用離子有機硅組合物處理表面的方法

專利名稱：用離子有機硅組合物處理表面的方法
技術領域：
本發明涉及用含有離子有機硅化合物的水溶液使無機表面防水的方法。另外，本發明涉及用含有離子有機硅化合物的水溶液處理的無機表面，使得耐水膜覆蓋該無機表面。

背景技術：
耐水性是包括磚石和混凝土的多種建筑中的重要問題。耐水性很重要，因為這些類型的材料中的吸濕性和其移動導致或促進例如膨脹、收縮、開裂、染色、發霉、耐凍融性降低、化學侵襲、鋼筋腐蝕、沉淀引起的結構損害的問題。由于這些問題，已經使用了多種技術以賦予這些類型表面耐水性，包括使用防水劑對結構進行的表面處理。過去已經使用的防水劑包括油、蠟、皂和樹脂。這些防水劑通過刷涂、輥涂、空氣噴涂、或無空氣噴涂技術涂覆到表面。已經使用的一種防水劑是有機硅化合物。發現有機溶劑中的這些化合物有利于向磚塊、混凝土、灰泥、或水磨石表面提供耐水性。
將有機硅化合物涂覆到表面用于防水是現有技術中所熟知的，如美國專利No.5,073,195中所述，其內容通過參考引入本文。有機硅氧烷如烷基三烷氧基化合物賦予耐水性的用途已知有至少30年了。通常，這些化合物的涂覆在可燃性溶劑如乙醇、甲醇和各種液體烴中進行。在涂覆期間，大量地釋放揮發性有機化合物(VOC)。由于這些問題，進行了大量的努力以確定賦予磚石和混凝土表面耐水性的不可燃組合物的配方。嘗試的第一種方法包括含有有機硅化合物的各種水乳液。然而，這些配方不能提供與基于溶劑的組合物相當的耐水性。認識到與水乳液配方有關的缺點后，開發了使烷基三烷氧基硅烷溶于水的配方。這種類型的配方將水溶性氨基和季銨有機硅烷與傳統配方的烷基三烷氧基硅烷一起使用。這些配方的目的是開發可溶性有機硅烷以溶解提供防水特性的烷基三烷氧基硅烷。
除了耐水性之外，多種類型的建筑材料還受益于抗菌劑處理。抗菌劑是防止微生物污染和材料劣化的化學組合物。抗菌劑的可能最流行的類別是季銨化合物。低水平(1％或更低)的季銨硅烷作為抗菌劑的用途是熟知的并且在包括No.3,560,385、3,794,736、和3,814,739的多篇美國專利中有教導。由于它們的抗菌性質，它們的應用有利于多種表面、基底、儀器和應用。這種用途的實例描述于美國專利No.3,730,701、3,794,736、3,860,709、4,282,366、4,504,541、4,615,937、4,692,374、4,408,996、和4,414,268，它們的內容通過參考引入本文。含有季銨硅烷的水溶液的應用描述于美國專利No.4,921,701和5,169,625。
與本發明相關的是美國專利5,209,775、5,421,866、5,695,551、CA2,115,622和JP 3,159,975。這些專利涉及硅化合物的水分散的或水乳液型防水劑組合物。這些專利中公開的組合物含有(1)烷基烷氧基硅烷或硅氧烷；(2)水溶性硅烷；和(3)氨基硅烷或季銨硅烷。這些組合物中可溶性硅烷、氨基硅烷或離子季銨硅烷的作用是穩定水中的烷基烷氧基硅烷、硅氧烷、或其它不溶于水的聚合物。
由于疏水性不溶于水的硅烷的優異的性能，傳統上優選將它們作為防水劑用于各種有機溶劑例如醇和烴中。然而，這些溶劑類型組合物的主要限制包括它們固有的毒性和可燃性。盡管相對于基于溶劑的處理提供了生態學改進，但現有的有機硅氧烷乳液和水分散硅烷或硅氧烷在經處理的基底的穩定性、滲透深度、和成珠效果(beading effect)方面比不上現有的基于溶劑的硅烷、硅烷/硅氧烷組合或硅氧烷。而且，表面活性劑的使用可引起該表面的再濕潤。
