СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ПЛЕНКИ ПОКРЫТИЯ НА СТРОИТЕЛЬНОМ МАТЕРИАЛЕ
METHOD OF FORMING COATING FILM ON CONSTRUCTION MATERIAL

Область техники
0001
Изобретение относится к способу формирования пленки покрытия на лицевой поверхности строительного материала для одно- и многоэтажных жилых домов и т.п., в частности на лицевой поверхности внешнестеновых и внутристеновых панелей, потолочных плит, плит пола и т.п.
Уровень техники
0002
В качестве строительного материала для внешних и внутренних стен, потолков, крыш, полов и других частей одно- и многоэтажных зданий и других строительных объектов наиболее широко используются керамические панели на основе цемента (панели ALC, щепоцементные панели, цементные панели, армированные волокнами и т.п.), комбинированные панели из резины, пластмассы, металла, керамики и других материалов, армированные стеклянными или иными волокнами, волокнистые панели (древесно-стружечные панели, изоляционные плиты и т.п.), деревянные панели и т.д. Что касается внешнестеновых материалов, то в ряде заявок, в частности заявке Токке кохо 3847048, был предложен способ защиты лицевой поверхности внешнестенового материала от загрязняющего воздействия окружающей среды путем придания этой поверхности гидрофильных свойств, благодаря чему при выпадении осадков влага распределяется по поверхности пленки покрытия на лицевой поверхности внешнестенового материала, захватывает налипшую грязь и смывает ее.
0003
В последнее время проблему создания строительных материалов, обладающих свойством защиты от загрязнения, пытаются решить путем нанесения грязезащитного покрытия, содержащего различные виды гидрофильных полимеров. Однако при хранении и транспортировке строительные материалы, как правило, укладывают штабелем друг на друга, в связи с чем возникают дополнительные требования, предъявляемые к грязезащитному покрытию, а именно: 1) сравнительно быстрое высыхание и отсутствие липкости и 2) долговечность и прочность. В качестве гидрофильных полимерных материалов, удовлетворяющих указанным требованиям, могут применяться, в частности, метилсиликат, жидкое стекло, коллоидный кремнезем (коллоидный диоксид кремния), поли(мета)акриловая кислота, политетрафторэтилен (PTFE), модифицированный путем графт-полимеризации с сульфоновой кислотой и т.д.
0004
Однако при нанесении на лицевую поверхность строительного материала вышеуказанные гидрофильные полимеры обеспечивают лишь защиту материала от загрязнения и не способны придать ему противоплесневые, бактерицидные, дезодорирующие, воздухоочистительные и другие свойства, полезные с экологической точки зрения в связи с оздоровлением среды обитания человека.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение решает следующие проблемы.
0005
В связи с тем, что в последнее время большое внимание уделяется вопросам улучшения экологических характеристик среды обитания человека, все больше требований предъявляется к функциям строительных материалов. Теперь, помимо грязезащитных свойств строительные материалы должны обладать и экологическими свойствами, в частности, антиплесневыми, дезодорирующими, бактерицидными, воздухоочистительными и др.
