СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ ПОКРЫТИЙ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ПОВЕРХНОСТЕЙ ОТ АТМОСФЕРНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ Российский патент 2008 года по МПК C09D5/00 C04B41/00 B82B1/00 

Изобретение относится к обработке поверхностей материалов различной природы, включая металлы, природный и искусственный камень, дерево, и может найти применение при работах по реставрации исторических памятников: зданий, барельефов, скульптуры и архитектурного декора.

Разрушение материалов под воздействием окружающей среды происходит путем осаждения на поверхности с последующей диффузией вглубь материала агрессивных химических агентов, вызывающих его разрушение вследствие комплексных химических процессов окисления, имеющих цепную радикальную природу.

Традиционные методы защиты памятников сводятся к попыткам изоляции материалов от действия внешних факторов. Так, для защиты от проникновения воды поверхностный слой камня стараются гидрофобизовать нанесением на поверхность гидрофобизирующих веществ. В качестве гидрофобизаторов чаще всего используются кремнийсодержащие мономерные и полимерные соединения, такие как алкилалкокси- либо алкилароксисиланы, полиалкилгидросиланы, полиалкил(арил)силоксаны с концевыми гидроксильными либо хлорметильными группами или их смеси. Их наносят на поверхность материала в виде водных растворов, эмульсий, или растворов в органических растворителях. Гидрофобизаторы снижают водоадсорбционные характеристики материала. Кроме того, создание поверхностного полимерного слоя приводит к изоляции материала и от прочих агрессивных агентов окружающей среды.

Известен способ поверхностной гидрофобизации строительных материалов, в частности бетона эмульсией полидиэтилгидросилоксана в тетраэтоксисилане (Авторское свидетельство СССР №872518 «Эмульсия для поверхностной гидрофобизации бетонных покрытий», МПК С04В 41/28, опубл. 15.10.81).

Обработка указанным гидрофобизатором позволяет успешно защищать поверхность бетонов от атмосферных воздействий, но в случае мрамора и мраморовидных известняков этой обработки оказывается недостаточно, и гидрофобность быстро утрачивается.

Такие методы обработки камня стали достаточно традиционными. Известен способ поверхностной гидрофобизации сильно разрушенного мрамора, включающий предварительную обработку мрамора метилфенилполисилоксаном (Alessandrini G., Bonecci R., Broglia E., et al. Les colones de San Lorenzo (Milan, Italie): identification des materiaux, causes d′alteration, conversation. "The Enginering geology of ancient works, monuments and historical sites. Preservation and protection: Proceedings of the international symposium organized by Greek national group of IAEG", Athens, 19-23 September, 1988, p.925-932). Такая обработка разрушенного мрамора оказалась временно эффективной, однако подобное покрытие быстро разрушается.

Известен принцип изоляции поверхности монументальной живописи и скульптуры, археологических объектов с помощью создания на поверхности полупроницаемых мембран из полиэлектролитных комплексов (патент РФ №2092322 «Способ защиты пористой поверхности реставрируемых памятников культуры», МПК B44D 7/00, опубл. 10.10.1997). При этом поверхность объектов обрабатывают низкоконцентрированными (не более 2%) растворами полиоснования и поликислоты в воде, спирте, или в водно-спиртовом растворе. Однако данный метод характеризуется общим недостатком подхода, связанного с созданием изолирующего слоя. Через сравнительно короткое время полимерный слой растрескивается, что обеспечивает доступ агрессивных факторов окружающей среды к защищаемому объекту, причем шелушение защитного слоя наносит дополнительные повреждения поверхности.

