用于石材保护的有机硅复配液及其施用方法技术

本发明专利技术涉及一种对疏松、多孔石材具有较好保护效果的有机硅复配液及其施用方法，该复配液由下述原料按质量比组成：正硅酸乙酯３０％～６５％、硅烷偶联剂１５％～３５％、有机溶剂１５％～５０％、表面活性剂０．１％～０．５％、硫酸铵０．２％～１％，０．０１ｍｏＬ／Ｌ盐酸０．２５％～１．２５％配制而成。其中，正硅酸乙酯可由多晶硅副产物四氯化硅醇解制备。施用时，先用有机硅复配液在常温下浸泡４８～７２小时，再加入水，并于４５～９５℃的条件下继续浸泡５～７天，然后将石材从浸泡液中取出，用水洗净后在２５～３５℃的条件下保养３６～７２小时即可。本发明专利技术显著提高了石材的机械强度、韧性，同时还使石材具有了一定的抗菌性、防水、抗污、抗酸碱等功能，并有效扩大了四氯化硅下游产品的利用价值，解决了多晶硅副产物四氯化硅对环境的污染问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种石材保护剂，具体而言，本专利技术涉及一种对疏松、多孔的石材，如红砂石等石材具有较好保护效果的有机硅复配液及其施用方法。
技术介绍
随着国家经济的发展，人民生活的改善及第三产业的发展，各大酒店、楼、堂、馆、 所如雨后春笋。家庭的装修装饰，对各种建材的需求越来越高档、时尚。建材中，石材是绿色 环保的天然的高档装饰材料。石材装修成为一种高贵、典雅、耐用的代表，为此也大大促进 了我国石材行业的发展，成为建材市场的热门货，而且大量的石材文物也急需保护。但石材 由于尘埃、废气、酸雨、温差、紫外光照射及雨水冲蚀，使得石材极易变色、粉化、污染、渗水、 析渍。而且石材一般都不同程度含有铁离子，遇到潮气会产生锈黄。大多数天然产物的主要 成份为碳酸盐，如碳酸钙、碳酸镁、含硅化合物、还有少量碱性氧化物，碱性氧化物性质不稳 定，易与空气中的酸性氧化物如二氧化碳、二氧化硫、三氧化硫、二氧化氮等发生化学反应， 而改变内部结构，导致石材机械强度下降、变脆、粉化变色、析盐。此外，石材是无机材料，具 有很多微孔和毛细孔，容易生长苔藓，地衣、霉菌等。红砂石是石材的一大类。红砂石在世 界范围内的分布非常广泛，但红砂石的表面材质较为疏松，而且多孔，致使红砂石的硬度不 高，因此红砂石易于加工。基于红砂石的特殊性能，其被广泛运用到许多领域，如装饰方面、 道路桥梁建设、房屋建设及文物方面(如乐山大佛、洛阳龙门石窟等)。但红砂石的这些特 性决定了红砂石材料在使用的过程中容易受到外部环境的影响。长期暴露在外的石质及文 物，既有物理损伤，又有化学损害和生物作用的损害。作为全国重点文物、世界文化与自然 遗产的“乐山大佛”已变成黑鼻花脸，如何更好地对其进行保护将面临极大的挑战。解决红 砂石材料及红砂石文物免受到这些因素的影响和减慢其风化速度已成为一个非常亟需解 决的重大问题。因此，科学界和文物界在根据“最低人为干预”和“不改变文物现状”的保 护原则控制和改善文物存放环境应是首选的保护措施。但是，由于目前环境控制和治理的 局限性，对一些濒危石质文物不得不采取必要的保护处理，以减缓或阻止其毁损。长期以来，已用于石材及其文物表面保护的材料主要有无机和有机两大类。无机 保护材料，例如石灰、氢氧化钡、硫酸盐和磷酸盐等，容易生成不相容的硬壳，许多还会形成 可溶性盐而造成盐结晶破坏；而有机保护材料，例如，环氧树脂、丙烯酸树脂、有机硅或氟的 聚合物等，则可起到更好的保护作用。特别是机硅材料具有耐高温、耐低温，无任何生理作 用，耐候性好等，而且有机硅材料自由空间大，气体透过率也相当大，也不妨碍石材料的透 气性，而且安全无毒，工艺简便，可以弥补石材的原生不足，又可防止外生污染，可长期保持 天然石材大方、自然美观的效果。通常有机硅材料按溶质成份可分为甲基硅酸盐类、丙烯酸 型防水剂、硅丙型防护剂(以丙烯酸树脂和有机硅的复配物为主)、有机硅型防护剂(以纯 有机硅和氟的化合物为主要有效成份)。目前，科学家还可直接利用硅酸脂对一些天然石材 文物进行特别处理，也能有效防止汽车尾气、工业粉尘和酸雨等环境中的有害物质的侵害， 但在石材保护中，对石材的机械强度提升未引起足够重视。而且，从目前的保护效果来看，对于不同石材，由于石材品种性质各异，如何实现对不同石材的有效保护，全世界都还没有 统一的标准和方法。特别是对于材质疏松红砂石保护的研究文献较少，国内的研究文献则 更少。红砂石多孔、易脆，机械强度不高，如何通过有机硅材料有效提高材质疏松的红砂石 机械强度，国内外文献及专利还没有这方面的报道，对于如何实施对红砂石文物的保护，使 其具有抗菌、抗酸、防水等功能，有人提出可考虑用现代涂料，但这仍然没有改变对石材保 护的传统惯例，即采用涂层加以保护，是在石材产品表面做文章，这样只能治标而不治本， 而且使用涂层还会使石材产品丧失本身的容貌与光泽，从而失去对石材进行保护的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种。