摘 要

防水涂料是一层具有防水性能的薄膜材料，在化学建材与建筑工业中有着广泛的应用。目前防水涂料主要应用于建筑中易受水侵蚀的结构部位或构件，因此这对防水涂膜的耐水性、耐低高温性及对基层的附着力等有着较高的要求。但单一的无机涂料或有机树脂材料均难以实现这些功能。为了使涂层获得优秀的性能和功能，将无机材料和有机树脂进行有效的复合，从而得到具有良好的耐水性、耐划性及优异的柔韧性的复合材料。这种有效复合可以通过硅烷偶联剂来实现。硅烷偶联剂可以用通式YR(CH₂)SiX₃来表示。其特殊结构可以跟无机材料表面的活性基团相结合，又能与有机材料中的长链大分子相互作用。因此它可以将无机材料和有机介质进行有效复合。水玻璃本身可用作胶黏剂，它具有一定的黏度、较强的成膜能力，是防水涂料中应用普遍的成膜物。因此本文将使用三种硅烷偶联剂对质量分数为32%的硅酸钾溶液分别进行改性，得到具有一定综合性能的有机-无机复合材料。

关键词：硅烷偶联剂；钾水玻璃；改性；复合材料

Abstract

Waterproof coating is a layer of a film material with waterproof properties, which has been widely used in chemical building materials and construction industry. Currently waterproof coating is mainly used in structural parts or components of the building vulnerable to water erosion, so it has high requirements to the water resistance, low temperature resistance and adhesion to the base layer of the water-resistant coating. However, a single inorganic coating or organic resin material are difficult to achieve these functions. In order to achieve excellent coating performance and unique features, the inorganic material and organic resin can compound effectively. The composite material has excellent high temperature resistance, mechanical properties, high strength and excellent flexibility. The effective compound can be realized by silane coupling agent. Silane coupling agents can be represented by the formula YR(CH₂)SiX_3. Its special structure can be combined with not only active group on the surface of the inorganic materials, but also long-chain molecules in organic media function. So it can composite inorganic materials and organic media effectively. As the adhesive, potassium silicate has a long history. It is one of the film forming materials widely used in inorganic coatings, which has a certain viscosity, strong adhesion and film forming ability. So this paper will use silane coupling agent to modify the potassium silicate, in order to obtain the organic inorganic composite material with some comprehensive properties.

Key Words：silane coupling agent; potassium silicate; modified; composites

目 录

第1章 绪论 1

1.1前言 1

1.2防水涂料的防水机理 1

1.2.1涂膜型防水涂料的防水机理 1

1.2.2憎水型防水涂料的防水机理 2

1.3有机-无机复合涂料 2

1.3.1有机-无机复合涂料的概念 2

1.3.2有机-无机复合涂料的分类 2

1.3.3有机-无机复合涂料的制备方法 3

1.3.4有机-无机复合涂料的应用 3

1.4无机涂料的基料 3

1.4.1水玻璃 3

1.4.2硅溶胶 4

1.5有机硅涂料 4

1.5.1硅烷偶联剂 4

1.5.2硅烷偶联剂的结构 4

1.5.3硅烷偶联剂的作用机理 5

1.6本课题的研究背景及意义 5

1.7本文的研究目的及内容 6

第2章 硅烷偶联剂改性钾水玻璃 7

2.1引言 7

2.2原理 7

2.2.1硅酸盐的模数 7

2.2.2硅烷偶联剂反应机理 7

2.3实验药品及仪器设备 8

2.3.1实验药品 8

2.3.2仪器设备 8

2.4反应合成条件及工艺的研究 8

2.4.1合成工艺 8

2.4.2反应温度 9

2.4.3 pH值 9

2.4.4去离子水的用量 9

2.4.5 涂膜样品的准备 10

2.4.6实验原料配比 10

2.5本章小结 10

第3章 结果与讨论 11

3.1测试与表征 11

3.1.1反应过程中体系的稳定性 11

3.1.2涂膜样品的处理 11

3.1.3固化时间 11

3.1.4附着力测试 11

3.1.5耐水性测试 12

3.1.6固含量的测定 12

3.2结果与讨论 13

3.2.1反应过程中体系的稳定性 13

3.2.2固化时间 14

3.2.3附着力测试 15

3.2.4耐水性测试 17

3.2.5固含量的测定 19

3.2.6反应物配比对改性结果的影响 20

3.2.7钾水玻璃与硅溶胶混合后改性 21

3.3本章小结 23

第4章 总结 24

4.1结论 24

4.2应用展望 24

参考文献 25

致谢 27

第1章 绪论

1.1前言

防水涂料是经过涂覆施工后形成的一层具有防水性能的建筑材料 ^[1]。防水涂料的主要成膜物质有高分子聚合物、水泥或有机-无机复合材料等。其在常温下呈粘稠状液态或者可液化的固体粉末。防水涂料主要应用于建筑物中某些可能受水侵蚀的结构部件和部位中，例如地下室，水池等。相比于结构防水而言，防水涂料属于依附型的防水材料，它本身无法承受较高强度的力的作用。由于防水涂料应用部位的温度变化较大，这对防水涂膜的耐低、高温性能，对较强力作用下的附着能力均有要求^[2]。所以防水涂膜一般要求具有较好的耐水性、柔韧性和对基层具有一定强度的附着力。

防水涂料的用量是非常大的，与其他功能型建筑涂料相比，有着更巨大的影响并且与建筑物的功能关系更为密切^[3]。和防水卷材相比较，防水涂料的施工更加简单、使用。对于形状不规则的基层，也能够形成紧密的涂膜。对于一些较适宜于使用防水卷材的建筑工程中，防水材料作为施工材料的补充，也可以取得很好的效果。因此防水涂料的发展对于建筑业与化学建材业都有着重要的意义。其开发方向也将是多样化的。

目前防水涂料多用于建筑物地下室、隧道、游泳池及坝工等防水工程中，主要可起到高强度、防水、防腐等作用。随着我国科学水平的提高和建材工业的发展，我国防水涂料也有了不错的进步。现在已具有挥发干燥型和反应固化型、水型和溶剂型等性能不同的防水涂料^[4]。目前我国建筑型防水涂料主要分为：沥青基防水涂料、聚氨酯防水涂料、聚合物乳液防水涂料、无机防水涂料等^[5]。

1.2防水涂料的防水机理

1.2.1涂膜型防水涂料的防水机理

目前，许多高分子材料在干燥固化之后可以形成完整、连续的涂膜，但在固体高分子分子之间存在间隙，这些间隙是允许水分子通过的^[6]。但自然界的水通常为缔合状态，许多水分子间通过氢键的作用形成分子团，是很难通过高分子间隙的。因此这些分子之间形成的涂膜对水分子会起到隔绝作用，从而实现涂层的防水功能。其中乳液型防水涂料是由于乳液颗粒间的融合完成成膜过程的，分子间隙相对来说比较大，形成的膜也比较疏松，所以这类防水涂料的防水性能相对较差。而溶剂型防水涂料是由于聚合物分子在溶剂挥发过程中成膜的，分子间间隙较小，更为紧密，其防水性能相对较好。

1.2.2憎水型防水涂料的防水机理

因为有些高分子含有亲水基，所以并非所有能成膜的涂料都具有防水性能。这些亲水基对水的亲和能力较强，强于水分子之间形成的氢键，因此会将分子间的氢键破坏掉，使水分子能够进入高分子涂膜，这种聚合物材料的防水性能就相对较差。