ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКИЕ КОМПОЗИЦИИ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДНЫХ КРАСОК Российский патент 2022 года по МПК C04B28/04 C04B111/20 C04B41/45 C09D1/06 

1. Область техники

Изобретение относится к фотокаталитическим композициям, например, к фотокаталитическим композициям на цементной основе, и их применению для получения водных красок.

2. Уровень техники

Настоящее изобретение относится к фотокаталитическим композициям, например, к фотокаталитическим композициям на цементной основе, и их применению для получения водных красок.

Фотокатализ представляет собой природное явление, наблюдаемое в некоторых веществах, называемых фотокатализаторами, которые при облучении светом с подходящей длиной волны могут катализировать некоторые химические реакции. В частности, в присутствии воздуха и света на поверхности, содержащей фотокаталитическое вещество, активируются окислительные процессы, которые приводят к превращению и/или разрушению органических и неорганических загрязняющих веществ (например, микроорганизмов, оксидов азота, поликонденсированных ароматических продуктов, бензола, диоксида серы, монооксида углерода, формальдегида, ацетальдегида, метанола, этанола, бензола, этилбензола, метилбензола, монооксида и диоксида азота). Указанные загрязняющие и/или токсичные вещества превращаются в результате фотокаталитического процесса в безопасные вещества, которые могут вымываться дождевой водой или при промывке, такие как нитрат натрия (NaNO3), сульфат кальция (CaSO4), нитрат кальция (Ca(NO3)2) и карбонат кальция (CaCO3).

Таким образом, фотокаталитические процессы можно применять для существенного снижения содержания загрязняющих веществ в окружающей среде, таких как те, что образуются в выхлопных газах автомобилей, на промышленных предприятиях, при отоплении домов и из других источников, и в то же время для удаления грязи, плесени и бактерий, которые разрушают поверхности зданий или других сооружений.

Фотокатализаторы в общем случае представляют собой соединения металлов, такие как диоксид титана, TiO2, который является наиболее активным и часто применяемым агентом, оксид цинка, ZnO, и другие оксиды и сульфиды (например, CeO2, ZrO2, SnO2, CdS, ZnS и т.д.).

Предпринимались значительные усилия для обеспечения композиций, содержащих фотокатализатор, для применения в качестве покрытия поверхностей зданий, которые можно наносить способами, традиционно используемыми в строительстве; указанные композиции обеспечивают значительный и продолжительный фотокаталитический эффект, при этом имеют приемлемый эстетический эффект, а также, безусловно, являются недорогими, что тем самым позволяет применять их в промышленных масштабах.

3. Обсуждение уровня техники

Согласно уровню техники фотокаталитический продукт обычно вводят в состав красок или лаков совместно с традиционным по существу органическим основанием. Тем не менее, указанные составы, которые являются органическими по природе, подвержены превращениям и/или разрушению, катализируемым фотокатализатором, таким образом, свойства нанесенного покрытия ухудшаются со временем, что приводит к явлениям отслаивания и истирания, а также вызывает быстрое снижение исходных фотокаталитических свойств.

В данной области техники также известны композиции на цементной основе, которые содержат фотокатализатор.

Например, в заявке на патент WO 2009/013337 описаны фотокаталитические композиции, содержащие: гидравлический связующий материал; сверхтекучий поликарбоксильный или акриловый агент; простой эфир целлюлозы с вязкостью от 10000 до 120000 мПа·с; адгезив; известковый, кремнистый или кремнеизвестковый наполнитель; и фотокатализатор. Указанные композиции могут обладать свойствами текучести, которые делают их особенно подходящими для нанесения на крупные поверхности в отсутствие образования брызг или деформации.

В патентной заявке WO 2013/018059 описана фотокаталитическая порошковая краска для разбавления в воде, содержащая: портландцемент в комбинации с фотокаталитическим диоксидом титана в нанодисперсной форме; известковое инертное вещество с максимальным размером частиц менее 100 мкм; целлюлозу с вязкостью менее 1000 мПа·с; разжижающий агент; противопенный агент; виниловый полимер; и пигменты. Указанная композиция также содержит по меньшей мере одну из следующих добавок: метакаолин, формиат кальция и диатомитовую землю.

Авторы настоящего изобретения столкнулись с техническими проблемами, касающимися улучшения отражающих свойств высушенного красящего продукта, улучшения продуктивности (площадь высушенной окрашенной поверхности на кг жидкой краски) нанесения красящего продукта на поверхность после сушки, улучшения теплоизоляции высушенного красящего продукта, улучшения нанесения покрытия на поверхность и упрощения работы с жидкой краской, уменьшения тенденции к сохранению полосности на высушенном красящем продукте, улучшения скольжения жидкого красящего продукта по поверхности, уменьшения продолжительности смешения фотокаталитического порошка на цементной основе с водой, уменьшения плотности жидкой краски, увеличения максимального количества воды на кг фотокаталитического порошка на цементной основе и увеличения срока эксплуатации жидкой краски, который представляет собой время, требуемое для затвердения краски.

