СТРОИТЕЛЬНО-ОТДЕЛОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 2024 года по МПК C04B28/02 

Настоящее изобретение относится к области строительных материалов, а именно к производству смесей и составов для обустройства защитно-декоративных покрытий как для наружной, так и для внутренней отделки зданий и сооружений.

Известен строительно-отделочный материал, содержащий минеральное вяжущее (портландцемент), минеральный наполнитель (песок), модифицирующие добавки (микрокремнезем, суперпластификатор С-3, стекловолокно), функциональную добавку (биоцидная добавка алкилполибензилпиридинийхлорид) и воду (см. RU №2101248, МПК C04B 24/12, C04B 24/22, C04B 28/02, 1998 г.).

Недостатком данного технического решения являются низкие показатели физико-механических свойств, высокое водопоглощение и низкая адгезия к широкому кругу материалов (дерево, древесноволокнистые и цементно-стружечные плиты, пористые материалы с высоким водопоглощением и т.п.)

Известен строительный материал, содержащий минеральное вяжущее (цемент), минеральный наполнитель (песок), полимерный компонент (эпоксидная смола, полиэтиленполиамин), модифицирующую добавку (фуриловый спирт) и воду (см. Доронина, Н.Д. Методические рекомендации по применению полимерцементного бетона на основе эпоксидного связующего в дорожном строительстве / Н.Д. Доронина, А.М. Шейнин. – М.: Союздорнии, 1979. – 14 с.).

Недостатком данного строительного материала являются низкие показатели физико-механических свойств из-за отсутствия сплошной взаимопроникающей полимерцементной матрицы вследствие низкого полимерцементного соотношения.

Наиболее близким к предлагаемому строительно-отделочному материалу является материал, содержащий минеральное вяжущее (цемент), минеральный наполнитель (песок), модифицирующую добавку (микрокремнезем МК-95), полимерный компонент (дисперсия акриловая ВДСМ-КИ-01-01 (латекс)) и воду (см. RU № 2711169, МПК C04B 28/04, C04B 24/24, C04B 18/10, C04B 111/20, 2020).

Недостатком прототипа являются низкие показатели физико-механических свойств. Использование в качестве полимерного компонента акриловой дисперсии (ВДСМ-КИ-01-01) 0,10-0,13 мас. % в количестве 0,10-0,13 масс.% не обеспечивает формирование взаимопроникающей полимерцементной матрицы из-за низкой степени химического взаимодействия акриловой дисперсии и продуктов гидратации цемента, кроме того полимеризованный материал матрицы обладает невысокими физико-механическими свойствами. Использование в качестве модифицирующей добавки микрокремнезема МК-95 влияет на себестоимость конечного материала, так как МК-95 из-за особенностей производства является дорогим и нераспространенным на российском рынке.

Технической задачей изобретения является создание полимерцементного строительно-отделочного материала с повышенным комплексом физико-механических свойств.

Поставленная задача достигается тем, что строительно-отделочный материал, содержащий минеральное вяжущее (цемент), минеральный наполнитель (песок), полимерный компонент, модифицирующую добавку и воду, в качестве полимерного компонента содержит эпоксидную смолу, отвердитель аминного типа и сополимер стирола, акриловой кислоты и бутилакрилата, в качестве модифицирующей добавки содержит активированный путем термообработки до 200°С трепел и дополнительно содержит функциональную добавку, при следующем содержании компонентов, мас.%:

минеральное вяжущее (цемент) 18 – 21 минеральный наполнитель 33,5 – 42 модифицирующая добавка (трепел) 0,5 – 3 функциональная добавка 0 – 2 эпоксидная смола 1 – 3 отвердитель аминного типа 0,5 – 1,5 сополимер стирола, акриловой кислоты и бутилакрилата 17 – 21 вода 6,5 – 15

В качестве минерального вяжущего используется общестроительный цемент, изготавливаемый на основе портландцементного клинкера (например, по ГОСТ 31108-2020 «Цементы общестроительные. Технические условия»).

В качестве минерального наполнителя в материале используется песок. Модуль крупности наполнителя зависит от требований, предъявляемых к защитно-декоративному покрытию, и варьируется от 0,05 мм до 2,5 мм.

