СТРОИТЕЛЬНЫЕ СМЕСИ ДЛЯ ВНУТРЕННЕГО ПОКРЫТИЯ ИЛИ ШТУКАТУРКИ Российский патент 2019 года по МПК C04B41/46 C04B26/02 C04B28/00 C04B24/02 

Настоящее изобретение относится к сухой или пастообразной строительной смеси для внутренней штукатурки или покрытия, обладающей способностью очищать окружающий воздух.

Воздух внутри зданий содержит смесь физических, химических и/или биологических загрязняющих примесей, которые могут иметь разное происхождение. В частности, используемые строительные материалы, отделочные продукты и мебель являются источником выделения летучих органических соединений (VOC), таких, например, как углеводороды, возможно галогенированные, спирты, органические кислоты, сложные эфиры или альдегиды, как формальдегид, ацетальдегид, гексаналь и т.д. VOC имеют довольно высокую упругость паров при температуре окружающей среды и могут почти полностью находиться в виде пара в окружающем воздухе. Они могут испускаться этими материалами или продуктами в течение более или менее длительного периода, составляющего от нескольких дней до многих лет в зависимости от природы и типа материала или продукта, из которого они происходят. Известно, что древесно-стружечные плиты, из древесных отходов или фанерованные, текстильные ткани, используемые для мебели или декорирования, покрытия стен или синтетические или сборные полы, лаки, клеи и т.д. выделяют формальдегид. Рекомендуется, например, интенсивное проветривание помещений во время или после применения этих продуктов. Регламентации на защитные материалы от нежелательных выделений из продуктов, которые могут представлять опасность для здоровья, становятся все более строгими и предписывают максимально уменьшить выделение этих загрязняющих веществ. Иногда для этого можно воздействовать на источник, отказавшись от его производства. В некоторых случаях это невозможно, и тогда необходимо действовать после образование загрязнений, либо разрушающими методами, такими как процессы окисления, облучения или биологические процессы, или рекуперативными методами, как адсорбция, конденсация, мембранные процессы или абсорбция. Применяемые до настоящего времени строительные материалы, обладающие функциями воздухоочистителей, используют в основном эти два типа технологий, можно назвать, например, фотокаталитическое окисление с использованием частиц оксида титана, которые можно вводить в строительные смеси, или использование адсорбентов или хемосорбентов, способных улавливать VOC, в частности, альдегиды. Недостатком способов, применяющих каталитическое окисление, является главным образом необходимость располагать надлежащим источником освещения в помещении, чтобы процесс протекал эффективно. Что касается способов, в которых используются адсорбенты, известно, в частности, об осаждении на подложку пленкообразующей композиции, которая содержит агент, способный реагировать с формальдегидом и, как следствие, улавливать его. Из соединений, способных улавливать альдегиды, можно назвать соединения с активным метиленом, таннины, амиды, гидразиды. Однако когда эти соединения используются в декоративных покрытиях, необходимо, чтобы они не ухудшали внешний вид покрытия. Агенты-ловушки альдегидов не должны оставлять следы и вызывать изменение цвета поверхности, на которой они находятся. С другой стороны, эти агенты не должны иметь неприятного запаха и не должны провоцировать выделения, которые имели бы эффект, противоположный искомому. Таким образом, они должны оставаться стабильными в условиях применения материала, в который они введены или на который они осаждены.

Обычно используемые ловушки формальдегида относятся к семейству ацетоацетамидов. Когда такие соединения вводят в цементные растворы для отделочной штукатурки, через несколько дней в комнате начинает ощущаться сильный запах аммиака из-за гидролиза амида в щелочных условиях. Поэтому соединения такого типа нельзя применять для искомого назначения. Этот запах исчезает, если использовать ловушку на основе ацетамида в условиях нейтрального pH, например, в штукатурке на основе гипса. Однако даже в этих условиях через несколько дней отмечается изменение цвета с появлением коричневато-желтого оттенка на поверхности штукатурки, что неприемлемо из эстетически соображений.

