книги из ГПНТБ / Алентьев А.А. Кремнийорганические гидрофобизаторы

пористого тела может быть охарактеризовано следующим уравнением [16]:

При второй пропитке гидрофобизированная поверх­ ность не имеет водной пленки на поверхности и не препят­ ствует проникновению гидрофобизирующего раствора внутрь пористого тела. В результате внутренняя поверх­ ность пор при определенном соотношении толщины из­ делия и концентрации раствора сплошь покрывается плен­ кой гидрофобного полимера.

Анализ экспериментального материала показывает, что время прохождения воды сквозь гидрофобизированный по­

тела, в связи с чем путь движения жидкости значительно возрастает.

71

Рекомендуемая концентрация раствора 1— 10%. Подго­ товка образцов к гидрофобизации производится по ме­ тодике, описанной в разделе. «Гидрофобизация стекла». В качестве растворителей следует применять бензин, ке­ росин, уайт-спирит, толуол, бензол, четыреххлористый углерод.

Для лучшего проникновения гидрофобизирующего раст­ вора в микропоры изделия, погруженные в раствор, вакуумируют. Вакуумированное, а затем пропитанное под давлением пористое изделие извлекают из сосуда. Избыт­ ку жидкости дают стечь, а затем изделие подвергают суш­ ке в воздушной камере, после чего процесс пропитки может быть повторен. Окончательно пропитанное и высушенное изделие подвергают термообработке при температуре 150— 180° на протяжении 2—3 час.

4. ГИДРОФОШ 13ЛЦИЯ ЦЕЛЛЮ ЛОЗНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Одной из особенностей целлюлозных материалов (бу­ маги, картона, тканей, древесины и др.) является их лег­ кая смачиваемость водой, проницаемость для воды и набухаемость. Эти свойства целлюлозы часто мешают ее при­ менению..

Легкая восприимчивость целлюлозы к воде связана со сложным строением растительных волокон, состоящих из элементарных волокон (фибрилл) и цепеобразных агре­ гатов молекул целлюлозы (мицелл), имеющих воздушные

О

промежутки размером от 10 до 1000А. Эти промежутки вполне доступны для проникновения воды. Высокое влагопоглощение целлюлозных волокон объясняется еще гидрофильностью молекул целлюлозы, содержащих в хими­ ческой структуре гидроксильные группы ОН.

72

Эффект гидрофобизации с химической точки зрения сводится к прикрыванию молекул целлюлозы молекулами гидрофобного водоотталкивающего вещества и к частичной этерификации за счет гидроксильных групп, вследствие чего резко уменьшается гидрофильность целлюлозы. Кро­ ме того, действующие водоотталкивающие силы гидрофоб­ ного покрытия на поверхности волокон материала умень­ шают смачиваемость его, и влага не может проникать в те поры, капилляры и промежутки, в которые она легко про­ никает при хорошей смачиваемости и притяжении молеку­ лами целлюлозы.

Для повышения водостойкости целлюлозных материа­ лов их часто пропитывают негигроскопичными материалами. В качестве пропитывающих составов используются неги­ гроскопические' лаки, полимеризующиеся масла, воски и воскообразные вещества, компаунды. Пропитка произ­ водится, главным образом, нагретым пропиточным соста­ вом при малой его вязкости. Однако очень часто и в жид­ ком состоянии высокомолекулярные пропитывающие ве­ щества не в состоянии проникнуть в тончайшие поры и капилляры. Они отфильтровываются и остаются на поверх­ ности, так как размеры их отдельных молекул и молеку­ лярных агрегатов (порядка 10_3 см) значительно превос­ ходят размеры пор и капилляров (порядка 10-8— 10_6 см). Это исключает возможность глубокой пропитки. Вода же, имеющая значительно меньшую вязкость и меньшие размеры молекул, легко проникает в капилляры и поры.

На практике в последнее время для гидрофобизации цел­ люлозных материалов стали все шире применять кремнийорганические гидрофобизаторы. Материалы, гидрофобизированные кремнийорганическими соединениями, практически не увеличиваются в весе, полностью сохра­ няют неизменный свой внешний вид, пористость и возду­

73-

хопроницаемость, чем они выгодно отличаются от матери­ алов, обработанных другими водостойкими покрытиями или пропитками. Гидрофобизация целлюлозных материалов осу-, ществляется парами, а чаще растворами (1— 10%) легко гидролизующихся мономерных кремнийорганических сое­ динений или полисилоксановыми полимерами. Мономер­ ные кремнийорганические соединения, проникая глубоко во все поры, трещины, капилляры, соединяясь с сорбиро­ ванной влагой и конденсируясь, а также этерифицируя гидроксильные группы молекул целлюлозы, образуют на материале стойкую, химически фиксированную гидрофоб-

О

ную полисилоксановую пленку толщиной около 10—ЗООА. Гидрофобная полисилоксановая пленка невидима, ус­ тойчива в эксплуатации, мало стирается при трении, не смывается горячей водой с мылом, не растворяется ни а каких обычных растворителях, устойчива в широком диа­ пазоне температур (от — 200 до 4- 400°), устойчива к действию окислителей, света, времени и других факторов. Таким образом, вопрос защиты целлюлозных материалов от действия влаги, в частности путем гидрофобизации их кремнийорганическими соединениями, имеет большое прак­

тическое значение.

