МЕЛОВАЯ ШПАКЛЕВКА Российский патент 1997 года по МПК C09D5/34 

Широко используемые при строительстве легкие отделочные материалы на водной основе шпаклевки готовят смешением молотого мела (или его смеси с песком, гипсом или гипсоцементным вяжущим), воды и полимерного связующего природного или синтетического происхождения (животного клея, натриевой соли метилкарбоксицеллюлозы КМЦ и(или) латексов синтетических каучуков. Иногда для улучшения реологических свойств шпаклевок в их состав вводят полимерные эмульсии, олифы и мыло (см.табл.1).

При нанесении шпаклевок на дефектную поверхность бетона или другого неорганического материала (с целью ее выравнивания) после 4-х часовой выдержки разровненного слоя образуется материал, обладающий определенной механической прочностью, сохраняющий первоначально заданную форму, обладающий адгезией к основе и имеющий незначительную плотность (1,4-1,6 г/см³) в силу высокого содержания в нем легкого наполнителя мела (до 85 мас. в пересчете на сухой отвержденный материал). Высокая пористость отвержденных сухих шпаклевок способствует последующему закреплению на их поверхности окрасочных составов, необходимых для завершения отделочных работ.

Среди нормативных показателей шпаклевок, согласно ТУ на готовую продукцию, указываются такие, как цвет, степень перетира, время твердения, консистенция, удобонаносимость, усадка и т.п. однако не представлены такие важные для технологии их эксплуатации показатели, как водостойкость и биостойкость.

Так, известно, что высокая гигроскопичность отвержденных сухих шпаклевок марок "Помелакс", "Кувшинка", "Эмульсин", латексно-мелового состава и др. а также сохраняющаяся после отверждения шпаклевок растворимость в воде их клеевой основы (собственно клея КМЦ) может приводить к полному разрушению выравнивающего слоя на их основе при их эксплуатации (например, при контакте с водой во время протечек).

С другой стороны, эксплуатация отделочных материалов внутри помещений, характеризующихся высокой влажностью (кухонных помещений, ванных комнат, прачечных, подвалов и т.п.), сопряжена с большой вероятностью их поражения плесневыми грибами. Подверженность поражения гнилостными бактериями многих шпаклевок (например, широко распространенной масляно-клеевой шпаклевки) предопределяет и их малые сроки хранения (15-30 дней) после приготовления.

Указанные недостатки шпаклевок (водоразмываемость одних и подверженность заражению плесневыми грибами других) устраняется посредством дополнительного введения в их состав модифицирующей добавки олигоорганоалкоксисилоксана молекулярной массы в интервале 1000-2000 у.е. содержащего 30-44 мас. алкоксигрупп и от 3 до 8 мас. ацетоксимоксигрупп, в количестве 6% от массы исходной шпаклевки. Приведенная ниже формула предлагаемой добавки более наглядно отражает ее химический состав и строение:

где m (n 6-12) 1-2 R¹ -CH₃, -С₂Н₅ -изо-С₃Н₇; R² -СН₃,-С₂Н₅, -СНСl₂, -CH₂Cl, -CH= CH₂; R³ -CН₃, -С₂Н₅, изо-С₃ Н₇; R⁴ -CH₃; R⁵ -CH₃ и -C₂H₅ с содержанием звеньев -О-N-CR⁴R⁵ от 3 до 8 мас.

Предлагаемые добавки представляют собой подвижные прозрачные, от светложелтого до коричневого цвета жидкости с вязкостью от 15 до 40 сст, обладающие высокой пропитывающей способностью (глубина проникновения в строительный материал от 1 до 8 мм, в зависимости от пористости обрабатываемого материала). Благодаря своему химическому составу (а именно, наличию реакционноспособных групп различного характера при атоме кремния) и скорректированной плотности (d 1,00±0,02 г/см³ по требованиям Технических условий на данные продукты) предлагаемые добавки, хотя и не смешиваются с водой, но образуют без привлечения высокооборотных мешалок и без участия поверхностно-активных веществ подвижную эмульсию с водой,стабильность которой позволяет устойчиво распределить ее в массе строительного материала на водной основе, в данном случае шпаклевки. Методом инфракрасного анализа доказано взаимодействие вещества добавки с отвердевшим неорганическим вяжущим строительного материала. Лаковой пленки на поверхности материала добавка не образует. Образование прочных химических связей Si-O-Si добавки с основой (при реагировании Si-ОН основы с -Si-ONCR⁴R⁵ добавки) препятствует вымыванию добавки из пор материала при длительном контакте образцов с водой.