Иные принципы кладутся в основу защиты металлических объектов и материалов. Традиционный подход предотвращения коррозии связан с созданием поверхностного слоя, насыщенного ингибиторами коррозии, в качестве которого могут выступать как химические вещества, так и соответствующим образом подобранные металлы в соответствии с их положением в ряду напряжений. Так предложен метод (патент РФ №2201473 «Способ долговременной защиты монументов от коррозии», МПК C23F 11/00; опубл. 27.03.2003), включающий напыление на защищаемую металлическую поверхность металлического порошка в виде пористого слоя и пропитку напыленного пористого слоя порошка ингибитором коррозии напыляемого металла. На пропитанный ингибитором поверхностный слой порошка дополнительно может быть нанесен слой материала, обеспечивающего барьерную защиту, например, полимерного материала. В качестве ингибиторов коррозии используют такие вещества как бензотриазол, бензимидазол, диметилбензиламин, диметилэталамин и подобные. Недостатком подобного подхода является то, что подобные вещества сравнительно легко вымываются под действием атмосферных осадков либо за счет естественного испарения. Кроме того, высокая ядовитость и канцерогенность данного типа соединений полностью исключает их использование в закрытых музейных помещениях, посещаемых людьми.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности является метод, основанный на предварительной обработке поверхности камня раствором смеси фуллеренов в органическом растворителе, а затем гидрофобизирующей кремнеорганической жидкостью (24-26%-ный раствор полидиэтилгидросилоксана в тетраэтоксисилане) (патент РФ №2211206 «Способ поверхностной гидрофобизации осадочных и метаморфических карбонатных пород», МПК С04В 41/49; С04В 41/50, опубл. 10.05.2003). Такая обработка поверхности оказалась эффективной, однако покрытие является нестойким в жестких климатических условиях России, в частности Санкт-Петербурга. Использование растворов фуллеренов низкой концентрации (0.0012-0.4%) приводит к тому, что не удается создать непрерывного (сплошного покрытия) фуллеренами, так что это покрытие возможно использовать только в качестве подслоя для нанесения основного защитного покрытия. В то же время силиконовые покрытия показывают свою неэффективность при длительной эксплуатации. В условиях Санкт-Петербурга уже после первой зимы такие покрытия растрескиваются и полностью теряют свою эффективность.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности защиты обрабатываемой поверхности за счет создания полимерного слоя, играющего роль не изолятора от факторов воздействия окружающей среды, а ингибитора и стабилизатора, прерывающих цепные химические реакции окисления, гидролиза, фото- и термодеструкции, а также придание длительной устойчивости поверхности различных материалов (естественный и искусственный камень, металлы, дерево) к воздействию агрессивных агентов окружающей среды.

Сущность изобретения состоит в следующем: на предварительно подготовленную, очищенную, обезжиренную (этиловым спиртом или ароматическим соединением - бензолом, толуолом или одним из ксилолов, например о-ксилолом) и высушенную естественным испарением поверхность (из камня: мрамора, туфа, известняка и т.п., или металла: бронзы, стали, железа, чугуна, серебра) наносят раствор индивидуального фуллерена С₆₀ или смеси фуллеренов С₆₀ и С₇₀ в органическом растворителе из расчета 1÷10 мг фуллеренов на 1 м² поверхности (использование меньшей концентрации не позволяет достичь сплошной пленки на поверхности, в более высоких концентрациях фуллерен не растворим), после чего поверхность естественным образом высушивается вследствие испарения растворителя (например, о-ксилола). Таким образом на поверхности памятника архитектуры образуется тончайшая (до 0.1 мкм) пленка, состоящая исключительно из молекул фуллеренов или сольватов на их основе, далее эту пленку обрабатывают ультрафиолетовым излучением с длиной волны 150÷350 нм в течение не менее 1 часа при мощности излучения 1÷10 Вт/см², в ходе чего происходит удаление остатков связанного растворителя, а сами фуллерены образуют олигомеры (ди- и тримеры), которые по истечении определенного времени (несколько суток) самопроизвольно подвергаются дальнейшей полимеризации.

В качестве органического растворителя используют жидкие при нормальных условиях органические вещества с растворимостью фуллеренов в них не менее 10 мг/л и температурой кипения менее 150°С при 1 атм, такие как: ароматические соединения (различные ксилолы, толуол, бензол), или углеводороды и их смеси (н-гексан, гептаны, октаны, циклогексан, уайт-спирит, бензин, керосин), или галогенорганические соединения (четыреххлористый углерод, хлороформ, хлористый метилен, четырехбромистый углерод), или амины (гексил-амины, пиридины, морфины), или аминоспирты (этаноламины).

В качестве источников ультрафиолетового излучения используют ультрафиолетовые лампы или светодиоды с длиной волны излучения 150÷350 нм. Использование облучения с большей длиной волны не позволяет добиться полимеризации фуллеренов, излучение с более короткими длинами волн интенсивно поглощается и рассеивается воздухом, что снижает эффективность полимеризации. Облучение производят в течение не менее 1 часа, так как время экспозиции более 1 часа не приводит к изменению результата.

Фуллерен С₆₀ либо смесь фуллеренов С₆₀ и С₇₀ производятся промышленностью.

Нанесение растворов может осуществляться как кистью, так и пульверизатором.

Образовавшийся на поверхности слой прозрачен, не виден невооруженным глазом, обладает такими физико-химическими свойствами, как нерастворимость в известных растворителях, устойчивость к износу, негорючесть, неспособность к испарению и к самодиффузии внутрь материалов.

