一種有機硅鈦涂層材料的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及涂層材料，特別是一種有機硅鈦涂層材料的制備方法。
【背景技術】
[0002] 常用的工程防水材料包括化學底涂材料，堤壩防滲透劑等。化學底涂材料又稱之 為底漆，施工之前涂覆在基材表面，固化后能形成一層無色透明漆膜的聚合物材料。這種固 化后的薄膜的粘結性能優于普通膠與基材本身，能在一定程度上加強膠與基材本體之間的 粘結能力。通常使用的化學底涂材料為聚脲，是一種基于聚氨酯雙組份涂料發展起來的新 型材料，已廣泛應用在防水、防腐等領域。由于聚脲凝膠時間短，表干速度快，因此可以快速 施工，便捷使用，正是由于過快的表干，導致底涂劑與基材的濕潤不夠，引起附著力下降，因 此嚴重縮短了其生命周期。堤壩防滲透劑也叫抗滲劑，是一種具有較長分支網狀，呈亂向分 布立體結構的高分子有機硅聚合物，這種有機硅聚合物主要分布在混泥土或者砂漿層，并 能與空氣中的二氧化碳和水進行反應生成了一種能完全堵住毛細孔隙，增強水泥混泥土憎 水性的有機娃物質，從而提尚了水泥的抗滲透能力。最早的有機娃抗滲防水材料是甲基娃 氧烷醇鹽，它在干燥過程中緩慢吸收大氣中的二氧化碳，使該醇鈉的水解平衡向著生成硅 醇的方向移動，隨后新生的硅醇羥基與墻體基底上的硅羥基或鋁羥基發生縮合反應而偶聯 膠結，或者與另一新生硅醇的羥基縮合而交聯固化，形成疏水膜。由于該反應持續的時間很 長，水解反應又不易完全進行，所以在經受雨水浸打或凍融后，未偶聯和未交聯的那部分涂 料就會脫離墻面或涂層，逐步失去防水作用。海洋混泥土是一種采用優質混泥土礦物摻和 料和新型高效減水劑，配以粗細骨料，形成的一種高密度，低缺陷，高耐久的混泥土材料。海 洋中腐蝕物質較為復雜，而其中氯離子是影響混泥土耐久性的最主要因素，而控制氯離子 侵蝕速度是延長混泥土壽命的關鍵。由于混泥土工程長期受到氯離子的侵蝕，加之海洋氣 候和環境介質腐蝕的影響，導致混泥土中鋼筋銹蝕現象異常嚴重，混泥土結構發生破壞，從 而削弱了抗腐蝕能力，大大縮短了海洋混泥土的使用壽命。所以，對混泥土的表面涂膜處 理，減慢氯離子侵蝕速度是延長海工混泥土使用壽命的最重要方法之一。常用的混泥土表 面涂覆材料是聚氨酯，由于聚氨酯涂層韌性較差，抗沖擊能力不強，較易老化，粘結強度小， 遇水而易脫落，因此縮短了海工混凝土的使用壽命。
[0003] 基于上述研究背景，無論是化學底涂、堤壩抗滲劑還是海洋混泥土防浸泡涂層，三 者之間的吸附理論都屬于范德華力或者氫鍵作用，二者之間的作用力在水的長期浸泡，沖 刷和腐蝕下會大大削弱基材與涂膜之間的分子間作用力，嚴重影響其保護作用。
[0004] 因此，本發明的新型有機硅鈦涂層材料是一種在膠涂覆之前粘在基材表面，粘度 較小，易于施工，能形成無色透明薄膜的硅氧烷高分子結構物質，除了具有上述傳統工程材 料的優點之外，還很大程度上彌補了傳統材料作用力的不足。由于發明的新型有機硅鈦涂 層材料結構上有較多的羥基，因此能與無機材料表面硅羥基或鋁羥基之間形成眾多的化學 交聯點，生成大量強烈的化學鍵;同時，有機硅高分子另一端化學有機基團又能與較多有機 保護涂層結合形成化學鍵，進一步增強了基材與涂層之間的結合能力，對基材起到強烈的 保護作用。本發明的新型有機硅鈦涂層材料具有較好施工的粘度，潤濕性能好，使用期強， 粘結力大，其中最顯著的優點在于在極端條件(沸水100°c)長期浸泡下，具有較好的粘結強 度，耐水浸泡而不易脫落。
【發明內容】
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[0005] 本發明所要解決的技術問題是:針對現有化學涂層材料性能的不足，提供一種新 型有機硅鈦涂層材料的制備方法，該方法是先讓硅烷偶聯劑水解，改性鈦酸脂類物質，進行 脫水縮合，再以二元胺作為擴鏈劑對其部分性能進行改性，最終制備出了有良好潤濕性能， 優異粘結能力和防沸水浸泡的新型有機硅鈦涂層材料。
[0006] 本發明解決其技術問題采用以下的技術方案：
[0007] 本發明提供的有機硅鈦涂層材料的制備方法，是以鈦酸酯為基體，硅烷偶聯劑為 改性劑，在胺類鏈增長擴鏈劑作用下，來制備有機硅鈦涂層材料，具體是：
[0008] (1)通過水解法制備鈦酸醇類水解產物：
[0009] 取作為鈦酸酯類化合物的有機溶劑30-50重量份，取蒸餾水80-100重量份，保持溫 度在30-50°C，恒溫保持2-3h，得到鈦酸醇類水解產物，其為鈦酸酯聚鈦氧烷結構；
[0010] (2)通過水解法制備硅烷偶聯劑硅醇水解產物：