Показано, что введение предлагаемой добавки в объем шпаклевок в количестве 5-6 от массы исходных компонентов не оказывает влияния на реологические свойства и другие нормативные показатели материала в соответствии с требованиями ТУ, но значительно повышают их водостойкость, особенно в сочетании с дополнительной поверхностной обработкой той же добавкой отвержденного материала. Это позволяет значительно улучшить потребительские свойства отделочных материалов повысить их долговечность, расширить область применения.

Также найдено, что некоторые из предложенных добавок но предлагаемому решению обладают фунгицидными свойствами и, будучи введенными в состав шпаклевок в количестве 6% позволяют значительно повысить грибостойкость обработанной ими поверхности. Так, масляно-клеевая шпаклевка, изначально не обладающая стойкостью к гнилостным бактериям и плесневым грибам, после внесения в нее добавки может храниться не менее полугода после ее приготовления без угрозы появления гнилостного запаха и появления плесени на поверхности материала. При этом другие нормативные показатели данных материалов (скорость твердения, удобонаносимость и др.) остаются без изменения.

Кроме того, показано, что применение добавок по предлагаемому решению в составе шпаклевок, включающих олифу в первоначальной рецептуре, позволяет заменить олифу на добавку без потери ее качества согласно ТУ. Одновременно это позволяет снизить нормы затрат естественного сырья (подсолнечного масла) в производстве шпаклевок.

Предлагаемые в настоящем решении добавки являются новыми продуктами, на них разработана выпускная документация, и на предприятиях России начаты опытные работы по их производству. Немаловажно, что в качестве сырья для их получения могут быть использованы ранее неутилизируемые отходы кремнийорганической подотрасли, что полностью снимает вопрос о дефицитности этих продуктов.

Поскольку известно, что в целях гидрофобизации строительных материалов (бетона, кирпича, природного камня, строительных растворов) наиболее эффективным считается обработка их поверхности (или введение в их объем) разбавленными растворами или водными эмульсиями кремнийорганической жидкости 136-41:

В описание заявки введены примеры использования этого продукта к шпаклевки в качестве контрольных опытов. В литературе не найдено сведений о применении жидкости 136-41 для повышения водостойкости шпаклевок и ее влиянии на грибостойкость защищаемых ею материалов.

Приведенные ниже примеры иллюстрируют преимущества предлагаемого технического решения по сравнению с прототипом.

А. Защита шпаклевок от размывания водой посредством введения в их состав добавки по предлагаемому решению.

Пример 1 (прототип). Масляно-клеевая шпаклевка (см.табл.1), включающая в качестве клеящего вещества животный клей, после отверждения при контакте с водой сохраняет форму заровненного покрытия и имеет водопоглощение (увеличение веса образца отвержденной шпаклевки при ее выдержке в течение 3 ч в воде, отнесенное к его первоначальному весу) равное 34,4%
Пример 2. Шпаклевка "Помелакс" (см.табл.1), включающая в качестве клеящего вещества клей КМЦ, даже после ее отверждения является абсолютно неводостойкой: при контакте с водой она размывается, при этом образованный заровненный слой разрушается. Такие покрытия в условиях эксплуатации в помещениях с возможными протечками, даже при их защите водно-эмульсионными окрасочными составами неизбежно отслаиваются. Кроме того, в условиях выпуска предприятиями строительного комплекса готовых санитарных кабин и других изделий их демонтажное хранение на открытом воздухе с заделанной такой шпаклевкой дефектами невозможно.

Пример 3 (контроль). Шпаклевка "Помелакс" после введения в ее состав добавки водной эмульсии жидкости 136-41 в количестве 6% (по основному веществу) к массе всех компонентов шпаклевки проявляет повышение водостойкости в отвердевшем состоянии на 4,7% по сравнению с материалом по примеру 1 (водостойкость равна 32,8% ), при этом впитавшаяся в шпаклевку вода не нарушает целостности слоя.

Пример 4. Шпаклевка "Помелакс" после введения в ее состав добавки, по предлагаемому решению, олигоорганоалкоксисилоксана с молекулярной массой 1037, содержанием этоксигрупп 43,4% и содержанием ацетоксимоксигрупп 5,4% (формула его приведена ниже), в количестве 6% по отношению к компонентам в исходной шпаклевке, после отверждения придает отвержденной шпаклевке повышенную стойкость в отношении воды: материал не расплывается и обладает водопоглощением 19,40% Таким образом, водостойкость материала повысилась на 43,6% по сравнению с материалом по п.1. Шпаклевка с данной добавкой имеет хорошую удобонаносимость (легко прилипает к бетону и не тянется за шпателем), сохнет в течение 3 ч, не дает усадочных трещин при твердении.

