石材吸水防护机理和防护剂的种类介绍

    做到科学的选择和安装石材对达到完美的石材装饰效果非常重要，但这仅仅是个开始。要保持和延续这种好的装饰效果，充分展现石材的自然色彩，给人们的工作和生活提供一个良好的、轻松愉悦的环境和氛围，对石材进行有效的防护处理非常重要。对石材的防护要做到有效，如何选择和使用石材防护剂就成为摆在相关人员面前的一项重要工作。只有选用好的产品和正确的使用方法，才能谈得上具有真正意义的石材保护，因而更能使设计师和业主使用石材的意图得到完美表达使石材的自然美得到持久体现。

    1.石材的吸水机理和防护机理我们知道，水是我们生命由来的基础，也是我们生活保持清洁的根本，我们生活在一个水的环境里。但对于石材来讲，过多的与水接触则是导致石材出现病变和损坏的主要原因。我们看到的一些建筑物的石材墙面呈现的斑斑水迹，是由于雨水渗入墙体，产生的碱析和吸潮现象。浅色石材上的黄斑则是石材内的氧化物在水的作用下进一步的氧化和扩散的产物。一些酒店大堂的大理石地面出现了坑坑洼洼的孔洞，也是由于潮湿的原因使大理石产生涨裂所致。另外，许多污染也是由以水为载体的污物渗进石材形成的。因此，研究石材的吸水机理和吸水规律，防止或控制石材吸收过多的水分就成为做好石材保护的关键。

    石材由于本身存在着微孔因而有着天然的透气性。保持石材自然的透气性是至关重要的。石材晶体之间有着微小的缝隙，我们称为微孔。不同质地石材的微孔大小是不同的，石材透气性的高低通常是由这些微孔的大小来决定的。保持石材这些微孔的畅通，石材底部的湿气才会挥发出来，石材在潮湿的环境中出现问题的机会就会比较少。但是，正是石材这些微孔产生的毛细作用，使石材有着不同的吸水率。石材的吸水量与时间成正比，也就是说在一段时间内，石材的这种毛细吸水量随着时间的增长而增大。实际上，石材除了通过这种毛细现象吸收水分之外，还能够通过冷凝机理来吸收气态水分。我们这里讲的冷凝是指空气中的水蒸气因温度降低而液化。在常温下，如果我们周围环境里的空气湿度较大，温度降低会使空气里的这些湿气凝结在石材的表面上。空气中相对湿度越大，降温越快，这种冷凝现象就越明显。除此之外，石材的吸潮现象也是石材吸收水分的一种主要方式。这是因为石材的微孔里不同程度地存在着一些可溶性的盐，这些盐分具有程度不同地吸湿性。也就是说，石材的吸潮程度是由这些盐分的化学性质、盐分的含量以及周围空气中的湿气所决定的。那么，石材里的这些盐分又是从哪里来的芽其一，石材的一些矿物成分和空气里的一些带有阳离子的气体形成的化合物；其二，石材切割加工使用的水有问题；其三，有些石材在安装前后经过了化学清洗，这些外来的化合物残留在石材里；其四，石材使用水泥铺贴，水泥中的游盐通过水进入石材的微孔里。

    那么，我们周围又是哪些水会对石材形成危害？雨水，对石材的危害主要体现在建筑物的外墙上，尤其是酸雨。在冬季由于雨水或雪水形成的冬融现象对石材产生的破坏也是很大的。地下水对石材的危害主要体现在地面石材上。如果地面基础部分防水处理不好，甚至根本就没有做防水处理，那么地下水对石材的危害可能会是长期的。安装用水，是指石材用水泥铺贴时水泥浆里的水分。在春秋两季，如果基础混凝土相对干燥，水泥浆里的水分干燥时间大约需要3个周的时间。许多没有做过防护或防护没做好的石材铺贴后即出现水斑和锈黄最初的起因就是水泥浆里的水。生活用水，包括清洁地面用水、卫生间用水、暖气管道里的水等等，这些水对石材的影响也不容忽视。清洗地面时如果水处理的不及时，这些水会顺着板材的缝隙渗进去，我们经常会看到一些地面在清洗后一段时间内板缝四周都是湿的就是这个原因。

