【博士】有机硅氟建筑防水防尘材料的研究与开发

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内容简介

　　【博士】有机硅氟建筑防水防尘材料的研究与开发　　授予学位：博士　　学位授予单位：中山大学　　学位年度：2007　　 本工作从分析目前市场上的有机硅建筑防水剂及国内产品存在的问题出发，围绕开发性能优异、性价比高的有机硅防水材料展开，特别是对氟改性有机硅材料的制备方法与应用进行研究，开发出具有应用价值的氟改性有机硅材料，主要开展的研究如下：　　以甲基三乙氧基硅烷和二甲基二乙氧基硅烷或羟基硅油为原料制备了n(Me)／n(Si)值为1．2，1．4，1．6的有机硅树脂预聚物，并对n(Me)／n(Si)值对防水材料的防水性能和硅树脂防水层的耐碱性能的影响进行了探讨。其中，以甲基三乙氧基硅烷和二甲基二乙氧基硅烷制备的甲基硅树脂防水剂，当n(Me)／n(Si)值为1．2的时，具有良好的防水性能。以甲基三乙氧基硅烷和羟基硅油为原料制备的甲基硅树脂防水剂，随着n(Me)／n(Si)值的增大，其吸水率比减小，试件表面与水的接触角随之增大，综合考虑吸水率比和硅树脂防水层的耐碱性能，本路线制备的n(Me)／n(Si)值为1．2．1．4的防水剂具有最优的防水性能，并有望具有较长时间的防水保护功能。这些结论为制备性能优异、性价比高的长链烷基有机硅防水剂提供借鉴，尤其是以羟基硅油出发的这条路线，具有重要的应用价值。　　 在长链烷基硅树脂防水剂系列中，长链烷基的引入，有利于提高防水剂的防水性能和耐碱性能，而且，烷基链的长度，以碳原子数为3～8的防水剂具有最优的防水性能。通过羟基硅油改变长链烷基硅树脂的n(R)／n(Si)值，该值在1．帖I．4之间，随着n(R)／n(Si)值增大，基材表面与水的接触角也随之增大，憎水性能得到增强，防水层具有良好的耐碱性能，有望具有较长时间的防水寿命。羟基硅油的引入，不仅可以提高硅树脂的憎水性能，而且可以适当降低成本。在此基础上，给出了一种性能优异、性价比高的有机硅防水剂的配方。　　以丙基三甲氧基硅烷与F．8261出发，水解共缩聚制备n(R)／n(Si)=l的氟改性有机硅防水剂，当F．8261的含量为5％，防水剂具有较优的综合性能，其中，吸水率比为6％，表面与水的接触角为1350。以丙基三甲氧基硅烷与氟羟基硅油出发水解缩聚制备氟改性有机硅防水剂，n(R)／n(Si)值在1．0与1．4之间，吸水率比随着该值的增大而减小，表面与水的接触角增大。综合考虑成本与性能，n(R)／n(Si)=1．2的防水剂具有较好的性价比，其中，吸水率比为7．4％，表面与水的接触角为135"，膜层耐沾污性能的等级为0级。　　 对比研究了不同的溶胶．凝胶方法制备纳米级二氧化硅粒子以及反应过程，确定了一种新的方法：改进的种子生长法，并且借助电导率仪对反应进行了监控，为大规模制备氟改性有机硅纳米材料提供了可能。基本反应条件为：以乙醇为溶剂，反应温度为40℃；F-8261和TEOS的体积比选择为l：25；催化剂选择为强碱和弱碱按一定体积比的混合物；硅氟纳米粒子分两步制备，第一步，制备二氧化硅纳米粒子，第二步，二氧化硅纳米粒子的表面氟化改性。最后阶段，采用酸中和碱终止反应，制备的体系具有良好的稳定性。利用IR,UV，TEM，XPS等手段对氟改性有机硅纳米粒子进行了表征，IR分析结果表明氟改性单体通过化学键结合在Si02纳米粒子的表面；通过控制催化剂的用量，分别制备了粒径为36 am和85 nm的氟改性有机硅粒子。氟改性有机硅粒子在玻璃表面可以形成一层致密较为均匀的薄膜，而且该膜层具有良好的耐紫外老化性能和耐摩擦性能。该膜层与玻璃表面通过化学键结合，附着力强，而且不改变玻璃的外观和透光率，涂层表面具有良好的防水、防尘、防污等性能；表面与水的静态接触角为103．5。。当添加该材料到烷基防水剂中，改变了材料表面的化学构成，材料表面的疏水、防污等性能得到提高，表面与水的静态接触角由原来的125．50增大到1360。　　

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