Авторы настоящего изобретения столкнулись с техническими проблемами предложения фотокаталитической композиции (например, композиции на цементной основе), которую можно применять для получения водных красок, а именно покрытий для стен с очень низкой толщиной слоя, в частности, для наружной отделки, которая:

(a) может обеспечивать сильный фотокаталитический эффект, сохраняющийся со временем, и при этом содержит относительно низкое количество фотокатализатора, как правило, менее 10% по массе;

(b) может обеспечивать получение и нанесение водной краски с использованием традиционного устройства, такого как те, что обычно используются в малярных работах, и оптимальные результаты с точки зрения однородности покрытия и его стойкости к факторам выветривания;

(с) позволяет применять продукты, не имеющие токсических эффектов, не содержащие тяжелые металлы или опасные и органические растворители, в частности, ароматические растворители, в результате чего получают продукт с содержанием летучих органических соединений (ЛОС) менее 0,35 г/л.

Указанные и другие задачи, которые будут более подробно проиллюстрированы ниже в настоящем документе, были решены авторами изобретения посредством применения фотокаталитической композиции на цементной основе, такой как определено в последующем описании и/или прилагаемой формуле изобретения, которая обеспечивает улучшенное отражение видимого излучения и другие эффекты.

Краткое описание изобретения

Согласно первому аспекту изобретения предложена фармацевтическая композиция, содержащая:

(a) по меньшей мере один неорганический связующий материал;

(b) по меньшей мере один фотокатализатор;

(c) по меньшей мере одну целлюлозу с очень низкой вязкостью;

(d) по меньшей мере один разжижающий агент;

(e) по меньшей мере один первый известковый наполнитель в виде частиц, среди которых по меньшей мере 95% по массе имеют размер не более 40 мкм;

(f) по меньшей мере один второй известковый наполнитель в виде частиц, среди которых по меньшей мере 95% по массе имеют размер не более 20 мкм;

(g) по меньшей мере один теплоизоляционный материал, содержащий полые керамические сферы с диаметром в субмиллиметровом диапазоне;

(h) полые микросферы из боросиликатного стекла.

Преимущества заключаются в том, что полые керамические сферы с диаметром в субмиллиметровом диапазоне улучшают продуктивность (площадь высушенной окрашенной поверхности на кг жидкой краски) нанесения красящего продукта на поверхность после сушки, улучшают теплоизоляцию высушенного красящего продукта и улучшают отражающие свойства высушенного красящего продукта; полые микросферы из боросиликатного стекла улучшают продуктивность (площадь высушенной окрашенной поверхности на кг жидкой краски) нанесения красящего продукта на поверхность после сушки, улучшают отражающие свойства высушенного красящего продукта и упрощают работу с жидкой краской, включающей композицию. Краска, включающая композицию, имеет пониженную тенденцию к сохранению полосности высушенного красящего продукта и обеспечивает улучшенное скольжение жидкого красящего продукта по поверхности. Краска, включающая композицию, имеет низкую продолжительность смешения, составляющую 1 минуту. Краска, включающая композицию, имеет низкую удельную плотность 1,0 относительно воды. Краска, включающая композицию, имеет высокую продуктивность 14 м²/кг. Краска, включающая композицию, может содержать до 7,5 литра воды на 10 кг краски, что является высоким количеством. Срок эксплуатации жидкой краски, включающей композицию, который представляет собой время, требуемое для затвердения краски, составляет 3 часа, т.е. является достаточно продолжительным.

Фотокаталитическая композиция может представлять собой композицию, в которой:

(a) содержание неорганического связующего материала, который представляет собой связующий материал на цементной основе, находится в диапазоне от 20% до 50% по массе;

(b) содержание фотокатализатора, представляющего собой частицы диоксида титана, обладающего фотокаталитической активностью в видимой области спектра, составляет от 0,5% до 5% по массе;

(c) содержание целлюлозы с очень низкой вязкостью находится в диапазоне от 0,8% до 2,2% по массе;

(d) содержание разжижающего агента находится в диапазоне от 0,1% до 1,2% по массе;

(e) содержание первого известкового наполнителя находится в диапазоне от 15% до 35% по массе;

(f) содержание второго известкового наполнителя находится в диапазоне от 15% до 35% по массе;

(g) содержание теплоизоляционного материала, содержащего полые керамические сферы с диаметром в субмиллиметровом диапазоне, находится в диапазоне от 0,1% до 4% по массе;

(h) содержание полых микросфер из боросиликатного стекла находится в диапазоне от 0,1% до 4% по массе.

Преимущества включают те, что перечислены выше.

Фотокаталитическая композиция может представлять собой композицию, в которой связующий материал на цементной основе (a) представляет собой портландцемент.

Фотокаталитическая композиция может представлять собой композицию, в которой фотокатализатор представляет собой частицы диоксида титана, имеющего кристаллическую форму анатаза.

Фотокаталитическая композиция может представлять собой композицию, в которой частицы диоксида титана, имеющего кристаллическую форму анатаза, имеют гранулометрический состав, где по меньшей мере 95% частиц по массе имеют размеры не более 50 нм, предпочтительно не более 20 нм.

