КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МАТРИЦЫ С ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТЬЮ Российский патент 2014 года по МПК C09D5/14 C09D163/00 C09D163/02 C08K5/06 C08L63/00 C08L63/02 

Описание патента на изобретение RU2518124C2

Изобретение относится к композиционным материалам, а именно к гибридным органонеорганическим нанокомпозиционным покрытиям, в частности к покрытиям, формируемым на основе гибридных золей, которые обладают повышенной фотокаталиктической активностью. Композиция может быть использована в виде покрытий для защиты строительных сооружений городской инфраструктуры и уникальных памятников культурного наследия от биоразрушений.

Для придания композициям биоактивности используют различные биодобавки - биоциды. Наиболее широко используются так называемые жесткие биоциды:

аммонийные, оловосодержащие, кремнийорганические и другие соединения. (Richardson В.A. Control of microbial growth on stone and concrete // ln "Biodeterioration". Elsevier Applied Science. 1988. P.101-106.) Их ингибирующее действие на микроорганизмы кратковременно и часто приводит к селекции новых более агрессивных штаммов. Применение токсических химических биоцидов является опасным для окружающей среды и обслуживающего персонала.

Наиболее предпочтительно применение «мягких» биоцидов-фотокализаторов; синтетических аналогов хлорофилла-фталоцианинов и дифталоцианинов металлов. (Артемьев И.М., Рябчук В.К. Введение в гетерогенный фотокатализ СПб: СПбГУ, 1999. С.304.)

Известны эпоксисилоксановые композиции, используемые в качестве реставрационных материалов для защиты от неблагоприятных условий окружающей среды (Cardiano P., Sergi S, Lazzari M., Piraino P. Epoxy-silica polymers as restoration materials // J. Polymer. 2002. 43. №5. P. 6635-6640; P. Cardiano, P. Mineo, S. Sergi, R.C. Ponterio, M. Triscari, P. Piraino Epoxy-silica polymers as restoration materials. Part II // Polymer. 44. 2003. P. 4435-4441), которые формируются на основе аминопропилтриэтоксисилана и глицидоксипропилтриметоксисилана или эпоксидно-диановой неотвержденной смолы. Недостатком этой композиции является отсутствие биоактивности.

Известна композиция для получения биологически стойкого покрытия по патенту РФ №2382059, включающая золь на основе водно-спиртового раствора тетраэтоксисилана - силикатную составляющую с добавкой неорганической кислоты и, при необходимости солей металлов, которая характеризуется тем, что она дополнительно содержит эпоксидные соединения в золе - эпоксидную составляющую и модифицирующую добавку - детонационный наноалмаз с размером наночастиц и их агрегатов 3-100 нм при следующем соотношении компонентов, мас.%:

силикатная составляющая золя 49,75-49,99 эпоксидная составляющая золя 49,75-49,99 детонационный наноалмаз 0,02-0,5

В качестве эпоксидной составляющей эта композиция может содержать алифатическую эпоксидную смолу и эпоксидно-диановую неотвержденную смолу, а модифицирующая добавка может находиться в виде водной суспензии, алмазного порошка или алмазной шихты.

Эта композиция принята в качестве прототипа заявляемого изобретения.

Данную композицию золя используют для получения покрытия, защищающего уникальные памятники культурного наследия от биоразрушений за счет введения в нее биоцидной добавки - детонационного наноалмаза, поскольку она не обладает фотокаталиктической активностью.

Задачей заявляемого изобретения является создание композиции для получения покрытия, формируемого на основе эпоксититанатного золя и обладающего фотокаталиктической активностью по отношению к плесневелым грибам, наиболее часто встречающимся в воздушной среде больших городов, при температуре окружающей среды (+15-30°С) за счет введения в состав золя алкоксида титана.

Сущность изобретения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше обеспечиваемого изобретением технического результата.

