Комплексная гидрофобизирующая силиконовая добавка Российский патент 2025 года по МПК E04B1/88 C09J183/04 C09J109/08 

Изобретение относится к добавкам для органического связующего на основе формальдегидных смол, используемого при производстве тепло- и звукоизоляционной плиты или других строительных конструкций из неорганического (минерального или стеклянного) волокна (ваты). В настоящее время к изделиям из минерального или стеклянного волокна (ваты) предъявляют высокие требования по прочности, долговечности, экологичности и экономическим показателям. Как правило, данные требования являются взаимоисключающими, и конечный продукт является результатом компромисса. Повышение прочности и долговечности требует увеличения содержания органического связующего на основе формальдегидных смол, которое в свою очередь повышает стоимость изделия и снижает экологические показатели. Также долговечность строительных изделий из неорганического волокна напрямую связана с влагостойкостью, которой исходное волокно (вата) не обладает из-за своего состава и строения. Повышение влагостойкости строительных конструкций из неорганического волокна (ваты) и придание их поверхности гидрофобности осуществляют за счет применения составов на основе силиконсодержащих препараторов (масел), которые наносятся в виде растворов в органических растворителях или в виде водных эмульсий. Применение эмульсионной формы гидрофобизатора является предпочтительным, т.к. она является экологичной и технологичной, ввиду того, что ее можно вводить непосредственно в органическое связующее на основе формальдегидных смол. Однако данные гидрофобизирующие составы нередко снижают прочностные характеристики конечных изделий вследствие уменьшения адгезии связующего к поверхности минерального или стеклянного волокна (ваты). Предлагаемая комплексная гидрофобизирующая силиконовая добавка представляет собой прямую водную комплексную эмульсию силиконового масла и акрил-стирольного полимера в присутствии коалесцента, диспергатора, пеногасителя, загустителя и этиленгликоля. Применение данной добавки позволяет придать поверхности неорганического волокна (ваты) гидрофобные свойства с водопоглощением при частичном погружении не более 1% масс. и повысить механические прочностные характеристики конечного изделия до 31% (прочность на сжатие при 10%-ной линейной деформации). Заявляемый результат достигается за счет введения в состав добавки акрил-стирольного полимера в присутствии коалесцента, диспергатора, пеногасителя, загустителя и этиленгликоля.

Известен состав гидрофобизирующего средства (JP 2004059609 A), состоящего из амино-модифицированного силикона в виде масла или эмульсии, полученного путем его эмульгирования с использованием поверхностно-активного вещества с полифункциональным изоцианатом. Недостатком данного состава является применение дорогостоящего амино-модифицированного силикона и также применение неэкологичных изоцианатов.

Также известен способ получения кремнийорганических эмульсий для придания строительным материалам гидрофобности (EP 0908498 A2). В работе описаны водные эмульсии кремнийорганических соединений, содержащих алкокси- и аминоалкильные группы, включающие в свой состав эмульгаторы: алкилсульфаты, алкилсульфонаты, соли карбоновых кислот с 8-20 атомами углерода, жирные кислоты и другие. Недостатком изложенного способа является использование дорогостоящего амино-модифицированного силикона.

Известен способ получения гидрофобизирующих эмульсий, описанный в рекомендациях по приготовлению и применению гидрофобизированных бетонов и растворов (Москва, НИИЖБ Госстроя СССР, 1984, 14 с.) и эмульсия КЭ-30-04, описанная ТУ 6-02-816-78, состоящая из полиэтилгидросилоксана (ГКЖ-94 марки 136-41), поливинилового спирта и воды, получаемая следующим способом. Вначале получают 4%-ный раствор поливинилового спирта, добавлением ПВС в холодную воду. После введения эмульгатора в воду, раствор хранят закрытым, при комнатной температуре 1 сутки, в течение которых происходит набухание эмульгатора. Через сутки раствор подогревают до температуры 70-80°С, которую поддерживают до полного растворения эмульгатора. В течение всего времени нагревания необходимо постоянное перемешивание раствора. После полного растворения эмульгатора раствор охлаждают до комнатной температуры и процеживают. Водную эмульсию полиэтилгидросилоксана в растворе поливинилового спирта приготавливают в быстроходном смесителе, в который сначала вливают охлажденный 4%-ный раствор поливинилового спирта и постепенно вливают ГКЖ-94 (5 раз в течение 6-7 мин). Соотношение ГКЖ-94 и раствора поливинилового спирта принимают 1:1 (по массе). Недостатком этого способа является то, что полученная водная эмульсия полиэтилгидросилоксана, в присутствии ПВС может привести к снижению адгезии органического связующего к поверхности минерального или стеклянного волокна (ваты).