Поэтому для применения в щелочных и/или декоративных строительных смесях необходимо использовать другие типы агентов, способных улавливать альдегиды, которые не имели бы вышеуказанных недостатков. Именно в эти рамки и вписывается настоящее изобретение.

Настоящее изобретение относится к сухой или пастообразной строительной смеси для внутренней штукатурки или покрытия, которая содержит по меньшей мере одно вяжущее, по меньшей мере грануляты, заполнители, песок и/или наполнители и по меньшей мере одну добавку, причем одна из указанных добавок представляет собой агент в виде порошка, способный улавливать альдегиды и выбранный из аминоспиртов. Эта добавка называется также очищающим агентом. Ее вводят прямо в строительную смесь, без изменения физических и механических свойств, таких, как срок схватывания или механическая прочность смеси.

Предлагаемая настоящим изобретением строительная смесь может находиться в сыпучей форме, в таком случае говорят о сухой смеси. Она может также находиться в виде дисперсии, и тогда говорят о пастообразной строительной смеси.

Очищающий агент предпочтительно является первичным аминоспиртом формулы R₁R₂R₃-C-NH₂, где R₁, R₂ и R₃ означают алкильные группы, содержащие от 1 до 6 атомов углерода (C1-C6), атомы водорода или гидроксильные группы -OH, причем по меньшей мере одна из групп R₁, R₂ или R₃ содержит гидроксильную группу.

Предпочтительно, очищающий агент содержит по меньшей мере две гидроксильные группы. Предпочтительно, очищающий агент выбран из 2-амино-2-метил-1,3-пропандиола, 2-амино-2(гидроксиметил)пропан-1,3-диола (называемого также трис(гидроксиметил)-аминометаном) и 2-амино-2-этил-1,3-пропандиола. Очень предпочтительно, очищающий агент является 2-амино-2(гидроксиметил)пропан-1,3-диолом, который содержит три гидроксильные группы.

Очищающий агент имеет такую поглощающую емкость, что он позволяет поглотить альдегиды, присутствующие в помещении и, таким образом, очистить внутренний воздух. Очищающий агент поглощает такие альдегиды как формальдегид, ацетальдегид, пропиональдегид, кротональдегид, бутиральдегид, бензальдегид, валеральдегид или гексальдегид.

Строительная смесь включает по меньшей мере одно вяжущее, минеральное или органическое, которое может быть гидравлическим вяжущим, источником сульфата кальция, магнийфосфатным вяжущим, известью и/или полимерными дисперсиями или редиспергируемыми порошками.

Минеральное вяжущее выбрано из гидравлических вяжущих, источников сульфата кальция, извести и/или магнийфосфатных вяжущих. Из гидравлических вяжущих можно назвать портландцементы, глиноземистые цементы, сульфоглиноземистые цементы, белитовые цементы, доменные шлаки, пуццолановые цементные смеси, возможно содержащие летучую золу, тонкую кремнеземную пыль, известняк, обожженные сланцы и/или натуральные или обожженные пуццоланы. В предлагаемой настоящим изобретением строительной смеси этот тип вяжущего можно использовать самостоятельно или в композиции. Из источников сульфата кальция можно назвать гипсовый камень или полуводный гипс, гипс и/или безводный гипс.

В случае органического вяжущего его выбирают из полимерных дисперсий или редиспергируемых порошков. Можно назвать акриловые и/или виниловые полимеры или сополимеры, сополимеры стирола и бутадиена, сополимеры стирола и акриловой кислоты, сополимеры винилацетата и этилена, сополимеры винилацетата и винилверсатата, а также их производные.

Количество минерального или органического вяжущего составляет от 1 до 95 вес.% от полного количества различных компонентов сухой или пастообразной строительной смеси.

Сухая или пастообразная строительная смесь содержит грануляты, заполнители, песок и/или известковые и/или кремнеземистые наполнители. Эти соединения влияют, в частности, на реологические свойства, твердость или внешний вид конечного продукта. Их содержание обычно составляет от 1 до 95 вес.% от полного веса композиции.