    通过以上石材吸水和吸潮机理及石材周围的水进行的分析，我们不难看出，石材的吸水现象是自然的，石材遇到水也是难免的，因此，我们要做的工作是防止和减少水对石材形成危害。

    石材表面上的水和液体污物会渗入石材，石材背面也存在潮湿的可能性。因此，探讨如何使石材既保持良好的透气性，又能避免水和其他液体渗入石材内，成为一个关键性的突破。

    自1863年法国两位化学家合成了历史上第一个有机硅化合物开始，人类利用有机硅化合物有了新的开始。在这之前，人们利用硅的形式只限于自然中存在的硅的转化物，像陶瓷、玻璃、水泥等无机硅化合物。进入上个世纪30年代后，有机硅化合物的开发和应用有了较大的发展，各种经过改性的具有特定性能的有机硅聚合物相继推出。也就是自此开始，人们开始把有机硅聚合物特有的憎水性能引入到对建材的防水保护方面来。有机硅聚合物之所以成为一种理想的防水材料，得益于它特殊的分子结构。这些直链网状结构或环状结构的聚合物具有较好的物理和化学稳定性、低表面张力、小分子结构和良好的憎水性。

    对于石材和其他矿物质建筑材料来讲，对其进行防护处理的目的就是通过涂刷一种无色、非成膜的具有浸透能力的液体材料来保护暴露在外的石材或其他矿物质建材的表面或内在组织免受潮湿和其他液体由此而产生的进一步损害。在前面部分我提到了石材的吸水机理和水分对石材产生的危害，显然，防水处理必然成为使石材免受水分损害的最好方法。防水材料应达到这样几个要求：它能使石材的吸水量骤减；最大程度地保持水蒸气的穿透性；深层渗透；充分耐碱；耐紫外线；对人们无健康危害。有机硅防水材料完全能够满足以上要求，与腊、丙烯酸树脂等成模性涂料不同，有机硅防水剂没有堵塞和封闭石材表面的毛孔，而仅仅是在石材毛孔壁上形成一层薄薄的膜，整个毛孔还是畅通的。这样，一方面石材表面上形成的防护层具有较低的表面张力，它使水无法铺展开湿润石材。另一方面，液态的水也无法通过形成防护层的毛细孔渗入石材内，这是因为作为有极性的水已无法与非极性的憎水层作用，尽管相互接触。由此，我们看到的现象是尽管石材遇到了水，但是已看不到被水湿润的现象了。除此之外，完全固化后的有机硅化合物在分子结构上与天然石英极为相似，因此这种防水剂中的活性物与花岗石和水泥制品有着很好的亲和力，从而使得防护效果表现出异常的耐久性。所以我们说有机硅防护剂对石材形成的保护是目前为止最科学最完美的，加上将氟化物与有机硅聚合物的嫁接，弥补了有机硅防护剂防油防污性能差的缺陷，使其更加完美。

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    2.防护剂的种类石材防护剂按其防护目的可分为防水剂、防污剂两大类。防水剂，就是能够对石材能够提供防水保护，防止石材受到水的损害的液体材料。防污剂，就是能够防止石材受到水和其他液体污物（像果汁、食油、机油、染料等）的损害和污染的液体材料。

    石材防护剂按其活性物（主要有效成分）成分可分为硅酸盐类防护剂、有机硅低聚物类防护剂、有机氟硅类防护剂和丙烯酸类防护剂。

    硅酸盐类防护剂主要是以甲基硅酸钾或甲基硅酸钠为有效成分的水溶液，它是一种应用最早的有机硅防水剂。它的作用机理就是涂刷在石材表面后其活性物与空气中的二氧化碳及潮气发生反应，生成具有憎水性的硅树脂。但是，在碱性条件下它的反应过程时可逆的，也就是说在碱性条件下这种具有防水作用的硅树脂又降解为可溶性的甲基硅酸盐，从而使其防水性丧失。另外，它还有耐碱性差、分子量大、耐久性差和产生白色沉淀物等缺点，所以人们开始寻找和开发新的有机硅活性物（注，现在市场上那些低廉的水性防护剂就是此类产品）。

