷基氯化銨。
產(chǎn)物混合物的計(jì)算氯離子濃度為3.52％。該產(chǎn)物可與水以任意比混溶。
實(shí)施例6 通過(guò)溶解在自來(lái)水中制備0.1-5.0重量％的3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十八烷基氯化銨的多種水溶液。處理的基底包括混凝土砌塊、水泥板、砂面墁灰(sandface plaster)和砂石。對(duì)這些材料進(jìn)行稱(chēng)重并在100℃的烘箱中干燥直至達(dá)到恒定的重量。然后對(duì)各塊材料進(jìn)行稱(chēng)重并置于1cm的水中1小時(shí)，再次稱(chēng)重并在100℃的烘箱中干燥直至達(dá)到恒定的重量。此時(shí)，稱(chēng)重各塊、在防水劑溶液中浸泡20秒然后干燥，并最終再次稱(chēng)重。將經(jīng)處理的樣品置于1cm的水中1小時(shí)并稱(chēng)重。各次試驗(yàn)的百分隔水率(water exclusion)在表I中提供，其中百分隔水率根據(jù)以下方式計(jì)算
表I(％)不同濃度下的隔水率
這些結(jié)果表明1.5-3.5重量％的溶液提供對(duì)大多數(shù)基底優(yōu)異的疏水性。
實(shí)施例7 使用標(biāo)準(zhǔn)M20砌塊樣品進(jìn)行測(cè)試。將標(biāo)準(zhǔn)尺寸磚切割成三塊相同的部分進(jìn)行測(cè)試。砂石塊為7cm×6mm×7cm。包括未處理的對(duì)照品用于對(duì)比并計(jì)算隔水率。用鋼絲刷和布清洗樣品。將各塊樣品稱(chēng)重并在100℃的烘箱中干燥直至達(dá)到恒定的重量。通過(guò)根據(jù)ASTM D-6489建立的步驟確定水吸收。將各塊稱(chēng)重并將其置于1cm的水中24小時(shí)，再次稱(chēng)重并在100℃的烘箱中干燥直至達(dá)到恒定的重量。然后根據(jù)實(shí)施例6所述用防水劑處理各塊。將各塊浸泡在1cm的水中24小時(shí)之后再次稱(chēng)重各塊。水吸收、百分吸水率(水吸收×100/干燥塊的重量)和百分隔水率通過(guò)以下方式計(jì)算
通過(guò)溶解在自來(lái)水中制備3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十八烷基氯化銨的2.5重量％溶液。各基底的三個(gè)樣品通過(guò)將樣品浸漬20秒而進(jìn)行處理。使樣品固化24小時(shí)。它們進(jìn)一步在100℃的烘箱中干燥1小時(shí)。從烘箱中取出之后，使樣品達(dá)到室溫然后進(jìn)行測(cè)量。使用ASTM方法D6489確定水吸收。三個(gè)樣品的平均計(jì)算結(jié)果總結(jié)于表II中。
表II 基于ASTM D6489的隔水率 實(shí)施例8 Rilem水壓滲水試驗(yàn)(試驗(yàn)II.4) 通過(guò)溶解在自來(lái)水中制備3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十八烷基氯化銨的2.5％溶液。各基底的三個(gè)樣品通過(guò)將樣品浸漬在水溶液中20秒而進(jìn)行處理。使樣品固化24小時(shí)。然后它們進(jìn)一步在100℃的烘箱中干燥1小時(shí)。使樣品達(dá)到室溫然后進(jìn)行測(cè)量。吸收管通過(guò)施加壓力將填隙帶插入到該管的圓邊和磚石材料的表面之間而固定在基底表面上。然后將水加入管的開(kāi)口直到其達(dá)到零刻度標(biāo)記?；自?0分鐘內(nèi)吸收的水量從管上的刻度標(biāo)記讀出。數(shù)據(jù)提供于表III中，該表III顯示20分鐘內(nèi)損失的毫升(ml)數(shù)。