Наиболее естественный путь получения таких материалов - это нанесение покрытия, которое в дополнение к гидрофильным полимерам, содержало бы также вещества, придающие строительным материалам вышеуказанные экологические свойства. В настоящее время оптимальными среди таких веществ являются фотохимические катализаторы. Однако, когда речь заходит о практической стороне использования известных фотохимических катализаторов, возникают весьма серьезные проблемы, связанные с тем, что для эффективного осуществления реакции фотохимического катализа на лицевой поверхности пленки покрытия концентрация фотохимического катализатора в пленке должна быть очень высокой. Дело в том, что в реакции участвует только та часть катализатора, которая доступна на лицевой поверхности пленки, что требует избыточного содержания катализатора в пленке. Однако при использовании фотохимического катализатора в количестве, при котором его часть, достаточная для эффективной каталитической реакции, оказывается доступной на лицевой поверхности пленки покрытия, неизбежным становится повышение концентрации катализатора во всей остальной области пленки, и в том числе на ее обратной поверхности (т.е. поверхности непосредственного контакта с основой или нижним слоем покрытия), в результате чего реакция фотохимического катализа, представляющая собой интенсивную реакцию окисления, начинает протекать не только на лицевой, но и на обратной поверхности каталитической пленки покрытия. Из-за этого происходит разрушение основы (или нижнего слоя), отслоение каталитической пленки покрытия, загрязнение (choking) лицевой поверхности основы (или нижнего слоя) и другие негативные явления (они называются эффектом каталитической пленки). По указанной причине перед нанесением пленки покрытия, содержащей фотохимический катализатор, приходится дополнительно наносить защитный слой, предохраняющий основу (или нижнюю пленку) от реакции, протекающей на обратной стороне пленки покрытия, что существенно увеличивает трудозатраты на изготовление строительного материала и его себестоимость. Кроме того, добавление новой технологической операции требует дополнительного оборудования и площадей. Еще одна проблема состоит в том, что первоначальное проявление гидрофильных свойств происходит только в результате инициирующего воздействия света, что затрудняет контроль гидрофильных свойств в процессе изготовления и при отгрузке строительных материалов. Наконец, при хранении и транспортировке строительные материалы, как правило, укладывают штабелем друг на друга, что приводит к появлению царапин и других дефектов. В этом случае наличие фотохимического катализатора на лицевой поверхности практически исключает возможность нанесения восстанавливающего покрытия для устранения дефектов ввиду опасности пассивации катализатора.
0006
Настоящее изобретение направлено на решение перечисленных выше проблем путем разработки такого способа формирования пленки покрытия, который позволяет получить строительный материал с лицевой поверхностью, обладающей, во-первых, грязезащитными свойствами благодаря повышенной гидрофильности пленки покрытия, и, во-вторых, рядом экологических свойств, способствующих оздоровлению среды обитания человека, в частности, противоплесневыми, дезодорирующими, бактерицидными и воздухоочистительными свойствами, благодаря наличию фотохимического катализатора в пленке покрытия.
0007
Для решения указанных проблем в п.1 формулы изобретения предложен способ формирования покрытия, согласно которому на лицевую поверхность строительного материала наносят материал покрытия, содержащий гидрофильный полимер и фотохимический катализатор, и путем сушки формируют содержащую фотохимический катализатор пленку покрытия. Данный способ отличается тем, что в качестве гидрофильного полимера используют какое-либо одно вещество или композицию нескольких веществ из следующих пяти: метилсиликат, жидкое стекло, коллоидный кремнезем (коллоидный диоксид кремния), поли(мета)акриловая кислота, политетрафторэтилен, модифицированный путем графт-полимеризации с сульфоновой кислотой; в качестве фотохимического катализатора используют титановый золь, при этом содержание фотохимического катализатора в пленке покрытия в пересчете на оксид титана составляет от 10 до 50 мас.ч. на 100 мас.ч. гидрофильного полимера, статический краевой угол или динамический отступающий краевой угол смачивания пленки покрытия составляет не более 30°, а индекс активности разложения метиленовой сини - не менее 3,0. Предпочтительно, чтобы материал покрытия обладал хорошей проницаемостью.
Статический краевой угол - это угол между поверхностью пленки покрытия, расположенной горизонтально в статическом состоянии, и касательной к поверхности водяной капли размером 2 мкм, нанесенной капельным путем на лицевую поверхность пленки покрытия, на границе раздела между пленкой, каплей и окружающей средой. Динамический отступающий краевой угол - это угол, измеряемый следующим образом: сначала на лицевую поверхность пленки покрытия, расположенную горизонтально в статическом состоянии, помещают каплю воды размером 2 мкм, затем через 1 мин помещают еще одну каплю воды размером 4 мкм, еще через минуту отсасывают каплю размером 4 мкм и еще через минуту измеряют краевой угол между пленкой покрытия и оставшейся каплей. Полученное значение и является динамическим отступающим краевым углом. Значения динамического краевого угла и статического отступающего краевого угла используют в качестве достоверных численных параметров, характеризующих гидрофильность (смачиваемость) пленки покрытия. Насколько известно авторам изобретения, достаточно высокая гидрофильность обеспечивается при значении статического или динамического отступающего краевого угла, не превышающем 30°. Исходя из этого, в настоящем изобретении величина в 30° была задана в качестве критического значения краевого угла (статического и динамического).
