硅烷改性水泥基聚合物、制备方法及其在防水涂料中的应用与流程

本发明涉及防水涂料制备，具体为一种硅烷改性水泥基聚合物、制备方法及其在防水涂料中的应用。

背景技术：

1、混凝土结构的耐久性劣化本质上是水分与有害离子（cl-、so42-等）通过微裂纹和孔隙渗透引发的连锁反应。传统防护手段（如密实化设计、矿物掺合料）虽能延缓初期劣化，但无法应对已服役结构的动态损伤。尤其当防水涂层出现微裂纹时，水分渗透会加速基体冻融破坏、钢筋锈蚀及化学侵蚀，而传统修复（如表面封闭或注浆）仅能暂时性封堵，无法根治内部扩散路径。

2、硅烷偶联剂通过水解缩合形成si-o-si网络，可在混凝土表面构建疏水层，降低吸水率90%以上。其活性官能团（如氨基、环氧基）还能与基材羟基键合，增强界面附着力。然而，现有硅烷改性聚合物（如硅烷封端聚醚）虽具优异的柔韧性和耐候性，但缺乏动态修复能力，一旦产生微裂纹，性能将不可逆地衰减。

3、因此，亟须开发一种硅烷改性水泥基聚合物，通过自修复组分与硅烷改性防水性能结合，形成“疏水-修复”双效机制，使材料在长期使用过程中能够维持稳定的防水性能，解决传统防水材料因微裂纹导致性能衰减的问题。

技术实现思路

1、（一）解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种硅烷改性水泥基聚合物、制备方法及其在防水涂料中的应用，以解决上述背景技术中提出的问题。

3、（二）技术方案

4、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种硅烷改性水泥基聚合物，按质量分数，包括以下原料：

5、硅酸盐水泥  40～60份；

6、硅烷封端聚醚  20～30份；

7、纳米sio2  5～8份；

8、自修复组分  3～8份；

9、柠檬酸钠  0.05～0.2份；

10、石英砂  20～30份；

11、滑石粉  10～15份；

12、聚羧酸减水剂  0.3～0.5份；

13、其中自修复组分包括空心玻璃纤维，其内腔密封填充有反应性组合物；

14、以及包覆于空心玻璃纤维外表面的二氧化硅壳层，壳层具有沿径向变化的梯度孔隙结构。

15、作为进一步优选，硅烷封端聚醚为甲氧基硅烷封端聚醚、乙氧基硅烷封端聚醚、异氰酸酯硅烷封端聚醚的一种或多种。

16、作为进一步优选，自修复组分，包括以下原料：空心玻璃纤维、液态硅烷、催化剂、巯基硅烷和二氧化硅；

17、其中，液态硅烷、催化剂和巯基硅烷以质量比90-95:2-3:2-8混合后填充至空心玻璃纤维内，填充率>90%。

18、作为进一步优选，催化剂为二月桂酸二丁基锡或羧酸铋dy-20。

19、作为进一步优选，空心玻璃纤维直径20-100um，长度为0.5-2um。

20、作为进一步优选，所述sio2通过原子层沉积在空心玻璃纤维外壁，沉积厚度为100-200nm。

21、作为进一步优选，sio2由外至内包括外层，中间层和内层，三者厚度之比为3:3:4，孔径分别为10-50nm、2-10nm和<2nm。

22、一种硅烷改性水泥基聚合物的制备方法，制备上述硅烷改性水泥基聚合物，包括以下步骤：①自修复组分制备

23、用0.05mol/l盐酸对空心玻璃纤维清洗，去除表面杂质并增加羟基密度，经去离子水清洗，烘干后备用；

24、按比例分别称取液态硅烷、催化剂和巯基硅烷，混合均匀，得混合液；

25、将混合液真空注入空心玻璃纤维内腔，填充率>90%，并通过热压或化学固化封口；

26、通过原子层沉积法对上步骤所得纤维表面逐层沉积sio2，得自修复组分；

27、②按比例将硅酸盐水泥、纳米sio2、石英砂和滑石粉300-500rpm混合均匀，得干混料；

28、③向干混料内加入硅烷封端聚醚、柠檬酸钠和聚羧酸减水剂，500-1000rpm搅拌10～15min，向内部加入自修复组分，300-500rpm搅拌5～10min至浆体均质，并在搅拌过程中施加强度为1-3 kv/cm的电场，使玻璃纤维沿应力方向排列，得硅烷改性水泥基聚合物。

29、一种硅烷改性水泥基聚合物在防水涂料中的应用，包括以下步骤：

30、①将基面打磨至粗糙度≤0.5mm，含水率<9%，并涂刷底涂，以增强附着力；

31、②刮涂权利1-7任一所述的硅烷改性水泥基聚合物，厚度≤6mm；

32、③养护72小时或60℃热风加速固化（2小时表干）。

33、（三）有益效果

34、本发明提供了一种硅烷改性水泥基聚合物、制备方法及其在防水涂料中的应用，具备以下有益效果：

35、本发明的硅烷封端聚醚在固化过程中，硅烷端基水解生成硅醇(-si-oh)，随后与水泥水化产物中的羟基发生缩合反应，在材料表面形成低表面能的疏水层，赋予了材料表面优异的疏水性能；

36、而且，自修复组分与防水性能形成了协同增强效应。当材料出现微裂纹时，玻璃纤维断裂释放出液态硅烷，沿裂纹表面扩散，并在催化剂作用下形成新的疏水层，同时巯基硅烷与基体中的ca2+形成配位键，对硅烷起到铆定作用，防止硅烷迁移并增强界面结合，从而恢复甚至增强该区域的防水性能。这种双重保护机制使材料在长期使用过程中能够维持稳定的防水性能，解决了传统防水材料因微裂纹导致性能衰减的问题；

37、最后，玻璃纤维外部原子层沉积的带有梯度孔径的二氧化硅包覆层，限制硅烷分子扩散，其高比表面积和表面羟基可吸附硅烷，从而延缓液态硅烷的释放速率，配合纤维多级断裂可实现多次修复。

1.一种硅烷改性水泥基聚合物，其特征在于，按重量份为单位，包括以下原料：

2.根据权利要求1所述的硅烷改性水泥基聚合物，其特征在于，所述硅烷封端聚醚为甲氧基硅烷封端聚醚、乙氧基硅烷封端聚醚、异氰酸酯硅烷封端聚醚的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的硅烷改性水泥基聚合物，其特征在于，所述自修复组分，包括以下原料：空心玻璃纤维、液态硅烷、催化剂、巯基硅烷和二氧化硅；

4.根据权利要求3所述的硅烷改性水泥基聚合物，其特征在于，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡或羧酸铋dy-20。

5.根据权利要求3所述的硅烷改性水泥基聚合物，其特征在于，所述空心玻璃纤维直径20-100um，长度为0.5-2um。

6.根据权利要求3所述的硅烷改性水泥基聚合物，其特征在于，所述sio2通过原子层沉积在空心玻璃纤维外壁，沉积厚度为100-200nm。

7.根据权利要求6所述的硅烷改性水泥基聚合物，其特征在于，所述sio2由外至内包括外层，中间层和内层，三者厚度之比为3:3:4，孔径分别为10-50nm、2-10nm和<2nm。

8.一种硅烷改性水泥基聚合物的制备方法，其特征在于，制备权利要求1-7任一所述的硅烷改性水泥基聚合物，包括以下步骤：

9.一种硅烷改性水泥基聚合物在防水涂料中的应用，其特征在于，包括以下步骤：