Пример 5. Совмещение шпаклевки "Помелакс" с добавкой - олигоорганоалкоксисилоксаном молекулярной массы 647, содержанием этоксигрупп 42,2% и ацетоксимоксигрупп 10,4% (формула приведена ниже) при общем содержании 6% в смеси со шпаклевкой вызывает гелеобразование добавки с образованием комочков желе, нарушающих гомогенность смеси и мешающих образованию ровной поверхности на дефектном бетоне.

Пример 6. Введение добавки, аналогичной указанной в примере 4, в шпаклевку "Помелакс" в количестве 4% предотвращает отверждение материала от размывания водой, но повышает его водостойкие свойства незначительно: водопоглощение равно 33,6%
Пример 7. Введение добавки, аналогичной описанной в примере 4, в шпаклевку "Помелакс" в количестве 7% повышает водостойкость отвержденного и высохшего материала (шпаклевка после отверждения не расплывается при контакте с водой, водопоглощение ее равно 16,5%), но при этом ухудшается один из важных нормативных показателей удобоукладываемость материала: смесь начинает плохо прилипать к бетонной основе. Нежелательным следствием введения в шпаклевочный состав добавки в указанном количестве является также плохая совместимость поверхности отвержденной шпаклевки с водно-эмульсионным составом, предназначенным для окрашивания отремонтированной поверхности.

Б. Защита шпаклевок от размывания водой посредством поверхностной обработки отвердевшего материала кремнийорганической добавкой.

Пример 8 (контроль). Спустя сутки после отверждения шпаклевки "Помелакс" ее поверхность была обработана добавкой жидкостью 136-41 в виде 100%-ного вещества. Расход добавки составил около 170 г/м². Глубина проникновения добавки в шпаклевку была равна 0,8 мм. После выдержки пропитанного слоя в течение 6 ч образец был помещен в воду на 3 ч. В результате произошло отслоение материала по толщине пропитки добавкой и размывание остального материала.

Пример 9 (контроль). После суточного выдерживания отвержденной шпаклевки "Помелакс" ее поверхность была обработана добавкой жидкостью 136-41 в виде 50% -ной водной эмульсии. Расход добавки при этом составил около 250 г/м² ввиду высокой вязкости добавки. После 6 ч выдержки обработанный образец шпаклевки поместили в воду на 3 ч. В результате взаимодействия обработанной шпаклевки с водой происходит отслоение верхнего слоя шпаклевки толщиной около 0,3 мм (толщина пропитки шпаклевки добавкой) и размывание остальной массы затвердевшего вначале слоя материала шпаклевки.

Пример 10 (контроль). После суточной выдержки шпаклевки "Помелакс" ее поверхность обрабатывают добавкой жидкостью 136-41 в виде 10%-ного раствора в органическом растворителе (керосине). Глубина проникновения добавки в материал составляет 1 мм, а расход добавки равен 120 г/м². После выдержки материала в течение 6 ч его помещают в воду. Спустя несколько минут материал начинает расплываться по всему объему.

Пример 11 (контроль). После суточной выдержки отвердевшую шпаклевку "Помелакс" обрабатывают добавкой по контролю в виде 10%-ной водной эмульсии. Расход добавки составляет 120 г/м², глубина пропитки равна 0,5 мм. Сразу же после погружения образца в воду шпаклевка, предварительно высушенная на воздухе в течение 6 ч, начинает расплываться, теряя форму и рассеиваясь в воде.

Пример 12. Шпаклевка "Помелакс" после суточной выдержки обработана добавкой по предлагаемому решению олигоорганоалкоксисилоксаном молекулярной массы 1780 с содержанием этоксигрупп 35,4% и содержанием ацетоксимоксигрупп 6,3% (формула добавки приведена ниже).При этом глубина проникновения добавки в объем материала составляет 1,4 мм, а расход добавки равен 120 г/м². Добавка использована в виде 100%-ного вещества. Спустя 6 ч после пропитки шпаклевки ее образцы были помещены в воду. Найдено, что образец обработанного добавкой материала не набухает в воде, не размывается водой и не теряет свою форму.