Индекс активности разложения метиленовой сини - это величина, установленная в Японском промышленном стандарте JIS R 1703-2. В настоящем изобретении этот индекс используется в качестве воспроизводимого и достоверного численного параметра, характеризующего эффективность фотохимического катализа, в частности, наличие дезодорирующих, бактерицидных и воздухоочистительных свойств. Метиленовая синь крайне слабо разлагается на свету, но при этом избирательно вступает в реакцию со свободными радикалами, поэтому она обладает способностью резко обесцвечиваться при образовании свободных радикалов в ходе реакции фотохимического катализа. А поскольку все без исключения эффекты (противоплесневый, бактерицидный, дезодорирующий и воздухоочистительный), являющиеся следствием фотохимического катализа, обусловлены образующимися свободными радикалами, легко заключить, что между разложением метиленовой сини и вышеперечисленными эффектами существует тесная связь. По этой причине индекс активности разложения метиленовой сини был принят в настоящем изобретении в качестве воспроизводимого и достоверного параметра, характеризующего эффективность фотохимического катализа. Критическое значение индекса активности в указанном стандарте не установлено, однако, насколько известно авторам изобретения, достаточный эффект достигается при величине индекса не менее 3,0. Эта величина была выбрана в качестве критической величины индекса активности разложения метиленовой сини для оценки эффекта от применения изобретения.
Согласно п.1. формулы изобретения на поверхность строительного материала наносят материал покрытия, содержащий титановый золь и гидрофильный полимер, представляющий собой одно вещество или комбинацию нескольких из следующих пяти веществ: метилсиликат, жидкое стекло, коллоидный кремнезем (коллоидный диоксид кремния), поли(мета)акриловая кислота, политетрафторэтилен, модифицированный путем графт-полимеризации с сульфоновой кислотой, и путем сушки нанесенного материала покрытия формируют пленку, содержащую фотохимический катализатор. Гидрофильность лицевой поверхности сформированной пленки покрытия определяется только наличием гидрофильного полимера и никак не зависит от присутствия фотохимического катализатора, и даже при отсутствии световой стимуляции пленка покрытия остается гидрофильной. В отличие от этого, в способе, использующем старую технологию, наносят каталитическое покрытие, представляющее собой композицию, содержащую фотохимический катализатор и полимер, производят сушку покрытия и затем - световую стимуляцию катализатора, формируя таким образом пленку покрытия с гидрофильной лицевой поверхностью. В настоящем изобретении статический краевой угол или динамический отступающий краевой угол пленки покрытия при отсутствии световой стимуляции составляет не более 30°, благодаря чему даже при отсутствии световой стимуляции грязезащитный эффект сохраняется. В качестве фотохимического катализатора используется титановый золь, представляющий собой вещество с исключительно высокой реакционной способностью, благодаря которому пленка покрытия приобретает противоплесневые, бактерицидные, дезодорирующие и воздухоочистительные свойства, при этом содержание катализатора в пленке в пересчете на оксид титана составляет всего лишь от 10 до 50 мас.ч. на 100 мас.ч. гидрофильного полимера, благодаря чему предотвращается протекание реакции с обратной стороны пленки (см. выше). Поскольку индекс активности разложения метиленовой сини в пленке покрытия, полученной по способу согласно настоящему изобретению, составляет не менее 3,0, указанная пленка покрытия обеспечивает достаточные противоплесневые, бактерицидные, дезодорирующие и воздухоочистительные свойства.
0008
В п.2 формулы изобретения предложен способ формирования покрытия, согласно которому на лицевую поверхность строительного материала наносят материал покрытия, содержащий гидрофильный полимер и фотохимический катализатор, и путем сушки формируют содержащую фотохимический катализатор пленку покрытия. Данный способ отличается тем, что в качестве гидрофильного полимера используют какое-либо одно вещество или комбинацию нескольких из следующих пяти веществ: метилсиликат, жидкое стекло, коллоидный кремнезем (коллоидный диоксид кремния), поли(мета)акриловая кислота, политетрафторэтилен, модифицированный путем графт-полимеризации с сульфоновой кислотой; в качестве фотохимического катализатора используют какое-либо одно вещество или комбинацию нескольких из следующих трех веществ: оксид титана с цеолитовым покрытием на лицевой поверхности, оксид титана с кремнеземным покрытием на лицевой поверхности, оксид титана с апатитовым покрытием на лицевой поверхности; в оптически невозбужденном состоянии статический краевой угол или динамический отступающий краевой угол пленки покрытия составляет не более 30°, а индекс активности разложения метиленовой сини - не менее 3,0. Так же, как и в п.1, предпочтительно, чтобы материал покрытия обладал хорошей проницаемостью.