表III Rilem水壓滲水試驗(yàn)(試驗(yàn)II.4) 實(shí)施例9 滲透深度 通過(guò)溶解在自來(lái)水中制備3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十八烷基氯化銨的2.5％溶液。各基底的三個(gè)樣品通過(guò)將樣品浸漬在水溶液中20秒而進(jìn)行處理。使樣品固化24小時(shí)。然后它們進(jìn)一步在100℃的烘箱中干燥1小時(shí)。使樣品達(dá)到室溫然后進(jìn)行測(cè)量。使用錘子和鑿子縱向地劈開(kāi)各樣品。將各樣品的一半以斷裂面朝下置于水溶性染料溶液中。僅各樣品的未處理部分吸收該溶液并變得被染色。測(cè)量從表面向下到染色區(qū)域的滲透深度。平均滲透提供于表IV中。
表IV 滲透深度 實(shí)施例10 毛細(xì)管吸收測(cè)試 在調(diào)節(jié)之后，將經(jīng)處理的和未經(jīng)處理的混凝土立方塊樣品用于進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)。記錄所有立方塊的初始重量。將稱(chēng)重的樣品置于由一包過(guò)濾紙制成的多孔載體上的容器中。該包過(guò)濾紙的厚度大約為1cm。該包過(guò)濾紙確保了水僅與放置有樣品的表面之間的直接和連續(xù)的接觸。將自來(lái)水緩慢地倒入該容器直到該紙張完全飽和。水位不允許升高超過(guò)該包過(guò)濾紙的頂部邊界。為減少水的蒸發(fā)，用玻璃片覆蓋該容器。
為評(píng)價(jià)毛細(xì)管水吸收，1小時(shí)后將樣品從容器中取出。在用濕布擦拭與水接觸的表面之后，稱(chēng)重各樣品。獲得的結(jié)果提供于表V中。
表V 毛細(xì)管吸收 實(shí)施例11 將標(biāo)準(zhǔn)M20砌塊樣品用于附加的測(cè)試。包括未處理的對(duì)照品用于對(duì)比并計(jì)算隔水率。用鋼絲刷和布清洗樣品。稱(chēng)重各塊并在100℃的烘箱中干燥直至達(dá)到恒定的重量。水吸收通過(guò)根據(jù)ASTM D6489建立的步驟確定。稱(chēng)重各塊并將其置于1cm的水中24小時(shí)，再次稱(chēng)重并在100℃的烘箱中干燥直至達(dá)到恒定的重量。2.5重量％的3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基甲基二癸基氯化銨溶液通過(guò)溶解在自來(lái)水中制備。三個(gè)樣品通過(guò)浸漬在水溶液中20秒而進(jìn)行處理。使樣品固化24小時(shí)。然后它們進(jìn)一步在100℃的烘箱中干燥1小時(shí)。使樣品達(dá)到室溫然后進(jìn)行測(cè)量。水的吸收、百分吸水率(水吸收×100/干燥塊的重量)和百分隔水率通過(guò)以下方式計(jì)算
三個(gè)樣品計(jì)算的平均百分隔水率為87％。
實(shí)施例12 將標(biāo)準(zhǔn)M20砌塊樣品用于附加的測(cè)試。包括未處理的對(duì)照品用于對(duì)比并計(jì)算隔水率。用鋼絲刷和布清洗樣品。將各塊樣品稱(chēng)重并在100℃的烘箱中干燥直至達(dá)到恒定的重量。通過(guò)溶解在自來(lái)水中制備3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十六烷基氯化銨的2.5重量％溶液。三個(gè)樣品通過(guò)浸漬在水溶液中20秒而進(jìn)行處理。使樣品固化24小時(shí)。然后它們進(jìn)一步在100℃的烘箱中干燥1小時(shí)。使樣品達(dá)到室溫然后進(jìn)行測(cè)量。水的吸收、百分吸水率(水吸收×100/干燥塊的重量)和百分隔水率通過(guò)以下方式計(jì)算
三個(gè)樣品計(jì)算的平均隔水率為85％。