Стабилизирующий эффект фуллеренового покрытия основан на том, что фуллереновый фрагмент действует как акцептор свободных радикалов. Сам фуллерен является слабоароматической структурой, в то время как продукты присоединения обладают большей ароматичностью и, следовательно, высокой стабильностью. В результате этого фулллерен выступает как акцептор свободных радикалов и тем сам прерывает процессы радикального окисления и деструкции материалов поверхности. Такой механизм действия фуллеренового покрытия в отличие от изолирующих покрытий не требует сохранения полной целостности нанесенного покрытия (отсутствия трещин, возможных непокрытых лакун) так как и в этом случае защитные свойства данного покрытия сохраняются.

На фиг.1 приведена атомно-силовая фотография поверхности мрамора с нанесенным и полимеризованным фуллереновым покрытием.

На фиг.2 приведена атомно-силовая фотография поверхности мрамора с нанесенным и полимеризованным фуллереновым покрытием после искусственного старения.

Далее изобретение поясняется примерами.

Пример 1.

5 образцов уральского мрамора размером 5×5 см и толщиной 5 мм промывали водным раствором этанола (50 мас.%) для очистки и обезжиривания поверхности, подвергали естественной сушке на воздухе в течение 2 ч и затем обрабатывали 0.5% раствором фуллерена С₆₀ в о-ксилоле (по 0.5 мл раствора на образец) из расчета 5 мг фуллерена на квадратный метр поверхности мрамора. После высыхания на воздухе в течение 1 суток образцы облучались действием ультрафиолетовой лампы с длиной волны 315 нм и мощностью 5 Вт в течение 1 часа. После обработки исходный цвет мрамора (белый) визуально не изменился. От каждого образца был отрезан кусок размером 1×1 см и исследован с помощью атомно-силового микроскопа (фото 1). Исследования показали, что поверхность мрамора покрыта слоем полимерной фуллереновой пленки толщиной 0.5 мкм без дефектов. Были проведены климатические испытания, включающие 100 циклов изменения температуры от +60 до -40°С и обработку водой (100 циклов смачивания-высыхания). Цвет и фактура поверхности не менялись, меления не наблюдалось. Исследование с помощью атомно-силового микроскопа показало (фото 2), что структура поверхности не изменилась и фуллереновое покрытие сохранилось полностью.

Пример 2.

5 образцов уральского мрамора размером 5×5 см и толщиной 5 мм промывали водным раствором этанола (50 мас.%) для очистки и обезжиривания поверхности, подвергали естественной сушке на воздухе в течение 2 ч и затем обрабатывали 0.5% раствором смеси фуллеренов С₆₀/С₇₀ (массовое соотношение 70/30) в о-ксилоле (по 0.5 мл раствора на образец) из расчета 5 мг раствора фуллерена на квадратный метр поверхности мрамора. После высыхания на воздухе в течение 1 суток образцы облучались действием ультрафиолетовой лампы с длиной волны 315 нм и мощностью 5 Вт в течение 1 часа. После обработки исходный цвет мрамора (белый) визуально не изменился. Далее испытания проводились по аналогии с предыдущим примером. Цвет и фактура поверхности не менялись, меления не наблюдалось. Исследование с помощью атомно-силового микроскопа показало, что структура поверхности не изменилась и фуллереновое покрытие сохранилось полностью.

Пример 3.

Поверхность силикатного кирпича (20×20×20 см) промывали водным раствором этанола (50 мас.%) для очистки и обезжиривания поверхности, подвергали естественной сушке на воздухе в течение 2 часов и затем обрабатывалась 0.5% раствором фуллерена С₆₀ в о-ксилоле (80 мл раствора) из расчета 5 мг фуллерена на квадратный метр поверхности. После высыхания на воздухе в течение 1 суток образцы облучались действием ультрафиолетовой лампы с длиной волны 315 нм и мощностью 5 Вт в течение 1 часа. Были проведены климатические испытания, включающие 100 циклов изменения температуры от +60 до -40°С и обработку водой (100 циклов смачивания-высыхания). Цвет и фактура поверхности остались неизменными, меления не наблюдалось.

Пример 4.

Поверхность силикатного кирпича (20×20×20 см) промывали водным раствором этанола (50 мас.%) для очистки и обезжиривания поверхности, подвергали естественной сушке на воздухе в течение 2 ч и затем обрабатывалась 0.5% раствором смеси фуллеренов С₆₀/С₇₀ (массовое соотношение 70/30) в о-ксилоле (80 мл раствора) из расчета 5 мг раствора фуллерена на квадратный метр поверхности. После высыхания на воздухе в течение 1 суток образцы облучались действием ультрафиолетовой лампы с длиной волны 315 нм и мощностью 5 Вт в течение 1 часа. Далее испытания проводились по аналогии с предыдущим примером. Цвет и фактура поверхности остались неизменными, меления не наблюдалось.

