阅读说明：本技术 一种具有光催化功能的混凝土硅烷浸渍乳液及其制备方法 (Concrete silane impregnation emulsion with photocatalysis function and preparation method thereof ) 是由 高育欣 杨文� 闫松龄 毕耀 刘明 康升荣 于 2019-11-21 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种具有光催化功能的混凝土硅烷浸渍乳液,包括如下质量百分比的组分：硅烷单体25～50％、光催化剂0.3～3％、去离子水45～73.7％、乳化剂A 1～3％、乳化剂B 1～3％。所述硅烷单体为辛基三乙氧基硅烷、异辛基三乙氧基、异丁基三乙氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷和十二烷基三乙氧基硅烷其中的一种。所述乳化剂A为HLB值大于8的非离子表面活性剂；乳化剂B为HLB值不超过6的非离子表面活性剂。光催化剂为球状颗粒的锐钛型TiO<Sub>2</Sub>。将具有光催化功能的混凝土硅烷浸渍乳液涂覆在混凝土表面,得到具有光催化功能的混凝土。硅烷浸渍乳液对混凝土表面处理,提高了混凝土耐久性和光催化处理污染物的性能,光催化剂的有效利用率高,避免了光催化剂的浪费。(The invention discloses a concrete silane impregnating emulsion with a photocatalytic function, which comprises the following components in percentage by mass: 25-50% of silane monomer, 0.3-3% of photocatalyst, 45-73.7% of deionized water, 1-3% of emulsifier A and 1-3% of emulsifier B. The silane monomer is one of octyl triethoxysilane, isooctyl triethoxysilane, isobutyl triethoxysilane, propyl triethoxysilane and dodecyl triethoxysilane. The emulsifier A is a nonionic surfactant with HLB value more than 8; the emulsifier B is a nonionic surfactant with HLB value not more than 6. Anatase type TiO with spherical photocatalyst 2 . And coating the concrete silane dipping emulsion with the photocatalytic function on the surface of the concrete to obtain the concrete with the photocatalytic function. The silane dipping emulsion is used for treating the surface of concrete, so that the durability of the concrete and the performance of treating pollutants by photocatalysis are improved, and the photocatalysis is realizedThe effective utilization rate of the photocatalyst is high, and the waste of the photocatalyst is avoided.)

一种具有光催化功能的混凝土硅烷浸渍乳液及其制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土外加剂技术领域，特别是一种具有光催化剂功能的混凝土硅烷浸渍乳液及其制备方法。

背景技术

混凝土工程的维修费用很大一部分是由于耐久性不足造成的，耐久性不足与各种因素造成的吸水后有害离子侵蚀密切相关。硅烷是一种性能优异的渗透型浸渍剂，具有小分子结构，深层渗透混凝土毛细管壁与水化的水泥发生反应形成聚硅烷网络结构，赋予混凝土表面的微观结构长期的憎水性，并保持呼吸功能，降低了水和有害离子的侵入，从而提高混凝土的耐久性。硅烷能形成保护又不影响混凝土的表观效果，使它具有其他防护材料无法比拟的性能。纯硅烷挥发性较强，施工时大大增加了成本。硅烷浸渍乳液是利用乳化工艺将硅烷制备成W/O、O/W或者双重乳液，本身就含有一定量的水分，供交联反应使用，即便在干燥的混凝土表面使用时，也可防止大量的硅烷活性组挥发损失。

纳米TiO₂作为一种半导体型光催化材料，在处理环境污染物方面有较好的应用前景。申请号201010584022.9的专利公开了一种光催化水泥基材料的制备方法，将纳米二氧化钛和粉煤灰混合，得到粉煤灰负载后的纳米二氧化钛与水泥混合，可有效降解80％以上的氮氧化物、苯、甲苯等物质。申请号为CN106946312A的专利公开了一种利用光催化水泥基材料降解饮用水消毒副产物三氯乙酰氨的方法，该方法可达到三氯乙酰胺100％的去除。两者都利用了光催化剂的催化性能。但这些内掺光催化剂的方式都是将光催化剂与水泥基材料混合，这样会使很大一部分光催化剂在水泥基材内部，无法起到光催化作用，只有处于水泥基表面的少量光催化剂能够接触到光线，发挥光催化作用，不仅光催化效果不佳，且造成大量催化剂的浪费。

