ВОДОЭМУЛЬСИОННАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ЗАЩИТЫ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ И КОНСТРУКЦИЙ ОТ ВРЕДНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ Российский патент 2008 года по МПК C04B41/49 C07F7/10 C07F7/12 

Изобретение относится к области гидро- и олеофобных средств, предназначенных для защиты строительных материалов и конструкций от вредного воздействия окружающей среды, и касается, в частности, экологически безопасных водоэмульсионных композиций на основе кремнийорганического амида перфторкарбоновой кислоты.

В настоящее время известно большое число водоэмульсионных композиций на основе кремнийорганических соединений, применяемых для защиты строительных сооружений. Так, например, 50%-ные водные эмульсии кремнийорганических соединений марки «Пента-814 и Пента-812» применяются для поверхностной обработки гипса, бетона, штукатурки, искусственного камня, минеральной ваты и минеральных красок. После разбавления концентрата водой расход эмульсии составляет 1 л на 1 м² [1. Рекламный проспект фирмы «Пента-91», Москва]. Выпускаемый в Германии препарат «Дисбоксан-450» представляет собой смесь органосиланов и органоалкоксисиланов и применяется в виде 10%-ной водной эмульсии [2. Фирма «Lakufa», техническая информация № 450, декабрь 1991 г., Обер-Рамштад, ФРГ]. После нанесения этой эмульсии на известняк или штукатурку они приобретают гидрофобные свойства. Краевые углы смачивания по воде и декалину составляют около 120° и 68° соответственно. Время жизни этой водной эмульсии составляет не более 8 часов, т.к. после смешения концентрата с водой через 8 часов происходит ее разрушение и выпадение осадка за счет гидролиза органоалкоксисиланов.

Кремнийорганические соединения, олигомеры и полимеры на их основе способны растворяться или набухать в органических растворителях, поэтому маслостойкость (маслоотталкивающие свойства) такого покрытия не высока.

Известна водная эмульсия 1.1-дигидрополифторированных спиртов в присутствии аммонийных солей перфторполиэфирокислот. Такую эмульсию применяли для защиты строительных материалов от атмосферных осадков. Гидрофобный эффект покрытия достигал 56.7% [3. D.Lenti, M.Visca. EP 337313 С1, С04В 41/48, (07.04.89), Chem. Abstr., 112v: 11253s].

Фторорганические соединения, как правило, плохо растворимы в обычных органических растворителях и маслах, поэтому маслоотталкивающие свойства поверхностей, обработанных такими соединениями, достаточно высоки (краевые углы смачивания поверхностей маслами превышают 80°).

Ближайшим аналогом настоящего изобретения является патент РФ №2149151, 20.05.2000 г. «Гидро- и олеофобное средство для защиты строительных материалов от вредного воздействия окружающей среды [4. Круковский С.П., Ярош А.А., Котов В.М., Пряхина Т.А., Ярош В.Н. и др.]. В качестве гидро- и олеофобного средства был описан состав, содержащий кремнийорганический амид перфторкарбоновой кислоты формулы С₃F₇OCF(CF₃)CF₂OCF(CF₃)С(O)NH(СН₂)₃Si(ОС₂Н₅)₃ и органический растворитель.

Этот состав наносят на поверхность строительных материалов. После испарения растворителя указанное соединение взаимодействует со строительными материалами (штукатурка, известняк, мрамор, гипс или кирпич), придавая им несмачиваемость водой, маслами и органическими растворителями. Цвет обработанного каменного материала не изменяется после облучения ультрафиолетовой лампой ПРК-2 с расстояния 25 см в течение 980 часов. Краевые углы смачивания поверхностей водой и органическими соединениями составляют 135-149° и 95-98° соответственно. Паропроницаемость образцов известняка и штукатурки после обработки кремнийорганическим амидом перфторкарбоновой кислоты практически не менялась.

Однако применение данного соединения в виде раствора в органических растворителях хотя и позволяет проводить реставрационные работы практически круглогодично, использовать такие составы можно только в хорошо проветриваемых помещениях или на улице.

Задачей настоящего изобретения является расширение ассортимента более экологически безопасных водоэмульсионных композиций на основе кремнийорганического амида перфторкарбоновой кислоты.

Поставленная задача достигается водоэмульсионной композицией, содержащей кремнийорганический амид перфторкарбоновой кислоты формулы С₃F₇OCF(CF₃)CF₂OCF(CF₃)С(O)NH(СН₂)₃Si(ОС₂Н₅)₃ (Ф-39) и органический растворитель, отличающейся тем, что она дополнительно содержит неионогенный эмульгатор и воду.