實(shí)施例13 將標(biāo)準(zhǔn)M20砌塊樣品用于附加的測(cè)試。包括未處理的對(duì)照品用于對(duì)比并計(jì)算隔水率。用鋼絲刷和布清洗樣品。將各塊樣品稱(chēng)重并在100℃的烘箱中干燥直至達(dá)到恒定的重量。通過(guò)將實(shí)施例1獲得的產(chǎn)物溶解于自來(lái)水中制備2.5重量％溶液。三個(gè)樣品通過(guò)浸漬在水溶液中20秒而進(jìn)行處理。使樣品固化48小時(shí)。然后它們進(jìn)一步在100℃的烘箱中干燥1小時(shí)。使樣品達(dá)到室溫然后進(jìn)行測(cè)量。水的吸收、百分吸水率(水吸收×100/干燥塊的重量)和百分隔水率通過(guò)以下方式計(jì)算
三個(gè)樣品計(jì)算的平均隔水率為91％。
實(shí)施例14 將標(biāo)準(zhǔn)M20砌塊樣品用于附加的測(cè)試。包括未處理的對(duì)照品用于對(duì)比并計(jì)算隔水率。用鋼絲刷和布清洗樣品。將各塊樣品稱(chēng)重并在100℃的烘箱中干燥直至達(dá)到恒定的重量。通過(guò)將實(shí)施例2獲得的產(chǎn)物溶解于自來(lái)水中制備2.5重量％溶液。三個(gè)樣品通過(guò)浸漬在水溶液中20秒而進(jìn)行處理。使樣品固化5天。然后它們進(jìn)一步在100℃的烘箱中干燥1小時(shí)。使樣品達(dá)到室溫然后進(jìn)行測(cè)量。水的吸收、百分吸水率(水吸收×100/干燥塊的重量)和百分隔水率通過(guò)以下方式計(jì)算
三個(gè)樣品計(jì)算的平均隔水率為81％。
實(shí)施例15 將標(biāo)準(zhǔn)M20砌塊樣品用于附加的測(cè)試。包括未處理的對(duì)照品用于對(duì)比并計(jì)算隔水率。用鋼絲刷和布清洗樣品。將各塊樣品稱(chēng)重并在100℃的烘箱中干燥直至達(dá)到恒定的重量。通過(guò)將實(shí)施例4獲得的產(chǎn)物溶解于自來(lái)水中制備2.5重量％溶液。三個(gè)樣品通過(guò)浸漬在水溶液中20秒而進(jìn)行處理。使樣品固化48小時(shí)。然后它們進(jìn)一步在100℃的烘箱中干燥1小時(shí)。使樣品達(dá)到室溫然后進(jìn)行測(cè)量。水的吸收、百分吸水率(水吸收×100/干燥塊的重量)和百分隔水率通過(guò)以下方式計(jì)算
三個(gè)樣品計(jì)算的平均隔水率為93％。
實(shí)施例16 將標(biāo)準(zhǔn)M20砌塊樣品用于附加的測(cè)試。包括未處理的對(duì)照品用于對(duì)比并計(jì)算隔水率。用鋼絲刷和布清洗樣品。將各塊樣品稱(chēng)重并在100℃的烘箱中干燥直至達(dá)到恒定的重量。通過(guò)將實(shí)施例5獲得的產(chǎn)物溶解于自來(lái)水中制備2.5重量％溶液。三個(gè)樣品通過(guò)浸漬在水溶液中20秒而進(jìn)行處理。使樣品固化48小時(shí)。然后它們進(jìn)一步在100℃的烘箱中干燥1小時(shí)。使樣品達(dá)到室溫然后進(jìn)行測(cè)量。水的吸收、百分吸水率(水吸收×100/干燥塊的重量)和百分隔水率通過(guò)以下方式計(jì)算
三個(gè)樣品計(jì)算的平均隔水率為93％。
本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在受益于前述說(shuō)明書(shū)和相關(guān)附圖
所給出的教導(dǎo)后將想到許多變型方案和其它實(shí)施方式。因此，應(yīng)該理解本發(fā)明不限于公開(kāi)的具體實(shí)施方式
并且變型方案和其它實(shí)施方式旨在包括于所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。雖然本文采用了具體的術(shù)語(yǔ)，但它們僅以一般和描述性的概念使用并且沒(méi)有限制的作用。
權(quán)利要求