В способе по п.2 формулы изобретения, так же, как и в способе по п.1, в отличие от способов, основанных на использовании известной технологии, на поверхность строительного материала наносят покрытие, содержащее титановый золь и гидрофильный полимер, представляющий собой одно вещество или комбинацию нескольких из следующих пяти веществ: метилсиликат, жидкое стекло, коллоидный кремнезем (коллоидный диоксид кремния), поли(мета)акриловая кислота, политетрафторэтилен, модифицированный путем графт-полимеризации с сульфоновой кислотой, и путем сушки нанесенного покрытия формируют пленку, содержащую фотохимический катализатор. Благодаря этому гидрофильные свойства лицевой поверхности сформированной пленки покрытия определяются только наличием гидрофильного полимера и не зависят от фотохимического катализатора; при этом, аналогично п.1 формулы, при отсутствии световой стимуляции статический краевой угол или динамический отступающий краевой угол пленки покрытия составляет не более 30°, и, таким образом, обеспечиваются улучшенные грязезащитные свойства покрытия. В п.2 формулы в дополнение к веществам, используемым согласно п.1 формулы, в качестве фотохимического катализатора используют какое-либо одно вещество или комбинацию нескольких из следующих трех веществ: оксид титана с цеолитовым покрытием на лицевой поверхности, оксид титана с кремнеземным покрытием на лицевой поверхности, оксид титана с апатитовым покрытием на лицевой поверхности, что обеспечивает противоплесневые, дезодорирующие, бактерицидные и воздухоочистительные свойства покрытия, при этом катализатор не вызывает протекания реакции на обратной стороне покрытия. Фотохимический катализатор, используемый в известной технологии, представляет собой тонкодисперсный порошок оксида титана типа анатаза, доступный на лицевой поверхности. На указанной лицевой поверхности протекает реакция фотохимического катализа, в результате которой образуются оксиды с высокой реакционной способностью, что приводит к разложению органических соединений вблизи реакционной области. Вследствие этого наличие диспергированного фотохимического катализатора (подобного диспергированному красителю в традиционном материале покрытия) приводит к разложению органического полимерного связующего. Однако, если нанести на лицевую поверхность катализатора химически инертное вещество, например тонкодисперсный кремнезем, цеолит, апатит и т.п., это инертное вещество будет выполнять роль буферного материала, отделяющего органические полимеры от фотохимического катализатора, и разложение полимеров будет предотвращено. При этом, если буферный материал будет нанесен не в виде пленки, а в виде игл или в виде сетки (решетки), увеличится площадь лицевой поверхности катализатора, и, таким образом, помимо выполнения обычной барьерной функции буферный материал также будет способствовать повышению адсорбционной способности, что весьма важно с точки зрения обеспечения дезодорирующих и воздухоочистительных свойств, в результате чего эффективность действия пленки покрытия еще более повысится. Другими словами, в случае, если на лицевой поверхности фотохимического катализатора сформировано химически инертное адсорбирующее покрытие, вредные вещества сначала адсорбируются на этом покрытии, а затем постепенно разлагаются под действием близлежащего катализатора, при этом не происходит разложения органических полимеров. Таким образом, обеспечивается высокая эффективность катализа, и, как следствие, пленка приобретает улучшенные дезодорирующие, бактерицидные и воздухоочистительные свойства. При этом, поскольку практически отсутствует разложение близлежащих органических веществ, не ухудшаются или практически не ухудшаются грязезащитные свойства. Имеется большое количество патентов, посвященных данному вопросу. В качестве примеров можно привести заявки №№3975270 и 3488496 (Токке кохо). То, что индекс активности разложения метиленовой сини в пленке покрытия согласно изобретению составляет не менее 3,0, свидетельствует о том, что пленка обладает достаточными противоплесневыми, бактерицидными и воздухоочистительными свойствами.