Пример 5.

Пластинку меди (10×10×10 см) промывали водным раствором этанола (50 мас.%) для очистки и обезжиривания поверхности, подвергали естественной сушке на воздухе в течение 2 ч и затем обрабатывали 0.5% раствором фуллерена С₆₀ в о-ксилоле (10 мл раствора) из расчета 5 мг фуллерена на квадратный метр поверхности. После высыхания на воздухе в течение 1 суток образцы облучались действием ультрафиолетовой лампы с длиной волны 315 нм и мощностью 5 Вт в течение 1 часа. После этого данную пластинку и такую же контрольную, но не подвергшуюся обработке, поместили в камеру искусственного климата. Пластинки были подвергнуты циклическому воздействию ультрафиолетового излучения, отрицательных и положительных переменных температур (от +60 до -40°С), орошению серной кислотой, циклическому воздействию сернистого газа, соляного тумана и других факторов в течение времени, эквивалентного особо жесткому воздействию атмосферы промышленного мегаполиса в течение 20 лет. По окончании этого срока было обнаружено, что пластинка с защитным фуллереновым покрытием не изменила свой внешний вид и не подверглась разрушению, в то время как поверхность контрольного образца была полностью покрыта продуктами коррозии.

Пример 6.

Пластинку меди (10×10×10 см) промывали водным раствором этанола (50 мас.%) для очистки и обезжиривания поверхности, подвергали естественной сушке на воздухе в течение 2 ч и затем обрабатывали 0.5% раствором смеси фуллеренов С₆₀/С₇₀ (массовое соотношение 70/30) в о-ксилоле (10 мл раствора) из расчета 5 мг раствора фуллерена на квадратный метр поверхности. После высыхания на воздухе в течение 1 суток образцы облучались действием ультрафиолетовой лампы с длиной волны 315 нм и мощностью 5 Вт в течение 1 часа. Далее испытания проводились по аналогии с предыдущим примером. Пластинка с защитным фуллереновым покрытием не изменила свой внешний вид и не подверглась разрушению, в то время как поверхность контрольного образца была полностью покрыта продуктами коррозии.

Пример 7.

Пластинку медно-оловянной бронзы (10×10×10 см) промывали водным раствором этанола (50 мас.%) для очистки и обезжиривания поверхности, подвергали естественной сушке на воздухе в течение 2 часов и затем обрабатывали 0.5% раствором фуллерена С₆₀ в о-ксилоле (10 мл раствора) из расчета 5 мг фуллерена на квадратный метр поверхности. После высыхания на воздухе в течение 1 суток образцы облучались действием ультрафиолетовой лампы с длиной волны 315 нм и мощностью 5 Вт в течение 1 часа. После этого данную пластинку и такую же контрольную, но не подвергшуюся обработке, поместили в камеру искусственного климата. Пластинки были подвергнуты циклическому воздействию ультрафиолетового излучения, отрицательных и положительных переменных температур (от +60 до -40°С), орошению серной кислотой, циклическому воздействию сернистого газа, соляного тумана и других факторов в течение времени, эквивалентного особо жесткому воздействию атмосферы промышленного мегаполиса в течение 20 лет. По окончании этого срока было обнаружено, что пластинка с защитным фуллереновым покрытием не изменила свой внешний вид и не подверглась разрушению, в то время как поверхность контрольного образца была полностью покрыта продуктами коррозии.

Пример 8.

Пластинку медно-оловянной бронзы (10×10×10 см) промывали водным раствором этанола (50 мас.%) для очистки и обезжиривания поверхности, подвергали естественной сушке на воздухе в течение 2 ч и затем обрабатывали 0.5% раствором смеси фуллеренов С₆₀/С₇₀ (массовое соотношение 70/30) в о-ксилоле (10 мл раствора) из расчета 5 мг раствора фуллерена на квадратный метр поверхности. После высыхания на воздухе в течение 1 суток образцы облучались действием ультрафиолетовой лампы с длиной волны 315 нм и мощностью 5 Вт в течение 1 часа. Далее испытания проводились по аналогии с предыдущим примером. Пластинка с защитным фуллереновым покрытием не изменила свой внешний вид и не подверглась разрушению, в то время как поверхность контрольного образца была полностью покрыта продуктами коррозии.