Водоэмульсионная композиция содержит, вес.%:

Кремнийорганический амид  перфторкарбоновой кислоты  формулы  С₃F₇OCF(CF₃)CF₂OCF(CF₃)С(O)NH(СН₂)₃Si(ОС₂Н₅)₃ (Ф-39)7.8-12.9Органический растворитель 15.0-25.7Неионогенный эмульгатор 0.5-1.5Вода остальное

В качестве органического растворителя используют, например, бутилацетат, бутанол, п-ксилол, октан.

В качестве неионогенного эмульгатора применяют, например, оксиэтилированные изононилфенолы марки АФ-9-12, АФ-9-16, С-12 или «Канол» [5. Абрамзон А.А., Зайченко Л.П., Файнгольц С.И. Поверхностно-активные вещества. Л., Химия, 1988 г.].

При использовании ионогенных эмульгаторов образования водной эмульсии не происходит.

Кремнийорганический амид перфторкарбоновой кислоты (Ф-39), применяемый для изготовления водных эмульсий, получали в соответствии с патентом РФ №2149151 смешением С₃F₇OCF(CF₃)CF₂OCF(CF₃)С(O)ОСН₃ и NH₂(СН₂)₃Si(ОС₂Н₅)₃.

Данное изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1 - (эмульгатор С-12)

В трехгорлую колбу, снабженную мешалкой и капельной воронкой, загружают 4.7 г кремнийорганического амида перфторкарбоновой кислоты Ф-39, 8.3 г бутилацетата и 0.29 г эмульгатора С-12 и при перемешивании добавляют 42 г воды. Состав композиции, вес.%: Ф-39 - 8.5, бутилацетат - 15, эмульгатор - 0.5, вода - 76. Получают водоэмульсионную композицию белого цвета, которая не расслаивалась в течение 2 суток. Водоэмульсионную композицию в количестве 0.16 г сразу после приготовления равномерно наносят на поверхность известняка размером 8.5 см². При обработке образцов известняка и дерева расход компонента Ф-39 составлял 15 г на 1 м² поверхности образца.

Контроль качества покрытия осуществляли по измерению краевого угла смачивания по воде. Максимальное значение краевого угла смачивания (133°) достигалось через десять дней после нанесения водоэмульсионной композиции. Коэффициент «капиллярного всасывания по воде» (К_в) определялся сравнением времен исчезновения капель воды, нанесенных на образец известняка и матовое стекло. Поскольку капля воды растекается по стеклу, а капля воды на известняке принимает форму шара, то площадь испарения воды со стекла больше. Поэтому при отсутствии всасывания воды в обработанный известняк «коэффициент капиллярного всасывания» (К_в) может быть больше единицы. Вода наносится на стекло с целью исключения влияния испарения воды. В данном случае (К_в) равен 1.5. Краевой угол смачивания обработанной поверхности моторным маслом М6-12 г составил 133°.

Пример 2 - (эмульгатор С-12)

Эмульсию готовят аналогично примеру 1 из 3.6 г Ф-39, 7.3 г бутилацетата, 0.42 г эмульгатора и 28 г воды. Состав композиции, вес.%: Ф-39 - 9, бутилацетат - 18.6, эмульгатор - 1.0, вода - 71.4. Водоэмульсионная композиция белого цвета, не расслаивается в течение 2 суток. Краевой угол смачивания известняка по воде 124°. К_в по воде составляет 1.55. Краевой угол смачивания обработанной поверхности моторным маслом М6-12 г составил 121°.

Пример 3 - (эмульгатор АФ-9-16)

Эмульсию готовят аналогично примеру 1 из 4 г Ф-39, 8.5 г бутилацетата, 0.50 г эмульгатора и 20 г воды. Состав эмульсии, вес.%: Ф-39 - 12.1, бутилацетат - 25.7%, эмульгатор - 1.5%, вода - 60.6%. Водоэмульсионная композиция белого цвета, не расслаивается в течение 3 суток. Краевой угол смачивания известняка по воде 135°. Через 3 месяца после нанесения эмульсии краевой угол смачивания достигал 141°. K_в по воде составляет 1.55. Краевой угол смачивания обработанной поверхности моторным маслом М6-12 г составил 127°.

Пример 4 - (эмульгатор АФ-9-16)

Эмульсию готовят аналогично примеру 1 из 4 г Ф-39, 7.4 г н-бутанола, 0.50 г эмульгатора и 20 г воды. Состав эмульсии, вес.%: Ф-39 - 12.5, бутанол - 23.3, эмульгатор - 1.5, вода - 62.7. Водоэмульсионная композиция белого цвета, не расслаивается в течение 3 суток. Краевой угол смачивания известняка по воде 135°. Через 3 месяца после нанесения эмульсии краевой угол смачивания достиг 144°. К_в по воде составляет 1.35. Краевой угол смачивания обработанной поверхности моторным маслом М6-12 г составил 117°.

