【技术实现步骤摘要】
本申请涉及建筑材料领域，更具体地说，它涉及一种高疏水性、高修复效率活性硅砂及其制备方法和应用。
技术介绍
1、材料的疏水性、自修复性能赋予了包括混凝土、砂浆、涂料等各种建筑材料优异的自清洁、防腐、防霉、抗盐蚀、防冰冻等优异的性能，在多个领域发挥了重要的作用。然而现有的方案多是采用硅烷、疏水剂、硅树脂等材料对结构进行表面处理，基于低表面能物质涂层和表层微纳结构疏水化，从而获得一种超疏水的表面结构。然而，极薄的疏水涂层或疏水微纳结构极易受到破坏，在风蚀、雨水冲刷、热氧老化等作用下疏水性降低或丧失。
2、因此，亟需开发一种不仅具有高疏水性，而且能够在表层结构受到破坏，依然达到结构自修复和疏水型保持的目的。
技术实现思路
1、本申请提供一种高疏水性、高修复效率活性硅砂及其制备方法和应用，本申请的活性硅砂作为功能填料使用时，可以对基体结构进行增强和疏水改性，实现基体结构防水、耐腐蚀性能的提高，同时在基体结构表层磨损或开裂时，蓄存的活性物质迁移释放，与基体中的金属粒子络合或与羟基结构进行反应或自身在酸性或碱性环境下进行自身缩合交联，从而达到疏水性和结构的高效自修复，长效保持疏水耐蚀的功能性和结构的完整性。
2、第一方面，本申请提供一种高疏水性、高修复效率活性硅砂，采用如下的技术方案：
3、一种高疏水性、高修复效率活性硅砂，原料按重量份包括以下组分：氟基乳化剂0.2-1份，活化硅砂20-100份，活性剂5-80份，水100份；所述活性剂包括硅烷或含氟硅烷、全氟
4、通过采取上述技术方案，本申请的活性硅砂中，一方面活性剂对活化硅砂进行改性，另外一方面活化硅砂利用自身多孔性结构对活性剂的包覆。从而一方面实现了硅砂自身的疏水改性，活性硅砂作为功能填料使用时，可以对基体结构进行增强和疏水改性，实现基体结构防水、耐腐蚀性能提高。另外一方面，本申请的活化硅砂中蓄存有大量的活性物质，同在基体结构表层磨损或开裂时，蓄存的活性物质迁移释放，与基体中的金属粒子络合或与羟基结构进行反应或自身在酸性或碱性环境下进行自身缩合交联，从而达到疏水性和结构的高效自修复，长效保持疏水耐蚀的功能性和结构的完整性。另外本申请采用活化后的硅砂，即活化硅砂作为原材料，其表面含有大量活性官能团，可与活性剂进行化学疏水改性；另外氟基乳化剂不仅具有良好的乳化效果，有利于对本体系的乳化，而且其氟基乳化剂中的疏水链段和初步疏水改性的活化硅砂配合，一方面对活化硅砂具有更高的润湿性和浸润性，在活性剂进入胶束后能畅通向硅砂孔隙里面进入，另外一方面可以为活性剂大量进入孔隙并填充饱满提供物理支撑，从而实现活性剂最大量的蓄存，提高活性物质载量，使得活性剂负载于活化硅砂，且这种的活性硅砂可以很好地分散在基体结构中，不过过多地影响基体结构自身的性能。从而本申请的活性硅砂用作功能性填料的时候，可以带来疏水性和结构的高效自修复性能，长效保持疏水耐蚀的功能性和结构的完整性。另外要说明的是，本申请中所述的活性剂负载于活化硅砂，包括活性剂负载在活化硅砂表面，也包括负载在活化硅砂的孔隙结构内。
5、进一步地，所述硅烷或含氟硅烷包括正丁基三乙氧基硅烷、异辛基三乙氧基硅烷、十三氟辛基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三甲氧基硅烷中的至少一种。进一步地，所述全氟烷基硅氧烷包括赢创dynasylan f8815、赢创protectosil ws 670中的至少一种。进一步地，所述硅酸盐包括甲基硅酸钠、硅酸锂、氟硅酸钾等硅酸盐、甲基硅酸盐、氟硅酸盐中的至少一种。
6、通过采取上述技术方案，本申请的活性剂本身可以对混凝土、砂浆或涂料进行功能化改性，提高其性能。另外，在本方案中，活性剂首先可以对活化硅砂进行疏水改性，然后在氟基乳化剂的作用下，进一步在孔隙中富集和蓄存。作为功能性填料后，在主体结构开裂，有水或空气进入的的条件下，活性剂从孔隙中迁移扩散并进一步渗透进入基体结构中，与基体结构反应或者外部环境刺激诱导下结晶，满足对混凝土、砂浆或涂料等应用体系的功能化改性和自修复防护需求。