因此，仍需要能夠提供與利用基于溶劑的組合物的處理至少一樣有效的耐水性的水性防水處理。所以，本發明的目的是提供一種用水溶液處理表面的方法，其中經處理的表面呈現出與基于溶劑的處理所提供的防水性至少相同的防水性。另外，本發明的目的是提供下列三個高度期望的用于在無機基底上提供長期疏水性的要求(1)涂覆更安全的和環境可接受的水溶液，(2)賦予分子水平的疏水性和(3)與基底的反應性以提供長期性能。


發明內容
本發明涉及用包括離子有機硅化合物的水性組合物處理無機表面的方法以及各種處理過的無機表面。出人意料的是，已經發現將水溶性離子有機硅化合物涂覆于無機表面使經處理的表面具有優異的疏水性質，所述水溶性離子有機硅化合物直至本發明僅少量使用以溶解硅烷。本發明通過涂覆包含離子有機硅化合物的水溶液來滿足上述要求，該離子有機硅化合物具有離子基團、疏水基團和在硅上的至少一個烷氧基。
本發明僅采用離子有機硅化合物作為主要的或者唯一的組分以在無機基底的表面處理時賦予防水性。本發明的方法包括將所有基本上由至少一種離子有機硅化合物組成的水溶液涂覆到無機表面從而賦予該表面耐水性。雖然期望不限于以下解釋，但是認為在該水性離子有機硅溶液干燥時，該表面上堆積的分子使得能夠賦予水溶性的離子基團在硅烷與無機表面形成化學鍵后深埋入該結構中。所以，涂覆之后經處理的表面可呈現出長期防水涂層的特征。因此，根據本發明的構思所教導的不同于如以上指出和討論的幾個專利所證明的現有技術中公開的內容。

具體實施例方式 現在將在下面更全面地描述本發明，其中描述了本發明的部分但非全部實施方式。這些發明確實可以許多不同的形式實施并且不應該理解為限于本文所述的實施方式；相反，提供這些實施方式使得該公開滿足適用的法律要求。
用于本發明的合適的表面處理組合物通過將水和離子有機硅化合物混合在一起而形成。根據本發明的離子有機硅化合物包括具有選自下式的有機硅烷
其中在各式中 Y是其中R為1-4個碳原子的烷基的RO、其中n的值為1-10的(CH2CH2O)nOH、(CH3OCH2CH2O)、或(CH3CH2OCH2CH2O)； a具有0、1和2的值； R′是甲基或乙基； R″′是1-4個碳原子的亞烷基； R″′、R″″和Rv是含有1-22個碳原子的烷基且其中至少一個這種基團大于8個碳原子、-CH2C6H5、-CH2CH2OH、-CH2OH、和-(CH2)xNHC(O)Rvi，其中x的值為2-10且Rvi是具有1-12個碳原子的全氟烷基； X為氯離子、溴離子、氟離子、碘離子、醋酸根或甲苯磺酸根； Z是式C5H6N+的帶正電的芳族吡啶鎓環；且 M是Na、K、或Li或H。
在一個優選的實施方式中，可將下式的離子有機硅化合物溶解在水中以形成水溶液
其中R是甲基或乙基，a的值為零，R″是亞丙基；R″′是甲基或乙基；R″″和Rv是含有1-22個碳原子的烷基且其中至少一個這種基團大于8個碳原子，且X為氯離子、醋酸根或甲苯磺酸根。可將含有這些離子有機硅的水溶液涂覆到無機表面以賦予耐水性。
本發明范圍內的這種離子有機硅化合物的具體實例通過下式表示 (CH3O)3Si(CH2)3N+(CH3)2C18H37Cl- (CH3O)3Si(CH2)3N+(CH3)2C18H37Br- (CH3O)3Si(CH2)3N+CH3(C10H21)2Cl- (CH3O)3Si(CH2)3N+CH3(C10H21)2Br- (CH3O)3Si(CH2)3P+(C6H5)3Cl- (CH3O)3Si(CH2)3P+(C6H5)3Br- (CH3O)3Si(CH2)3N+(CH3)2CH2C6H5Cl- (CH2CH3O)3Si(CH2)3N+(CH3)2C18H37Cl- (CH3O)3Si(CH2)3N+(CH3)2(CH2)3NHC(O)(CF2)6CF3Cl- 在一個替代實施方式中，對應于式3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十八烷基氯化銨、3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基甲基二癸基氯化銨、和3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十六烷基氯化銨的離子有機硅化合物特別適合于根據本發明涂覆無機表面的水溶液。這些離子有機硅化合物的結構如下
