新型石材防护材料的合成以及其性能研究

引言

　　石材是应用最广泛的建筑材料，从古代的石窟、石桥、石塔到现代普遍使用的各种装饰石材以及各种岩画、雕像、壁刻和纪念碑等，这些使用的石材大部分暴露在自然界的风化环境中，特别是近代工业的发展，环境污染对石材腐蚀的威胁更加严重，随着科学技术的发展，人们逐步认识到正确使用石材防护剂可以减缓石材的腐蚀和污损，并预防多种石材病。

　　石材表面防护剂的种类很多，无机表面防护剂和有机表面防护剂；半永久性防护（石蜡、硅油等）和久性防护（如树脂涂料）；表面成膜型和渗透固结型；等等。在这篇文章中研究的是新型有机表面防护剂。

　　有机硅树脂具有较低的表面能，可以低到21-22mN/m，是较为理想的防水、防污材料，且耐腐蚀性、耐高低稳性能也较好。但有机硅树脂也有不少缺点，成膜性能较差，涂膜附着力差，涂膜耐溶剂性差，温度较高时漆膜机械强度不好。

　　有机氟化合物中氟原子的电负性大，直径小，且C-F键能高，可使水的表面张力显著降低，全氟烷烃表面张力低至l0mN/m同时与氢原子相比，氟原子更容易将C-F键屏蔽起来，保持高度的稳定性，因此含氟化合物具有“三高”（高表面活性、高耐热性、高化学稳定性）及“两憎”（憎水、憎油）的特性。但存在的问题是需要高温交联，在溶剂中的溶解性欠佳，价格较贵等有机硅、有机氟各有优点及不足。将它们有机结合起来，则能互相取长补短，优势互补。制备出具有卓越防水、防油、耐站污、耐老化等性能的新型石材防护材料。

　　实验部分

　　1.1原料

　　甲基丙烯酸2，2，2一三氟乙酯（TFEMA），甲基丙烯酸差劲乙酯（HEMA）；乙烯基三乙氧基硅烷（（KH151），；乙酸丁酯；偶氮二异丁腈（AIBN），；HDI三聚体。

　　1.2主要分析仪器

　　傅立叶红外光谱仪FT-IR200，Quanta200型扫描电子显微镜、QFZ一П型附着力测试仪、QHQ型涂膜铅笔划痕硬度仪

　　1.3氟硅材料的合成

　　（1）合成机理

　　（2）合成步骤

　　将部分甲基丙烯酸三氟乙醋、甲基丙烯酸轻乙酯、乙烯基三乙氧基硅烷单体和部分引发剂一起加人到溶剂中，待引发剂溶解后倒入250m1的四口烧瓶中，加热搅拌聚合反应1h后，将剩余引发剂和单体分2h滴完，再反应1h后冷却出料。

　　2、结果与讨论

　　2.1引发剂选择及用量对氟硅材料性能的影响

　　溶液聚合常用的引发剂主要有BPO，AIBN.聚合中若使用BPO，则其分解时生成的苯基自由基特别活泼，可以夺取聚合物链上的氢原子，从而使聚合物形成支链，且BPO可在聚合物中引人可吸收紫外光的苯环，其抗紫外性能将受到影响，材料在阳光暴晒下会变黄。而使用AIBN引发剂，其分解时生成的丁腈自由基则较稳定，不易进行夺氢反应，因此采用AIBN引发剂，可得到分子量分布窄的聚合物，且引发效率高，抗紫外性能好。

　　引发聚合形成聚合物的聚合度与引发剂浓度的平方根呈反比，即引发剂用量增加，聚合度下降，分子量降低，聚合物强度下降，铅笔硬度下降，从引发剂AIBN用量为0.2%时的4H下降到引发剂用量为0.6%时的2H.当引发剂用量为0.1%时，共聚物是淡黄色液体，和水的钻度相当，可以知道引发剂没有引发单体聚合反应。当引发剂用量为0.7%时反应很是剧烈，在短时间内迅速聚合反应凝胶，反应很难控制。（反应的温度控制在85}C）从表1可知引发剂的用量应控制在0.2%一0.6%.

　　2.2温度对氟硅材料的影响

　　由表2可知，当温度为75℃时，在一定的时间内，引发剂理论上是分解了，但还是没有能够很好的引发聚合，当温度为95℃时，在极短的时间内，引发剂迅速引发聚合，发生暴聚。而在同样的时间内，温度在80一90℃之间时，反应很平稳，并通过测试聚合物黏度可以知道，随着温度的升高产物的平均聚合度降低，分子量减小。