Фотокаталитическая композиция может представлять собой композицию, в которой фотокаталитический диоксид титана находится в смеси с нефотокаталитическим диоксидом титана.

Фотокаталитическая композиция может представлять собой композицию, в которой содержание нефотокаталитического диоксида титана находится в диапазоне от 2% до 10% по массе.

Фотокаталитическая композиция может представлять собой композицию, в которой целлюлоза (c) имеет вязкость по Брукфилду RVT при 20°C от 100 до 70000 мПа·с, предпочтительно от 100 до 30000 мПа·с, более предпочтительно от 200 до 10000 мПа·с.

Фотокаталитическая композиция может представлять собой композицию, дополнительно содержащую: (i) по меньшей мере один гидрофобный виниловый полимер, предпочтительно терполимер винилхлорида, этилена и сложного винилового эфира CH2=CH-O-C(=O)-R, где R представляет собой линейный или разветвленный C4-C24 алкил.

Фотокаталитическая композиция может представлять собой композицию, в которой содержание по меньшей мере одного гидрофобного винилового полимера находится в диапазоне от 1% до 6% по массе.

Фотокаталитическая композиция может представлять собой композицию, в которой разжижающий агент представляет собой поликарбоновую кислоту.

Фотокаталитическая композиция может представлять собой композицию, включающую метакаолин в диапазоне от 1,5% до 10% по массе.

Фотокаталитическая композиция может представлять собой композицию, включающую противопенный агент в количестве в диапазоне от 0,1% до 2,8% по массе.

Фотокаталитическая композиция может представлять собой композицию, в которой полые керамические сферы с размером в субмиллиметровом диапазоне имеют теплопроводность менее 0,20 Вт/(м·К).

Фотокаталитическая композиция может представлять собой композицию, в которой полые керамические сферы с размером в субмиллиметровом диапазоне включают теплоотражающее покрытие.

Фотокаталитическая композиция может представлять собой композицию, в которой полые керамические сферы с размером в субмиллиметровом диапазоне имеют средний диаметр менее 200 мкм.

Фотокаталитическая композиция может представлять собой композицию, в которой полые керамические сферы с размером в субмиллиметровом диапазоне имеют средний диаметр менее 50 мкм.

Фотокаталитическая композиция может представлять собой композицию, включающую быстро диспергируемый пигмент.

Согласно второму аспекту изобретения предложено применение фотокаталитической композиции согласно любому аспекту первого аспекта изобретения, для нанесения покрытия на строящиеся объекты для уменьшения количества загрязняющих агентов.

Применение может представлять собой применение, при котором в фотокаталитическую композицию добавляют воду заданном количестве путем смешения до получения гомогенного и текучего продукта.

Применение может представлять собой применение, при котором массовое отношение воды к связующему материалу на цементной основе (a) составляет от 0,2 до 0,8.

Применение может представлять собой применение, при котором после нанесения и сушки фотокаталитическая композиция образует слой покрытия толщиной от 0,05 мм до 1 мм, предпочтительно от 0,1 до 0,5 мм.

Согласно третьему аспекту изобретения предложено применение фотокаталитической композиции согласно любому аспекту первого аспекта изобретения для нанесения покрытия на поверхности, изготовленные из металлического, древесного или пластикового материала, например, из поливинилхлорида (ПВХ).

Фотокаталитическая композиция может представлять собой композицию, не включающую тяжелые металлы и органические растворители.

Фотокаталитическая композиция может представлять собой композицию, в которой содержание летучих органических соединений (ЛОС) составляет менее 0,35 г/литр.

Фотокаталитическая композиция может представлять собой композицию, включающую воздухововлекающие агенты.

Фотокаталитическая композиция может представлять собой композицию, включающую кизельгур.

Согласно четвертому аспекту изобретения предложено покрытие, получаемое с применением фотокаталитической композиции согласно любому аспекту первого аспекта изобретения.

Согласно пятому аспекту изобретения предложена сухая смесь, содержащая композицию согласно любому аспекту первого аспекта изобретения, но не включающая воду.

Согласно шестому аспекту изобретения предложено фотокаталитическое покрытие, включающее сухую смесь согласно пятому аспекту изобретения в смеси с водой.

Согласно седьмому аспекту изобретения предложено применение фотокаталитической композиции согласно любому аспекту первого аспекта изобретения в текучей краске, не дающей брызг.

Согласно восьмому аспекту изобретения предложено здание или конструкция, на которое(-ую) было нанесено покрытие, включающее фотокаталитическую композицию согласно любому аспекту первого аспекта изобретения.

Покрытие может быть нанесено на наружную поверхность здания или конструкции.

Покрытие может быть нанесено на внутреннюю поверхность здания или конструкции.

Согласно девятому аспекту изобретения предложен способ нанесения покрытия на здание или конструкцию, включающий стадию нанесения покрытия на здание или конструкцию с применением покрытия, включающего фотокаталитическую композицию согласно любому аспекту первого аспекта изобретения.