7、进一步地，所述氟基乳化剂为含氟的表面活性剂，所述氟基乳化剂包括含氟非离子表面活性剂、含氟阴离子表面活性剂、含氟阳离子表面活性剂、氟醇中的至少一种。再进一步地，所述非离子表面活性剂包括sf-331b、capstone fs-61，所述含氟阴离子表面活性剂包括sf-333，所述含氟阳离子表面活性剂包括c8f17so2nh(ch2)3n+(c2h5)3i-，所述氟醇包括h(cf2)4ch2oh。
8、进一步地，所述硅砂为多级孔二氧化硅、超细硅灰、二氧化硅空心微球、多孔疏松二氧化硅、多孔超细硅土、硅灰石中的至少一种。所述硅砂的粒径为0.2μm-10μm，比表面积为5-2500m2/g。
9、通过采取上述技术方案，通过控制不同粒径和比表面的硅砂可以满足在涂料或混凝土等不同基体中的应用。如粒径较大的超细硅灰、多孔超细硅土、硅灰石等可以在混凝土砂浆中使用；粒径更细的多级孔二氧化硅、二氧化硅空心微球等可以应用在涂料改性中。硅砂的应用可以使混凝土或砂浆结构更致密，显著提高固结体强度和耐水性能。同时多孔结构在硅砂被改性同时，可以蓄存更多的未反应的活性物质，满足其功能化改性需求。
10、进一步地，所述活化硅砂的制备方法包括以下步骤：
11、将硅砂置于酸性或碱性水溶液中，超声处理20-30min，常温浸泡2-3h，过滤，去离子水清洗至ph为6-8，干燥，研磨。
12、进一步地，所述酸性水溶液为0.1-0.15mol/l的硫酸水溶液，所述碱性水溶液为0.1-0.15mol/l的氢氧化钠水溶液。
13、通过采取上述技术方案，通过在碱性环境下对硅砂进行活化，使硅砂表面含有大量活性官能团，可更好地与活性剂进行化学疏水改性，进而更好地和氟基乳化剂配合。
14、第二方面，本申请提供一种高疏水性、高修复效率活性硅砂的制备方法，采用如下的技术方案：
15、一种高疏水性、高修复效率活性硅砂的制备方法，包括以下步骤：
16、(1)硅砂的改性：将0.1-0.5份的氟基乳化剂加入100份水中，常温搅拌；将20-100份活化硅砂加入，调节ph为8-10，500-1000r/min搅拌分散30-40min；加入2-10份活性剂，升温到40-80℃，超声下继续500-1000r/min搅拌2-3h；
17、(2)活性剂的蓄存：将步骤(1)的液体降至室温，ph调为6-8，加入剩余的氟基乳化剂，然后加入剩余活性剂，超声下继续500-1000r/min搅拌12-13h，关掉超声继续500-1000r/min搅拌12-13h；
18、(3)成品处理：将步骤(2)的液体调节ph为6-8，得到活性硅砂浆料；或者去离子水清洗步骤(2)的液体至ph为中性，干燥，研磨，得到活性硅砂粉剂。
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【技术保护点】
1.一种高疏水性、高修复效率活性硅砂，其特征在于，原料按重量份包括以下组分：氟基乳化剂0.2-1份，活化硅砂20-100份，活性剂5-80份，水100份；所述活性剂包括硅烷或含氟硅烷、全氟烷基硅氧烷、硅酸盐中的至少一种，所述活化硅砂为硅砂经过酸或碱活化后的活化硅砂，所述活性剂负载于活化硅砂。
2.根据权利要求1所述的一种高疏水性、高修复效率活性硅砂，其特征在于，所述硅烷或含氟硅烷包括正丁基三乙氧基硅烷、异辛基三乙氧基硅烷、十三氟辛基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三甲氧基硅烷中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种高疏水性、高修复效率活性硅砂，其特征在于，所述全氟烷基硅氧烷包括赢创Dynasylan F8815、赢创Protectosil WS 670中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种高疏水性、高修复效率活性硅砂，其特征在于，所述硅酸盐包括甲基硅酸钠、硅酸锂、氟硅酸钾等硅酸盐、甲基硅酸盐、氟硅酸盐中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种高疏水性、高修复效率活性硅砂，其特征在于，所述氟基乳化剂为含氟的表面活性剂，所述氟基乳化