1.一種處理表面以使表面防水的方法，包括向所述表面涂覆基本上由至少一種離子有機(jī)硅化合物組成的水溶液。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述離子有機(jī)硅化合物選自
其中在各式中
Y是其中R為1-4個(gè)碳原子的烷基的RO、其中n的值為1-10的(CH2CH2O)nOH、(CH3OCH2CH2O)、或(CH3CH2OCH2CH2O)；
a具有0、1和2的值；
R′是甲基或乙基；
R＂是1-4個(gè)碳原子的亞烷基；
R″′、R″″和Rv是含有1-22個(gè)碳原子的烷基且其中至少一個(gè)這種基團(tuán)大于8個(gè)碳原子、-CH2C6H5、-CH2CH2OH、-CH2OH、和-(CH2)xNHC(O)Rvi，其中x具有2-10的值且Rvi是具有1-12個(gè)碳原子的全氟烷基；
X為氯離子、溴離子、氟離子、碘離子、醋酸根或甲苯磺酸根；
Z是式C5H6N+的帶正電的芳族吡啶鎓環(huán)；且
M是Na、K、或Li或H。
3.權(quán)利要求1的方法，其中涂覆水溶液的步驟包括涂覆僅一種下式的離子有機(jī)硅化合物
其中
Y是其中R為1-4個(gè)碳原子的烷基的RO、其中n的值為1-10的(CH2CH2O)nOH、(CH3OCH2CH2O)、或(CH3CH2OCH2CH2O)；
a具有0、1和2的值；
R′是甲基或乙基；
R＂是1-4個(gè)碳原子的亞烷基；
R″′、R″″和Rv是含有1-22個(gè)碳原子的烷基且其中至少一個(gè)這種基團(tuán)大于8個(gè)碳原子、-CH2C6H5、-CH2CH2OH、-CH2OH、和-(CH2)xNHC(O)Rvi，其中x具有2-10的值且Rvi是具有1-12個(gè)碳原子的全氟烷基；
X為氯離子、溴離子、氟離子、碘離子、醋酸根或甲苯磺酸根。
4.權(quán)利要求3的方法，其中所述離子有機(jī)硅占所述水溶液的約0.1重量％-約10重量％。
5.權(quán)利要求1的方法，其中所述涂覆步驟包括將所述水溶液噴涂在所述表面上。
6.權(quán)利要求1的方法，其中所述涂覆步驟包括將所述水溶液涂覆在無(wú)機(jī)表面上。
7.權(quán)利要求6的方法，其中所述表面選自混凝土、磚石產(chǎn)品、石膏、混凝土砌塊、煤渣砌塊、軟泥磚、灰砂磚、排水瓦管、瓷磚、砂石、墁灰、粘土磚、天然石材和巖石、屋瓦、硅酸鈣磚、水泥品、熔渣石和熔渣磚、灰泥、石灰石、碎石、大理石、灰漿、砂漿、水磨石、灰渣、浮石、陶土、赤陶、瓷器、磚坯、珊瑚、白云石和瀝青。
8.一種處理表面以使表面防水的方法，包括
i)將離子有機(jī)硅化合物溶解在水中形成離子有機(jī)硅化合物的水溶液；
ii)將所述水溶液涂覆在無(wú)機(jī)表面上；和
iii)使所述水溶液干燥從而所述離子有機(jī)硅化合物與所述無(wú)機(jī)表面上存在的反應(yīng)性位點(diǎn)結(jié)合以在所述無(wú)機(jī)表面上形成保護(hù)性防水層。
9.權(quán)利要求8的方法，其中所述離子有機(jī)硅化合物選自式
其中
Y是其中R為1-4個(gè)碳原子的烷基的RO、其中n的值為1-10的(CH2CH2O)nOH、(CH3OCH2CH2O)、或(CH3CH2OCH2CH2O)；
a具有0、1和2的值；
R′是甲基或乙基；
R＂是1-4個(gè)碳原子的亞烷基；
R″′、R″″和Rv是含有1-22個(gè)碳原子的烷基且其中至少一個(gè)這種基團(tuán)大于8個(gè)碳原子、-CH2C6H5、-CH2CH2OH、-CH2OH、和-(CH2)xNHC(O)Rvi，其中x具有2-10的值且Rvi是具有1-12個(gè)碳原子的全氟烷基；
X為氯離子、溴離子、氟離子、碘離子、醋酸根或甲苯磺酸根。
10.權(quán)利要求9的方法，其中所述離子有機(jī)硅占所述水溶液的約0.1重量％-10重量％。
