石材防護劑的防護機理

石材防護劑能否防水、防油、防污可通過表面能或用潤濕的概念來表示，易潤濕和不易潤濕物體的區別取決于其表面張力，當液體表面張力（F)比固體的臨界表面張力（FJ大時，液體呈球珠狀，就石材而言，如果石材表面張力較大，石材就會被液體潤濕，同時液體(污染物)通過毛細管滲人到石材內部而污染石材（見圖2-7)。密封型防護劑的防護機理是封閉石材的毛細孔,透氣型防護劑的防護機理是降低石材的表面能。各種防護材料的表面張力見表2-2。

一、密封型石材防護劑

密封型石材防護劑的防護機理是封閉石材的毛細孔，使得水、油、粉塵等污物無法侵人石材的內部，從而達到保護石材的目的，包括石蠟類石材防護劑及密封型髙分子樹脂類石材防護劑，其防護原理如圖2-8所示。

(一）石蠟類石材防護劑---防護層

從嚴格意義上講，石蠟還算不上真正的石材防護劑,作為早期的一種石材保護材料，其一直沿用至今。

采用在石材表面涂覆石蠟的方法，在石材表面形成致密的蠟膜，從而阻隔水、油、灰塵等污物的侵人，但其防油性并不好，因為有些油性材料能將石蠟溶解，使得油、石蠟及粉塵一起侵人石材的毛細孔，從而造成

對石材更加嚴重的污染。實質上,石蠟是一種密封型材料,它將石材的毛細孔完全封堵，減弱了石材的透氣性，使石材內部的水分或石材底部的水分無法正常排出，極易在石材上形成水斑、返堿、吐黃等石材病變。蠟膜的特性是較黏，且易受污染形成蠟垢,更不易清洗;蠟膜的耐磨性極差，需要經常打蠟才能維護其光澤。然而，如果在某些部位經常打蠟，會使該部位石材顏色變深，失去原有色彩和質感，從當初為防護的目的出發又變成了人為的石材污染。蠟的涂覆只是在地面使用且好操作，在立面及高層使用就相當困難，涂蠟后一旦蠟滲透到石材內部，一般很難清除,除非將石材表面打磨掉，費時費力，很不經濟，且使以后使用新型防護劑更加困難。使用蠟防護后需要經常反復上蠟，尤其在公共場所。其耐候性也較差，更不耐磨。所以，將蠟的防護稱為“暫時性”的防護。隨著人們對蠟性能的逐漸認識，現在已經很少用蠟作為長久的石材防護材料了。因蠟的使用帶來了新的石材病變，也出現了專門用于去除蠟的石材化學品——除蠟劑、起蠟水。

石蠟作為石材的一種保護材料，經過近幾年的改進，功能上有了很大的提髙，如流動性、黏性、光澤度等都有質的改進，但是只要防護劑仍存在蠟的成分，在石材防護上就會或多或少地存在上述弊端。

雖然蠟的耐磨性較差，但它是一種較好的減磨材料，而且能夠提高石材的表面光澤度，所以在一些高檔賓館的大堂等公共場所仍有應用。

(二）密封型高分子樹脂類石材防護劑

密封型高分子樹脂類石材防護劑主要是非滲透（填充）性膜層涂料，它是在石材表面形成一層致密的保護膜，使石材與污染源隔絕,從而達到防污、防水、防油的目的。一般是通過有機溶劑溶解或稀釋一些高分子樹脂材料，或者通過乳化的方法來制取這類防護劑。與石蠟相比，其防水性、耐污性、壽命、使用范圍都有很大的提髙，部分產品已經有填補、滲透能力，但透氣性仍較差，使石材內部及背部的水分在裝修后仍不能排出，覆膜也會在一定程度上改變石材的質感和色澤(特殊要求除外），而且有些品種的耐候性不是很好，容易產生黃變、起層和脫落。其優點是防污性能較好,可承受一定的水壓。由于此類防護產品多使用有機溶劑，產品易燃，有些溶劑帶有一定毒性，在施工時可能對人體造成傷害或污染環境。在密封型高分子樹脂類石材防護劑中，較為理想的材料為丙烯酸樹脂類。