Известна композиция гидрофобизирующего агента (CN 109790679 B), содержащая амино-модифицированный силикон, силиконовую смолу и полифункциональное изоцианатное соединение, силиконовая смола содержит MQ, MDQ, MTQ или MDTQ в качестве составляющих компонентов, где M, D, T и Q соответственно представляют собой (R")₃SiO_0,5-, (R')₂SiO-, R' - SiO_1,5- и SiO₂ и R', представляющую собой одновалентную алифатическую углеводородную группу, содержащую от 1 до 10 атомов углерода, или одновалентную ароматическую углеводородную группу, содержащую от 6 до 15 атомов углерода. Недостатком изложенного способа является использование дорогостоящего амино-модифицированного силикона и использование в качестве усилителя адгезии изоцианата.

Известна группа гидрофобизаторов на основе растворимых в воде кремнийорганических соединений: ГКЖ-10, ГКЖ-11, ГКЖ-11 М и других модификаций, применяемых в строительстве для защиты зданий от воздействия влаги (В.М. Трофимов, В.М. Мовчанюк. Гидрофобная защита строительных материалов, конструкций, зданий и внутренних помещений. Санкт-Петербург, 1997, с.7). Основным недостатком таких гидрофобизаторов является то, что процесс перехода в водную фазу является обратимым, а именно после испарения воды с поверхности материала последующее обильное смачивание поверхности приводит к вымыванию кремнийорганического соединения.

Известен водный гидрофобизирующий состав, полученный смешиванием алкилсиликоната щелочного металла, водорастворимого силиката щелочного металла и неорганической кислоты (US 2441422 A). При этом в качестве неорганической кислоты используют преимущественно серную кислоту. Данный гидрофобизирующий состав представляет собой гелеобразный состав с рН 3-8, и при его использовании для обработки материалов с поверхности он не проникает внутрь материалов, что не позволяет придавать водоотталкивающие свойства материалам на длительный срок. Область применения такого гидрофобизатора ограничена.

Известна гидрофобизирующая композиция, содержащая как кремнийорганическую жидкость водную эмульсию, 10-15% полиэтилгидридсилоксана и 1-2% ортофосфорную кислоту (SU 1498741 A1). Недостатком приведенной композиции является то, что формирование гидрофобного слоя проходит медленно и придает изделиям гидрофобные свойства лишь через 2-7 суток при температуре 10-20°С. Кроме этого, она содержит 1-2% ортофосфорную кислоту, что ухудшает ее гидрофобные свойства и снижает адгезию формальдегидных смол к поверхности.

Известен способ получения гидрофобизирующей водной эмульсии для покрытий строительных материалов (RU 2703252 C1), заключающийся в том, что в воду, при слабом постоянном перемешивании, вводят малыми порциями поливиниловый спирт, в расчете 10% от общей массы, затем раствор нагревают до температуры не выше 80°С, перемешивают до полного растворения, вновь охлаждают и добавляют полиэтилгидросилоксан и в полученный раствор поливинилового спирта постепенно, в течение не менее 90 минут, вводят в полиэтилгидросилоксан, после чего в полученную эмульсию добавляют низкомолекулярный многоатомный спирт, при этом, соотношение раствора поливинилового спирта и полиэтилгидросилоксана принимают 3:2 по массе, причем полиэтилгидросилоксан предварительно термостатируют до температуры 60-70°С, а низкомолекулярный многоатомный спирт добавляют в охлажденную эмульсию из расчета 10% от массы эмульсии. Технический эффект от применения состава, характеризующегося добавлением низкомолекулярного многоатомного спирта в эмульсию, полученного указанным способом с применением метода инверсии фаз, заключается в формировании покрытия с повышенным контактным углом смачивания, что положительно влияет на повышение его водоотталкивающих свойств. Недостатком изложенного состава является низкая адгезия состава к поверхности неорганического волока (ваты).