    有机硅低聚物类防护剂，是以硅烷单体或小分子结构的硅氧烷低聚物或二者的混合物为活性物配制的防护材料。它的防护机理是石材表层上的活性物在水分或碱分的作用下生成羟基团，这些羟基团与羟基团之间、羟基团与石材之间重新进行化学结合，从而形成结实的网状结构的斥水层。由于这些硅烷和硅氧烷低聚物特有的物理和化学品性，它们渗入石材空隙内壁后产生的非极性的保护膜，阻止了被带有极性的水湿润的可能，而且在碱性条件下比较稳定，也防止水泥基层里的碱分向外渗透。因此，这类防护剂具防水性好、渗透性强、耐酸碱、防护效果持久、处理后的石材保持透气性、不改变石材表面效果等这样一些优点。所以它成为目前应用最广、效果最好的防护剂。

    有机氟硅类防护剂，就是利用有机氟化物特有的低表面能特性，使一般液体（无论是亲水的还是疏水的）无法在被处理过的界面上铺展浸润，从而起到防水、防油、防污的作用。但是，这些氟化物分子结构相对较大，使渗透能力降低，防水持久性也比较差，所以人们通过化学处理将有机硅和有机氟结合起来，使这种新的活化物配制的防护产品既有好的防水能力，又有较强的防油能力。由于成本等原因，通常这类防护剂主要应用于一些容易受到严重污染的场合，如医院、餐厅等。相对有机硅而言，有机氟应用于石材保护的时间较短，还不是一项非常完美和成熟的产品。

    丙烯酸类防护剂，是由丙烯酸树脂稀释物作为涂层，对被处理石材界面进行保护。通常使用在一些粗糙的石材表面，像火烧面等，因为这类石材表面毛孔完全是开放的，很容易受到污染。另外，它还被用在对石材底面进行封闭处理，像有些裂纹比较丰富的大理石。它的缺点一是成膜，处理面比较明显，二是透气性比较差，三是防水能力也不好，所以应用面并不是太大。

    石材防护剂按所使用的稀释剂可分为溶剂型石材防护剂和水溶型石材防护两大类。

    溶剂型石材防护剂，就是以有机硅或有机氟硅为活性物，以一些石油溶剂或其他化学溶剂作载体配置的石材保护材料。由于这些活性物分子小，溶剂的溶解性和渗透能力也比较强，所以这类防护剂也称为渗透防护剂，按英文直译过来叫浸渍剂。溶剂以芳烃或脱芳烃等石油溜出物为主，也有些防护剂使用脂类或醇类溶剂。溶剂类防护剂最大的优点在于溶剂与原始的活化剂直接匹配，它不会也不需要改变有机硅的一些形态和性能，最能体现有机硅低聚物在防水性能上的优势。另外，这些溶剂能够最大化满足防护剂渗透性方面的要求，也使得防护剂具有重涂性。但是，由于这些溶剂都具有易燃性，给防护剂的储运增加了一些限制。

    水溶型石材防护，以水为溶剂配置的石材保护材料。按添加活化剂的不同，又分为硅酸盐类和有机硅乳液类防护剂。硅酸盐类防护在前面部分已做过描述，这里只对乳液类防护剂作些说明。乳化技术使人们对树脂类涂料的应用得到了较大的改进，因为越来越多的国家出于环保方面的要求对有机溶剂进行了限制。乳液类防护剂就是将有机硅防水活化剂进行乳化，再与水相配合得到的有机硅防水溶液。它的优点在于使一些性能较好有机硅低聚物防水材料应用在水系产品体系里，缺点就是由于使用乳化剂影响了活化剂原有的一些性能从而降低了防水能力。另外，现有的乳化技术对如何保持防水效果的稳定性还存在问题。同时，水溶型防护剂没有重涂性，这也是一个天生的缺陷。