二、透氣型石材防護劑

透氣型石材防護劑的原理是將防護劑滲透到石材內部，在石材淺表層的毛細孔四周形成網狀結構的保護膜，降低石材的表面能，從而達到防污、防水、防油等的目的，如圖2-9所示。此類防護劑既能防污又不影響石材的透氣性，不會使污染物滯留在石材內部，減少了產生石材病變的幾率，耐候性較好，是近年來使用逐漸增多的石材防護產品，分為水劑型和溶劑型兩類。

此類防護劑透氣的關鍵是石材的孔隙、內部結構、微裂隙、孔洞等在涂刷防護劑后，仍與空氣相通，形成石材內部的水分可以蒸發出去，而外部的水分或油分等污染物又不能滲入石材的特性，從而形成防水、防污、防油的功能。形成這種獨特的功能是防護劑分子結構的孔隙所致，防護劑涂刷在石材表面后，經過滲透,進入石材表面及淺表層，成為一種網狀的滲人薄膜層，這種薄膜層（約有3pm厚）還均勻分布著一些透氣孔，這些透氣孔的直徑比水分子或油分子直徑小，比水蒸氣分子直徑大。所以，當石材裝飾施工后其內部或背面產生的水分，因溫度升高，變成水蒸氣而壓力增大，從防護劑孔隙中釋放出來，而由于防護劑薄膜層上的孔隙又小于外界水分子或油分子，進而外界的水或油及其含帶的污染物就無法進人石材內部，達到防水、防污、防油的目的。水分子或油分子、防護劑薄膜層上的孔隙、水蒸氣分子之間的直徑大小關系如圖2-10所示。通過圖2-10可以直觀地看出外界水分子或油分子的直徑>透氣型防護劑薄膜層通氣孔隙的直徑>石材內水蒸氣分子的直徑。

透氣型石材防護劑主要包括有機硅類和有機氟類產品。有機硅類又分為甲基硅酸鹽類和有機硅低聚物類。

甲基硅酸鹽是一種應用最早的有機硅防水劑。它的作用機理就是涂刷在石材表面后其活性物與空氣中的二氧化碳及潮氣發生水解反應，生成具有憎水性的硅醇。但在堿性條件下硅醇的形成過程是可逆的，也就是說在堿性條件下這種具有防水作用的硅醇又降解為可溶性的甲基硅酸鹽，從而使其防水性喪失。另外,這類材料為強堿性物質,對石材可能存在潛在的隱患，所以對文物、古建上的石材要慎用這類產品。

有機硅低聚物類石材防護劑的防護機理是涂刷在石材表層上的這些有機硅活性物在毛細作用下進人石材內部，在潮氣的作用下生成輕基團，這些羥基團與石材中礦物體的輕基之間重新進行化學結合，從而在石材晶體上形成牢固的網狀結構斥水膜層。由于這些硅烷和硅氧烷低聚物特有的物理和化學品性,它們滲人石材孔隙內壁后產生的非極性的保護膜，能有效阻止極性水的濕潤,而且因為它們有特殊的結構，在堿性條件下比較穩定，也防止水泥基層里的堿分向外滲透和侵蝕。因此，這類防護劑具有防水性好、滲透性強、耐酸堿、耐候性好和保持透氣性等優點，是目前應用最廣的一類石材防護劑，其缺點是防油性能較差。

有機氟類石材防護劑是利用有機氟化物特有的低表面能特性，使一般液體無法在被其處理過的石材表面上鋪展浸潤，從而起到防水、防油、防污的作用。但是，這些氟化物分子結構相對較大，滲透能力不如有機硅產品,防水持久性也比較差，而且成本相對較高。

有機硅材料防水性較好，但防油性能較差;而有機氟材料雖然防油性較好，但防水性卻不夠理想。為了克服這些缺點，可以用有機硅對有機氟材料進行改性處理，使改性后的新防護產品既有好的防水能力，又有較強的防油能力。

有機硅和有機氟都有極佳的耐候性，由于其石材防護劑的黏度低，與石材成分可以適當地起反應和滲透較深,使得它們受紫外線的影響小，延長了使用壽命。據資料報道，有機硅石材防護劑一般耐候性至少在10年以上，而有機氟石材防護劑一般耐候性至少在15年以上。