Способ может представлять собой способ, в котором покрытие наносят на наружную поверхность здания или конструкции.

Способ может представлять собой способ, в котором покрытие наносят на внутреннюю поверхность здания или конструкции.

Согласно десятому аспекту изобретения предложен способ получения фотокаталитической композиции, включающий смешение компонентов согласно любому аспекту первого аспекта изобретения.

Способ может представлять собой способ, включающий смешение компонентов в течение периода времени, достаточного для обеспечения хорошей гомогенизации.

Согласно одиннадцатому аспекту изобретения предложен программный продукт для компьютера, который может быть исполнен на компьютере для контролирования способа получения фотокаталитической композиции согласно десятому аспекту изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР

Далее аспекты изобретения будут описаны в качестве примера(-ов) при помощи следующих фигур, на которых:

на фиг. 1 показана таблица с данными о размерах частиц для серии полых стеклянных продуктов 3M (ЗАРЕГИСТРИРОВАННЫЙ В ВЕЛИКОБРИТАНИИ ТОВАРНЫЙ ЗНАК). Источник: 3M (REGISTERED TRADE MARK IN THE UK) Glass Bubbles K Series, S Series and iM Series product information, 3M Center St. Paul, MN 55144-1000, USA (2013);

на фиг. 2 показана таблица с характеристиками типового продукта KRONOClean (ЗАРЕГИСТРИРОВАННЫЙ В ЕС ТОВАРНЫЙ ЗНАК) 7000. Источник: KRONOS Worldwide, Inc., 5430 LBJ Freeway, Suite 1700, Dallas, TX, 75240, United States (2011).

Подробное описание

Можно обратиться к публикации WO2015145375A1, в которой описаны схожие композиции, применения и способы. Содержание WO2015145375A1 включено посредством ссылки.

Композиции описаны в следующей таблице, где содержание описанных компонентов и соответствующие диапазоны указаны в процентах по массе.

Компонент От (%) До (%) Неорганический связующий материал, например, связующий материал на основе цемента 20 50 Первый известковый материал в виде частиц, среди которых по меньшей мере 95% по массе имеют размер не более 40 мкм 15 35 Второй известковый материал в виде частиц, среди которых по меньшей мере 95% по массе имеют размер не более 20 мкм 15 35 Метакаолин 1,5 10 Диоксид титана 2 10 Целлюлоза с очень низкой вязкостью 0,8 2,2 Разжижающая карбоновая кислота 0,1 1,2 Гидрофобный виниловый полимер 1 6 Противопенный агент 0,1 2,8 Керамические сферы с размеров в субмиллиметровом диапазоне, например, наносферы со средним диаметром 100 мкм или средним диаметром 25 мкм, например, производства Ludovici Raffaele e Figli s.r.l. S.S. 261 Subequana - Loc. La Fossa - 67021 Barisciano (AQ), Italy 0,1 4 Полые стеклянные микросферы, например, из боросиликатного стекла, например, серии 3M 0,1 4 Наночастицы диоксида титана, обладающие фотокаталитической активностью в видимой области спектра 0,5 5

Композиции могут дополнительно включать при необходимости быстро диспергируемые пигменты.

В рамках настоящего описания и прилагаемой формулы изобретения количества различных компонентов фотокаталитической композиции выражены, за исключением случаев, где указано иное, в процентах по массе относительно общей массы композиции, как таковой.

Согласно одному из аспектов настоящее изобретение относится к применению фотокаталитической композиции на цементной основе, такой как определено выше, для нанесения покрытия на строительные конструкции для уменьшения количества загрязняющих агентов.

Кроме того, настоящее изобретение относится к применению фотокаталитической композиции на цементной основе, такой как определено выше, для нанесения покрытия на поверхности, изготовленные из металлического, древесного или пластикового материала, например, поливинилхлорида (ПВХ). Если рассматривать связующий материал на цементной основе, то его, как правило, получают из гидравлического материала на цементной основе, который имеет форму порошка в сухом состоянии и при смешении с водой образует пластичный материал, который может уплотняться и затвердевать по прошествии периода времени, достаточного для его нанесения в пластичном состоянии. Предпочтительно связующий материал на основе цемента представляет собой портландцемент.

Предпочтительно фотокатализатор представляет собой диоксид титана в фотокаталитической форме, т.е. главным образом в кристаллической форме анатаза. Фотокаталитический диоксид титана предпочтительно имеет такой размер частиц, что по меньшей мере 95% по массе имеют размер не более 50 нм, более предпочтительно не более 20 нм. Предпочтительно фотокаталитический диоксид титана имеет площадь поверхности от 100 до 500 м²/г. Фотокаталитический диоксид титана также можно применять в смеси с нефотокаталитическим диоксидом титана, например, в кристаллической форме рутила, который придает интенсивную белую окраску композиции. Предпочтительно нефотокаталитический диоксид титана содержится в количестве от 0,5 до 20% по массе, более предпочтительно от 2 до 10% по массе.