Композиция для получения матрицы с фотокаталиктической активностью, включающая золь на основе элементорганического соединения и эпоксидной составляющей, в которой в качестве элементорганического соединения в составе композиции использован алкоксид титана при следующем соотношении компонентов, мас.%: алкоксид титана - 30-70, эпоксидная составляющая золя - 30-70, характеризующаяся тем, что в качестве эпоксидных соединений композиция содержит диглицидиловый эфир дициклогексилпропана, а в качестве алкоксида титана - тетрабутоксититан.

Введение в состав золя эпоксидной составляющей позволяет получать механически прочные, плотно прилегающие к поверхности слои без высокотемпературной обработки, что облегчает технологический процесс нанесения покрытий.

Алкоксид титана является обязательным компонентом композиции. При этом он может быть введен в нее в виде тетрабутоксититана.

Введение в состав заявленной композиции алкоксида титана усиливает фотокаталиктическую активность эпоксититановой матрицы, формируемой из золя, в силу происходящих фотокаталитических реакций под действием ультрафиолетового света, в результате чего происходит образование озона и других активных форм кислорода (синглетный кислород). В связи с этим происходит энергетическое воздействие на клетку простейшего микроорганизма (микромицеты плесневых грибов), подавляющее его жизнедеятельность. Выявлено, что катализаторы с переносом заряда проявляют свойства «мягкого» биоцида. Они ингибируют рост ряда агрессивных плесневых грибов, наиболее часто встречающихся в воздушной среде больших городов.

Нижний предел введения алкоксида титана - 30 мас.% определяется снижением фотокаталитической активности покрытия. Введение алкоксида титана в количестве более 70 мас.% нецелесообразно и приводит, с одной стороны, к ухудшению механической прочности покрытия, а с другой стороны, может повлиять на цвет защищаемого материала.

В результате применения такой композиции получается новое нанокомпозиционное покрытие для защиты каменных памятников культурного наследия от воздействия ряда агрессивных плесневых грибов, наиболее часто встречающихся в воздушной среде больших городов.

Изобретение поясняется примерами приготовления заявленных составов.

Пример 1. Состав, содержащий:

тетрабутоксититан 30 мас.% эпоксидная составляющая золя 70 мас.%

Заявляемая композиция может быть приготовлена следующим образом.

Синтез золя, включающий:

- приготовление спиртового раствора тетрабутоксититана (ТБТ): к 1,45 г ТБТ последовательно приливают 0,43 г ацетилацетона, 2,80 г этилцеллозольва и интенсивно перемешивают;

- приготовление результирующего золя, содержащего все компоненты: к 4,68 г спиртового раствора ТБТ приливают 0,49 г 1 н. раствор азотной кислоты и интенсивно перемешивают; к такой смеси последовательно добавляют 1,45 г диглицидилового эфира дициклогексилпропана (EPONEX 1510) и 0,20 г кислоты BF3, после чего тщательно перемешивают. Мольное соотношение компонентов в результирующем золе следующее:

Ti(OC4H9)4 : EPONEX 1510 : C5H8O2 : C4H10O2 : BF3 : H2O : HNO3 = 1:7:0.5:0.2:0.4:1.5:0.001.

2. Старение золя. Золь выдерживают перед дальнейшим использованием в течение 3 часов на воздухе (в закрытой емкости) при комнатной температуре.

3. Формирование покрытий. Нанесение покрытий на защищаемые поверхности осуществляют лакокрасочным методом (кистью, пульверизацией и т.д.).

4. Сушка. Сушка сформированных покрытий происходит на воздухе при температуре окружающей среды.

Пример 2. Получение состава, содержащего:

тетрабутоксититан 50 мас.% эпоксидная составляющая 50 мас.%

Композиция готовится аналогично примеру 1. Мольное соотношение компонентов в результирующем золе следующее:

Ti(OC4H9)4 : EPONEX 1510 : C5H8O2 : C4H10O2 : BF3 : H2O : HNO3 = 1:5:0.5:0.2:0.4:1.5:0.001.