Сухая или пастообразная строительная смесь согласно настоящему изобретению помимо очищающего агента предпочтительно содержит добавки, такие как реологические добавки, например, пластификаторы или суперпластификаторы, водоудерживающие добавки, загустители, биоцидные защитные средства, диспергирующие добавки, водоотталкивающие составы, пигменты, ускорители и/или замедлители, а также другие агенты, позволяющие улучшить схватывание, твердение и/или стабильность строительного раствора или бетона после нанесения, скорректировать цвет, пластичность смеси, укладку или непроницаемость. Полное содержание добавок варьируется от 0,001% до 5% от полного веса смеси компонентов строительной смеси.

Настоящее изобретение относится также к способу получения описанной выше сухой или пастообразной строительной смеси. Согласно одному варианту осуществления, очищающий агент, способный улавливать альдегиды, напрямую смешивают с вяжущим, гранулятом, заполнителями, песком и/или наполнителями и, возможно, с другим добавками в ходе приготовления строительной смеси. Можно также добавить очищающий агент прямо в уже приготовленную строительную смесь, содержащую по меньшей мере одно вяжущее, по меньшей мере грануляты, заполнители, песок и/или наполнители и возможные добавки. Это добавление модно осуществить перед или в момент затворения строительной смеси водой в случае сухой смеси. Одним из преимуществ очищающего агента, используемого в строительных смесях согласно изобретению, является, в частности, то, что он находится в виде порошка, что позволяет вводить его наравне с другим компонентами строительной смеси.

Настоящее изобретение относится также к внутреннему покрытию для полов, стен и/или потолков, получаемому, исходя из сухой строительной смеси, затворенной водой, или из пастообразной строительной смеси, после отверждения. Такое покрытие содержит от 5 до 50 г/м² очищающего агента, способного улавливать альдегиды и выбранного из аминоспиртов, как написано выше.

Покрытие согласно настоящему изобретению позволяет поглощать и, следовательно, очищать помещение, в котором оно нанесено, в течение нескольких лет. Таким образом, его срок службы вполне совместим с обычным использованием внутреннего покрытия, то есть несколько лет. Изобретение относится также к применению такого покрытия для снижения количества альдегидов в воздухе внутри здания. Покрытие по настоящему изобретению является достаточно пористым, чтобы загрязнители, содержащиеся в окружающем воздухе, могли напрямую улавливаться очищающим агентом, содержащимся в строительной смеси, использовавшейся для получения указанного покрытия.

Очень предпочтительно, продукты, полученные из сухой или пастообразной строительной смеси по настоящему изобретению, не имеют запаха аммиака.

Следующие примеры иллюстрируют изобретение, но не ограничивают его объем.

Пример 1 : Внутренняя штукатурка на основе цемента, содержащая трис(гидроксиметил)-аминометан, улавливающий формальдегиды

К штукатурке для внутренних работ на основе цемента, имеющейся в продаже под названием Weber.star 220, добавляют 1 вес.% трис(гидроксиметил)-аминометана.

Измеряют эффективность удаления этой смесью согласно изобретению загрязнителей типа формальдегида, содержащихся в газовой фазе, и сравнивают со смесью для внутренней штукатурки того же типа (Weber.star 220), но без добавки, способной улавливать формальдегиды. Для калибровки тестировали также пустую испытательную камеру без образца штукатурки.

Разные образцы испытывали параллельно в трех испытательных камерах в соответствии с методом, описанным в стандарте ISO 16000-23, в следующих условиях:

- загрязняющую примесь вводили на вход каждой камеры, содержащей каждый образец, в концентрации примерно 90 ppbv (объемных частей на миллиард),

- относительная влажность в испытательной камере: 49%,

- температура в испытательной камеры: 23°C,

- расход воздуха, содержащего загрязняющее вещество: 1,6 л/мин,

- площадь поверхности каждого образца: 0,2 м² (каждая камера содержала два куска размером 380 мм*270 мм каждый),

- объем камеры: 28,2 л.