发明内容

本发明的一个目的在于针对现有的将光催化剂掺杂到水泥基材料中得到的光催化水泥基材料的光催化剂有效利用率低，光催化剂大量浪费的问题，提供一种将光催化剂添加到混凝土硅烷浸渍乳液中得到的具有光催化剂功能的混凝土硅烷浸渍乳液，该乳液用于对混凝土表面处理，以提高混凝土耐久性和光催化处理污染物的性能。

本发明的另一个目的是提供上述具有光催化功能的混凝土硅烷浸渍乳液的制备方法。

本发明提供的具有光催化剂功能的混凝土硅烷浸渍乳液包括如下质量百分比的组分：硅烷单体25～50％、光催化剂0.3～3％、去离子水45～73.7％、乳化剂A1～3％、乳化剂B1～3％；所述乳化剂A为HLB值大于8的非离子表面活性剂；乳化剂B为HLB值不超过6的非离子表面活性剂。

所述硅烷单体的结构式为：R-Si(OCH₂CH₃)₃，式中，R是碳原子数为1～12的烷基。优选的是，所述硅烷单体为辛基三乙氧基硅烷、异辛基三乙氧基、异丁基三乙氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷和十二烷基三乙氧基硅烷其中的一种。

优选的是，所述光催化剂为球状颗粒的锐钛型TiO₂，粒径为5-10nm。该乳液中光催化浓度为0.5-3g/L。优选的浓度是，光催化剂在乳液体系中的浓度为0.3g/L、1g/L、2g/L或3g/L，最优浓度是，光催化剂浓度为2g/L，防护效果佳，且不浪费光催化剂。

优选的是，所述乳化剂A为Span80或日本信越KF6017；乳化剂B为脂肪醇聚氧乙烯醚Briji 35或平平加PPG20。

一种上述具有光催化功能的混凝土硅烷浸渍乳液的制备方法，步骤如下：

S1：将光催化剂与去离子水混合，室温下超声分散10～20min，得到发蓝光的分散液，向分散液中加入乳化剂A，搅拌乳化，得到第一溶液；

S2：将乳化剂B加入到硅烷单体中，搅拌乳化，得到第二溶液；

S3：控制搅拌速度为500～800转/分，加热温度25～40℃条件下，将第二溶液匀速滴加入第一溶液中，滴加完成后，控制搅拌速度为1500～3000转/分，反应0.5～1h，得到具有光催化功能的硅烷浸渍乳液。

本发明还提供了一种具有光催化功能的混凝土，即将上述的具有光催化功能的硅烷浸渍乳液涂覆在混凝土表面，得到具有光催化功能的混泥土。硅烷乳液在混凝土表面形成超薄透明硅树脂分子层，不会屏蔽光线，有利于光催化剂与光的接触面，催化剂有效利用率高，且硅烷水解后形成的硅烷网络结构可以对光催化剂颗粒起到固定作用；且光催化剂位于混凝土的表面，保证了二氧化钛与光的充分接触，最大限度发挥光催化效果。克服了现有的将光催化剂掺杂到水泥基材料中得到的光催化水泥基材料的光催化剂有效利用率低，光催化剂大量浪费的问题。