Пример 9

Пластинку стали НС-5Т (10×10×10 см) промывали водным раствором этанола (50 мас.%) для очистки и обезжиривания поверхности, подвергали естественной сушке на воздухе в течение 2 часов и затем обрабатывали 0.5% раствором фуллерена С₆₀ в о-ксилоле (10 мл раствора) из расчета 5 мг фуллерена на квадратный метр поверхности. После высыхания на воздухе в течение 1 суток образцы облучались действием ультрафиолетовой лампы с длиной волны 315 нм и мощностью 5 Вт в течение 1 часа. После этого данную пластинку и такую же контрольную, но не подвергшуюся обработке, поместили в камеру искусственного климата. Пластинки были подвергнуты циклическому воздействию ультрафиолетового излучения, отрицательных и положительных переменных температур (от +60 до -40°С), орошению серной кислотой, циклическому воздействию сернистого газа, соляного тумана и других факторов в течение времени, эквивалентного особо жесткому воздействию атмосферы промышленного мегаполиса в течение 20 лет. По окончании этого срока было обнаружено, что пластинка с защитным фуллереновым покрытием не изменила свой внешний вид и не подверглась разрушению, в то время как поверхность контрольного образца была полностью покрыта продуктами коррозии.

Пример 10.

Пластинку стали НС-5Т (10×10×10 см) промывали водным раствором этанола (50 мас.%) для очистки и обезжиривания поверхности, подвергали естественной сушке на воздухе в течение 2 ч и затем обрабатывали 0.5% раствором смеси фуллеренов С₆₀/С₇₀ (массовое соотношение 70/30) в о-ксилоле (10 мл раствора) из расчета 5 мг раствора фуллерена на квадратный метр поверхности. После высыхания на воздухе в течение 1 суток образцы облучались действием ультрафиолетовой лампы с длиной волны 315 нм и мощностью 5 Вт в течение 1 часа. Далее испытания проводились по аналогии с предыдущим примером. Пластинка с защитным фуллереновым покрытием не изменила свой внешний вид и не подверглась разрушению, в то время как поверхность контрольного образца была полностью покрыта продуктами коррозии.

Пример 11.

Брусок из древесины бука (5×5×20 см) промывали водным раствором этанола (50 мас.%) для очистки и обезжиривания поверхности, подвергали естественной сушке на воздухе в течение 2 часов и затем обрабатывали 0.5% раствором фуллерена С₆₀ в о-ксилоле (5 мл раствора) из расчета 5 мг фуллерена на квадратный метр поверхности. После высыхания на воздухе в течение 1 суток образцы облучались действием ультрафиолетовой лампы с длиной волны 315 нм и мощностью 5 Вт в течение 1 часа. После этого данный брусок и такой же контрольный, но не подвергшийся обработке, поместили в камеру искусственного климата. Бруски в камере искусственного климата были подвергнуты циклическому воздействию ультрафиолетового излучения, отрицательных и положительных переменных температур (от +60 до -40°С), циклическому воздействию сернистого газа, соляного тумана и других факторов в течение времени, эквивалентного особо жесткому воздействию атмосферы промышленного мегаполиса в течение 5 лет. По окончании этого срока было обнаружено, что пластинка с защитным фуллереновым покрытием не изменила свой внешний вид и не подверглась разрушению, в то время как поверхность контрольного образца была рыхлой, утратила структуру и прочность на глубину более 2 см, т.е. практически полностью.

Пример 12.

Брусок из древесины бука (5×5×20 см) промывали водным раствором этанола (50 мас.%) для очистки и обезжиривания поверхности, подвергали естественной сушке на воздухе в течение 2 ч и затем обрабатывали 0.5% раствором смеси фуллеренов С₆₀/С₇₀ (массовое соотношение 70/30)в о-ксилоле (5 мл раствора) из расчета 5 мг раствора фуллерена на квадратный метр поверхности. После высыхания на воздухе в течение 1 суток образцы облучались действием ультрафиолетовой лампы с длиной волны 315 нм и мощностью 5 Вт в течение 1 часа. Далее испытания проводились по аналогии с предыдущим примером. Пластинка с защитным фуллереновым покрытием не изменила свой внешний вид и не подверглась разрушению, в то время как поверхность контрольного образца была рыхлой, утратила структуру и прочность на глубину более 2 см, т.е. практически полностью.

Примеры на варианты органического растворителя.

Пример 13.

5 образцов уральского мрамора размером 5×5 см и толщиной 5 мм промывали водным раствором этанола (50 мас.%) для очистки и обезжиривания поверхности, подвергали естественной сушке на воздухе в течение 2 часов и затем обрабатывали 0.05% раствором фуллерена С₆₀ в толуоле (5 мл раствора) из расчета 5 мг фуллерена на квадратный метр поверхности. После высыхания на воздухе в течение 1 суток образцы облучались действием ультрафиолетовой лампы с длиной волны 315 нм и мощностью 5 Вт в течение 1 часа. После обработки исходный цвет мрамора (белый) визуально не изменился. Исследования показали, что поверхность мрамора покрыта слоем полимерной фуллереновой пленки толщиной 0.25 мкм без дефектов. Были проведены климатические испытания, включающие 100 циклов изменения температуры от +60 до -40°С и обработку водой (100 циклов смачивания-высыхания). Цвет и фактура поверхности не менялись, меления не наблюдалось. Исследование показало, что структура поверхности не изменилась, и фуллереновое покрытие сохранилось полностью.