В одном из примеров фотокатализатор, который представляет собой диоксид титана в фотокаталитической форме, т.е. главным образом в кристаллической форме анатаза, представляет собой KRONOClean (ЗАРЕГИСТРИРОВАННЫЙ В ЕС ТОВАРНЫЙ ЗНАК) 7000, поставляемый KRONOS Worldwide, Inc., 5430 LBJ Freeway, Suite 1700, Dallas, TX, 75240, United States. Типовые характеристики продукта KRONOClean (ЗАРЕГИСТРИРОВАННЫЙ В ЕС ТОВАРНЫЙ ЗНАК) 7000 показаны на фиг. 2.

Если рассматривать целлюлозу с очень низкой вязкостью, то она предпочтительно имеет вязкость по Брукфилду RVT при 20°C от 100 до 70000 мПа·с, более предпочтительно от 100 до 30000 мПа·с, еще более предпочтительно от 200 до 10000 мПа·с. Вязкость можно измерять, например, в 2 масс.% растворе в воде. В частности, целлюлоза может представлять собой простой эфир целлюлозы, который может быть выбран из: этилцеллюлозы, гидроксипропилцеллюлозы, метилгидроксипропилцеллюлозы, метилцеллюлозы, карбоксиметилцеллюлозы, метилкарбоксиэтилцеллюлозы или их смесей. Продукты этого типа можно найти на рынке, например, под торговыми марками Culminal (ЗАРЕГИСТРИРОВАННЫЙ В ВЕЛИКОБРИТАНИИ ТОВАРНЫЙ ЗНАК), Walocel (ЗАРЕГИСТРИРОВАННЫЙ В ВЕЛИКОБРИТАНИИ ТОВАРНЫЙ ЗНАК) и Tylose (ЗАРЕГИСТРИРОВАННЫЙ В ВЕЛИКОБРИТАНИИ ТОВАРНЫЙ ЗНАК).

Разжижающий агент может быть выбран из продуктов, традиционно применяемых в производстве цемента. Они, как правило, представляют собой виниловые или акриловые полимеры, такие как, например: поливинилацетат, поливинилверсатат, полибутилакрилат или их сополимеры (например, коммерческие продукты производства Elotex). Предпочтительно разжижающий агент представляет собой сверхтекучий агент, например, поликарбоксилат, более конкретно сополимер ненасыщенной одно- или двухосновной карбоновой кислоты и полимеризуемого ненасыщенного сомономера. Примеры ненасыщенных одно- или двухосновных карбоновых кислот включают: акриловую кислоту, метакриловую кислоту, кротоновую кислоту, малеиновую кислоту, фумаровую кислоту, итаконовую кислоту, цитраконовую кислоту и т.д. Примеры полимеризуемых ненасыщенных мономеров включают: моно(мет)акрилат полиалкиленгликоля (например, моноакрилат триэтиленгликлоя и моноакрилат полиэтиленгликоля, в котором полиэтиленгликоль имеет среднюю молекулярную массу от 200 до 1000). Продукты этого типа можно найти на рынке, например, под торговой маркой Melflux (ЗАРЕГИСТРИРОВАННЫЙ В ЕС ТОВАРНЫЙ ЗНАК).

Известковые наполнители, определенные, например, в стандарте UNI EN 12620: 2008, представляют собой тонко измельченные известковые минералы, содержащие, главным образом, карбонат кальция (в общем случае содержание карбоната кальция составляет по меньшей мере 75% по массе). Авторы настоящего изобретения полагают, что добавление второго известкового наполнителя, имеющего более мелкие частицы по сравнению с первым, позволяет получать покрытие более высокого качества, так как мелкие гранулы заполняют пустоты между частицами других материалов, в частности, между частицами фотокатализатора.

Фотокаталитическая композиция согласно настоящему изобретению может содержать по меньшей мере один гидрофобный виниловый полимер, который обеспечивает улучшение гидрофобных свойств водной краски. Указанный полимер, доступный в порошковой форме, предпочтительно можно добавлять в количестве от 1 до 20% по массе, более предпочтительно от 1 до 6% по массе. Предпочтительно гидрофобный виниловый полимер представляет собой терполимер винихлорида, этилена и сложного винилового эфира CH2=CH-O-C(=O)-R, где R представляет собой линейный или разветвленный C4-C24 алкил, например, виниллаурат. Продукты этого типа можно найти на рынке, например, под торговой маркой Vinnapas (ЗАРЕГИСТРИРОВАННЫЙ В ЕС ТОВАРНЫЙ ЗНАК).