与现有技术相比，本发明的有益之处在于：

在混凝土硅烷浸渍乳液的基础上，引入了纳米二氧化钛作为乳液稳定剂和光催化剂。一方面在硅烷乳化时作为乳液稳定剂，可提高硅烷乳液的稳定性和黏度，降低硅烷浸渍乳液的流挂性，促使混凝土更充分吸收硅烷活性组分，以提高混凝土耐久性。另一方面进行混凝土表面处理时带入光催化剂，赋予硅烷乳液光催化性功能，使得混凝土表面具有光催化功能，能够光催化处理污染物。将烷浸渍乳液涂覆在混凝土表面后，硅烷乳液蒸发到一定程度，乳滴与混凝土表面的接触面上就会逐渐出现硅烷分子与混凝土的表面接触，在混凝土表面形成超薄透明硅树脂分子层，不会屏蔽光线，有利于二氧化钛与光的接触面，利用率高，且硅烷水解后形成的硅烷网络结构可以对二氧化钛起到固定作用，二氧化钛位于混凝土的表面，保证了二氧化钛与光的充分接触，最大限度发挥光催化效果。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

具体实施方式

以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种具有光催化剂功能的混凝土硅烷浸渍乳液，包括如下质量百分比的组分：异丁基三乙氧基硅烷40％、粒径5nm的二氧化钛2％、去离子水54％、Span802％、Briji 352％。

制备步骤如下：

S1：将2g的TiO₂与54g去离子水混合，室温下超声分散10min，得到发蓝光的分散液，向分散液中加入2g的Span80(乳化剂A)，使用乳化机乳化15min，得到第一溶液；

S2：将2g的Briji 35(乳化剂B)加入到40g异丁基三乙氧基硅烷中，使用乳化机乳化15min，得到第二溶液；

S3：控制搅拌速度为500转/分，加热温度40℃条件下，将第二溶液匀速滴加入第一溶液中，滴加完成后，控制搅拌速度为1500转/分，反应0.5h，得到具有光催化功能的硅烷浸渍乳液。

实施例2

一种具有光催化剂功能的混凝土硅烷浸渍乳液，包括如下质量百分比的组分：异辛基三乙氧基硅烷40％、粒径5nm的二氧化钛2％、去离子水54％、Span801.8％、PPG202.2％。

制备步骤如下：

S1：将2g的TiO₂与54g去离子水混合，室温下超声分散20min，得到发蓝光的分散液，向分散液中加入1.8g的Span80(乳化剂A)，使用乳化机乳化15min，得到第一溶液；

S2：将2.2g的PPG20(乳化剂B)加入到40g异辛基三乙氧基硅烷中，使用乳化机乳化15min，得到第二溶液；

S3：控制搅拌速度为800转/分，加热温度25℃条件下，将第二溶液匀速滴加入第一溶液中，滴加完成后，控制搅拌速度为3000转/分，反应1.0h，得到具有光催化功能的硅烷浸渍乳液。

实施例3

一种具有光催化剂功能的混凝土硅烷浸渍乳液，包括如下质量百分比的组分：异丁基三乙氧基硅烷25％、粒径5nm的二氧化钛3％、去离子水70％、Span801％、BriJi 351％。

制备步骤如下：

S1：将3g的TiO₂与70g去离子水混合，室温下超声分散20min，得到发蓝光的分散液，向分散液中加入1g的Span80(乳化剂A)，使用乳化机乳化15min，得到第一溶液；

S2：将1g的BriJi 35(乳化剂B)加入到25g异丁基三乙氧基硅烷中，使用乳化机乳化15min，得到第二溶液；

S3：控制搅拌速度为500转/分，加热温度40℃条件下，将第二溶液匀速滴加入第一溶液中，滴加完成后，控制搅拌速度为1500转/分，反应0.5h，得到具有光催化功能的硅烷浸渍乳液。

实施例4

一种具有光催化剂功能的混凝土硅烷浸渍乳液，包括如下质量百分比的组分：异辛基三乙氧基硅烷50％、粒径10nm的二氧化钛1％、去离子水45％、Span801％、PPG203％。

制备步骤如下：

S1：将1g的TiO₂与45g去离子水混合，室温下超声分散20min，得到发蓝光的分散液，向分散液中加入1g的Span80(乳化剂A)，使用乳化机乳化15min，得到第一溶液；

