Гидрофобизация как средство защиты строительных материалов от воздействия воды

Гидрофобизацией называется придание повер­хности гидрофильного материала свойства несма­чиваемости водой. Она заключается в нанесении на поверхность тончайшего водоотталкивающего по­крытия, образующегося при обработке материала в жидкой или, реже, в паровой фазе очень малыми количествами специальных поверхностно-активных веществ, называемых гидрофобизаторами.

Процесс гидрофобизации основан на ориенти­рованной хемосорбции на твердой поверхности молекул гидрофобизатора с образованием гидро­фобных моно- или полимолекулярных слоев. Эти слои ориентируются при адсорбции таким обра­зом, что гидрофильные полярные группы гидрофо­бизатора направлены к твердой поверхности, а гид­рофобные углеводородные радикалы - в окружаю­щую среду. Для получения устойчивых водооттал­кивающих покрытий необходимо, чтобы полярные группы гидрофобизатора были химически связаны с поверхностными атомами или Ионами твердого тела. Это связывание происходит вслед за процес- сом адсорбции за счет поверхностных химических реакций, в результате которых гидрофильные груп­пы (или часть их), входящие в состав гидрофоби­затора, удаляются в виде летучего или раствори­мого в воде соединения. В итоге на всех частицах материала, соприкасавшегося с гидрофобизато-ром, остается слой, наружная поверхность которо­го состоит из одних гидрофобных углеводородных радикалов.

В случае отсутствия химической связи между гидрофобным покрытием и материалом (например, при нанесении на поверхность материалов тончай­шего слоя парафина, битума и т.п.) это покрытие оказывается неустойчивым в эксплуатации. Особо стойкие и эффективные гидрофобные покрытия образуются, если находящиеся в хемосорбирован-ном поверхностном слое молекулы гидрофобиза­тора способны конденсироваться между собой в сплошную высокомолекулярную поверхностную пленку. Именно такие покрытия и образуются при гидрофобизации кремнийорганическими соедине­ниями типа RSiX₃ или (RSiXO)_n.

Водоотталкивающее, а так­же антиадгезивное действие кремнииорганических покрытий в известной степени обусловлено и чрез­вычайно низкой склонностью силоксановых атомов кислорода в группировках Si-0-Si к ассоциации с водой (за счет образования водородных связей) и к комплексообразованию с другими химическими веществами.

Механизм образования водоотталкивающих кремнииорганических покрытий основан на взаи­модействии реакционноспособных функциональных групп X, связанных с атомами кремния (X - гало­ген, Н, OR, OCOR, NH₂, ОН, ONa и т.д.), с гидроксильными группами или реакционноспособными солями и окислами металлов, входящими в состав строительного материала, а также с адсорбирован­ной им водой. Благодаря этому поверхность мате­риала связывается химически через атомы кисло­рода с атомами кремния, образующими основу скелета гидрофобной пленки.

Гидрофобизация строительных материалов раз­деляется на объемную и поверхностную.

При объемной гидрофобизации гидрофобная до­бавка вводится в состав материала. Наиболее упот­ребительными при этом являются алкилсиликонаты натрия и водные эмульсии полиапкилгидросилокса-нов. Однако значительно больший, чем при поверх­ностной гидрофобизации, их расход пока несколько ограничивает такое применение кремнийорганичес-ких гидрофобизаторов, стоимость которых еще до­вольно высока. Для объемной гидрофобизации мо­гут также использоваться тонкодисперсные порошки твердых полиалкилсилоксановых смол типа (RSiXO, ₅)_n, где R = СН₃, С₂Н₅, или продуктов гидролиза кубовых остатков от ректификации алкилхлорсиланов.

При поверхностной гидрофобизации раство­ры кремнийорганических соединений, обладаю­щие низкими вязкостью и поверхностным натя­жением, глубоко проникают в мельчайшие поры материала. Глубина проникновения гидрофобизующего раствора тем больше, чем ниже его по­верхностное натяжение и вязкость и чем выше пористость материала (например, в кирпич и шту­катурку раствор проникает на 1 см). Стенки пор и ' все частицы материала, соприкоснувшиеся с раствором гидрофобизатора, в результате испаре­ния растворителя, процессов сорбции и поверх­ностных химических реакций обволакиваются тончайшей химически фиксированной невидимой водоотталкивающей пленкой кремнийорганичес-кого полимера. При этом ни размер пор (т.е. воз-духо- и паропроницаемость), ни внешний вид, ни фактура поверхности материала не изменяются, а его прочность несколько повышается. Матери­ал теряет способность смачиваться водой и ка­пиллярно ее всасывать. Вода не проникает в поры материала даже при сильнейшем дожде, сопро­вождаемом ураганным ветром. Необходимо, од­нако, помнить, что при определенном давлении, значительно превышающем гидростатическое, которому могут подвергаться стены зданий во время дождя, особенно при длительном действии воды, например при погружении в нее на доста­точную глубину, вода постепенно проникает в поры гидрофобизованного материала. Это объяс­няется тем, что при гидрофобизации все поры сохраняются открытыми и лишь их стенки теря­ют способность смачиваться водой. Поэтому гид­рофобизация строительных материалов целесо­образна лишь в тех случаях, когда требуется пре­дотвратить капиллярный подсос или фильтраци­онное проникновение воды и водных растворов при сравнительно небольших гидростатических давлениях с одновременным сохранением мате­риалом открытой пористости.