Керамические сферы с размеров в субмиллиметровом диапазоне в фотокаталитической композиции согласно настоящему изобретению также можно называть «наносферами», которые, например, имеют средний диаметр 100 мкм или, например, средний диаметр 25 мкм, и получены, например, в Ludovici Raffaele e Figli s.r.l. S.S. 261 Subequana - Loc. La Fossa - 67021 Barisciano (AQ), Italy. Сферы могут быть полыми. Сферы могут включать нетоксичное покрытие. Номер в Гармонизированной системе описания и кодирования товаров Всемирной таможенной организации: 6815-99-4000. Регистрационные номера CAS в соответствии с законом о контроле за токсичными веществами США (TSCA): 1302-98-8, 1335-30-4, 65997-17-3, 1344-00-9. Сферы могут иметь 98% прочность к сжатию при 7000 psi (4,8 МПа). Сферы могут иметь твердость 5 по шкале Мооса. Сферы могут иметь плотность примерно 0,40 г/см³. В состав сфер могут быть включены: силикон 65%, алюминий 9,6%, диоксид титана 0,4%. Сферы могут иметь температуру плавления примерно 1600°C, коэффициент излучения 0,62 и коэффициент преломления 1,53. Сферы могут иметь теплопроводность 0,101 Вт/(м·К) (подтверждено в Certimac, Via Granarolo, 62 Faenza (RA), 48018, Italy). Толщина полученного теплоизоляционного слоя может составлять 250 мкм для 2 слоев сфер со средним диаметром 100 мкм, или 60 мкм для 2 слоев сфер со средним диаметром 25 мкм. Контактное термическое сопротивление внутренних стен после нанесения двух слоев продукта может составлять: 0,1655 м²К/Вт (подтверждено в Certimac). Контактное термическое сопротивление наружных стен после нанесения двух слоев продукта может составлять: 0,0425 м²К/Вт (подтверждено в Certimac). В одном из примеров керамические сферы с размером в субмиллиметровом диапазоне имеют теплопроводность менее 0,2 Вт/(м·К). В одном из примеров керамические сферы с размером в субмиллиметровом диапазоне имеют средний диаметр менее 200 мкм. В одном из примеров керамические сферы с размером в субмиллиметровом диапазоне имеют средний диаметр менее 50 мкм.

Предложена краска для наружной или внутренней отделки, содержащая керамические сферы с размером в субмиллиметровом диапазоне, которые являются полыми и имеют теплоотражающее покрытие и характеризуются содержанием диоксида титана менее 0,35%. Указанные керамические сферы с размером в субмиллиметровом диапазоне могут иметь коэффициент излучения менее 0,63, средний размер частиц 100 микрон или 25 микрон, экологический сертификат Совета по экологическому строительству США и теплопроводность 0,11 Вт/(м·К). Керамические сферы с размером в субмиллиметровом диапазоне могут быть инертными (химически стабильными) и неканцерогенными. Керамические сферы с размером в субмиллиметровом диапазоне можно вмешивать в краску в соответствующих количествах в полном соответствии с инструкциями по работе с керамическими сферами с размером в субмиллиметровом диапазоне и по работе с краской.

Стеклянные шарики могут представлять собой искусственные микросферы из полого стекла, которые являются альтернативой традиционным наполнителям и добавкам, таким как оксиды кремния, карбонат кальция, тальк, глина и т.д., для различных применений. Указанные частицы с низкой плотностью можно применять для уменьшения массы, снижения затрат и улучшения свойств продукта. Стеклянные шарики сферической формы имеют ряд важных преимуществ, включая: повышенную плотность упаковки наполнителя, пониженную вязкость/улучшенную текучесть и пониженную усадку и деформацию. Стеклянные шарики можно легко вмешивать в смеси и использовать в различных производственных процессах, включая распыление, формование и литье.

Химически стабильный состав сфер из известково-натриево-боросиликатного стекла серии 3M (ЗАРЕГИСТРИРОВАННЫЙ В ВЕЛИКОБРИТАНИИ ТОВАРНЫЙ ЗНАК) обеспечивает превосходную водостойкость и позволяет получать более стабильные эмульсии. Они также являются негорючими и непористыми, таким образом, они не абсорбируют смолу. Кроме того, низкая щелочность стеклянных сфер серии 3M (ЗАРЕГИСТРИРОВАННЫЙ В ВЕЛИКОБРИТАНИИ ТОВАРНЫЙ ЗНАК) придает им совместимость с большинством смол, стабильную вязкость и продолжительный срок хранения.

Стеклянные шарики 3M (ЗАРЕГИСТРИРОВАННЫЙ В ВЕЛИКОБРИТАНИИ ТОВАРНЫЙ ЗНАК) серии K, серии S и серии iM специально предназначены для обеспечения высокого отношения предела прочности к массе. Они образуют стабильные полости, которые обеспечивают низкую теплопроводность и диэлектрическую постоянную. Данные о размере частиц стеклянных сфер 3M (ЗАРЕГИСТРИРОВАННЫЙ В ВЕЛИКОБРИТАНИИ ТОВАРНЫЙ ЗНАК) серии K, серии S и серии iM приведены на фигуре 1.

Фотокаталитическая композиция согласно настоящему изобретению также может содержать дополнительные добавки, традиционно используемые в продуктах этого типа, такие как: противопенные агенты, пигменты, разрыхляющие добавки, формиат кальция, диатомитовая земля и т.д.

Фотокаталитическую композицию согласно настоящему изобретению можно получать согласно известным способам путем смешения различных компонентов в сухом состоянии в любом порядке с применением подходящего механического смесителя, например, планетарного смесителя, в течение периода времени, достаточного для обеспечения хорошей гомогенизации.