Для гидрофобизации целлюлозных материалов нахо­ дят применение следующие кремнийорганические соеди­ нения: ГКЖ-94, полиметиламиносиланы', метилтриэтоксисилан, метилбутоксидиаминосилан, кремнийорганический

•лак ФГ-9 и некоторые другие соединения.

Производить гидрофобизацию целлюлозных материа­ лов силанхлоридами не рекомендуется, так как выделяю­ щиеся при реакции гидролиза пары соляной кислоты разрушают клетчатку.

Гидрофобизация жидкостью ГКЖ-94. Наиболее при­ годным гидрофобизатором для целлюлозных материалов

74

является водородсодержащая кремнийорганическая жид­ кость ГКЖ-94. Такую жидкость можно применять для гидрофобизации как в растворах органических раствори­ телей, так и в водных эмульсиях.

Для термообработки пропитанных изделий достаточна температура 120°, которая не вызывает разложения цел­ люлозных материалов и оставляет неизменной их механи­ ческую прочность.

Чаще всего для целей гидрофобизации применяются растворы ГКЖ-94 в уайт-спирите концентрации 1, 3, 5- и 10% и водная эмульсия (концентрации 1—5% ).

Изделия, подлежащие гидрофобизации, обезжиривают трехкратной промывкой в растворителе (бензин, четырех­ хлористый углерод), далее пропитывают 10%-ным раст­ вором гидрофобизатора в бензине, толуоле или водной эмульсией в течение 30 мин.; после извлечения из гидрофобизатора сушат на воздухе в течение часа, а затем 2—3 часа в термостате при температуре 120°. Пропитывают изделия двукратно с полным повторением цикла сушки после второй пропитки.

В процессе гидрофобизации жидкостью ГКЖ-94 раз­ личных материалов выделяется водород. В случае пропит­ ки больших партий материала в помещении без вентиля­ ции следует предварительно проверить возможность пред­ отвращения образования взрывоопасной концентрации гремучей смеси.

Гидрофобизации полиметиламиносиланами. Как ука­ зывает Б. Н. Долгов и М. Г. Воронков, хорошие результа­ ты получаются при гидрофобизации целлюлозных мате­ риалов полиметиламиносиланами, легко получающимися при взаимодействии метилтрихлорсилана или диметилдихлорсилана с жидким (или газообразным) аммиаком в среде инертного растворителя (бензин, эфир) по схеме:

75

CHaSiCl3 + 6NH3 -> CH3Si(NH2)3 + 3NH4C1;

(CH3)2SiCI2 + 4NH3 -> (CH3)2Si(NH2)2 + NH«C1.

Образующиеся первоначально при этих реакциях метилтриаминосилан CH3Si(NH2)3 и диметилдиаминосилан (CH3)2Si(NH2)2 являются неустойчивыми и быстро полимеризуются с образованием полисилазановых полимеров (полиметиламиносиланов), состоящих из чередующихся группировок — Si — NH — Si — .

Полиметиламиносиланы при реакции с водой или гид­

соединений. Этим и обусловлена способность полиметил­ аминосиланов образовывать на целлюлозном волокне стойкие гидрофобные полиметилсилоксановые слои. Эти слои об­ разуются за счет реакции полиметиламиносиланов с во­ дой, адсорбированной целлюлозой, и связываются с моле­ кулами целлюлозы за счет взаимодействия с группа­ ми ОН.

При гидрофобизации полиметиламиносиланами наиболее удобно пользоваться их 1—--5%-ными растворами в бензине или другом инертном растворителе (четыреххлористом углероде, бензоле, керосине и т. д.). Время выдержки образцов из бумаги и ткани в растворе — 10—30 мин., после чего образцы подвергаются термообработке при температуре 105— 110° в течение 4—5 час.

Фильтровальная бумага, обработанная растворами поли­ метиламиносиланов, становится в высокой степени водо-

76

больше, чем обработка димезаном, хотя значения углов

тигает 3 м.

Высокая водоупорность бумаги, гидрофобизированной полиметиламиносиланами, полностью сохраняется при на­ хождении в течение 6 месяцев в атмосфере с влажностью 95 "о.