Пример 5 - (эмульгатор АФ-9-12)

Эмульсию готовят аналогично примеру 4 из 5 г Ф-39, 8.3 г октана, 0.50 г эмульгатора и 25 г воды. Состав эмульсии, вес.%: Ф-39 - 12.9, октан - 21.4, эмульгатор - 1.3, вода - 64.4. Водоэмульсионная композиция белого цвета, не расслаивается в течение 15 часов. Краевой угол смачивания образца из осины по воде 114°. К_в по воде составляет 0.80. Краевой угол смачивания обработанной поверхности моторным маслом М6-12 г составил 116°.

Пример 6 - (эмульгатор АФ-9-12)

Эмульсию готовят аналогично примеру 5 из 5 г Ф-39, 8.3 г п-ксилола, 0.50 г эмульгатора и 30 г воды. Состав эмульсии, вес.%: Ф-39 - 11.4, п-ксилол - 18.9, эмульгатор - 1.1, вода - 68.6. Водоэмульсионная композиция белого цвета, не расслаивается в течение 8 часов. Краевой угол смачивания образца из сосны по воде 131°. К_в по воде составляет 0,90.

В таблице приведены краевые углы смачивания водой других образцов дерева, обработанных композицией, полученной в примере 6.

Таблица№ примераМатериалКраевой угол смачивания образца водой, θ, ⁰7Красное дерево1298Лиственница1219Дуб10510Липа132

Пример 11 - (эмульгатор «Канол»)

Эмульсию готовят аналогично примеру 1 из 3.9 г Ф-39 г, 7.5 г бутилацетата, 0.32 г эмульгатора и 37 г воды. Состав эмульсии, вес.%: Ф-39 - 8,0, бутилацетат - 15.4, эмульгатор - 0.6, вода - 76. Водоэмульсионная композиция не расслаивалась в течение 2 суток. Краевой угол смачивания известняка по воде 132°. К_в по воде составлял 1.45. Краевой угол смачивания обработанной поверхности моторным маслом М6-12 г составил 133°

Пример 12 - (эмульгатор «Канол»)

Эмульсию готовят аналогично примеру 1 из 2.8 г Ф-39, 5.8 г бутилацетата, 0.19 г эмульгатора и 27 г воды. Состав эмульсии, вес.%: Ф-39 - 7.8, бутилацетат - 16.2, эмульгатор - 0.5, вода - 75.4. Водоэмульсионная композиция не расслаивается в течение 2 суток. Краевой угол смачивания известняка по воде 142°. К_в по воде составляет 1.55. Краевой угол смачивания обработанной поверхности моторным маслом М6-12 г составил 135°.

Таким образом, приведенные примеры иллюстрируют возможность получения более экологически безопасной водоэмульсионной композиции исходя из кремнийорганического амида перфторкарбоновой кислоты, органического растворителя, неионогенного эмульгатора и воды. Получаемые эмульсии сохраняют свою работоспособность в течение нескольких суток и обеспечивают надежную гидро- и олеофобную защиту строительных материалов и конструкций. После обработки указанными композициями образцов известняка и дерева краевые углы смачивания по воде составляли от 105° до 144°, а коэффициент капиллярного всасывания достигает 1,55. Краевые углы смачивания моторным маслом М6-12 г составляли от 116° до 135°.

Изобретение относится к области гидро- и олеофобных средств, предназначенных для защиты строительных материалов и конструкций от вредного воздействия окружающей среды. Описана водоэмульсионная композиция для защиты строительных материалов и конструкций от вредного воздействия окружающей среды, содержащая 7,8-12,9 вес.% кремнийорганического амида перфторкарбоновой кислоты формулы C₃F₇OCF(CF₃)CF₂OCF(CF₃)C(O)NH(CH₂)₃Si(OC₂H₅)₃; 15,0-25,7 вес.% органического растворителя, 0,5-1,5 вес.% неионогенного эмульгатора и воду. Технический результат - водоэмульсионная композиция обеспечивает надежную гидро- и олеофобную защиту строительных материалов и конструкций, при этом она экологически безопасна. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Водоэмульсионная композиция для защиты строительных материалов и конструкций от вредного воздействия окружающей среды, состоящая из кремнийорганического амида перфторкарбоновой кислоты формулы C₃F₇OCF(CF₃)CF₂OCF(CF₃)C(O)NH(CH₂)₃Si(OC₂H₅)₃ и органического растворителя, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит неионогенный эмульгатор и воду.2. Водоэмульсионная композиция по п.1, отличающаяся тем, что она содержит, вес.%:

Кремнийорганический амид перфторкарбоновой кислоты формулы C₃F₇OCF(CF₃)CF₂OCF(CF₃)C(O)NH(CH₂)₃Si(OC₂H₅)₃7,8-12,9Органический растворитель15,0-25,7Неионогенный эмульгатор0,5-1,5ВодаОстальное