针对水泥基材料的超疏水水性乳液及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及水泥混凝土防腐技术领域，具体公开针对水泥基材料的超疏水水性乳液及其制备方法与应用。该乳液包括水相和分散在其中的改性微粒。其中：所述改性微粒是由改性无机纳米粒子包裹在疏水物质表面形成的核壳结构，所述改性无机纳米粒子是由亲油性物质键合在亲水性无机纳米粒子表面形成的两亲性颗粒。本发明专利技术以改性无机纳米粒子包裹在疏水物质表面形成的核壳结构为乳液的有效成分(即改性微粒)，该乳液加入混凝土中后，所述改性微粒通过其表面的极性基团通过物理或如弱化学吸附在水泥颗粒表面，使水泥水化完全，在既定龄期之后，疏水物质释放，搭建疏水网络结构，最终使水泥混凝土兼具机械强度与超疏水性能。凝土兼具机械强度与超疏水性能。凝土兼具机械强度与超疏水性能。

【技术实现步骤摘要】
针对水泥基材料的超疏水水性乳液及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及水泥混凝土防腐
，具体涉及针对水泥基材料的超疏水水性乳液及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]海水中含有丰富的氯离子、镁离子和硫酸盐离子，这些离子会随海水进入混凝土中，对混凝土造成侵蚀。在海面风浪的机械搅拌和强烈的自然对流作用下海水被氧饱和，因此普通的钢铁材料在海洋中腐蚀严重。尽管在荷叶效应的启发下出现了通过疏水防腐来提高混凝土的耐久性的技术(原理为通过降低透水性来防止氯离子、镁离子和硫酸根离子进入混凝土)。但若仅模仿荷叶的表面超疏水，在混凝土表面施加超疏水涂层会出现表面疏水层开裂、涂层老化、涂层剥落、力学性能弱等问题，很难实现真正的疏水防腐。
[0003]为解决此问题，体积疏水性混凝土因运而生，然而现有疏水混凝土难以做到兼顾强度与疏水性，其主要原因是：目前所应用的疏水乳液都以表面活性剂为乳化剂，而表面活性剂会限制混凝土体系内水分的进入，使水泥无法充分水化，从而降低了水泥基材料的机械强度。另外，疏水乳液在水泥基材料水泥水化的过程中会形成缺陷，导致水泥基材料机械强度降低；同时现有疏水乳液中疏水物质的释放过快，会导致水泥基材料水泥水化不完全，从而机械强度普遍偏低。总之，由于疏水乳液表面活性剂对强度的削减，水泥基的超疏水性能与高强度性能总是顾此失彼。

