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一、前言
天然石材(大理石、花岗石、砂岩)属一种无机的多孔材料。具有吸水性，当灰尘，酸，油等有害物质随水分子侵人石材的微细空便会受到侵触，侵人的水因温差引起冰融循环，长期导致膨胀、剥落，甚至破裂。因此，改善石材的耐侯、防水、防尘、耐磨以及美观等性能十分必要。目前石材用表面保护的种类较多。其中有聚氨醋、环氧树脂、有机硅及氟硅材料等。据不完全统计，以有机硅及氟硅材料的保护剂占50%以上。有机硅材料种类很多，按产品的形态可分为水性、油性、乳液型，再进一步深化的有润色的、增色的、无可见膜层、有上光膜层、有光亮的、加硬的，防油的等。有机硅材料对石材的保护有不同的形式:有100%的活性成份，有按一定比例溶入乙醇或有机溶剂中，有水按一定比例稀释的，有活性成份中加人表面活性剂与水进一步乳化而制得溶液保护剂，随着应用的深人，有机硅材料的独特性能正在被人们进一步认识。经有机硅材料处理过的石材表面，无论立面与坡面水珠难以停留，液体水接触石材的表面时使水珠飞溅、滚落。

二、性能与原理

有机硅材料在石材上的保护是由有机硅材料和石材无机材料之间的化学关系所决定的，二者之间的化学反应较易进行。经有机硅材料处理后的石材制品，在特定的条件下，石材表面的硅醇基团与有机硅分子基团发生缩合脱水反应，使有机硅分子键连接在石材制品表面并紧密地结合在一起，形成有机硅氧烷憎水膜，憎水膜呈定向的排列结构。图1中0为烷基基团，O(中间有一点)为si-o基基团，有机硅分子的si一0键紧靠石材制品表面，烷基则伸向外侧，见图2

由于烷基是憎水基团，所以这种定向排列的有机硅分子键就具有较强的憎水性。其次Si-0键的键能很高，为422.5(KJ/mol)，而C-C键的键能只有344.4 (Kj/mol)。以及Si-0键带有无双键性质，故所Si-0键的键能较高，热稳定性好，因此有机硅憎水基团与硅原子或氧原子之间的键不会轻易断裂，这种结构相当牢固的有机硅分子键具有抵抗一般紫外线光照的破坏，此外还具有较好的保色性、通气性、稳定性。当有机硅材料涂刷于石材表面时，在石材表面毛细孔内壁形成一层均匀的致密的硅氧烷憎水膜，使石材表面发生变化，使石材表面与水滴的接触角增大为(103)121，进而阻止了毛细孔对于水的毛细作用，来阻止水份的进人，而不堵塞毛细空隙，水汽在硅氧烷憎水膜区内仍能自由渗透，从而保证了石材的透气J性，进而达到了憎水效果。这些都是有机硅材料本身具有的特性，是其他封闭性的高分子涂层所不能具备的。只要有机硅分子键不断裂，石材表面的憎水效果就不会消失。
三、分类综述
有机硅材料一般指含有硅碳键的硅氧烷化合物，至少有一个有机基团结合到硅原子上，才能形成硅氧烷化合物。经多年有机硅材料在石材上的研究应用，如按产品的活性基团来分，可分为:烷基硅醇盐，含氢聚硅氧烷，烷基烷氧基硅烷，及含有各种基团的硅氧烷化合物等等。现介绍几种代表性的，应用较广泛的硅氧烷化合物。
1.烷基硅醇盐类
如:甲基硅醇钠(3)分子式为:CH3Si(OH)2ONa式含有二份经基与一份醇钠。
与石材表面反应方程式如下:

石材表面:

形成憎水膜:

甲基硅醇钠保护剂在石材上表面干燥过程中，吸收大气中的二氧化碳CO2，使甲基硅醇钠水解平衡向着生成硅醇的方向移动，新生的硅醇经基与石材表面的经基发生经基缩合反应，形成了末端带有甲基的硅氧烷憎水膜，待甲基硅醇钠中水份挥发干燥后，石材表面就形成一层甲基硅氧烷憎水膜，就具有较强的憎水效果。
2.含氢聚硅氧烷类如甲基含氢硅油分子式为:


分子式中R为甲基基团，含氢量为0.8%~1.2%与石材的表面反应应方程式如下

石材表面:

形成憎水膜:

含氢聚硅氧烷是支键上带有氢原子的活性基团，在石材表面的反应中放出微量Hz T，与石材表面经基发生脱氢反应，形成末端带有甲基的硅氧憎水膜。一般的含氢硅氧烷是通过加人表面活性剂与溶剂，通过乳化泵或胶体磨制成乳液型的石材保护剂。由于该保护剂不含有机溶剂，pH值呈中性，因此深受石材保护业的欢迎。用溶剂来稀释含氢聚硅氧烷也是一种较好的石材保护剂。
3.烷基烷氧基硅烷y子式为R-Si-(OR)3o
烷基烷氧基硅烷是近几年发展较快的新型石材保护剂。结构为一个硅原子上带有三个活性基团和一个非活性的烷基基团，其中烷基R以4-10个碳原子为佳，活性基团的烷氧基一般采用乙氧基。烷氧基上碳原子少易挥发，碳原子太多分子量过大对石材的渗透力就差，故乙氧基硅烷为最合适。

与石材表面的反应方程式如下:

石材表面:

形成憎水膜:

烷基烷氧基硅烷涂于石材表面上时，由于毛细管作用很快被吸收到石材的毛细孔隙中，在孔中潮气和水份的作用下，烷基烷氧基硅烷上的烷氧基迅速水解，形成硅醇基，然后与石材表面上轻基反应形成末端带有R-Si的硅氧烷化合物并且相互形成一层性能较好的有机硅憎水膜。

四、总结
综上所述，除了以上的反应基团外，还有烷氧基硅烷一正硅酸乙醋R-(OC2H5)4，硅丙树脂，氟化硅化合物等。根据石材保护的要求，制成各种不同的有机硅材料延伸物，可满足市场需求。上海的标志性建筑如;中国烟草博物馆、金茂大厦、明天广场、世博大厦等，都留下了有机硅材料的足迹。相信随着有机硅材料的应用深人，有机硅材料会被人们所进一步认识，在石材保护行业必将占有一席之地。
参考文献
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[5]徐彩宣等上海大学学报，2005(5)P420-424,  有机硅化合物的疏水性能及在建材上研究

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