3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十八烷基氯化銨；
3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基甲基二癸基氯化銨；和
3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十六烷基氯化銨。
根據本發明的組合物通過將離子有機硅溶解在水中制備。另外，可將多于一種的離子有機硅化合物溶于水以配制包含多于一種的離子有機硅化合物的水性組合物。而且，根據本發明的某些組合物也還包括已知的賦形劑例如濕潤劑、表面活性劑、和抗菌劑。這些組合物以期望的施用劑量遵守有關揮發性有機含量(VOC)的地方和聯邦法規并且可通過包括例如刷涂、輥涂、空氣噴涂、和無空氣噴涂技術的任何已知方式涂覆于多種表面。在包含離子有機硅的水性組合物涂覆和干燥之后，獲得包括結合到該基底的保護性耐水層的經處理的表面。雖然期望不限于以下解釋，但是認為在干燥時，堆積在該表面上的分子使得能夠賦予水溶性的離子基團在硅烷與無機表面形成化學鍵后深埋入該結構中。而且，認為中心離子基團上的長鏈阻止水到達該分子的可溶性離子部分。因此，本發明還提供了包括獨特層的經處理的表面，其中可溶性組分通過連附到該可溶性組分的長鏈而與水隔絕。
具有能與通過硅烷烷氧基的水解產生的硅烷醇鍵合的官能團或反應性位點的任何表面均可用本發明的水溶液處理而使其防水。因此，根據本發明的經處理的表面的特征可為離子有機硅化合物的縮聚物。某些合適的表面例如包括重質和輕質混凝土、磚石產品、石膏、混凝土砌塊、煤渣砌塊、軟泥磚、灰砂磚、排水瓦管、瓷磚、砂石、墁灰、粘土磚、天然石材和巖石、屋瓦、硅酸鈣磚、水泥品、熔渣石和熔渣磚(slag stones and bricks)、灰泥、石灰石、碎石、大理石、灰漿、砂漿、水磨石、灰渣、浮石、陶土、赤陶、瓷器、磚坯、珊瑚、白云石和瀝青。可以用本發明的組合物處理的非水泥表面包括但不限于珍珠巖、泡沫玻璃、蛭石、云母、硅石和硅藻土。
在一個實施方式中，該水性離子有機硅組合物可包括至少約0.1重量％的離子有機硅化合物。另外，某些實施方式可包括約0.1重量％-約10重量％的離子有機硅化合物而其它可包括約10重量％-99重量％的有機硅化合物或約20重量％-60重量％的有機硅化合物。
實施例1 3-[三-(2-羥基乙氧基)甲硅烷基]丙基二甲基十八烷基氯化銨 將360克(6摩爾)的乙二醇加入配有冷凝器、攪拌器、溫度計和蒸餾頭的2升三頸燒瓶。在100℃下在2小時期間向該溶液中逐滴加入200克3-氯丙基三甲氧基硅烷。該混合物在100℃下加熱6小時，期間回收101克材料，主要是沸點低于100℃的甲醇。獲得460克粗產物混合物。
該粗產物混合物的主要成分為 (OHCH2CH2O)3SiCH2CH(CH3)CH2Cl
3-氯丙基-三-(2-羥基乙氧基)硅烷。
在相同的反應配置中，將265克(0.9摩爾)十八烷基二甲胺加入粗產物溶液。該混合物加熱到120℃下20小時。20小時后完成反應。產物混合物樣品的滴定顯示氯離子濃度為4.35％。主要成分的結構為 (OHCH2CH2O)3SiCH2CH2CH2N(CH3)2C18H37Cl-