Пример 13. Шпаклевка "Помелакс" после суточной выдержки обрабатывается добавкой по предлагаемому решению олигоорганоалкоксисилоксаном с молекулярной массой 1960 у.е. содержанием изопропоксигрупп 30% и содержанием ацетоксимоксигрупп 2,9% при общем расходе добавки 120 г/м² и глубине пропитки 1,5 мм. Добавка в данном примере также применялась в виде 100%-ного вещества. При помещении обработанного вещества в воду после 6 ч выдержки на воздухе образец не набухает, не размывается водой и не теряет свою форму.

Пример 14. Обработка шпаклевки "Помелакс" добавкой олигоорганоалкоксисилоксана, аналогичной описанной в примере 12, взятой в виде 10%-ного раствора в керосине, не приводит к заметному повышению водостойкости шпаклевки, при контакте с водой она заметно набухает и становится очень рыхлой и непрочной.

Ниже приводятся формулы добавок (олигоорганоалкоксисилоксанов с включениями ацетоксимоксигрупп), использованных в различных примерах, иллюстрирующих предлагаемое техническое решение:
Олигометилэтоксисилоксан с молекулярной массой 1037, с содержанием этоксигрупп 43,4% и ацетоксимоксигрупп 5,4% по примеру 4:

Олигометилэтоксисилоксан с включением ацетоксимоксигрупп молекулярной массой 647, содержанием этоксигрупп 42,2% и содержанием ацетоксимоксигрупп 10,4% по примеру 5:

Олигоэтилэтоксисилоксан с включением ацетоксимоксигрупп молекулярной массы 1780 у.е. содержанием этоксигрупп 35,4% и ацетоксимоксигрупп 6,3% по примеру 12:

Олигохлорметил(изопропокси)силоксаны с включением ацетоксимоксигрупп молекулярной массы 1960 у.е. содержанием изопропоксигрупп 30,1% и ацетоксимоксигрупп -2,9% по примеру 13:

В. Фунгицидная защита негрибостойкой шпаклевки добавкой по предлагаемому решению.

Испытания проводились в соответствии с ГОСТ 9.048-75 /4/ Сущность метода состоит в выдерживании образцов, зараженных спорами плесневых грибов, в условиях, оптимальных для их развития (Т=29±2^oС и относительная влажность более 90%). Были приготовлены суспензии спор грибов, развивающихся обычно на стенах внутри жилых помещений:
Penicillium cyclopium Westling,
Aspergillus niger van Tiegem,
Aspergillus versicolor (Vuill) Tiroboschi,
Verticillium lateritium Berkeley,
Trichoderma viride Pers. ex Fr.

Penicillium chrisogenium Thom.

Образцы шпаклевок наносились на предметные стекла мазком толщиной 2-3 мм. Количество параллельных образцов в каждом опыте было равно 4. Испытанию подвергались как образцы шпаклевок (защищенные и незащищенные добавкой) без покрытия, так и образцы шпаклевок,покрытие слоем водоэмульсионной краски cоответственно с добавкой и без нее. После выдержки образцов в условиях заражения в течение 75 дней результаты оценивались по шестибальной системе, приведенной в табл. 2. 2 Пример 15 (поведение грибостойкой шпаклевки). Шпаклевка "Помелакс" (в качестве связующего включает полимеры синтетического происхождения) без добавки и покрытия водоэмульсионным составом показывает балл грибостойкости О, то есть является грибостойкой. Однако, согласно примеру 2, она является абсолютно неводостойкой.

Пример 16 (то же). Шпаклевка "Помелакс" без добавки, покрытая водоэмульсионным составом ВДВА-224, при испытании показывает балл грибостойкости О, то есть является грибостойкой. Однако при контакте с водой, как показано в примере 2, слой краски отслаивается, а шпаклевка размывается.

Пример 17 (1-4) (прототип). Масляно-клеевая шпаклевка, в рецептуре которой в качестве клеящего вещества использован животный клей без добавки и без покрытия водоэмульсионным составом после испытаний дает балл 5, т.е. является негрибостойкой, хотя и является, согласно примеру 1, относительно водостойкой.

Пример 18 (1-4) (контроль). Масляно-клеевая шпаклевка с введенной в ее состав перед нанесением на основу добавкой жидкости 136-41 в виде водной эмульсии с концентрацией 50% при общем количестве добавки 4% после испытаний показала балл грибостойкости 5.

Пример 19 (1-4) (контроль). Масляно-клеевая шпаклевка с добавкой жидкости 136-41 (взятой в виде 50%-ной водной эмульсии) в количестве 6% введенной в ее состав перед нанесением на основу, дает при испытаниях балл грибостойкости 5.