Известен гидрофобизирующий состав (JP 2016030763 A), содержащий модифицированное силиконовое соединение, имеющее как минимум одну изоцианатную группу или уретановую связь, соединение, имеющее эпоксидную группу, соединение, имеющее гидроксильную группу, (мет) акриловое соединения, аминосоединение, малеимидное соединение и тиоловое соединение. Композиция для формирования водо- и маслоотталкивающей пленки содержит от 10 до 80% масс. модифицированного силиконового компаунда, от 10 до 80% масс. соединения, содержащего изоцианатную группу и/или уретановую связь, и от 1 до 50% масс. эпоксидной группы в составе покрытия для образования водо-маслоотталкивающей пленки. Недостатком изложенного состава является необходимость использования дорогостоящего модифицированного силиконового соединения и неприятный запах от применения тиолов.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является состав, описанный в патенте KR 102188425 B1. Он состоит из гибридной эмульсии, содержащей водоотталкивающий компонент и сшивающий компонент, способный вступать в реакцию с водоотталкивающим компонентом, при этом водоотталкивающий компонент и сшивающий компонент содержатся в одной капле водной эмульсии. Водоотталкивающий компонент представляет собой соединение на основе силикона, имеющее по меньшей мере одну аминогруппу, гидроксильную группу, карбоксильную группу, меркаптогруппу и эпоксидную группу, а сшивающий компонент представляет собой блочный изоцианат, в который введен полиоксиалкиленмоноалкиловый эфир, или водоотталкивающий компонент представляет собой сложный эфир жирной кислоты или сорбитановый эфир жирной кислоты, имеющий функциональную группу и длинноцепочечную алкильную группу, способную вступать в реакцию со сшивающим компонентом, а сшивающий компонент представляет собой блок-изоцианат. Содержание водоотталкивающего компонента составляет от 30 до 85% масс., а сшивающего компонента составляет от 15 до 70% масс. Водоотталкивающее средство содержит поверхностно-активное вещество и акрилатный полимер или акрило-силиконовый полимер, имеющий от 12 до 30 атомов углерода в сложноэфирной части. Недостатком данного состава является применение дорогостоящего модифицированного водоотталкивающего компонента, а также применение индивидуального акрилатного полимера или акрило-силиконового полимера, что не позволяет обеспечить высокую адгезию органического связующего к минеральному или стеклянному волокну.

Технической задачей данного изобретения является придание гидрофобных свойств минеральному или стеклянному волокну (вате) и повышение прочностных характеристик тепло- и звукоизоляционных плит и других строительных изделий, получаемых из неорганического волокна (ваты) путем их скрепления связующим на основе формальдегидных смол.

В ходе научных исследований разработан предлагаемый для защиты патентом состав комплексной гидрофобизирующей силиконовой добавки, который позволил решить поставленную техническую задачу.

Разработанная добавка представляет однородную, устойчивую, без механических включений белую жидкость с размером капель 2-6 мкм.

Масляная фаза состоит из:

масла силиконового - смеси линейных и разветвленных олигометилсилоксанов, с вязкостью 100-350 сСт при 25°С;

акрил-стирольного полимера, с массовой долей нелетучих веществ не менее 49% масс. и динамической вязкостью 1 Па⋅с при 23°С.

Водная фаза - деионизованная вода, коалесцент, диспергатор, пеногаситель, загуститель и этиленгликоль.

Техническая задача решается путем введения в состав комплексной добавки упрочняющего и увеличивающего адгезию компонента - акрил-стирольного полимера в виде водной дисперсии в присутствии коалесцента, диспергатора, пеногасителя, загустителя и этиленгликоля. Это позволяет получить гидрофобную поверхность неорганических волокон (ваты), при этом изготовленные с их использованием тепло- и звукоизляционные плиты и другие строительные конструкции при частичном погружении показывают водопоглощение не более 1% масс., и повысить механические прочностные характеристики конечного изделия до 31% (прочность на сжатие при 10%-ной линейной деформации).

Количественное содержание приведенных выше компонентов прямой эмульсии, масс.%:

масло силиконовое - смесь линейных и разветвленных олигометилсилоксанов, с вязкостью 100-350 сСт при 25°С 50 акрил-стирольная водная дисперсия, деионизованная вода, коалесцент, диспергатор, пеногаситель, загуститель 40-50 этиленгликоль остальное до 100

Рассмотрим примеры предлагаемого состава.

Пример 1

масло силиконовое - смесь линейных и разветвленных олигометилсилоксанов, с вязкостью 100 сСт при 25°С 50 вода деионизованная, коалесцент, диспергатор, пеногаситель, загуститель 50 этиленгликоль остальное до 100

Водопоглощение при частичном погружении 0,51% масс. Прочность на сжатие при 10%-ной линейной деформации 37,1 кПа.