3-[三-(2-羥基乙氧基)甲硅烷基]丙基二甲基十八烷基氯化銨。
產物混合物的計算氯離子濃度為4.40％。該產物可與水以任意比混溶。
實施例2 將636克(6摩爾)的二甘醇加入配有冷凝器、攪拌器、溫度計和蒸餾頭的2升三頸燒瓶。在100℃下在2小時期間向該溶液中逐滴加入200克3-氯丙基三甲氧基硅烷。該混合物在125℃下加熱6小時，期間回收101克材料，主要是沸點低于100℃的甲醇。獲得735克粗產物混合物。
該粗產物混合物的主要成分為 (OHCH2CH2OCH2CH2O)3SiCH2CH(CH3)CH2Cl
在相同的反應配置中，將265克(0.9摩爾)十八烷基二甲胺加入粗產物溶液。該混合物加熱到120℃下20小時。20小時后完成反應。產物混合物樣品的滴定顯示氯離子濃度為2.97％。主要成分的結構為 (OHCH2CH2OCH2CH2O)3SiCH2CH2CH2N(CH3)2C18H37Cl-
產物混合物的計算氯離子濃度為3.2％。該產物可與水以任意比混溶。
實施例3 3-(三甲氧基甲硅烷基)-2-甲基丙基二甲基十八烷基氯化銨 將225克的3-氯-2-甲基丙基-三甲氧基硅烷(1.1摩爾)、295克二甲基十八胺(1.0摩爾)和100克甲醇加入配有攪拌器、溫度計的2升壓力反應器。該混合物在120℃下加熱30小時。30小時后完成反應。產物混合物樣品的滴定顯示氯離子濃度為5.62％。主要成分的結構為 (CH3O)3SiCH2CH(CH3)CH2N(CH3)2C18H37Cl-
3-(三甲氧基甲硅烷基)-2-甲基丙基二甲基十八烷基氯化銨。
產物混合物的計算氯離子濃度為5.71％。該產物可與水以任意比混溶。
實施例4 3-[三-(2-羥基乙氧基)甲硅烷基]-2-甲基丙基二甲基十八烷基氯化銨 將360克(6摩爾)的乙二醇加入配有冷凝器、攪拌器、溫度計和蒸餾頭的2升三頸燒瓶。在100℃下在2小時期間向該溶液中逐滴加入212克3-氯-2-甲基丙基-三甲氧基硅烷。該混合物在100℃下加熱6小時，期間回收101克材料，主要是沸點低于100℃的甲醇。獲得470克粗產物混合物。主要的反式酯化產物的結構為 (OHCH2CH2O)3SiCH2CH(CH3)CH2Cl
3-氯-2-甲基丙基-三(2-羥基-乙氧基)硅烷。
在相同的反應配置中，將265克(0.9摩爾)十八烷基二甲胺加入粗產物溶液。該混合物加熱到120℃下20小時。20小時后完成反應。產物混合物樣品的滴定顯示氯離子濃度為4.17％。主要成分的結構為 (OHCH2CH2O)3SiCH2CH(CH3)CH2N(CH3)2C18H37Cl-
3-[三-(2-羥基乙氧基)甲硅烷基]-2-甲基丙基二甲基十八烷基氯化銨。
產物混合物的計算氯離子濃度為4.32％。該產物可與水以任意比混溶。
實施例5 將540克(6摩爾)的乙二醇單乙醚加入配有冷凝器、攪拌器、溫度計和蒸餾頭的2升三頸燒瓶。在100℃下在2小時期間向該溶液中逐滴加入200克3-氯丙基三甲氧基硅烷。該混合物在125℃下加熱6小時，期間回收101克材料，主要是沸點低于100℃的甲醇。獲得735克粗產物混合物。
粗產物混合物的主要成分為 (CH3CH2OCH2CH2O)3SiCH2CH(CH3)CH2Cl
3-氯丙基三(2-乙氧基乙氧基)硅烷。
在相同的反應配置中，將265克(0.9摩爾)十八烷基二甲胺加入粗產物溶液。該混合物加熱到120℃下20小時。20小時后完成反應。產物混合物樣品的滴定顯示氯離子濃度為3.45％。主要成分的結構為 (CH2CH3OCH2CH2O)3SiCH2CH2CH2N(CH3)2C18H37Cl-
3-[三-(2-乙氧基乙氧基)甲硅烷基]丙基二甲基十八烷基氯化銨。