Каждое испытание состоит в помещении каждого из образцов штукатурки в камеру, в непрерывном пропускании потока воздуха, загрязненного формальдегидами, через камеру таким образом, чтобы поверхность образца непрерывно продувалась потоком загрязненного воздуха, и в измерении на выходе камеры концентрации формальдегида, присутствующего в выходящем воздухе. Циркуляцию загрязненного воздуха через камеру поддерживают в течение 320 часов.

Фигура 1 показывает зависимость от времени изменения концентрации формальдегида в воздухе, выходящем из камеры, для разных исследованных образцов.

Как и следовало ожидать, воздух, выходящий из камеры без образца штукатурки (кривая, изображенная символами в форме треугольников), не меняется с течением времени: концентрация формальдегида остается стабильной (около 90 ppbv). В камере, содержащей внутреннюю штукатурку Weber.star 220 без добавки, способной улавливать загрязняющие вещества (кривая, изображенная символами в форме квадратов), концентрация формальдегида непрерывно повышается, достигая через примерно 180 минут уровня загрязняющего вещества во входящем воздухе. В начале испытания концентрация формальдегида является довольно низкой (менее 20 ppbv), что можно объяснить физической абсорбцией загрязняющего вещества в порах матрицы штукатурки.

Отметим, однако, что в камере, которая содержит образец согласно настоящему изобретению, то есть образец штукатурки Weber.star 220, содержащей 1 вес.% трис(гидроксиметил)-аминометана (кривая, показанная символами в форме ромбов), концентрация формальдегида остается стабильной и ниже 5 ppbv в течение всего испытания. Таким образом, штукатурка, полученная из строительной смеси, содержащей ловушку формальдегида, является достаточно активной, чтобы удалить все загрязняющее вещество, введенное в течение всей продолжительности испытания.

Пример 2 : Определение емкости поглощения формальдегида внутренней штукатурки на основе цемента, содержащей 1% агента, способного улавливать формальдегид

Испытания проводили в соответствии со стандартом ISO 16000-23, чтобы определить сорбционную емкость внутренней штукатурки, выпускаемой под названием Weber.star 220, к которой добавлен 1 вес.% трис(гидроксиметил)-аминометана.

Штукатурку после отвердевания дробили вручную в ступке и просеивали. Фракции размером от 1 до 4 мм помещали в стеклянную трубку внутренним диаметром 20 мм так, чтобы заполнить 123 мм трубки. Количество измельченного вещества в стеклянной трубке составляет 34,99 г. Поток воздуха, загрязненного формальдегидами, подают с расходом 1,6 л/мин в трубку, содержащую образец, и параллельно в контрольную трубку без образца. Концентрация формальдегида в воздухе, входящем в трубки, составляет около 2000 ppbv. Испытания проводили при температуре 23°C. Концентрации формальдегидов в потоке воздуха, выходящего из каждой трубки, измеряли непрерывно.

Фигура 2 показывает количество поглощенного формальдегида в зависимости от времени. Испытание было остановлено через 240 часов (то есть через 10 дней), а максимальная сорбционная емкость образца исследуемой штукатурки все еще не была достигнута. К моменту остановки испытания штукатурка во введенном количестве (т.е. 34,99 г) поглотила 28,6 мг формальдегида.

Следовательно, 1 г штукатурки по настоящему изобретению, то есть содержащей 1 вес.% трис(гидроксиметил)-аминометана, может поглотить по меньшей мере 0,82 мг формальдегида.

Пример 3 : Оценка долгосрочных характеристик штукатурки, содержащей 1 вес.% трис(гидроксиметил)аминометана

Исходя из испытаний, проведенных в примере 2, которые позволяют заключить, что сорбционная емкость составляет по меньшей мере 0,82 мг формальдегида на грамм штукатурки, и учитывая тот факт, что используют 3 кг штукатурки на м², параметры, используемые в модели эталонной комнаты AgBB (аббревиатура AgBB соответствует "Ausschuss zur gesundheitlichen Bewertung von Bauprodukten", т.е. Комитет гигиенической экспертизы строительной продукции, занимающийся выделениями VOC в строительных материалах), а также принимая концентрацию формальдегида в равновесном состоянии равной 50 мкг/м³ (что означает, что в комнате всегда находится 1,5 мг формальдегида), можно определить, что штукатурка в этой комнате способна поглотить все количество формальдегида, выделяющееся в течение по меньшей мере 16 лет.