技术实现思路

[0004]针对上述的问题，本专利技术提供一种针对水泥基材料的超疏水水性乳液及其制备方法与应用。本专利技术的技术方案聚焦于对疏水乳液改性以及水泥防腐体系的创新，通过改性的无机纳米粒子与疏水物质形成的缓释体有效克服了疏水乳液与水泥颗粒之间难以兼容而造成水泥水化受阻的问题。为实现上述目的，本专利技术如下所述的技术方案。
[0005]在本专利技术的第一方面，提供一种针对水泥基材料的超疏水水性乳液，该乳液包括水相和分散在其中的改性微粒。其中：所述改性微粒是由改性无机纳米粒子包裹在疏水物质表面形成的核壳结构，所述改性无机纳米粒子是由亲油性物质键合在亲水性无机纳米粒子表面形成的两亲性颗粒。
[0006]进一步地，所述疏水物质包括：氟硅烷类、硅氧烷类等中的至少一种。
[0007]可选地，所述氟硅烷类物质包括十三氟辛基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三乙氧基硅烷等中的任意一种，所述硅氧烷类物质包括聚二甲基硅氧烷、正辛基三乙氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷等中的任意一种。在本专利技术中，通过后期将该疏水物质释放出来后赋予水泥混凝土超疏水性能，从而防止海水中的防止氯离子、镁离子和硫酸根离子进入混凝土中。
[0008]进一步地，所述亲水性无机纳米粒子包括：纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米膨润土、纳米硅藻土等中的至少一种。这类无机纳米粒子具有亲水性，将本专利技术的乳液加入水泥混凝土中后，所述亲水性无机纳米粒子能够在水泥水化初期阻止其中的疏水物质释放，
避免疏水物质影响水泥水化。
[0009]进一步地，所述亲水性无机纳米粒子的粒径控制在20
‑
90nm之间较佳。
[0010]进一步地，所述亲油性物质选自硅烷类物质等，可选地，所述硅烷类物质包括六甲基二硅胺烷(HMDS)、γ
‑
氨丙基三乙氧基硅烷、γ
‑
甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷等中的任意一种。这类亲油性物质与上述的无机纳米粒子表面的官能团能够键合后附着在无机纳米粒子表面，从而使无机纳米粒子既具有疏水性，又具有亲水性，即两亲性。无机纳米粒子的两亲性即无机纳米粒子的润湿性，这是决定乳液稳定性的一个关键性因素，因为这决定了无机纳米粒子在油水界面处的吸附能，无机纳米粒子对水相和油相的润湿效果相当，此时水油界面处的吸附能达到最大值，乳液稳定性越好(即采用无机纳米粒子就可以包裹油相)。同时因为无机纳米粒子有了两亲性，其在混凝土体系中可以通过亲水端与水泥键合(通过羟基之间形成氢键)。
[0011]在本专利技术的第二方面，提供所述针对水泥基材料的超疏水水性乳液的制备方法，包括如下步骤：
[0012](1)将所述亲水性无机纳米粒子分散在乙醇中形成分散液，备用。
[0013](2)将所述分散液加热后加入所述亲油性物质，然后保温反应，结束后分离出固体产物，对其洗涤、干燥，即得改性无机纳米粒子，备用。
[0014](3)将所述改性无机纳米粒子分散在水中，然后加入所述疏水物质机械高速搅拌混匀，即得超疏水水性乳液。
[0015]进一步地，所述制备方法中，亲水性无机纳米粒子、亲油性物质、疏水物质、水的质量比为0.2～2.0：0.2～2.0：10.0
‑
50.0：50.0
‑
90.0。
[0016]进一步地，步骤(1)中，所述亲水性无机纳米粒子与乙醇的比例为1g：50ml，通过将该无机纳米粒子与乙醇混合后超声分散成分散液，便于后期对该无机纳米粒子进行改性，使其表面键合亲油性物质后成为两亲性纳米粒子。
[0017]进一步地，步骤(2)中，所述加热温度为60
‑
70℃，保温反应时间为5
‑
12h。在加热条件下，有助于反应基团的活性提高。所述亲油性物质含有疏水/亲油性官能团，当该亲油性物质通过反应连接在所述亲水性无机纳米粒子表面后，使亲水性无机纳米粒子成为携带疏水/亲油性官能团的物质，再加上无机纳米粒子本身的亲水性，使得到的改性无机纳米粒子兼具亲水性和亲油性。
[0018]进一步地，步骤(2)中，通过离心或过滤的方式从反应液中分离出所述固体产物，然后清水洗涤该固体产物，再在65
‑
120℃温度范围内进行干燥，即得改性无机纳米粒子。
[0019]进一步地，步骤(3)中，将改性后的无机纳米粒子再次超声分散在水中，加入所述疏水物质后先进磁力搅拌，然后进行高速剪切搅拌，完成后加入消泡剂继续搅拌，即得超疏水水性乳液。在本步骤中，所述改性无机纳米粒子通过吸附的方式包裹在疏水物质表面，阻止其中的疏水物质在水泥水化初期释放，避免疏水物质影响水泥水化。另外，由于无机纳米粒子富含硅、铝、钙质元素，所以其在水泥中的作用，促进水泥水化，密实孔结构、
[0020]在本专利技术的第三方面，提供所述针对水泥基材料的超疏水水性乳液在建筑工程等领域中的应用。优选为用于水泥混凝土中，优选地，所述超疏水水性乳液在水泥混凝土中的质量分数为0.5
‑
3％。
[0021]相较于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：
[0022](1)本专利技术以改性无机纳米粒子包裹在疏水物质表面形成的核壳结构为乳液的有效成分(即改性微粒)，该乳液加入混凝土中后，所述改性微粒通过其表面的极性基团通过物理或如弱化学吸附在水泥颗粒表面，使水泥水化完全，在既定龄期之后，疏水物质释放，搭建疏水网络结构。能够实现上述效果的原因在于：在水化前期，水泥混凝土体系中的水会先和外表的改性无机纳米粒子发生反应，相当于对内部疏水物质的保护，从而阻止了其中的疏水物质在水泥水化初期释放，使水泥水化过程充分进行，确保混凝土的强度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.针对水泥基材料的超疏水水性乳液，其特征在于，该乳液包括水相和分散在其中的改性微粒；其中：所述改性微粒是由改性无机纳米粒子包裹在疏水物质表面形成的核壳结构；所述改性无机纳米粒子是由亲油性物质键合在亲水性无机纳米粒子表面形成的两亲性颗粒。2.根据权利要求1所述的针对水泥基材料的超疏水水性乳液，其特征在于，所述疏水物质包括氟硅烷类、硅氧烷类中的至少一种；优选地，所述氟硅烷类物质包括十三氟辛基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三乙氧基硅烷中的任意一种；优选地，所述硅氧烷类物质包括聚二甲基硅氧烷、正辛基三乙氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷中的任意一种。3.根据权利要求1所述的针对水泥基材料的超疏水水性乳液，其特征在于，所述亲水性无机纳米粒子包括：纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米膨润土、纳米硅藻土中的至少一种。4.根据权利要求1所述的针对水泥基材料的超疏水水性乳液，其特征在于，所述亲油性物质选自硅烷类类物质；优选地，所述硅胺烷类物质包括六甲基二硅胺烷、γ
‑
氨丙基三乙氧基硅烷、γ
‑
甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的任意一种。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的针对水泥基材料的超疏水水性乳液，其特征在于，所述亲水性无机纳米粒子的粒径控制在20
‑
90nm之间。6.权利要求1
‑
5任一项所述的针对水泥基材料的超疏水水性乳液的制备方法，其特征在于，包括：(1)将所述亲水性无机纳米粒子分散在乙醇中形成分散液，备用；(2)将所述分散液加热后加入所述亲油性物质，然后保温反应，结束后分离出固体产物，对...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵丕琪，梁辰，李权威，刘璐，杨磊，于有良，芦令超，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：