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防腐耐污石材保护材料的研制

林祥  
【摘要】:材料是建筑之根本,石材作为最重要的建筑材料之一,是应用最多也是应用最广泛的。但是石材资源属于不可再生资源,由于其具有疏松多孔的结构,极易受到自然因素和人为因素等多方面作用的侵害,不仅美观性遭到破坏,而且容易丧失其使用性能。从循环经济的角度来看,无论资源储备是否丰富,资源利用是否高效,最终的结果都将是资源耗尽。我国是石材大国,如何对现有石材资源进行保护是石材领域最应该考虑的问题。石质资源的损害多来自水的侵害,开裂、风化、腐蚀和污染都离不开水的介入,石材保护的根本就是杜绝水的侵袭,疏水性是石材保护材料需要具备的根本性能。但是现有的石材保护材料往往只是具有一定的疏水性,疏水角都不超过130°,未达到超疏水性,对石材的保护效果不理想。本课题利用溶胶凝胶法制备石材保护材料,再通过对纳米粒子进行疏水改性降低其表面张力,可以使接触角达到130°以上,且滚动角小于10°,形成荷叶效应的超疏水效果,使水滴和污渍难以附着,从而达到疏水、防腐、耐污的效果。首先制备改性纳米二氧化硅石材保护材料。通过对比实验确定反应所用到的物料配比、反应条件和改性方法。当水、乙醇、盐酸与正硅酸乙酯(TEOS)的配比分别是1:1、4:3、1:13,在反应温度为60℃、反应时间3.5h的条件下,制备的石材保护材料疏水效果好,表面接触角最高可达119°;加入正辛胺表面活性剂的石材保护材料的性能优于其他两种表面活性剂,且在掺量为0.2%时较优,表面接触角可达121°;改性剂硅油为羟基硅油,因为羟基硅油独有的羟基能够与保护材料发生脱水缩合反应,将有疏水性能的甲基基团镶嵌在保护材料体系内,提高其性能,表面接触角最高可达122°;加入表面活性剂正辛胺(或羟基硅油),不仅可以提高石材保护材料的疏水性,同时使其也具有一定的防腐性和耐酸性。其次制备了改性纳米二氧化钛石材保护材料。当正辛胺的掺量为0.3%时,表面接触角可达121°;羟基硅油的较优掺量为0.2%,此时表面接触角可达119°;该条件下制得的改性纳米二氧化硅石材保护材料,耐污性能可达5级,具有良好的耐腐蚀性。最后制备了改性纳米钛硅石材保护材料。纳米二氧化硅溶胶和纳米二氧化钛溶胶的质量比为3:1时,表面接触角可达133°,滚动角为8°,耐污等级为6级,且因为Si-O-Ti键的键能相对较高,使制得的石材保护材具有更好的抗氧化性和良好的耐腐蚀性。


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