產物混合物的計算氯離子濃度為3.52％。該產物可與水以任意比混溶。
實施例6 通過溶解在自來水中制備0.1-5.0重量％的3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十八烷基氯化銨的多種水溶液。處理的基底包括混凝土砌塊、水泥板、砂面墁灰(sandface plaster)和砂石。對這些材料進行稱重并在100℃的烘箱中干燥直至達到恒定的重量。然后對各塊材料進行稱重并置于1cm的水中1小時，再次稱重并在100℃的烘箱中干燥直至達到恒定的重量。此時，稱重各塊、在防水劑溶液中浸泡20秒然后干燥，并最終再次稱重。將經處理的樣品置于1cm的水中1小時并稱重。各次試驗的百分隔水率(water exclusion)在表I中提供，其中百分隔水率根據以下方式計算
表I(％)不同濃度下的隔水率
這些結果表明1.5-3.5重量％的溶液提供對大多數基底優異的疏水性。
實施例7 使用標準M20砌塊樣品進行測試。將標準尺寸磚切割成三塊相同的部分進行測試。砂石塊為7cm×6mm×7cm。包括未處理的對照品用于對比并計算隔水率。用鋼絲刷和布清洗樣品。將各塊樣品稱重并在100℃的烘箱中干燥直至達到恒定的重量。通過根據ASTM D-6489建立的步驟確定水吸收。將各塊稱重并將其置于1cm的水中24小時，再次稱重并在100℃的烘箱中干燥直至達到恒定的重量。然后根據實施例6所述用防水劑處理各塊。將各塊浸泡在1cm的水中24小時之后再次稱重各塊。水吸收、百分吸水率(水吸收×100/干燥塊的重量)和百分隔水率通過以下方式計算
通過溶解在自來水中制備3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十八烷基氯化銨的2.5重量％溶液。各基底的三個樣品通過將樣品浸漬20秒而進行處理。使樣品固化24小時。它們進一步在100℃的烘箱中干燥1小時。從烘箱中取出之后，使樣品達到室溫然后進行測量。使用ASTM方法D6489確定水吸收。三個樣品的平均計算結果總結于表II中。
表II 基于ASTM D6489的隔水率 實施例8 Rilem水壓滲水試驗(試驗II.4) 通過溶解在自來水中制備3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十八烷基氯化銨的2.5％溶液。各基底的三個樣品通過將樣品浸漬在水溶液中20秒而進行處理。使樣品固化24小時。然后它們進一步在100℃的烘箱中干燥1小時。使樣品達到室溫然后進行測量。吸收管通過施加壓力將填隙帶插入到該管的圓邊和磚石材料的表面之間而固定在基底表面上。然后將水加入管的開口直到其達到零刻度標記。基底在20分鐘內吸收的水量從管上的刻度標記讀出。數據提供于表III中，該表III顯示20分鐘內損失的毫升(ml)數。
表III Rilem水壓滲水試驗(試驗II.4) 實施例9 滲透深度 通過溶解在自來水中制備3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十八烷基氯化銨的2.5％溶液。各基底的三個樣品通過將樣品浸漬在水溶液中20秒而進行處理。使樣品固化24小時。然后它們進一步在100℃的烘箱中干燥1小時。使樣品達到室溫然后進行測量。使用錘子和鑿子縱向地劈開各樣品。將各樣品的一半以斷裂面朝下置于水溶性染料溶液中。僅各樣品的未處理部分吸收該溶液并變得被染色。測量從表面向下到染色區域的滲透深度。平均滲透提供于表IV中。
表IV 滲透深度 實施例10 毛細管吸收測試 在調節之后，將經處理的和未經處理的混凝土立方塊樣品用于進一步實驗。記錄所有立方塊的初始重量。將稱重的樣品置于由一包過濾紙制成的多孔載體上的容器中。該包過濾紙的厚度大約為1cm。該包過濾紙確保了水僅與放置有樣品的表面之間的直接和連續的接觸。將自來水緩慢地倒入該容器直到該紙張完全飽和。水位不允許升高超過該包過濾紙的頂部邊界。為減少水的蒸發，用玻璃片覆蓋該容器。
