一、前言
天然石材(大理石、花崗石、砂巖)屬一種無(wú)機(jī)的多孔材料。具有吸水性，當(dāng)灰塵，酸，油等有害物質(zhì)隨水分子侵人石材的微細(xì)空便會(huì)受到侵觸，侵人的水因溫差引起冰融循環(huán)，長(zhǎng)期導(dǎo)致膨脹、剝落，甚至破裂。因此，改善石材的耐侯、防水、防塵、耐磨以及美觀等性能十分必要。目前石材用表面保護(hù)的種類(lèi)較多。其中有聚氨醋、環(huán)氧樹(shù)脂、有機(jī)硅及氟硅材料等。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，以有機(jī)硅及氟硅材料的保護(hù)劑占50%以上。有機(jī)硅材料種類(lèi)很多，按產(chǎn)品的形態(tài)可分為水性、油性、乳液型，再進(jìn)一步深化的有潤(rùn)色的、增色的、無(wú)可見(jiàn)膜層、有上光膜層、有光亮的、加硬的，防油的等。有機(jī)硅材料對(duì)石材的保護(hù)有不同的形式:有100%的活性成份，有按一定比例溶入乙醇或有機(jī)溶劑中，有水按一定比例稀釋的，有活性成份中加人表面活性劑與水進(jìn)一步乳化而制得溶液保護(hù)劑，隨著應(yīng)用的深人，有機(jī)硅材料的獨(dú)特性能正在被人們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)。經(jīng)有機(jī)硅材料處理過(guò)的石材表面，無(wú)論立面與坡面水珠難以停留，液體水接觸石材的表面時(shí)使水珠飛濺、滾落。

二、性能與原理

有機(jī)硅材料在石材上的保護(hù)是由有機(jī)硅材料和石材無(wú)機(jī)材料之間的化學(xué)關(guān)系所決定的，二者之間的化學(xué)反應(yīng)較易進(jìn)行。經(jīng)有機(jī)硅材料處理后的石材制品，在特定的條件下，石材表面的硅醇基團(tuán)與有機(jī)硅分子基團(tuán)發(fā)生縮合脫水反應(yīng)，使有機(jī)硅分子鍵連接在石材制品表面并緊密地結(jié)合在一起，形成有機(jī)硅氧烷憎水膜，憎水膜呈定向的排列結(jié)構(gòu)。圖1中0為烷基基團(tuán)，O(中間有一點(diǎn))為si-o基基團(tuán)，有機(jī)硅分子的si一0鍵緊靠石材制品表面，烷基則伸向外側(cè)，見(jiàn)圖2

由于烷基是憎水基團(tuán)，所以這種定向排列的有機(jī)硅分子鍵就具有較強(qiáng)的憎水性。其次Si-0鍵的鍵能很高，為422.5(KJ/mol)，而C-C鍵的鍵能只有344.4 (Kj/mol)。以及Si-0鍵帶有無(wú)雙鍵性質(zhì)，故所Si-0鍵的鍵能較高，熱穩(wěn)定性好，因此有機(jī)硅憎水基團(tuán)與硅原子或氧原子之間的鍵不會(huì)輕易斷裂，這種結(jié)構(gòu)相當(dāng)牢固的有機(jī)硅分子鍵具有抵抗一般紫外線(xiàn)光照的破壞，此外還具有較好的保色性、通氣性、穩(wěn)定性。當(dāng)有機(jī)硅材料涂刷于石材表面時(shí)，在石材表面毛細(xì)孔內(nèi)壁形成一層均勻的致密的硅氧烷憎水膜，使石材表面發(fā)生變化，使石材表面與水滴的接觸角增大為(103)121，進(jìn)而阻止了毛細(xì)孔對(duì)于水的毛細(xì)作用，來(lái)阻止水份的進(jìn)人，而不堵塞毛細(xì)空隙，水汽在硅氧烷憎水膜區(qū)內(nèi)仍能自由滲透，從而保證了石材的透氣J性，進(jìn)而達(dá)到了憎水效果。這些都是有機(jī)硅材料本身具有的特性，是其他封閉性的高分子涂層所不能具備的。只要有機(jī)硅分子鍵不斷裂，石材表面的憎水效果就不會(huì)消失。
三、分類(lèi)綜述
有機(jī)硅材料一般指含有硅碳鍵的硅氧烷化合物，至少有一個(gè)有機(jī)基團(tuán)結(jié)合到硅原子上，才能形成硅氧烷化合物。經(jīng)多年有機(jī)硅材料在石材上的研究應(yīng)用，如按產(chǎn)品的活性基團(tuán)來(lái)分，可分為:烷基硅醇鹽，含氫聚硅氧烷，烷基烷氧基硅烷，及含有各種基團(tuán)的硅氧烷化合物等等?，F(xiàn)介紹幾種代表性的，應(yīng)用較廣泛的硅氧烷化合物。
1.烷基硅醇鹽類(lèi)
如:甲基硅醇鈉(3)分子式為:CH3Si(OH)2ONa式含有二份經(jīng)基與一份醇鈉。
與石材表面反應(yīng)方程式如下:

石材表面:

形成憎水膜:

甲基硅醇鈉保護(hù)劑在石材上表面干燥過(guò)程中，吸收大氣中的二氧化碳CO2，使甲基硅醇鈉水解平衡向著生成硅醇的方向移動(dòng)，新生的硅醇經(jīng)基與石材表面的經(jīng)基發(fā)生經(jīng)基縮合反應(yīng)，形成了末端帶有甲基的硅氧烷憎水膜，待甲基硅醇鈉中水份揮發(fā)干燥后，石材表面就形成一層甲基硅氧烷憎水膜，就具有較強(qiáng)的憎水效果。
2.含氫聚硅氧烷類(lèi)如甲基含氫硅油分子式為:


分子式中R為甲基基團(tuán)，含氫量為0.8%~1.2%與石材的表面反應(yīng)應(yīng)方程式如下

石材表面:

形成憎水膜:

含氫聚硅氧烷是支鍵上帶有氫原子的活性基團(tuán)，在石材表面的反應(yīng)中放出微量Hz T，與石材表面經(jīng)基發(fā)生脫氫反應(yīng)，形成末端帶有甲基的硅氧憎水膜。一般的含氫硅氧烷是通過(guò)加人表面活性劑與溶劑，通過(guò)乳化泵或膠體磨制成乳液型的石材保護(hù)劑。由于該保護(hù)劑不含有機(jī)溶劑，pH值呈中性，因此深受石材保護(hù)業(yè)的歡迎。用溶劑來(lái)稀釋含氫聚硅氧烷也是一種較好的石材保護(hù)劑。
3.烷基烷氧基硅烷y子式為R-Si-(OR)3o
烷基烷氧基硅烷是近幾年發(fā)展較快的新型石材保護(hù)劑。結(jié)構(gòu)為一個(gè)硅原子上帶有三個(gè)活性基團(tuán)和一個(gè)非活性的烷基基團(tuán)，其中烷基R以4-10個(gè)碳原子為佳，活性基團(tuán)的烷氧基一般采用乙氧基。烷氧基上碳原子少易揮發(fā)，碳原子太多分子量過(guò)大對(duì)石材的滲透力就差，故乙氧基硅烷為最合適。

與石材表面的反應(yīng)方程式如下:

石材表面:

形成憎水膜:

烷基烷氧基硅烷涂于石材表面上時(shí)，由于毛細(xì)管作用很快被吸收到石材的毛細(xì)孔隙中，在孔中潮氣和水份的作用下，烷基烷氧基硅烷上的烷氧基迅速水解，形成硅醇基，然后與石材表面上輕基反應(yīng)形成末端帶有R-Si的硅氧烷化合物并且相互形成一層性能較好的有機(jī)硅憎水膜。

四、總結(jié)
綜上所述，除了以上的反應(yīng)基團(tuán)外，還有烷氧基硅烷一正硅酸乙醋R(shí)-(OC2H5)4，硅丙樹(shù)脂，氟化硅化合物等。根據(jù)石材保護(hù)的要求，制成各種不同的有機(jī)硅材料延伸物，可滿(mǎn)足市場(chǎng)需求。上海的標(biāo)志性建筑如;中國(guó)煙草博物館、金茂大廈、明天廣場(chǎng)、世博大廈等，都留下了有機(jī)硅材料的足跡。相信隨著有機(jī)硅材料的應(yīng)用深人，有機(jī)硅材料會(huì)被人們所進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，在石材保護(hù)行業(yè)必將占有一席之地。
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