Для этих расчетов использовали следующие данные:

- сорбционная емкость штукатурки в отношении формальдегида: по меньшей мере 0,82 мг на грамм штукатурки,

- площадь поверхности, покрытой штукатуркой: 43,4 м²,

- расход штукатурки: 3 кг/м²,

- количество штукатурки в помещении: 130,2 кг,

- объем помещения: 30 м³,

- расход воздуха для воздухообмена в помещении: 0,5 л/ч.

Пример 4 : Оценка изменения цвета

Внутреннюю отделочную штукатурку на основе гипса, содержащую 30 вес.% полуводного гипса CaSO₄, 69 вес.% известкового песка и либо 1 вес.% трис(гидроксиметил)-аминометана, либо 1 вес.% ацетоацетамида, смешивают с 25 вес.% воды и наносят толщиной 2 мм на фиброцементную плиту. Таким же способом готовят контрольный образец без ловушки и с той же внутренней штукатуркой на основе гипса. Степень выцветания (пожелтение) оценивают, измеряя колориметрические параметры L*, a*, b* с помощью спектрофотометра CM-3610d марки Konica Minolta (осветитель D65 в системе CIELab 1976) после хранения в помещении в условиях окружающей среды в течение 1 дня, 20 дней и 40 дней.

Как следует из таблицы 1 и фигуры 3, которая показывает изменение параметра b* в зависимости от времени для разных исследуемых образцов, цвет оставался стабильным для контрольного образца, который не содержал улавливающего агента, и для образца, который содержал трис(гидроксиметил)аминометан. Однако образец, содержавший 1 вес.% ацетоацетамида в качестве ловушки, имел тенденцию к пожелтению со временем.

Таблица 1

L*,a*,b*
через 1 день L*,a*,b*
через 20 дней L*,a*,b*
через 40 дней Контрольный образец без ловушки 90,14
0,3
3,06 89,58
0,25
2,88 89,24
0,27
2,88 Образец, содержащий 1 вес.% ацетоацетамида 89,23
0,23
3,68 89,06
-0,06
4,77 88,37
-0,19
5,87 Образец, содержащий 1 вес.% трис(гидроксиметил)аминометана 89,12
0,33
3,37 89,17
0,29
3,27 89,37
0,26
3,2

Пример 5 : Выделение аммиака

Образец внутренней штукатурки на основе коммерческого цемента, выпускаемой в продажу под названием Weber.star 220, смешивают с 1 вес.% трис(гидроксиметил)аминометана либо с 1 вес.% ацетоацетамида и с водой.

100 г каждого свежеприготовленного образца помещают в закрытые сушильные шкафы. Через 24 часа измеряют концентрацию аммиака в воздухе внутри шкафа с помощью датчика аммиака (газоанализатор Draeger 5/a) и насоса Draeger Accuro. Проведенные измерения показали, что воздух в сушильном шкафу, в котором находился образец с ацетоацетамидом в качестве ловушки, содержал 40 ppm аммиака. В воздухе шкафа, в котором находился образец штукатурки с трис(гидроксиметил)аминометаном, никаких следов аммиака обнаружено не было.