6.根据权利要求5所述的一种高疏水性、高修复效率活性硅砂，其特征在于，所述非离子表面活性剂包括SF-331B、Capstone FS-61，所述含氟阴离子表面活性剂包括SF-333，所述含氟阳离子表面活性剂包括C8F17SO2NH(CH2)3N+(C2H5)3I-，所述氟醇包括H(CF2)4CH2OH。
7.根据权利要求1所述的一种高疏水性、高修复效率活性硅砂，其特征在于，所述硅砂包括多级孔二氧化硅、超细硅灰、二氧化硅空心微球、多孔疏松二氧化硅、多孔超细硅土、硅灰石中的至少一种。
8.根据权利要求7所述的一种高疏水性、高修复效率活性硅砂，其特征在于，所述硅砂的粒径为0.2μm-10μm，比表面积为5-2500m2/g。
9.根据权利要求8所述的一种高疏水性、高修复效率活性硅砂，其特征在于，所述活化硅砂的制备方法包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的一种高疏水性、高修复效率活性硅砂，其特征在于，所述酸性水溶液为0.1-0.15mol/L的硫酸水溶液，所述碱性水溶液为0.1-0.15mol/L的氢氧化钠水溶液。
11.一种如权利要求1-10任意一项所述的高疏水性、高修复效率活性硅砂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
12.一种如权利要求1-10任意一项所述的高疏水性、高修复效率活性硅砂的应用，其特征在于，所述活性硅砂用作涂料、砂浆、混凝土的填料。
...【技术特征摘要】
1.一种高疏水性、高修复效率活性硅砂，其特征在于，原料按重量份包括以下组分：氟基乳化剂0.2-1份，活化硅砂20-100份，活性剂5-80份，水100份；所述活性剂包括硅烷或含氟硅烷、全氟烷基硅氧烷、硅酸盐中的至少一种，所述活化硅砂为硅砂经过酸或碱活化后的活化硅砂，所述活性剂负载于活化硅砂。
2.根据权利要求1所述的一种高疏水性、高修复效率活性硅砂，其特征在于，所述硅烷或含氟硅烷包括正丁基三乙氧基硅烷、异辛基三乙氧基硅烷、十三氟辛基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三甲氧基硅烷中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种高疏水性、高修复效率活性硅砂，其特征在于，所述全氟烷基硅氧烷包括赢创dynasylan f8815、赢创protectosil ws 670中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种高疏水性、高修复效率活性硅砂，其特征在于，所述硅酸盐包括甲基硅酸钠、硅酸锂、氟硅酸钾等硅酸盐、甲基硅酸盐、氟硅酸盐中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种高疏水性、高修复效率活性硅砂，其特征在于，所述氟基乳化剂为含氟的表面活性剂，所述氟基乳化剂包括含氟非离子表面活性剂、含氟阴离子表面活性剂、含氟阳离子表面活性剂、氟醇中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的一种高疏水性、高修复效率活性硅砂，其特征在于，所...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙德文，缪志勇，卢立群，沈志明，詹朝辉，张胜军，杨涛，钱玉德，李艳华，窦雷，蒋升壮，王永朋，
申请(专利权)人：江苏丰彩建材集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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