為評價毛細管水吸收，1小時后將樣品從容器中取出。在用濕布擦拭與水接觸的表面之后，稱重各樣品。獲得的結果提供于表V中。
表V 毛細管吸收 實施例11 將標準M20砌塊樣品用于附加的測試。包括未處理的對照品用于對比并計算隔水率。用鋼絲刷和布清洗樣品。稱重各塊并在100℃的烘箱中干燥直至達到恒定的重量。水吸收通過根據ASTM D6489建立的步驟確定。稱重各塊并將其置于1cm的水中24小時，再次稱重并在100℃的烘箱中干燥直至達到恒定的重量。2.5重量％的3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基甲基二癸基氯化銨溶液通過溶解在自來水中制備。三個樣品通過浸漬在水溶液中20秒而進行處理。使樣品固化24小時。然后它們進一步在100℃的烘箱中干燥1小時。使樣品達到室溫然后進行測量。水的吸收、百分吸水率(水吸收×100/干燥塊的重量)和百分隔水率通過以下方式計算
三個樣品計算的平均百分隔水率為87％。
實施例12 將標準M20砌塊樣品用于附加的測試。包括未處理的對照品用于對比并計算隔水率。用鋼絲刷和布清洗樣品。將各塊樣品稱重并在100℃的烘箱中干燥直至達到恒定的重量。通過溶解在自來水中制備3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十六烷基氯化銨的2.5重量％溶液。三個樣品通過浸漬在水溶液中20秒而進行處理。使樣品固化24小時。然后它們進一步在100℃的烘箱中干燥1小時。使樣品達到室溫然后進行測量。水的吸收、百分吸水率(水吸收×100/干燥塊的重量)和百分隔水率通過以下方式計算
三個樣品計算的平均隔水率為85％。
實施例13 將標準M20砌塊樣品用于附加的測試。包括未處理的對照品用于對比并計算隔水率。用鋼絲刷和布清洗樣品。將各塊樣品稱重并在100℃的烘箱中干燥直至達到恒定的重量。通過將實施例1獲得的產物溶解于自來水中制備2.5重量％溶液。三個樣品通過浸漬在水溶液中20秒而進行處理。使樣品固化48小時。然后它們進一步在100℃的烘箱中干燥1小時。使樣品達到室溫然后進行測量。水的吸收、百分吸水率(水吸收×100/干燥塊的重量)和百分隔水率通過以下方式計算
三個樣品計算的平均隔水率為91％。
實施例14 將標準M20砌塊樣品用于附加的測試。包括未處理的對照品用于對比并計算隔水率。用鋼絲刷和布清洗樣品。將各塊樣品稱重并在100℃的烘箱中干燥直至達到恒定的重量。通過將實施例2獲得的產物溶解于自來水中制備2.5重量％溶液。三個樣品通過浸漬在水溶液中20秒而進行處理。使樣品固化5天。然后它們進一步在100℃的烘箱中干燥1小時。使樣品達到室溫然后進行測量。水的吸收、百分吸水率(水吸收×100/干燥塊的重量)和百分隔水率通過以下方式計算
三個樣品計算的平均隔水率為81％。
實施例15 將標準M20砌塊樣品用于附加的測試。包括未處理的對照品用于對比并計算隔水率。用鋼絲刷和布清洗樣品。將各塊樣品稱重并在100℃的烘箱中干燥直至達到恒定的重量。通過將實施例4獲得的產物溶解于自來水中制備2.5重量％溶液。三個樣品通過浸漬在水溶液中20秒而進行處理。使樣品固化48小時。然后它們進一步在100℃的烘箱中干燥1小時。使樣品達到室溫然后進行測量。水的吸收、百分吸水率(水吸收×100/干燥塊的重量)和百分隔水率通過以下方式計算
三個樣品計算的平均隔水率為93％。