Пример 14.

5 образцов уральского мрамора размером 5×5 см и толщиной 5 мм промывали водным раствором этанола (50 мас.%) для очистки и обезжиривания поверхности, подвергали естественной сушке на воздухе в течение 2 часов и затем обрабатывали 0.01% раствором фуллерена С₆₀ в четыреххлористом углероде (50 мл раствора) из расчета 5 мг фуллерена на квадратный метр поверхности. После высыхания на воздухе в течение 1 суток образцы облучались действием ультрафиолетовой лампы с длиной волны 315 нм и мощностью 5 Вт в течение 1 часа. После обработки исходный цвет мрамора (белый) визуально не изменился. Исследования показали, что поверхность мрамора покрыта слоем полимерной фуллереновой пленки толщиной 0.03 мкм без дефектов. Были проведены климатические испытания, включающие 100 циклов изменения температуры от +60 до -40°С и обработку водой (100 циклов смачивания-высыхания). Цвет и фактура поверхности не менялись, меления не наблюдалось. Исследование показало, что структура поверхности не изменилась, и фуллереновое покрытие сохранилось полностью.

Пример 15.

5 образцов уральского мрамора размером 5×5 см и толщиной 5 мм промывали водным раствором этанола (50 мас.%) для очистки и обезжиривания поверхности, подвергали естественной сушке на воздухе в течение 2 ч и затем обрабатывали 0.05% раствором фуллерена С₆₀ в уайт-спирите (5 мл раствора) из расчета 5 мг раствора фуллерена на квадратный метр поверхности. После высыхания на воздухе в течение 1 суток образцы облучались действием ультрафиолетовой лампы с длиной волны 315 нм и мощностью 5 Вт в течение 1 часа. После обработки исходный цвет мрамора (белый) визуально не изменился. Исследования показали, что поверхность мрамора покрыта слоем полимерной фуллереновой пленки толщиной 0.25 мкм без дефектов. Были проведены климатические испытания, включающие 100 циклов изменения температуры от +60 до -40°С и обработку водой (100 циклов смачивания-высыхания). Цвет и фактура поверхности не менялись, меления не наблюдалось. Исследование показало, что структура поверхности не изменилась и фуллереновое покрытие сохранилось полностью.

Пример 16.

5 образцов уральского мрамора размером 5×5 см и толщиной 5 мм промывали водным раствором этанола (50 мас.%) для очистки и обезжиривания поверхности, подвергали естественной сушке на воздухе в течение 2 ч и затем обрабатывали 0.5% раствором фуллерена С₆₀ в триэтиламине (5 мл раствора) из расчета 5 мг раствора фуллерена на квадратный метр поверхности. После высыхания на воздухе в течение 1 суток образцы облучались действием ультрафиолетовой лампы с длиной волны 315 нм и мощностью 5 Вт в течение 1 часа. После обработки исходный цвет мрамора (белый) визуально не изменился. Исследования показали, что поверхность мрамора покрыта слоем полимерной фуллереновой пленки толщиной 0.25 мкм без дефектов. Были проведены климатические испытания, включающие 100 циклов изменения температуры от +60 до -40°С и обработку водой (100 циклов смачивания-высыхания). Цвет и фактура поверхности не менялись, меления не наблюдалось. Исследование показало, что структура поверхности не изменилась и фуллереновое покрытие сохранилось полностью.

Пример 17.

5 образцов уральского мрамора размером 5×5 см и толщиной 5 мм промывали водным раствором этанола (50 мас.%) для очистки и обезжиривания поверхности, подвергали естественной сушке на воздухе в течение 2 ч и затем обрабатывали 0.5% раствором фуллерена С₆₀ в моноэтаноламине (5 мл раствора) из расчета 5 мг раствора фуллерена на квадратный метр поверхности. После высыхания на воздухе в течение 1 суток образцы облучались действием ультрафиолетовой лампы с длиной волны 315 нм и мощностью 5 Вт в течение 1 часа. После обработки исходный цвет мрамора (белый) визуально не изменился. Исследования показали, что поверхность мрамора покрыта слоем полимерной фуллереновой пленки толщиной 0.25 мкм без дефектов. Были проведены климатические испытания, включающие 100 циклов изменения температуры от +60 до -40°С и обработку водой (100 циклов смачивания-высыхания). Цвет и фактура поверхности не менялись, меления не наблюдалось. Исследование показало, что структура поверхности не изменилась и фуллереновое покрытие сохранилось полностью.