Пример 20 (1-4) (контроль). Масляно-клеевая шпаклевка с добавкой жидкости 136-41 в количестве 10% введенной в ее состав перед нанесением на основу и взятой в виде 50%-ной водной эмульсии, при испытаниях на грибостойкость показывает балл 5.

Пример 21 (контроль). Масляно-клеевая шпаклевка с внесенной в нее перед нанесением на основу жидкостью 136-41 (взятой в виде 50%-ной водной эмульсии) в количестве 6% по основному веществу и покрытая водоэмульсионной краской ВДВА-224, включающей 6% той же добавки, при испытаниях на грибостойкость показывает балл 3.

Пример 22 (параллельный примеру 21). Балл 2.

Пример 23 (параллельный примеру 21). Балл 4.

Пример 24 (1-4). Масляно-клеевая шпаклевка, включающая 4% добавки по предлагаемому решению состава

(молекулярная масса 1186, содержание изопропоксигрупп 9,9% бензилоксигрупп 54,1%), взятой в виде 100%-ного вещества, после испытания на грибостойкость показывает балл 5.

Пример 25 (1-4). Масляно-клеевая шпаклевка с внесенной в ее состав перед нанесением на основу добавкой, аналогично использованной в примере 24, в количестве 6% (добавка взята в виде 100%-ного вещества), после испытаний на грибостойкость оценивается баллом 5.

Пример 26 (1-4). Масляно-клеевая шпаклевка, включающая 10% добавки, аналогичной использованной в примере 24, взятой в виде 100%-ного вещества, в результате испытаний на грибостойкость показывает балл 5.

Пример 27. Масляно-клеевая шпаклевка с внесенной в нее перед отверждением добавкой, аналогичной использованной в примере 24, в количестве 6% в сочетании с водоэмульсионным составом ВДВА-224 также с добавкой того же вещества в количестве 6% после испытания на грибостойкость оценивается баллом 1.

Пример 28 (параллельный примеру 27). Балл 2.

Пример 29 (параллельный примеру 27). Балл 3.

Пример 30 (1-4). Масляно-клеевая шпаклевка, включающая добавку, аналогичную использованной в примере 4, примененную в виде 100%-ного вещества в количестве 4% после проведения испытаний на грибостойкость показывает балл 5.

Пример 31 (1-4). Масляно-клеевая шпаклевка с добавкой, аналогичной взятой для примера 30, в количестве 6% (в виде 100%-ного вещества), при проведении испытаний на грибостойкость оценивается баллом 5.

Пример 32 (1-4). Масляно-клеевая шпаклевка с добавкой, аналогичной использованной в примере 30, взятой в виде 100%-ного вещества в количестве 10% после проведения испытаний на грибостойкость оценивается баллом 5.

Пример 33. Масляно-клеевая шпаклевка, включающая добавку, аналогичную указанной в примере 30, взятую в виде 100%-ной жидкости в количестве 6% введенной в шпаклевку перед ее нанесением на основу, и покрытая сверху после отверждения водоэмульсионной краской ВДВА-224, также включающей добавку того же вещества в количестве 6% при испытаниях на грибостойкость дает балл 2.

Пример 34 (параллельный примеру 33). Балл 2.

Пример 35 (параллельный примеру 33). Балл 1.

Таким образом, исходя из требований ГОСТ, как видно из приведенных данных, итоговый (т.е. максимальный из приведенных трех значений) балл грибостойкости по прототипу равен 5, с добавкой по контролю 4, а для двух шпаклевок с добавками по предлагаемому решению 3 и 2 соответственно. Следовательно, использование этих добавок является эффективным для повышения грибостойкости изначально негрибостойких шпаклевок.

Приведенные в примерах 1-35 результаты сведены в табл.3, 4 и 5.

Использование: в строительстве в качестве добавки к легким отделочным материалам. Сущность изобретения: шпаклевка содержит органическое полимерное связующее 46 мас.%, олигоорганоалкоксисилоксана молекулярной массы 1000-2000 у.е. с содержанием алкоксигруппы 30-45 мас.%, ацетоксимоксигрупп 3-8 мас.%.

Меловая шпаклевка, включающая органическое полимерное связующее и модифицирующую добавку, отличающаяся тем, что в качестве модифицирующей добавки она содержит олигоорганоалкоксисилоксан мол. м. 1000 2000 у.е. с содержанием алкоксигрупп 30 45 мас. ацетоксимоксигрупп 3 8 мас. в количестве 6% от массы исходной шпаклевки.