實施例16 將標準M20砌塊樣品用于附加的測試。包括未處理的對照品用于對比并計算隔水率。用鋼絲刷和布清洗樣品。將各塊樣品稱重并在100℃的烘箱中干燥直至達到恒定的重量。通過將實施例5獲得的產物溶解于自來水中制備2.5重量％溶液。三個樣品通過浸漬在水溶液中20秒而進行處理。使樣品固化48小時。然后它們進一步在100℃的烘箱中干燥1小時。使樣品達到室溫然后進行測量。水的吸收、百分吸水率(水吸收×100/干燥塊的重量)和百分隔水率通過以下方式計算
三個樣品計算的平均隔水率為93％。
本發明所屬技術領域的技術人員在受益于前述說明書和相關附圖
所給出的教導后將想到許多變型方案和其它實施方式。因此，應該理解本發明不限于公開的具體實施方式
并且變型方案和其它實施方式旨在包括于所附權利要求的范圍內。雖然本文采用了具體的術語，但它們僅以一般和描述性的概念使用并且沒有限制的作用。
權利要求
1.一種處理表面以使表面防水的方法，包括向所述表面涂覆基本上由至少一種離子有機硅化合物組成的水溶液。
2.權利要求1的方法，其中所述離子有機硅化合物選自
其中在各式中
Y是其中R為1-4個碳原子的烷基的RO、其中n的值為1-10的(CH2CH2O)nOH、(CH3OCH2CH2O)、或(CH3CH2OCH2CH2O)；
a具有0、1和2的值；
R′是甲基或乙基；
R＂是1-4個碳原子的亞烷基；
R″′、R″″和Rv是含有1-22個碳原子的烷基且其中至少一個這種基團大于8個碳原子、-CH2C6H5、-CH2CH2OH、-CH2OH、和-(CH2)xNHC(O)Rvi，其中x具有2-10的值且Rvi是具有1-12個碳原子的全氟烷基；
X為氯離子、溴離子、氟離子、碘離子、醋酸根或甲苯磺酸根；
Z是式C5H6N+的帶正電的芳族吡啶鎓環；且
M是Na、K、或Li或H。
3.權利要求1的方法，其中涂覆水溶液的步驟包括涂覆僅一種下式的離子有機硅化合物
其中
Y是其中R為1-4個碳原子的烷基的RO、其中n的值為1-10的(CH2CH2O)nOH、(CH3OCH2CH2O)、或(CH3CH2OCH2CH2O)；
a具有0、1和2的值；
R′是甲基或乙基；
R＂是1-4個碳原子的亞烷基；
R″′、R″″和Rv是含有1-22個碳原子的烷基且其中至少一個這種基團大于8個碳原子、-CH2C6H5、-CH2CH2OH、-CH2OH、和-(CH2)xNHC(O)Rvi，其中x具有2-10的值且Rvi是具有1-12個碳原子的全氟烷基；
X為氯離子、溴離子、氟離子、碘離子、醋酸根或甲苯磺酸根。
4.權利要求3的方法，其中所述離子有機硅占所述水溶液的約0.1重量％-約10重量％。
5.權利要求1的方法，其中所述涂覆步驟包括將所述水溶液噴涂在所述表面上。
6.權利要求1的方法，其中所述涂覆步驟包括將所述水溶液涂覆在無機表面上。
7.權利要求6的方法，其中所述表面選自混凝土、磚石產品、石膏、混凝土砌塊、煤渣砌塊、軟泥磚、灰砂磚、排水瓦管、瓷磚、砂石、墁灰、粘土磚、天然石材和巖石、屋瓦、硅酸鈣磚、水泥品、熔渣石和熔渣磚、灰泥、石灰石、碎石、大理石、灰漿、砂漿、水磨石、灰渣、浮石、陶土、赤陶、瓷器、磚坯、珊瑚、白云石和瀝青。
8.一種處理表面以使表面防水的方法，包括
i)將離子有機硅化合物溶解在水中形成離子有機硅化合物的水溶液；
ii)將所述水溶液涂覆在無機表面上；和
iii)使所述水溶液干燥從而所述離子有機硅化合物與所述無機表面上存在的反應性位點結合以在所述無機表面上形成保護性防水層。
9.權利要求8的方法，其中所述離子有機硅化合物選自式
其中
Y是其中R為1-4個碳原子的烷基的RO、其中n的值為1-10的(CH2CH2O)nOH、(CH3OCH2CH2O)、或(CH3CH2OCH2CH2O)；
a具有0、1和2的值；