Бязь, обработанная растворами полиметиламиносиланов, совершенно не смачивается струей воды. Кажущийся краевой угол воды на гидрофобизированной бязи состав­ ляет 135— 145°. Вода, налитая на поверхность гидрофоби­ зированной бязи, не впитывается, не растекается и при­ нимает форму шариков, легко скатывающихся при встря­ хивании. Ткань теряет способность сорбировать воду, становится водоупорной, не пропуская через себя воду прд давлением до 32 см вод. ст. Ткань не пропускает через себя воду при сильном дожде (мгновенное гидростатическое дав­ ление дождевой капли, падающей под углом 70° при ветре скоростью 100 км/час, соответствует давлению столба воды в 25 см). Бязь, гидрофобизированная полиметиламино­ силанами, полностью сохраняет свою прочность, внешний вид, фактуру поверхности, первоначальную окраску и воздухопроницаемость. При обработке полидиметилдиаминосиланом (димезаном) ткани на ощупь становятся более мягкими, в случае же полиметилтриаминосилана (метазана) — более жесткими.

Гидрофобизация метилтриэтоксисиланом. Изделия, подлежащие гидрофобизации метилтриэтоксисиланом СНзБЦОСгТЮз, обезжиривают трехкратной промывкой в раст­ ворителе (бензин, четыреххлористый углерод), сушат на воздухе в течение двух часов, а затем в течение 24 часов увлажняют в термовлагокамере. После этого изделия про­

77

питывают 7%-ным раствором гидрофобизатора в бензине или толуоле в течение часа, выдерживают в аммиачной камере (катализатор) также в течение часа, затем в течёние часа сушат на воздухе и в течение трех часов — в термостате при температуре 120°.

Гидрофобизация метилбутоксидиаминосиланом. Метилбутоксидиаминосилан CH3Si(NH2)2 ОС4Н9 также является хорошим гидрофобизатором для целлюлозных материалов.

Обезжиренные изделия обрабатывают 10%-ным рас­ твором метилбутоксидиаминосилана в СС14. Их выдержи­ вают в растворе в течение часа, затем подвергают воздуш­ ной сушке также в течение часа, после чего выдерживают при температуре 120° три часа.

Следует отметить, что в процессе гидрофобизации ме­ тилбутоксидиаминосиланом, при его гидролизе, выделяется аммиак NH3, который является катализатором — уско­ рителем образования полисилоксановой пленки. Это вы­ годно отличает CH3Si(NH2)2OC4H9 от замещенных эфиров ортокремниевой кислоты [CH3Si(OC2H5)3 и др. I, так как при обработке последними для ускорения процесса конден­ сации обрабатываемые изделия помещают в камеру с амми­ аком, в чем нет необходимости при обработке метилбуток­ сидиаминосиланом.

Гидрофобизация лаком ФГ-9. Основой лака ФГ-9 яв­ ляется полифенилсилоксановая смола. Растворитель —то­ луол.

Подлежащие гидрофобизации изделия обезжиривают трехкратной промывкой в растворителе (бензин, четырех­ хлористый углерод), сушат на воздухе в течение часа, а

78

в течение часа, а затем в течение 2—3 час. подвергают их. термообработке в термостате при температуре 120°.

кПропитывают изделия лаком двукратно с полным пов­

торением цикла сушки после второй пропитки.

5. ГИДРОФОБИЗАЦИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО ГАЗОБЕТОНА

Широкое применение в современном строительстве на­ ходят легкие несущие и теплоизоляционные материалы — газо- и пенобетоны.

Главнейшим недостатком газобетона является его вы­ сокое водопоглощение и большой капиллярный подсос воды в условиях поверхностного смачивания. Для сниже­ ния водопоглощения теплоизоляционного газобетона была применена обработка его гидрофобизирующими кремнийорганическими жидкостями: метилсиликонатом натрия (МСН, ТУ МХП М 612—55) и полиэтилгидросилоксановой жидкостью (ГКЖ-94, ТУ ЕУ 124—56). Гидрофобизации подвергались образцы, обладавшие наибольшим водопоглогцением. Метилсиликонат натрия применялся в виде водного раствора 1,3 и 5% -ной концентраций, а ГКЖ-94—

«>.в виде 5%-ного раствора в керосине. Растворы наносили на поверхность воздушно-сухих образцов дважды при помощи кисти. Обработанные образцы выдерживали в течение 7 дней в лабораторных условиях, после чего их подвергали испытаниям на водопоглощение при полном по­ гружении и при капиллярном подсосе.

Как видно из табл. 9, поверхностная обработка газо- , бетона растворами кремнийорганических жидкостей зна­ чительно снижает, водопоглощение и капиллярный под­ сос.

79>

Таблица 9

Результаты испытания образцов газобетона после обработки кремнийорганическими соединениями

Водопоглощение (в % вес.) в зависимости Концен­ от времени (в час.)

трация Гидрофобнзатор раствора.

Лучший результат дает обработка газобетона 3%-ным раствором МСН и 5%-ным раствором ГКЖ-94. Водопоглощение обработанных образцов после 48-часового пре­ бывания в воде, в 2,5 раза ниже, чем контрольных, а водопоглощение обработанных образцов при капиллярном под­ сосе снижается в 7—8 раз по сравнению с контрольными.

Ячеистые бетоны целесообразно гидрофобизировать в условиях систематического, но кратковременного действия воды.

Гидрофобизаторы следует применять в следующих слу­ чаях:

80