0009
В п.3 формулы изобретения предложен способ по п.п.1, 2, отличающийся тем, что покрытие содержит от 0,01 до 5 мас.ч. поверхностно-активного вещества (ПАВ) в качестве активного компонента. В качестве ПАВ можно использовать традиционные анионогенные, неионогенные и катионогенные ПАВ как по отдельности, так и в смеси.
В случае, если материал покрытия представляет собой материал на водной основе, затрудняется однородное нанесение покрытия вследствие его отталкивания гидрофобной лицевой поверхностью основы, и, если не принять мер по снижению поверхностного натяжения, получение однородной пленки покрытия будет крайне затруднено, при этом сформированная пленка будет иметь ухудшенные гидрофильные характеристики и ухудшенные характеристики эффективности фотохимического катализа. Путем добавления от 0,01 до 5 мас.ч. ПАВ в качестве активного компонента в материал покрытия по п.1 или 2 можно снизить поверхностное натяжение покрытия и повысить его сродство с лицевой поверхностью основы (или нижнего слоя), благодаря чему улучшается адгезивная способность наносимого покрытия к основе (или нижнему слою). В случае, если содержание ПАВ будет менее 0,01 мас.ч., не достигается достаточный эффект от применения ПАВ, а если содержание ПАВ превышает 5 мас.ч., то это уже не приводит к повышению эффекта, и дальнейшее увеличение содержания ПАВ приведет только к росту затрат из-за высокой стоимости ПАВ.
0010
В п.4 формулы изобретения предложен способ по п.п.1-3, отличающийся тем, что покрытие содержит от 1 до 80 мас.ч. спирта. Наиболее предпочтительно, чтобы содержание спирта составляло от 5 до 80 мас.ч.
Как уже отмечалось выше, в случае использования материала покрытия на водной основе затрудняется однородное нанесение покрытия из-за его отталкивания гидрофобной лицевой поверхностью, и, если не принять мер по снижению поверхностного натяжения покрытия на гидрофобной поверхности, получение однородной пленки покрытия будет проблематичным, при этом сформированная пленка будет иметь ухудшенные гидрофильные характеристики и ухудшенные характеристики эффективности фотохимического катализа. Путем добавления от 1 до 80 мас.ч. спирта в материал покрытия по п.п.1-3, так же, как и в случае добавления ПАВ, можно понизить поверхностное натяжение покрытия и повысить его сродство к лицевой поверхности основы (или нижнего слоя), благодаря чему улучшаются адгезивные свойства наносимого покрытия по отношению к основе (или нижнему слою). В случае, если содержание спирта будет менее 1 мас.ч., не достигается достаточный эффект от применения спирта, а если содержание спирта превысит 80 мас.ч., то это уже не будет приводить к повышению эффекта, и дальнейшее увеличение содержания спирта приведет только к росту затрат.
0011
Предпочтительно, чтобы толщина пленки покрытия составляла от 1 до 3 мкм, наиболее предпочтительно от 1 до 2 мкм. Если толщина пленки покрытия будет находиться в диапазоне от 0,1 до 3 мкм, то снижается омическое сопротивление лицевой поверхности пленки, в связи с чем затрудняется налипание пыли и грязи на лицевую поверхность и при этом обеспечивается долговременная защита лицевой поверхности основы (или нижнего слоя) под пленкой покрытия, в результате чего значительно повышается стойкость строительного материала к воздействиям окружающей среды. Если толщина пленки покрытия будет менее 0,1 мкм, то омическое сопротивление лицевой поверхности пленки не снизится настолько, чтобы серьезно затруднить налипание пыли и грязи, и при этом не будет обеспечена достаточная защита лицевой поверхности основы (или нижнего слоя). Если же толщина пленки покрытия превысит 3 мкм, то будет трудно обеспечить однородность нанесения пленки, и к тому же дальнейшее увеличение толщины пленки уже не будет приводить к повышению эффекта и приведет только к росту затрат.
Применение изобретения обуславливает следующие преимущества.