[0011] 按摩爾比硅烷偶聯劑:水=1: (1.0-5.0)將硅烷偶聯劑和水加入到三口燒瓶反應 釜中，快速攪拌l〇_15min，再加入總質量1 %的堿作為催化劑，邊加熱邊反應，溫度升至40-60°C，恒溫保持l_2h，得到硅烷偶聯劑硅醇水解產物；
[0012] (3)通過脫水縮聚反應制備聚硅氧烷產物：
[0013] 將上述的鈦酸醇類水解產物和硅烷偶聯劑水解產物按照摩爾比例（1.0-4.0): 1加 入到三口燒瓶中，加入總質量1 %的堿作為催化劑，快速攪拌，不斷升高溫度，將溫度最終控 制在85-95°C，恒溫保持3_5h，得到偶聯劑聚硅氧烷結構產物。
[0014] (4)擴鏈增長制備氨基聚硅氧烷：
[0015] 將上述反應生成的聚硅氧烷:胺類鏈增長擴鏈劑=1:(1.0-1.2)的摩爾比例加入 到三口燒瓶當中，迅速攪拌，并升高溫度到40-50°C，恒溫保持10_16h，最終得到擴鏈增長生 成的胺類聚硅氧烷有機硅鈦高分子聚合物。
[0016] 所述的鈦酸酯類的有機溶劑是乙醇、異丙醇、丙酮中的一種或多種。鈦酸脂類化合 物為正硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷、鈦酸脂中的一種或者多種。
[0017] 所述的堿采用堿金屬氫氧化物、氨水、胺類化合物中的一種或多種。
[0018] 所述的胺類化合物是乙二胺、二乙烯三胺中的一種或多種。
[0019] 所用的硅烷偶聯劑為KH 550、KH 560、KH 570中的一種或多種。
[0020] 所述的催化劑為乙胺、堿金屬氫氧化物、氨水中的一種或者多種。
[0021] 所述的胺類鏈增長擴鏈劑為乙二胺、二乙烯三胺、聚氨酯類化合物中的一種或多 種。
[0022] 所述的胺類聚硅氧烷有機硅鈦高分子聚合物，是偶聯劑水解縮聚產物、鈦酸酯水 解縮聚產物或兩者之間共聚硅氧烷中的多種或者一種。
[0023] 本發明與現有的技術方法相比，具有如下主要優點：
[0024] 1.與傳統底涂劑相比，工藝過程簡單，有較好施工的粘度，潤濕性能好，使用期強， 粘結性好，防腐蝕能力好，防水不易脫落等許多優異的性能。
[0025] 2.所制備的底涂劑成膜比較均勻，不容易產生氣泡。
[0026] 3.所制備的底涂劑在極端溫度(沸水100°C)條件下，很難脫落。
[0027] 4.所制備的底涂劑常溫浸泡濕態下粘結強度和沸水浸泡一段時間后的粘結強度 明顯強于傳統底涂劑粘結強度。
[0028] 5.所制備的底涂劑應用廣泛，不僅可以用于化學底涂，還可以廣泛用于堤壩抗滲， 尤其在海洋混凝土防水方面有顯著的效果。
【具體實施方式】
[0029] 本發明涉及一種有機硅鈦涂層材料的制備方法，方法是:首先將鈦酸酯加入到醇 類有機溶劑中溶解，滴入一定量的蒸餾水水解生成鈦酸醇類水解產物；同時，使用同樣的實 驗操作方法將偶聯劑進行水解，制得有機硅醇;然后將偶聯劑水解產物改性鈦酸酯類水解 產物;再以二元胺為擴鏈劑進行鏈擴增來制備性能優異的高分子聚合物有機硅鈦涂層材 料，該涂層材料可廣泛應用于表面處理、化學底涂、海洋混凝土防水浸泡、堤壩防滲透等建 筑工程領域。
[0030] 下面結合具體實施例對本發明做進一步的闡述，但不限定本發明。
[0031] 實施例1
[0032] -種有新型有機硅鈦涂層材料的制備方法，包括以下步驟：
[0033] (1)將鈦酸酯22.8g溶解在12g有機溶劑異丙醇中，取蒸餾水9g，30°C恒溫lh，得到 鈦酸酯類水解預聚物；
[0034] (2)取硅烷偶聯劑KH 560 23.6g，蒸餾水9g，加入到反應釜中，加入0.82g質量分數 為2 %的堿作為催化劑，邊反應邊加熱，30°C恒溫lh，得到硅烷偶聯劑硅醇水解產物；
[0035] (3)將上述水解的鈦酸酯水解物和硅烷偶聯劑硅醇水解產物按照摩爾比例1:1加 入到三口燒瓶中，快速攪拌，不斷升高溫度，將溫度最終控制在85°C，恒溫保持3h，得到聚硅 氧烷結構產物；最后降溫至40°C，加入6g乙二胺，迅速攪拌，反應3h，冷卻出料，得到有機硅 鈦高分子聚合物底涂劑，其為有機硅鈦涂層材料。
[0036] 實施例2
[0037] -種新型有機硅鈦涂層材料的制備方法，包括以下步驟：
[0038] (1)將鈦酸酯22.8g溶解在12g有機溶劑異丙醇中，取蒸餾水18g，40°C恒溫3h，得到 鈦酸酯類水解預聚物；
[0039] (2)取硅烷偶聯劑KH 560 23.6g，蒸餾水18g，加入到反應釜中，加入l.OOg質量分 數為2 %的堿作為催化劑，邊反應邊加熱，40°C恒溫lh，得到硅烷偶聯劑硅醇水解產物； [0040] (3)將上述水解的鈦酸酯水解物和硅烷偶聯劑硅醇水解產物按照摩爾比例2:1加 入到三口燒瓶中，快速攪拌，不斷升高溫度，將溫度最終控制在90°C，恒溫保持4h，得到聚硅 氧烷結構產物；最