Функциональная добавка вводится в состав материала для придания ему определенных эксплуатационно-технических свойств (газопроницаемость, огнестойкость, морозостойкость, теплопроводность, электропроводность, цветность, экранирующие свойства, и др.). Конкретный вид добавки определяется необходимостью обеспечения определенных функциональных свойств покрытия, например, для придания цветового тона применяется железоокисный пигмент, экранирующие свойства обеспечиваются введением порошка шунгита, для светоотражения вводятся стеклянные сферы, огнестойкость обеспечивается введением гидроксида алюминия и т.д.

В качестве полимерного компонента в строительно-отделочном материале используется эпоксидная смола, отвердитель аминного типа и сополимер стирола, акриловой кислоты и бутилакрилата. Трехмерная пространственно-сшитая структура эпоксидной смолы формируется путем введения отвердителя, который обеспечивает образование сетчатой структуры с химическими связями между макромолекулами по реакции

с образованием твердого и хрупкого материала. Модификация эпоксидной смолы стирол-акриловой дисперсией позволяет улучшить ее технологические и эксплуатационные свойства, снизить расход олигомера и повысить степень конверсии эпоксидной смолы при ее отверждении. При взаимодействии сополимера стирола, акриловой кислоты и бутилакрилата (функциональных групп -OH, входящих в состав карбоксильных групп) с эпоксидной смолой происходит раскрытие эпоксидного кольца с образованием вторичных гидроксильных групп по реакции

которые раскрывают эпоксидное кольцо другой молекулы смолы. В результате протекания такого процесса формируются последовательные связи, а присутствие стирольного блока повышает степень линейной полимеризации эпоксидной смолы.

Сшивка образовавшихся молекул, при их взаимодействии с отвердителем аминного типа, происходит по реакции нуклеофильного присоединения к функциональным карбонильным группам C=O

Таким образом, модификация эпоксидной смолы наноразмерными частицами сополимера стирола, акриловой кислоты и бутилакрилата повышает количество линейных связей, обеспечивающих пластичность полученной полимерной матрицы, а также приводит к образованию реакционноспособных гидроксильных групп, благодаря которым обеспечивается высокая адгезия композита к различного вида основаниям.

При наличии полимеризующегося композита, состоящего из эпоксидной смолы и стирол-акриловой дисперсии, в жидкой фазе гидратирующегося цемента с добавкой активированного трепела, гидроксильные функциональные группы образуют комплексные соединения с ионами алюминия, кальция и железа

где n – валентность металла (Ca²⁺, Fe³⁺, Al³⁺).

В качестве модифицирующей добавки в составе материала используется активированный трепел. Основным достоинством трепела при его применении в составе цементных систем, является способность связывать гидроксид кальция, образующийся при гидратации портландцементных минералов в присутствии воды при обычной температуре, и предотвращать тем самым выщелачивание Ca(OH)₂.

При нормальных условиях эффективность трепела невысока, так как его поровое пространство заполнено влагой, которую можно удалить путем термической обработки. Термическая активация способствует увеличению удельной поверхности и существенному повышению адсорбционной способности частиц. Термическая обработка частиц трепела приводит к процессам дегидратации и дегидроксилации, обусловливающим характерные изменения в структуре. При нагревании трепела до 200°С структурных изменений не происходит, адсорбционная вода удаляется на 80% и образуются активные центры Si⁺ и O^-

С ионом Si⁺ взаимодействуют гидроксильные группы полимерной матрицы

с анионом кислорода взаимодействуют катионы металла (Ca²⁺), образующегося в результате гидратации цемента.

При затворении цемента водой начинается процесс гидратации фаз цементного клинкера (C3S, C2S, C3A, C4AF) с образованием гидросиликатов кальция (C_xS_yH_m), гидроалюмината кальция (C_xAH_y), гидросульфоалюмината кальция (эттрингита), гидроксидов Ca(OH)₂, Al(OH)₃, Fe(OH)₃. Аморфный активированный диоксид кремния, преимущественно содержащийся в трепеле, вступает в реакции с продуктами гидратации цемента

где n+m = 3, x+y = 6.

Основой этих реакций является то, что отрицательные заряды (анионы кислорода) сетки кремнезема компенсируются катионами кальция

При этом в цементной матрице происходит образование наноразмерных низкоосновных гидросиликатов кальция CSH и C2SH2, обладающих более развитой структурой и характеризующихся высокой прочностью.