Примеры на варианты реализации ультрафиолетового облучения.

Пример 18.

5 образцов уральского мрамора размером 5×5 см и толщиной 5 мм промывали водным раствором этанола (50 мас.%) для очистки и обезжиривания поверхности, подвергали естественной сушке на воздухе в течение 2 часов и затем обрабатывали 0.5% раствором фуллерена С₆₀ в о-ксилоле (0.5 мл раствора) из расчета 5 мг фуллерена на квадратный метр поверхности. После высыхания на воздухе в течение 1 суток образцы облучались действием ультрафиолетовой лампы с длиной волны 254 нм и мощностью 5 Вт в течение 1 часа. После обработки исходный цвет мрамора (белый) визуально не изменился. Исследования показали, что поверхность мрамора покрыта слоем полимерной фуллереновой пленки толщиной 0.5 мкм без дефектов. Были проведены климатические испытания, включающие 100 циклов изменения температуры от +60 до -40°С и обработку водой (100 циклов смачивания-высыхания). Цвет и фактура поверхности не менялись, меления не наблюдалось. Исследование показало, что структура поверхности не изменилась, и фуллереновое покрытие сохранилось полностью.

Пример 19.

5 образцов уральского мрамора размером 5×5 см и толщиной 5 мм промывали водным раствором этанола (50 мас.%) для очистки и обезжиривания поверхности, подвергали естественной сушке на воздухе в течение 2 ч и затем обрабатывали 0.5% раствором фуллерена С₆₀ в о-ксилоле (по 0.5 мл раствора на образец) из расчета 5 мг раствора фуллерена на квадратный метр поверхности мрамора. После высыхания на воздухе в течение 1 суток образцы облучались действием ультрафиолетовой лампы с длиной волны 180 нм и мощностью 3 Вт в течение 1 часа. После обработки исходный цвет мрамора (белый) визуально не изменился. От каждого образца был отрезан кусок размером 1×1 см и исследован с помощью атомно-силового микроскопа. Исследования показали, что поверхность мрамора покрыта слоем полимерной фуллереновой пленки толщиной 0.5 мкм без дефектов. Были проведены климатические испытания, включающие 100 циклов изменения температуры от +60 до -40°С и обработку водой (100 циклов смачивания-высыхания). Цвет и фактура поверхности не менялись, меления не наблюдалось. Исследование с помощью атомно-силового микроскопа показало, что структура поверхности не изменилась и фуллереновое покрытие сохранилось полностью.

Пример 20.

5 образцов уральского мрамора размером 5×5 см и толщиной 5 мм промывали водным раствором этанола (50 мас.%) для очистки и обезжиривания поверхности, подвергали естественной сушке на воздухе в течение 2 ч и затем обрабатывали 0.5% раствором фуллерена С₆₀ в о-ксилоле (по 0.5 мл раствора на образец) из расчета 5 мг раствора фуллерена на квадратный метр поверхности мрамора. После высыхания на воздухе в течение 1 суток образцы облучались действием ультрафиолетовой лампы с длиной волны 254 нм и мощностью 10 Вт в течение 1 часа. После обработки исходный цвет мрамора (белый) визуально не изменился. От каждого образца был отрезан кусок размером 1×1 см и исследован с помощью атомно-силового микроскопа. Исследования показали, что поверхность мрамора покрыта слоем полимерной фуллереновой пленки толщиной 0.5 μm без дефектов. Были проведены климатические испытания, включающие 100 циклов изменения температуры от +60 до -40°С и обработку водой (100 циклов смачивания-высыхания). Цвет и фактура поверхности не менялись, меления не наблюдалось. Исследование с помощью атомно-силового микроскопа показало, что структура поверхности не изменилась и фуллереновое покрытие сохранилось полностью.

Пример 21.