Пример 3. Получение состава, содержащего:

тетрабутоксититан 70 мас.% эпоксидная составляющая 30 мас.%

Композиция готовится аналогично примеру 1. Мольное соотношение компонентов в результирующем золе следующее:

Ti(ОС4Н9)4 : EPONEX 1510 : C5H8O2 : C4H10O2 : BF3 : H2O : HNO3 = 1:3:0.5:0.2:0.4:1.5:0.001.

Фотокаталитическая активность полученных нанокомпозиционных покрытий определялась с помощью газового анализатора фирмы «Оптек». Активность покрытий оценивалась в процентах по отношению к активности фотокатализатора TiO2 «Degussa». Кроме того, оценивали механическую прочность покрытий без термообработки визуально в баллах.

Результаты испытаний покрытий на основе эпоксисиликатного золя (по способу ближайшего аналога) и нанокомпозиционных покрытий, полученных согласно описанным выше примерам, обобщены в таблице 1.

Таблица 1. Влияние концентрации тетрабутоксититана на фотокаталитическую актив ность и механическую прочность полученных нанокомпозиционных покрытий Свойства Концентрация тетрабутоксититана в композиции золя, мас.% 0 (по прототипу) 30 50 70 фотокаталитическая активность покрытий в % по отношению к активности TiO2 «Degussa» 0 5 20 50 механическая прочность покрытий без термообработки, в баллах 5 5 5 4

Результаты испытаний свидетельствуют об эффективности использования тетрабутоксититана в качестве компонента золя, придающего формируемым покрытиям фотокаталитическую активность, в силу происходящих фотокаталитических реакций под действием ультрафиолетового света, в результате чего происходит образование активных форм кислорода подавляющих жизнедеятельность микромицетов плесневых грибов. Выявлено, что концентрация ТБТ оказывает существенное влияние на фотокаталитические свойства покрытий. Активность установлена во всех покрытиях с ТБТ.

Предложенная композиция позволяет на основе эпоксититанатного золя создать новое нанокомпозиционное покрытие, обладающее фотокаталитическими свойствами, путем введения в состав золя алкоксида титана (ТБТ). В результате применения предлагаемого изобретения эпоксититанатному покрытию можно придать повышенные фотокаталитические свойства, что, несомненно, делает его перспективным для защиты строительных сооружений городской инфраструктуры и уникальных памятников культурного наследия.

Похожие патенты RU2518124C2

название год авторы номер документа
КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИ СТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ 2008
  • Шилова Ольга Алексеевна
  • Хамова Тамара Владимировна
  • Михальчук Владимир Михайлович
  • Власов Дмитрий Юрьевич
  • Долматов Валерий Юрьевич
  • Франк-Каменецкая Ольга Викторовна
  • Маругин Александр Михайлович
RU2382059C1
Способ получения фотокаталитического композиционного материала 2020
  • Горбачев Станислав Александрович
  • Осовская Ираида Ивановна
  • Химич Николай Николаевич
  • Листратенко Мария Александровна
RU2754853C1
КОМПОЗИЦИОННЫЙ ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКИЙ КОМПОНЕНТ ДЛЯ ТОНКОСЛОЙНЫХ ОТДЕЛОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ 2021
  • Строкова Валерия Валерьевна
  • Губарева Екатерина Николаевна
  • Баскаков Павел Сергеевич
  • Неровная Софья Владимировна
  • Огурцова Юлия Николаевна
  • Антоненко Марина Вячеславовна
RU2791326C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКОГО ПОКРЫТИЯ НА ОСНОВЕ ДИОКСИДА ТИТАНА 2021
  • Бузаев Александр Александрович
  • Козик Владимир Васильевич
RU2772590C1
КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИ СТОЙКОГО МАТЕРИАЛА 2008
  • Шилова Ольга Алексеевна
  • Хамова Тамара Владимировна
  • Хашковский Семен Васильевич
  • Долматов Валерий Юрьевич
  • Власов Дмитрий Юрьевич
RU2381241C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТИТАНАТА БАРИЯ 1994
  • Голубко Л.А.
  • Иванова Н.В.
  • Вахлюева В.Б.
  • Глушкова А.А.
  • Румянцева Л.М.
  • Яновская М.И.
  • Ковсман Е.П.
RU2039024C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДИОКСИДА ТИТАНА 2015
  • Викторов Валерий Викторович
  • Жеребцов Дмитрий Анатольевич
  • Куликовских Сергей Андреевич
  • Рябков Юрий Иванович
RU2600767C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОКРЫТИЯ НА ТВЕРДОЙ ПОДЛОЖКЕ 1991
  • Серогодская Ольга Игоревна
  • Журавлев Алексей Никитович
RU2016866C1
Биозащитная полимерная порошковая композиция 2021
  • Гарифуллин Ахнаф Раисович
  • Смирнов Игорь Геннадьевич
  • Дубкова Валентина Ивановна
  • Белоцерковский Марат Артемович
  • Сокол Сергей Александрович
RU2766332C1
ЗОЛЬ ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКИ АКТИВНОГО ОКСИДА ТИТАНА, КОМПОЗИЦИЯ ПОКРЫТИЯ И ДЕТАЛЬ С ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ 2007
  • Курода Такетоси
  • Изуцу Хироюки
  • Ямагути Исаму
  • Наканиси Йосиюки
RU2404852C1