R′是甲基或乙基；
R＂是1-4個碳原子的亞烷基；
R″′、R″″和Rv是含有1-22個碳原子的烷基且其中至少一個這種基團大于8個碳原子、-CH2C6H5、-CH2CH2OH、-CH2OH、和-(CH2)xNHC(O)Rvi，其中x具有2-10的值且Rvi是具有1-12個碳原子的全氟烷基；
X為氯離子、溴離子、氟離子、碘離子、醋酸根或甲苯磺酸根。
10.權利要求9的方法，其中所述離子有機硅占所述水溶液的約0.1重量％-10重量％。
11.權利要求10的方法，其中所述離子有機硅是3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十八烷基氯化銨、3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基甲基二癸基氯化銨、和3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十六烷基氯化銨中的至少一種。
12.權利要求11的方法，其中涂覆所述水溶液的步驟選自將所述水溶液刷涂、輥涂和噴涂到所述表面上的至少一種。
13.一種防水品，包括具有防水層的無機表面，所述防水層結合到所述表面，所述防水層包括水溶性離子有機硅化合物的縮聚物。
14.權利要求13的防水品，其中所述防水層和所述無機表面通過Si-O-Si鍵連接。
15.權利要求14的防水品，其中所述防水層進一步包括鍵合到離子基團的長鏈烷基。
16.權利要求15的防水表面，其中所述長鏈烷基定位成使水不能到達所述離子基團。
17.權利要求16的防水表面，其中所述防水層包括下式的離子有機硅化合物的縮聚物
其中
Y是其中R為1-4個碳原子的烷基的RO、其中n的值為1-10的(CH2CH2O)nOH、(CH3OCH2CH2O)、或(CH3CH2OCH2CH2O)；
a具有0、1和2的值；
R′是甲基或乙基；
R＂是1-4個碳原子的亞烷基；
R″′、R″″和Rv是含有1-22個碳原子的烷基且其中至少一個這種基團大于8個碳原子、-CH2C6H5、-CH2CH2OH、-CH2OH、和-(CH2)xNHC(O)Rvi，其中x具有2-10的值且Rvi是具有1-12個碳原子的全氟烷基；且
X為氯離子、溴離子、氟離子、碘離子、醋酸根或甲苯磺酸根
18.權利要求16的防水表面，其中所述防水層包括3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十八烷基氯化銨、3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基甲基二癸基氯化銨、和3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十六烷基氯化銨中的至少一種的縮聚物。
19.一種結合上述說明和實施例描述的如本文所要求的處理表面以使表面防水的方法。
全文摘要
本發明涉及用包括離子有機硅化合物的水性組合物處理無機表面的方法。出人意料的是，已經發現將水溶性離子有機硅化合物涂覆于無機表面使經處理的表面具有優異的疏水性質，所述水溶性離子有機硅化合物直至本發明僅少量使用以溶解硅烷。本發明僅采用離子有機硅化合物作為主要的或者唯一的組分以在無機基底的表面處理時賦予防水性。本發明的方法包括將離子有機硅化合物涂覆到無機表面從而賦予該基底耐水性。在涂覆后，經處理的表面可呈現出具有長期的防水性質的特征。
文檔編號B05D3/00GK101500716SQ200680055267
公開日2009年8月5日 申請日期2006年8月22日 優先權日2006年7月7日
發明者普拉卡什·V·梅薩, 阿杰伊·I·蘭卡 申請人:西瑪·A·蘭卡