该复配液是以正硅酸乙酯及硅烷偶联剂作为主体成份，并通过浸泡处理方式对石材进行保护。疏 松、多孔的石材经该复配液浸泡后，其机械强度及韧性显著增强，且具有一定的抗菌、防水、 抗酸等性能，进而使用寿命延长；同时该复配液还能增加石材的耐候性和降解污染物的能 力，并能保持石材产品本身的光泽和容貌。本专利技术的另一个目的还在于提供了由多晶硅副产物四氯化硅醇解制备正硅酸乙 酯的方法。该工艺成熟，简单，原料易得，有效降低了有机硅复配液的生产成本。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案是用于石材保护的有机硅复配液，其特征在于该复配液由下述原料按质量比组成正硅酸乙酯 30% 65%硅烷偶联剂 15% 35%有机溶剂 50%表面活性剂 0.1% 0.5%硫酸铵0.2% 1%0. 01moL/L 盐酸 0. 25% 1. 25%其中，正硅酸乙酯可由多晶硅副产物四氯化硅醇解制备。所述硅烷偶联剂是指三甲氧基硅烷(HP560)、3_氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)、 3-(2，3_环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(KH-560)、g-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷 (KH-570)或γ -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(YDH-570)等。所述有机溶剂是指聚乙二醇400、乙酸乙酯、异丙醇，乙二醇一乙酯、乙醇、正丙醇 或异丙醇等中的一种物质，或者是这些物质按任意体积比组成的两种或两种以上的混合 物。所述表面活性剂选自十二烷基磺酸钠(SDS)或十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)等。所述硫酸铵与0. 01moL/L盐酸为催化剂。本专利技术所述有机硅复配液的施用方法如下将石材置于有机硅复配液中，在常温下浸泡48 72小时后，再于复配液中加入为 其总重量3 8%的水，在45 95°C的条件下继续浸泡5 7天；然后将石材从浸泡液中 取出，用水洗净后在25 35°C的条件下保养(即放置在此温度下使反应更彻底)36 72 小时即可。实现本专利技术技术方案的基本原理在于 由于正硅酸乙酯及硅烷偶联剂两类物质不但具有良好的粘结性，而且在催化剂 的作用下，硅烷偶联剂带有活性成份的基团还可与石材表层离子态的水分(即一 OH和一 H)进行醇解反应，如在石材加热过程中，石材表面的羟基和硅氧烷可形成牢固的硅氧硅键 (Si-O-Si)，从而使硅原子或硅氧烷能与石材表面进行化学键链接，进而由外向内在石材的 表层形成一层像树根形状样复杂的网状结构，由此，石材的机械强度不但显著增强，而且还 使其具有了一定的抗外界酸、碱，防水、抗污的能力。同时正硅酸乙酯也能水解产生大量硅 酸、多聚硅酸及二氧化硅被催化剂催化固化，并与石材中的无机氧化物、硅酸盐等物质表现 出良好的粘合性，而且水解产生的微球二氧化硅部分还可能达到纳米级，从而使石材具有 较强的抗菌效果。在配方中，加入十二烷基磺酸钠(SDS)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)等 表面活性剂的作用在于使各种原料在溶液中均勻分散，同时还可对水解产生的二氧化硅微 球起到很好的分散作用，防止二氧化硅产生团聚，有利于向石材内部渗透。而选用环保型有 机溶剂，如聚乙二醇、乙酸乙酯、异丙醇，乙二醇一乙酯、乙醇、正丙醇、异丙醇等的作用则在 于正硅酸乙酯水解时，能使其产生二氧化硅微球，还可使部分二氧化硅达到纳米级，从而具 有一定的抗菌本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于石材保护的有机硅复配液，其特征在于该复配液由下述原料按质量比组成：　　正硅酸乙酯　３０％～６５％　　硅烷偶联剂　１５％～３５％　　有机溶剂　１５％～５０％　　表面活性剂　０．１％～０．５％　　硫酸铵　０．２％～１％　　０．０１ｍｏＬ／Ｌ盐酸　０．２５％～１．２５％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：汤毅，王应红，吴蓉，杨文嘉，胡元，杨录，
申请(专利权)人：乐山师范学院，
类型：发明
国别省市：51[中国|四川]