Реферат патента 2014 года КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МАТРИЦЫ С ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТЬЮ

Изобретение относится к гибридным органонеорганическим нанокомпозиционным покрытиям. Композиция для получения матрицы с фотокаталитической активностью включает золь на основе элементорганического соединения и эпоксидной составляющей, в которой в качестве элементоорганического соединения в составе композиции использован алкоксид титана при следующем соотношении компонентов, мас.%: алкоксид титана 30-70, эпоксидная составляющая золя 30-70,

при этом в качестве эпоксидных соединений композиция содержит диглицидиловый эфир дициклогексилпропана, а в качестве алкоксида титана - тетрабутоксититан. Техническая задача - создание композиции для получения покрытия, обладающего фотокаталитической активностью, под действием ультрафиолетового света происходит образование активных форм кислорода. 1 табл., 3 прим.

Формула изобретения RU 2 518 124 C2

Композиция для получения матрицы с фотокаталиктической активностью, включающая золь на основе элементорганического соединения и эпоксидной составляющей, в которой в качестве элементорганического соединения в составе композиции использован алкоксид титана при следующем соотношении компонентов, мас.%:
алкоксид титана 30-70 эпоксидная составляющая золя 30-70,


отличающаяся тем, что в качестве эпоксидных соединений композиция содержит диглицидиловый эфир дициклогексилпропана, а в качестве алкоксида титана - тетрабутоксититан.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2014 года RU2518124C2

О.А.Шилова
Золь-гель синтез наноструктурированных силикатных и гибридных покрытий для электронной техники и биотехнологий
Изложница с суживающимся книзу сечением и с вертикально перемещающимся днищем 1924
  • Волынский С.В.
SU2012A1
найдено из Интернет:
Приспособление для суммирования отрезков прямых линий 1923
  • Иванцов Г.П.
SU2010A1
КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИ СТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ 2008
  • Шилова Ольга Алексеевна
  • Хамова Тамара Владимировна
  • Михальчук Владимир Михайлович
  • Власов Дмитрий Юрьевич
  • Долматов Валерий Юрьевич
  • Франк-Каменецкая Ольга Викторовна
  • Маругин Александр Михайлович
RU2382059C1
US 20020045057 А1, 18.04.2002
И.Б
Глебова, В.В
Голубков, О.А
Шилова и др
Некоторые

RU 2 518 124 C2

Авторы

Шилова Ольга Алексеевна

Хамова Тамара Владимировна

Власов Дмитрий Юрьевич

Маругин Александр Михайлович

Франк-Каменецкая Ольга Викторовна

Даты

2014-06-10Публикация

2011-08-22Подача