Компоненты строительно-отделочного материала при его приготовлении смешиваются в следующей последовательности: в пустую емкость насыпается минеральный компонент (Компонент №1), состоящий из минерального вяжущего (цемент), минерального наполнителя (песок), модифицирующей добавки (трепел) и функциональной добавки, перемешивается со скоростью 1000-2000 об/мин до однородности. Во вторую емкость наливается полимерный компонент (Компонент №2), включающий сополимер стирола, акриловой кислоты и бутилакрилата, эпоксидную смолу, отвердитель аминного типа и воду, перемешивается до однородности со скоростью 500-1000 об/мин. Далее в полученный Компонент №2 постепенно добавляется Компонент №1 и перемешивается со скоростью 500-1500 об/мин до получения однородной смеси. Придание смеси необходимой подвижности на этапе перемешивания двух компонентов осуществляется за счет введения дополнительной воды.

Таким образом, в полимерминеральном композиционном материале матрица формируется из полимерной части, представляющей собой эпоксидную смолу, модифицированную наноразмерными частицами стирол- акриловой дисперсии, и минеральной, состоящей из продуктов гидратации цементного клинкера. Химически прочная фиксация компонентов матрицы обеспечивается добавкой активированного трепела. Активация, состоящая в диспергировании и последующем дегидроксилировании, позволяет сформировать на частицах SiO₂ активные окислительные и восстановительные центры (Si⁺ и O^-), взаимодействующие с гидроксильными группами полимерной части и с катионами Ca²⁺ продуктов гидратации цемента.

Изобретение может быть использовано в качестве защитно-декоративных покрытий на газосиликатных, керамзитобетонных блоках, на поверхностях кирпича, может быть нанесено на плиты: ДСП, ЦСП, ОСП, а также использоваться в качестве ремонтного состава. Наносимый слой может быть как конечным, так и промежуточным для закрепления в нем декоративной крупнокристаллической крошки. Кроме того, материал может быть использован в качестве защитного покрытия труб, прокладываемых в сильнокислотных или щелочных почвах, по дну водоемов, в том числе морей и океанов.

В таблице приведены физико-механические характеристики материала в сравнении с аналогами и прототипом.

Прочность на сжатие (МПа) Прочность на изгиб (МПа) Морозостойкость Через 28 сут Через 28 сут Через 28 сут Изобретение 77 12 F300 Аналог №1 42 6,6 не указано Аналог №2 не указано не указано не указано Прототип 38,35 не указано F300

Изобретение относится к области строительных материалов, а именно к производству смесей и составов для обустройства защитно-декоративных покрытий как для наружной, так и для внутренней отделки зданий и сооружений. Технической задачей изобретения является создание полимерцементного строительно-отделочного материала с повышенным комплексом физико-механических свойств. Решение поставленной технической задачи достигается за счет того, что строительно-отделочный материал содержит минеральное вяжущее - цемент, минеральный наполнитель - песок, полимерный компонент в виде смеси эпоксидной смолы, отвердителя аминного типа и сополимера стирола, акриловой кислоты и бутилакрилата, модифицирующую добавку активированного путем термообработки при температуре до 200°С трепела, функциональную добавку и воду при следующем содержании компонентов, мас.%: минеральное вяжущее - цемент 18-21, минеральный наполнитель - песок 33,5-42, трепел 0,5-3, функциональная добавка 0-2, эпоксидная смола 1-3, отвердитель аминного типа 0,5-1,5, сополимер стирола, акриловой кислоты и бутилакрилата 17-21, вода - 6,5-15. 1 табл.

Строительно-отделочный материал, содержащий минеральное вяжущее - цемент, минеральный наполнитель - песок, полимерный компонент, модифицирующую добавку и воду, отличающийся тем, что в качестве полимерного компонента содержит эпоксидную смолу, отвердитель аминного типа и сополимер стирола, акриловой кислоты и бутилакрилата, в качестве модифицирующей добавки содержит активированный путем термообработки до 200°С трепел и дополнительно содержит функциональную добавку при следующем содержании компонентов, мас.%:

минеральное вяжущее - цемент 18-21 минеральный наполнитель - песок 33,5-42 трепел 0,5-3 функциональная добавка 0-2 эпоксидная смола 1-3 отвердитель аминного типа 0,5-1,5 сополимер стирола, акриловой кислоты и бутилакрилата 17-21 вода 6,5-15