Для получения водной краски в фотокаталитическую композицию добавляют воду заданном количестве, смешивают до получения гомогенного и текучего продукта.

Массовое отношение воды к связующему материалу на цементной основе может изменяться в широких пределах в зависимости от вида применяемых компонентов и предполагаемого способа применения. Массовое отношение вода/связующий материал в общем случае составляет от 0,2 до 0,8.

Водную краску можно наносить с использованием традиционного устройства, такого как те, что обычно применяют в малярных работах, например, кисти и валики или даже шпатели, совки, вакуумные насосы и т.д. Нанесение можно проводить на строения различного типа, такие как стеновые конструкции, как наружные, так и внутренние, черепица, плитка, сборные конструкции, сооружения из цемента, такие как звукопоглощающие барьеры и разделительные барьеры, тоннели, облицовочный бетон, конструкционные элементы городских строений или уличного оборудования. Толщина слоя фотокаталитической композиции после нанесения и сушки может изменяться в широких пределах в зависимости от типа строения и желаемого фотокаталитического эффекта. В общем случае толщина от 0,05 мм до 1 мм, более предпочтительно от 0,1 до 0,5 мм является достаточной.

Примечание

Следует понимать, что описанные выше варианты исключительно иллюстрируют возможность практического применения основ настоящего изобретения. Можно предложить многочисленные модификации и альтернативные варианты, не выходящие за рамки сущности и объема настоящего изобретения. Несмотря на то, что настоящее изобретению было показано на чертежах и в полном объеме подробно и в деталях описано выше при помощи тех вариантов, которые на момент подачи заявки рассматривались в качестве наиболее практичного(-ых) и предпочтительного(-ых) примера(-ов) изобретения, специалистам в данной области техники будет понятно, что можно проводить разнообразные модификации, не выходя за рамки основ и концепции изобретения, приведенного в настоящем описании.

Изобретение относится к фотокаталитическим композициям, например к фотокаталитическим композициям на цементной основе, и к их применению для получения водных красок. Предложенная фотокаталитическая композиция содержит: (a) по меньшей мере один связующий материал, представляющий собой портландцемент, в количестве от 20 до 50% по массе; (b) по меньшей мере один фотокатализатор, где по меньшей мере один фотокатализатор представляет собой частицы диоксида титана, обладающего фотокаталитической активностью в видимой области спектра, в количестве от 0,5% до 5% по массе; (c) по меньшей мере одну целлюлозу, имеющую вязкость по Брукфилду RVT при 20°C от 100 до 70000 мПа⋅с, в количестве от 0,8% до 2,2% по массе; (d) по меньшей мере один разжижающий агент в количестве от 0,1% до 1,2% по массе; (e) по меньшей мере один первый известковый наполнитель в виде частиц, среди которых по меньшей мере 95% по массе имеют размер не более 40 мкм, где количество первого известкового наполнителя находится в диапазоне от 15% до 35% по массе; (f) по меньшей мере один второй известковый наполнитель в виде частиц, среди которых по меньшей мере 95% по массе имеют размер не более 20 мкм, где количество второго известкового наполнителя находится в диапазоне от 15% до 35% по массе, причем второй известковый наполнитель имеет более мелкие частицы по сравнению с первым; (g) по меньшей мере один теплоизоляционный материал, содержащий полые керамические сферы с диаметром в субмиллиметровом диапазоне в количестве от 0,1% до 4% по массе, и (h) полые микросферы из боросиликатного стекла в количестве от 0,1% до 4% по массе. Указанная фотокаталитическая композиция применяется для нанесения покрытия на строительные конструкции для уменьшения количества загрязняющих агентов. Способ получения указанной композиции включает смешение компонентов в течение периода времени, достаточного для обеспечения хорошей гомогенизации. Достигаемый технический результат – улучшение теплоизоляционных и отражающих свойств красящего продукта, а также площади окрашенной высушенной поверхности на кг жидкой краски. 5 н. и 21 з.п. ф-лы, 2 табл., 2 ил.

1. Фотокаталитическая композиция, содержащая:

(a) по меньшей мере один связующий материал, представляющий собой портландцемент, в количестве от 20 до 50% по массе;

(b) по меньшей мере один фотокатализатор, где по меньшей мере один фотокатализатор представляет собой частицы диоксида титана, обладающего фотокаталитической активностью в видимой области спектра, в количестве от 0,5% до 5% по массе;

(c) по меньшей мере одну целлюлозу, имеющую вязкость по Брукфилду RVT при 20°C от 100 до 70000 мПа·с, в количестве от 0,8% до 2,2% по массе;

(d) по меньшей мере один разжижающий агент в количестве от 0,1% до 1,2% по массе;

(e) по меньшей мере один первый известковый наполнитель в виде частиц, среди которых по меньшей мере 95% по массе имеют размер не более 40 мкм, где количество первого известкового наполнителя находится в диапазоне от 15% до 35% по массе;

(f) по меньшей мере один второй известковый наполнитель в виде частиц, среди которых по меньшей мере 95% по массе имеют размер не более 20 мкм, где количество второго известкового наполнителя находится в диапазоне от 15% до 35% по массе, причем второй известковый наполнитель имеет более мелкие частицы по сравнению с первым;

(g) по меньшей мере один теплоизоляционный материал, содержащий полые керамические сферы с диаметром в субмиллиметровом диапазоне в количестве от 0,1% до 4% по массе, и

(h) полые микросферы из боросиликатного стекла в количестве от 0,1% до 4% по массе.