S2：将3g的PPG20(乳化剂B)加入到50g异辛基三乙氧基硅烷中，使用乳化机乳化15min，得到第二溶液；

S3：控制搅拌速度为800转/分，加热温度25℃条件下，将第二溶液匀速滴加入第一溶液中，滴加完成后，控制搅拌速度为3000转/分，反应1h，得到具有光催化功能的硅烷浸渍乳液。

实施例5

一种具有光催化剂功能的混凝土硅烷浸渍乳液，包括如下质量百分比的组分：异辛基三乙氧基硅烷40％、粒径10nm的二氧化钛0.5％、粒径5nm的二氧化钛0.5％、去离子水55％、KF6011(日本信越)3％、KF6017(日本信越)1％。

制备步骤如下：

S1：将0.5g粒径10nm的二氧化钛、0.5g粒径5nm的二氧化钛与45g去离子水混合，室温下超声分散20min，得到发蓝光的分散液，向分散液中加入3g的KF6011(乳化剂A)，使用乳化机乳化15min，得到第一溶液；

S2：将1g的KF6017(乳化剂B)加入到50g异辛基三乙氧基硅烷中，使用乳化机乳化15min，得到第二溶液；

S3：控制搅拌速度为800转/分，加热温度25℃条件下，将第二溶液匀速滴加入第一溶液中，滴加完成后，控制搅拌速度为3000转/分，反应1h，得到具有光催化功能的硅烷浸渍乳液。

性能测试：

实施例1-5制备的具有光催化功能的混凝土硅烷浸渍乳液的防护性能参照JTJ275-2000《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》进行测试。其中，透气性检测方法如下：将混凝土试样先烘干至恒重，然后将两组混凝土试样同时浸泡在室温自来水中浸泡48h。取出后吸除混凝土试样表面的水分，将其中一组混凝土试样表面按照喷涂工艺喷涂本发明制备的硅烷浸渍剂，然后准确称量两组混凝土试样的重量，并放置在通风处定期测定混凝土试样的重量，计算混凝土试样的失重率，将硅烷浸渍处理的试样失重量与未涂硅烷浸渍的试样失重量的比值作为透气性的评价指标。测试中所用的混凝土试样按照JTJ275-2000《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》中规定的配合比进行制备。

本发明的制备的具有光催化功能的混凝土硅烷浸渍乳液的光催化性能利用NO_x的去除率光催化试验来进行检测及评级。

实施例1～5中制备的具有光催化功能的混凝土硅烷浸渍乳液的浸渍深度、吸水率、氯离子吸收降低率和透气性、对NO_x去除率等指标进行测定，其测定结果下表所示。其中，对比例1是普通硅烷乳液，对比例2是含纳米二氧化硅的硅烷乳液。

硅烷浸渍剂对混凝土的防护效果主要以吸水率、渗透深度和氯离子含量降低率为评价标准。吸水率直接决定了浸渍剂的使用效果，吸水率越低，表明防水效果越好。渗透深度则体现了浸渍剂的耐久性，透气性作为硅烷类材料的显著特点，也决定了硅烷类材料的特殊用途。

由表中可知，涂覆本发明制备的硅烷浸渍乳液后，混凝土的吸水率最高仅有0.00336mm/min^1/2，此时，浸渍深度达到了4.01mm，满足混凝土的防水需求。从透气性检测数据来看，涂覆本发明硅烷浸渍剂的混凝土试样的透气比达到了100％，由此说明加入光催化剂对硅烷浸渍乳液的防护性能没有明显影响。而加入光催化剂后，本发明制备的硅烷浸渍乳液还具有较高的NOx分解性能，还由此可见，光催化剂的粒径约小，光催化性能越好。

综上所述，本发明的具有光催化功能的硅烷浸渍乳液能够赋予混凝土优良的防水性能、呼吸性能和光催化功能。与现有的将光催化剂掺杂到水泥基材料中得到光催化水泥基材料相比，本发明的硅烷浸渍乳液涂覆于混凝土表面得到的光催化混泥土的光催化效果更佳，光催化剂有效利用率高，避免了光催化剂浪费。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。