Группа изобретений относится к строительству. Технический результат – эффективное удаление альдегидов в течение нескольких лет с сохранением цвета покрытия. Отсутствие запаха. Сухая или пастообразная строительная смесь для штукатурки или покрытия, используемых во внутренней отделке, содержит по меньшей мере одно вяжущее, по меньшей мере грануляты, заполнители, песок и/или наполнители и по меньшей мере одну добавку. Указанная, по меньшей мере одна, добавка является агентом в виде порошка, способным улавливать альдегиды, такие как формальдегид, ацетальдегид, пропиональдегид, кротональдегид, бутиральдегид, бензальдегид, валеральдегид или гексальдегид, и представляет собой первичный аминоспирт формулы R₁R₂R₃-C-NH₂, где R₁, R₂ и R₃ означают алкильные группы, содержащие от 1 до 6 атомов углерода (C1-C6), атомы водорода или гидроксильные группы -OH, причем по меньшей мере одна из групп R₁, R₂ или R₃ содержит гидроксильную группу. 4 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл., 5 пр.

1. Сухая или пастообразная строительная смесь для штукатурки или покрытия, используемых во внутренней отделке, содержащая по меньшей мере одно вяжущее, по меньшей мере грануляты, заполнители, песок и/или наполнители и по меньшей мере одну добавку, отличающаяся тем, что указанная, по меньшей мере одна, добавка является агентом в виде порошка, способным улавливать альдегиды, такие, как формальдегид, ацетальдегид, пропиональдегид, кротональдегид, бутиральдегид, бензальдегид, валеральдегид или гексальдегид, и выбрана из первичного аминоспирта формулы R₁R₂R₃-C-NH₂, где R₁, R₂ и R₃ означают алкильные группы, содержащие от 1 до 6 атомов углерода (C1-C6), атомы водорода или гидроксильные группы -OH, причем по меньшей мере одна из групп R₁, R₂ или R₃ содержит гидроксильную группу.

2. Смесь по п. 1, отличающаяся тем, что указанный агент выбран из 2-амино-2-метил-1,3-пропандиола, 2-амино-2-(гидроксиметил)пропан-1,3-диола, 2-амино-2-этил-1,3-пропандиола.

3. Смесь по одному из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что вяжущее выбрано из:

- гидравлического вяжущего, выбранного из портландцементов, глиноземистых цементов, сульфоглиноземистых цементов, белитовых цементов, доменных шлаков, пуццолановых цементных смесей, возможно содержащих летучую золу, тонкой кремнеземной пыли, известняка, обожженных сланцев и/или натуральных или обожженных пуццоланов, используемых по отдельности или в смеси,

- источника сульфата кальция, выбранного из гипсового камня или полуводного гипса, гипса и/или безводного гипса,

- известняка,

- магнийфосфатных вяжущих, и/или

- органического вяжущего, выбранного из полимерных дисперсий или редиспергируемых порошков, таких как акриловые и/или виниловые полимеры или сополимеры, сополимеры стирола и бутадиена, сополимеры стирола и акриловой кислоты, сополимеры винилацетата и этилена, сополимеры винилацетата и винилверсатата, а также их производные,

причем содержание вяжущего составляет от 1% до 95% от общей массы смеси компонентов.

4. Смесь по одному из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит добавки, такие как реологические добавки, например, пластификаторы или суперпластификаторы, водоудерживающие добавки, загустители, биоцидные защитные средства, диспергирующие добавки, водоотталкивающие составы, пигменты, ускорители и/или замедлители и другие агенты, позволяющие улучшить схватывание, твердение и/или стабильность строительного раствора или бетона после нанесения, скорректировать цвет, пластичность смеси, укладку или непроницаемость, причем общее содержание добавок варьируется в интервале от 0,001% до 5% от общей массы всех компонентов.

5. Способ получения сухой или пастообразной строительной смеси по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что агент, способный улавливать альдегиды, напрямую смешивают с вяжущим, гранулятами, заполнителями, песком и/или наполнителями и другими возможными добавками.

6. Покрытие для внутренней отделки для полов, стен и/или потолков, полученное из сухой строительной смеси, затворенной водой, или из пастообразной строительной смеси по одному из пп. 1-4, после отверждения.

7. Покрытие по п. 6, отличающееся тем, что оно содержит от 5 до 50 г/м² агента, способного улавливать альдегиды, выбранного из аминоспиртов.

8. Применение покрытия по одному из пп. 6 или 7 для снижения количества альдегидов в воздухе внутри здания.