2. Фотокаталитическая композиция по п. 1, отличающаяся тем, что указанный по меньшей мере один фотокатализатор представляет собой частицы диоксида титана в кристаллической форме анатаза.

3. Фотокаталитическая композиция по п. 2, отличающаяся тем, что указанные частицы диоксида титана в кристаллической форме анатаза имеют гранулометрический состав, где по меньшей мере 95% по массе частиц имеют размер не более 50 нм, предпочтительно не более 20 нм.

4. Фотокаталитическая композиция по пп. 2 или 3, отличающаяся тем, что указанный фотокаталитический диоксид титана присутствует в смеси с нефотокаталитическим диоксидом титана.

5. Фотокаталитическая композиция по п. 4, отличающаяся тем, что содержание указанного нефотокаталитического диоксида титана находится в диапазоне от 2% до 10% по массе.

6. Фотокаталитическая композиция по любому из пп. 1-5, отличающаяся тем, что указанная целлюлоза (c) имеет вязкость по Брукфилду RVT при 20°C от 100 до 30000 мПа·с, предпочтительно от 200 до 10000 мПа·с.

7. Фотокаталитическая композиция по любому из пп. 1-6, дополнительно содержащая: (i) по меньшей мере один гидрофобный виниловый полимер, предпочтительно терполимер винилхлорида, этилена и сложного винилового эфира CH2=CH-O-C(=O)-R, где R представляет собой линейный или разветвленный C4-C24 алкил.

8. Фотокаталитическая композиция по п. 7, отличающаяся тем, что содержание указанного по меньшей мере одного гидрофобного винилового полимера находится в диапазоне от 1% до 6% по массе.

9. Фотокаталитическая композиция по любому из пп. 1-8, отличающаяся тем, что указанный по меньшей мере один разжижающий агент представляет собой поликарбоновую кислоту.

10. Фотокаталитическая композиция по любому из пп. 1-9, включающая метакаолин в количестве в диапазоне от 1,5% до 10% по массе.

11. Фотокаталитическая композиция по любому из пп. 1-10, включающая противопенный агент в количестве в диапазоне от 0,1% до 2,8% по массе.

12. Фотокаталитическая композиция по любому из пп. 1-11, отличающаяся тем, что указанные полые керамические сферы с размером в субмиллиметровом диапазоне имеют теплопроводность менее 0,20 Вт/(м·К).

13. Фотокаталитическая композиция по любому из пп. 1-12, отличающаяся тем, что указанные полые керамические сферы с размером в субмиллиметровом диапазоне имеют средний диаметр менее 200 мкм.

14. Фотокаталитическая композиция по п. 13, отличающаяся тем, что указанные полые керамические сферы с размером в субмиллиметровом диапазоне имеют средний диаметр менее 50 мкм.

15. Фотокаталитическая композиция по любому из пп. 1-14, включающая быстро диспергируемый пигмент.

16. Применение фотокаталитической композиции по любому из пп. 1-15, для нанесения покрытия на строительные конструкции для уменьшения количества загрязняющих агентов.

17. Применение по п. 16, отличающееся тем, что в указанную фотокаталитическую композицию добавляют воду в заданном количестве путем смешения до получения гомогенного и текучего продукта.

18. Применение по п. 17, отличающееся тем, что массовое отношение воды к связующему материалу на цементной основе (a) составляет от 0,2 до 0,8.

19. Применение по любому из пп. 16-18, отличающееся тем, что указанная фотокаталитическая композиция после нанесения и сушки образует слой покрытия, имеющий толщину от 0,05 мм до 1 мм, предпочтительно от 0,1 до 0,5 мм.

20. Фотокаталитическая композиция по любому из пп. 1-15, которая

(i) не включает тяжелые металлы и органические растворители, или

(ii) в которой содержание летучих органических соединений (ЛОС) составляет менее 0,35 г/литр, или

(iii) включает воздухововлекающие агенты, или

(iv) включает кизельгур.

21. Покрытие, полученное с применением фотокаталитической композиции по любому из пп. 1-15 или 20.

22. Строение или конструкция, на которое(-ую) нанесено покрытие, включающее фотокаталитическую композицию по любому из пп. 1-15 или 20.

23. Строение или конструкция по п. 22, на наружную поверхность которого нанесено покрытие.

24. Строение или конструкция по п. 22, на внутреннюю поверхность которого нанесено покрытие.

25. Способ получения фотокаталитической композиции, включающий смешение компонентов по любому из пп. 1-15 или 20.

26. Способ по п. 25, включающий смешение компонентов в течение периода времени, достаточного для обеспечения хорошей гомогенизации.