Пример 2

масло силиконовое - смесь линейных и разветвленных олигометилсилоксанов, с вязкостью 100 сСт при 25°С 50 акрил-стирольный полимер, с массовой долей нелетучих веществ не менее 49% масс. и динамической вязкостью 1 Па⋅с при 23°С, вода деионизованная, коалесцент, диспергатор, пеногаситель, загуститель 50 этиленгликоль остальное до 100

Водопоглощение при частичном погружении 0,45% масс. Прочность на сжатие при 10%-ной линейной деформации 45,0 кПа.

Пример 3

масло силиконовое - смесь линейных и разветвленных олигометилсилоксанов, с вязкостью 200 сСт при 25°С 50 акрил-стирольный полимер, с массовой долей нелетучих веществ не менее 49% масс. и динамической вязкостью 1 Па⋅с при 23°С, вода деионизованная, коалесцент, диспергатор, пеногаситель, загуститель 50 этиленгликоль остальное до 100

Водопоглощение при частичном погружении 0,62% масс. Прочность на сжатие при 10%-ной линейной деформации 44,8 кПа.

Пример 4

масло силиконовое - смесь линейных и разветвленных олигометилсилоксанов, с вязкостью 350 сСт при 25°С 50 акрил-стирольный полимер, с массовой долей нелетучих веществ не менее 49% масс. и динамической вязкостью 1 Па⋅с при 23°С, вода деионизованная, коалесцент, диспергатор, пеногаситель, загуститель 50 этиленгликоль остальное до 100

Водопоглощение при частичном погружении 0,87% масс. Прочность на сжатие при 10%-ной линейной деформации 44,2 кПа.

Пример 5

масло силиконовое - смесь линейных и разветвленных олигометилсилоксанов, с вязкостью 200 сСт при 25°С 50 акрил-стирольный полимер, с массовой долей нелетучих веществ не менее 49% масс. и динамической вязкостью 1 Па⋅с при 23°С, вода деионизованная, коалесцент, диспергатор, пеногаситель, загуститель 45 этиленгликоль остальное до 100

Водопоглощение при частичном погружении 0,37% масс. Прочность на сжатие при 10%-ной линейной деформации 47,3 кПа.

Пример 6

масло силиконовое - смесь линейных и разветвленных олигометилсилоксанов, с вязкостью 200 сСт при 25°С 50 акрил-стирольный полимер, с массовой долей нелетучих веществ не менее 49% масс. и динамической вязкостью 1 Па⋅с при 23°С, вода деионизованная, коалесцент, диспергатор, пеногаситель, загуститель 40 этиленгликоль остальное до 100

Водопоглощение при частичном погружении 0,39% масс. Прочность на сжатие при 10%-ной линейной деформации 48,5 кПа.

Пример 7

масло силиконовое - смесь линейных и разветвленных олигометилсилоксанов, с вязкостью 100 сСт при 25°С 50 акрил-стирольный полимер, с массовой долей нелетучих веществ не менее 49% масс. и динамической вязкостью 1 Па⋅с при 23°С, вода деионизованная, коалесцент, диспергатор, пеногаситель, загуститель 40 этиленгликоль остальное до 100

Водопоглощение при частичном погружении 0,33% масс. Прочность на сжатие при 10%-ной линейной деформации 48,2 кПа.

Изобретение относится к добавкам для органического связующего на основе формальдегидных смол, используемого при производстве тепло- и звукоизоляционных плит или других строительных конструкций из неорганического волокна (ваты). Добавка представляет собой прямую водную комплексную эмульсию, содержащую, масс.%: 50 силиконового масла, 40-50 акрил-стирольного полимера в виде водной дисперсии, содержащей коалесцент, диспергатор, пеногаситель, загуститель, и этиленгликоль - остальное до 100. Предлагаемая добавка придает поверхности неорганического волокна (ваты) гидрофобные свойства и повышает механические прочностные характеристики конечного изделия до 31%. 7 пр.

Комплексная гидрофобизирующая силиконовая добавка для органического связующего на основе формальдегидных смол, используемого для изготовления тепло- и звукоизоляционных плит и других элементов строительных конструкций из неорганического волокна, характеризующаяся тем, что в ее состав входят следующие компоненты, масс.%:

масло силиконовое - смесь линейных и разветвленных олигометилсилоксанов, с вязкостью 100-350 сСт при 25°С 50 акрил-стирольная водная дисперсия 40-50 этиленгликоль остальное до 100