11.權(quán)利要求10的方法，其中所述離子有機(jī)硅是3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十八烷基氯化銨、3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基甲基二癸基氯化銨、和3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十六烷基氯化銨中的至少一種。
12.權(quán)利要求11的方法，其中涂覆所述水溶液的步驟選自將所述水溶液刷涂、輥涂和噴涂到所述表面上的至少一種。
13.一種防水品，包括具有防水層的無(wú)機(jī)表面，所述防水層結(jié)合到所述表面，所述防水層包括水溶性離子有機(jī)硅化合物的縮聚物。
14.權(quán)利要求13的防水品，其中所述防水層和所述無(wú)機(jī)表面通過(guò)Si-O-Si鍵連接。
15.權(quán)利要求14的防水品，其中所述防水層進(jìn)一步包括鍵合到離子基團(tuán)的長(zhǎng)鏈烷基。
16.權(quán)利要求15的防水表面，其中所述長(zhǎng)鏈烷基定位成使水不能到達(dá)所述離子基團(tuán)。
17.權(quán)利要求16的防水表面，其中所述防水層包括下式的離子有機(jī)硅化合物的縮聚物
其中
Y是其中R為1-4個(gè)碳原子的烷基的RO、其中n的值為1-10的(CH2CH2O)nOH、(CH3OCH2CH2O)、或(CH3CH2OCH2CH2O)；
a具有0、1和2的值；
R′是甲基或乙基；
R＂是1-4個(gè)碳原子的亞烷基；
R″′、R″″和Rv是含有1-22個(gè)碳原子的烷基且其中至少一個(gè)這種基團(tuán)大于8個(gè)碳原子、-CH2C6H5、-CH2CH2OH、-CH2OH、和-(CH2)xNHC(O)Rvi，其中x具有2-10的值且Rvi是具有1-12個(gè)碳原子的全氟烷基；且
X為氯離子、溴離子、氟離子、碘離子、醋酸根或甲苯磺酸根
18.權(quán)利要求16的防水表面，其中所述防水層包括3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十八烷基氯化銨、3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基甲基二癸基氯化銨、和3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十六烷基氯化銨中的至少一種的縮聚物。
19.一種結(jié)合上述說(shuō)明和實(shí)施例描述的如本文所要求的處理表面以使表面防水的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及用包括離子有機(jī)硅化合物的水性組合物處理無(wú)機(jī)表面的方法。出人意料的是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)將水溶性離子有機(jī)硅化合物涂覆于無(wú)機(jī)表面使經(jīng)處理的表面具有優(yōu)異的疏水性質(zhì)，所述水溶性離子有機(jī)硅化合物直至本發(fā)明僅少量使用以溶解硅烷。本發(fā)明僅采用離子有機(jī)硅化合物作為主要的或者唯一的組分以在無(wú)機(jī)基底的表面處理時(shí)賦予防水性。本發(fā)明的方法包括將離子有機(jī)硅化合物涂覆到無(wú)機(jī)表面從而賦予該基底耐水性。在涂覆后，經(jīng)處理的表面可呈現(xiàn)出具有長(zhǎng)期的防水性質(zhì)的特征。
文檔編號(hào)B05D3/00GK101500716SQ200680055267
公開(kāi)日2009年8月5日 申請(qǐng)日期2006年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月7日
發(fā)明者普拉卡什·V·梅薩, 阿杰伊·I·蘭卡 申請(qǐng)人:西瑪·A·蘭卡