5 образцов уральского мрамора размером 5×5 см и толщиной 5 мм промывали водным раствором этанола (50 мас.%) для очистки и обезжиривания поверхности, подвергали естественной сушке на воздухе в течение 2 ч и затем обрабатывали 0.5% раствором фуллерена С₆₀ в о-ксилоле (по 0.5 мл раствора на образец) из расчета 5 мг раствора фуллерена на квадратный метр поверхности мрамора. После высыхания на воздухе в течение 1 суток образцы облучались действием ультрафиолетового диода L 7104 UVC с длиной волны 225 нм в течение 1 часа. После обработки исходный цвет мрамора (белый) визуально не изменился. От каждого образца был отрезан кусок размером 1×1 см и исследован с помощью атомно-силового микроскопа. Исследования показали, что поверхность мрамора покрыта слоем полимерной фуллереновой пленки толщиной 0.5 мкм без дефектов. Были проведены климатические испытания, включающие 100 циклов изменения температуры от +60 до -40°С и обработку водой (100 циклов смачивания-высыхания). Цвет и фактура поверхности не менялись, меления не наблюдалось. Исследование с помощью атомно-силового микроскопа показало, что структура поверхности не изменилась и фуллереновое покрытие сохранилось полностью.

Пример 22.

5 образцов уральского мрамора размером 5×5 см и толщиной 5 мм промывали водным раствором этанола (50 мас.%) для очистки и обезжиривания поверхности, подвергали естественной сушке на воздухе в течение 2 ч и затем обрабатывали 0.5% раствором фуллерена С₆₀ в о-ксилоле (по 0.5 мл раствора на образец) из расчета 5 мг раствора фуллерена на квадратный метр поверхности мрамора. После высыхания на воздухе в течение 1 суток образцы облучались действием ультрафиолетового диода L 7113 UVC с длиной волны 350 нм в течение 1 часа. После обработки исходный цвет мрамора (белый) визуально не изменился. От каждого образца был отрезан кусок размером 1×1 см и исследован с помощью атомно-силового микроскопа. Исследования показали, что поверхность мрамора покрыта слоем полимерной фуллереновой пленки толщиной 0.5 мкм без дефектов. Были проведены климатические испытания, включающие 100 циклов изменения температуры от +60 до -40°С и обработку водой (100 циклов смачивания-высыхания). Цвет и фактура поверхности не менялись, меления не наблюдалось. Исследование с помощью атомно-силового микроскопа показало, что структура поверхности не изменилась и фуллереновое покрытие сохранилось полностью.

Таким образом, положительный результат при использовании предложенного изобретения достигается на большинстве материалов, применявшихся и применяемых при изготовлении памятников архитектуры, скульптуры и городского дизайна. Испытания показали, что использование вышеописанного способа обеспечивает придание длительной устойчивости поверхности различных материалов (естественный и искусственный камень, металлы, дерево) к воздействию агрессивных агентов окружающей среды.

Изобретение относится к обработке поверхностей материалов различной природы, включая металлы, природный и искусственный камень, дерево, и может найти применение при работах по реставрации исторических памятников: зданий, барельефов, скульптуры и архитектурного декора. Способ нанесения полимерных покрытий для защиты поверхностей от атмосферных воздействий заключается в том, что поверхность очищают от внешних загрязнений, обезжиривают и высушивают естественным испарением, после чего на поверхность наносят слой раствора индивидуального фуллерена С₆₀ или смеси фуллеренов С₆₀ и С₇₀ в органическом растворителе из расчета 1÷10 мг фуллеренов на 1 м² поверхности. Затем поверхность высушивают естественным образом в течение суток. После чего ее облучают ультрафиолетовым излучением с длиной волны 150-350 нм в течение не менее 1 часа при мощности излучения 1-10 Вт. В качестве источников ультрафиолетового излучения используют лампы или светодиоды. Технический результат состоит в повышении эффективности защиты обрабатываемой поверхности за счет создания полимерного слоя, играющего роль не изолятора от факторов воздействия окружающей среды, а ингибитора и стабилизатора, прерывающего цепные химические реакции окисления, гидролиза, фото- и термодеструкции, в придании длительной устойчивости поверхности различных материалов к воздействию агрессивных агентов окружающей среды. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ нанесения полимерных покрытий для защиты поверхностей от атмосферных воздействий, заключающийся в том, что поверхность очищают от внешних загрязнений, обезжиривают и высушивают естественным испарением, после чего на поверхность наносят слой раствора индивидуального фуллерена С₆₀ или смеси фуллеренов С₆₀ и С₇₀ в органическом растворителе из расчета 1-10 мг фуллеренов на 1 м² поверхности, затем поверхность высушивают естественным образом в течение суток, после чего ее облучают ультрафиолетовым излучением с длиной волны 150-350 нм в течение не менее 1 ч при мощности излучения 1-10 Вт.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве органического растворителя используют жидкие при нормальных условиях органические соединения с растворимостью фуллеренов в них не менее 10 мг/л и температурой кипения менее 150°С при 1 атм, такие как ароматические соединения, или углеводороды и их смеси, или галогенорганические соединения, или амины, или аминоспирты.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве источников ультрафиолетового излучения используют лампы или светодиоды.