[发明专利]用离子有机硅组合物处理表面的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用含有离子有机硅化合物的水溶液使无机表面防水的方法。 另外，本发明涉及用含有离子有机硅化合物的水溶液处理的无机表面，使得 耐水膜覆盖该无机表面。

背景技术

耐水性是包括砖石和混凝土的多种建筑中的重要问题。耐水性很重要， 因为这些类型的材料中的吸湿性和其移动导致或促进例如膨胀、收缩、开裂、 染色、发霉、耐冻融性降低、化学侵袭、钢筋腐蚀、沉淀引起的结构损害的 问题。由于这些问题，已经使用了多种技术以赋予这些类型表面耐水性，包 括使用防水剂对结构进行的表面处理。过去已经使用的防水剂包括油、蜡、 皂和树脂。这些防水剂通过刷涂、辊涂、空气喷涂、或无空气喷涂技术涂覆 到表面。已经使用的一种防水剂是有机硅化合物。发现有机溶剂中的这些化 合物有利于向砖块、混凝土、灰泥、或水磨石表面提供耐水性。

将有机硅化合物涂覆到表面用于防水是现有技术中所熟知的，如美国专 利No.5,073,195中所述，其内容通过参考引入本文。有机硅氧烷如烷基三烷 氧基化合物赋予耐水性的用途已知有至少30年了。通常，这些化合物的涂 覆在可燃性溶剂如乙醇、甲醇和各种液体烃中进行。在涂覆期间，大量地释 放挥发性有机化合物(VOC)。由于这些问题，进行了大量的努力以确定赋予 砖石和混凝土表面耐水性的不可燃组合物的配方。尝试的第一种方法包括含 有有机硅化合物的各种水乳液。然而，这些配方不能提供与基于溶剂的组合 物相当的耐水性。认识到与水乳液配方有关的缺点后，开发了使烷基三烷氧 基硅烷溶于水的配方。这种类型的配方将水溶性氨基和季铵有机硅烷与传统 配方的烷基三烷氧基硅烷一起使用。这些配方的目的是开发可溶性有机硅烷 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，多种类型的建筑材料还受益于抗菌剂处理。抗菌剂是 防止微生物污染和材料劣化的化学组合物。抗菌剂的可能最流行的类别是季 铵化合物。低水平(1％或更低)的季铵硅烷作为抗菌剂的用途是熟知的并且在 包括No.3,560,385、3,794,736、和3,814,739的多篇美国专利中有教导。由 于它们的抗菌性质，它们的应用有利于多种表面、基底、仪器和应用。这种 用途的实例描述于美国专利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,它们的内容通过 参考引入本文。含有季铵硅烷的水溶液的应用描述于美国专利No.4,921,701 和5,169,625。

与本发明相关的是美国专利5,209,775、5,421,866、5,695,551、CA 2,115,622和JP 3,159,975。这些专利涉及硅化合物的水分散的或水乳液型防 水剂组合物。这些专利中公开的组合物含有(1)烷基烷氧基硅烷或硅氧烷；(2) 水溶性硅烷；和(3)氨基硅烷或季铵硅烷。这些组合物中可溶性硅烷、氨基硅 烷或离子季铵硅烷的作用是稳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优异的性能，传统上优选将它们作为防水 剂用于各种有机溶剂例如醇和烃中。然而，这些溶剂类型组合物的主要限制 包括它们固有的毒性和可燃性。尽管相对于基于溶剂的处理提供了生态学改 进，但现有的有机硅氧烷乳液和水分散硅烷或硅氧烷在经处理的基底的稳定 性、渗透深度、和成珠效果(beading effect)方面比不上现有的基于溶剂的硅 烷、硅烷/硅氧烷组合或硅氧烷。而且，表面活性剂的使用可引起该表面的再 湿润。

因此，仍需要能够提供与利用基于溶剂的组合物的处理至少一样有效的 耐水性的水性防水处理。所以，本发明的目的是提供一种用水溶液处理表面 的方法，其中经处理的表面呈现出与基于溶剂的处理所提供的防水性至少相 同的防水性。另外，本发明的目的是提供下列三个高度期望的用于在无机基 底上提供长期疏水性的要求：(1)涂覆更安全的和环境可接受的水溶液，(2) 赋予分子水平的疏水性和(3)与基底的反应性以提供长期性能。

发明内容