0012
Как следует из всего вышесказанного, применение способа формирования пленки покрытия согласно настоящему изобретению позволяет получить строительный материал, который, во-первых, обладает высокой гидрофильностью, и, как следствие, хорошими грязезащитными свойствами и способностью к самоочищению, которые заключаются в легком смывании налипшей грязи атмосферными осадками и т.п., и, во-вторых, обладает хорошими противоплесневыми, дезодорирующими, бактерицидными и воздухоочистительными свойствами. Кроме того, способ формирования пленки покрытия согласно изобретению исключает возможность протекания реакции на обратной стороне покрытия с участием фотохимического катализатора, содержащегося в пленке покрытия, благодаря чему устраняется необходимость предварительного нанесения предохранительного барьерного слоя в качестве основы для пленки покрытия. Тем самым упрощается технологический процесс нанесения пленки, расширяются возможности массового производства строительных материалов и снижаются производственные затраты. Еще одно преимущество способа согласно настоящему изобретению состоит в том, что гидрофильные свойства пленки покрытия на лицевой поверхности основы проявляются даже без инициирования светом, что облегчает операцию определения гидрофильных свойств в процессе изготовления, при отгрузке с завода-изготовителя и т.п., при этом даже при наличии повреждений на пленке (царапин и т.п.) их можно легко устранить путем нанесения восстанавливающего покрытия.
Предпочтительный вариант реализации изобретения
0013
Ниже приведено подробное описание способа формирования пленки покрытия согласно изобретению.
0014
Как указано в п.п.1, 2 формулы изобретения, оптимальными гидрофильными полимерами для использования согласно изобретению являются метилсиликат, жидкое стекло, коллоидный кремнезем (коллоидный диоксид кремния), поли(мета)акриловая кислота и политетрафторэтилен, модифицированный путем графт-полимеризации с сульфоновой кислотой. Поскольку эти полимеры в допустимом диапазоне взаимной растворимости имеют подходящую адгезионную способность, мягкость и другие характеристики, их можно использовать не только по отдельности, но и в смеси. В пределах, не ухудшающих гидрофильные свойства полимеров, можно использовать такие широко применяемые вещества, как акриловая смола, полиэфирная смола, акриловая смола, модифицированная силиконом, силиконовая смола, фторсодержащая смола и т.д. Эти компоненты можно также использовать в смеси со смолами, образующими водоотталкивающую пленку.
0015
Поскольку в случае фотохимического катализатора речь идет не об эффекте самоочищения (защиты от загрязнения), а о противоплесневом, дезодорирующем, бактерицидном и воздухоочистительном эффектах, совершенно очевидно, что необходимо не только эффективно инициировать реакцию фотохимического катализа, но и придать лицевой поверхности катализатора свойство адсорбции вредных веществ. Поскольку стандартные фотохимические катализаторы с малой удельной площадью лицевой поверхности обладают плохой диспергируемостью, применение традиционных способов диспергирования оказывается в данном случае невозможным. Необходимо, как указано в п.1 формулы изобретения, использовать в качестве фотохимического катализатора титановый золь, обладающий исключительно хорошей диспергируемостью, в количестве, при котором исключено протекание реакции на обратной стороне покрытия, а именно - от 10 до 15 мас.ч. титанового золя (в пересчете на оксид титана) на 100 мас.ч. гидрофильного полимера, либо, как указано в п.2 формулы изобретения, использовать оксид титана с адсорбирующим слоем на лицевой поверхности, в частности, оксид титана с цеолитовым покрытием, оксид титана с кремнеземным покрытием или оксид титана с апатитовым покрытием.
0016
Как указано в п.3 формулы изобретения, в материал покрытия, содержащий гидрофильный полимер и фотохимический катализатор, полезно добавить ПАВ. В качестве ПАВ могут использоваться обычные анионогенные, неионогенные или катионогенные ПАВ. В качестве примеров анионогенных ПАВ можно привести следующие: сернокислый эфир высшего спирта (натриевая или аммониевая соль), алкиларилсульфонат (натриевая или аммониевая соль), алкилнафталинсульфонат (натриевая или аммониевая соль), конденсированный алкилнафталинсульфонат, алкилфосфат, диалкилсульфосукцинат, канифольное мыло, соль жирной кислоты (натриевая или аммониевая) и др. В качестве примеров неионогенных ПАВ можно привести следующие: простой эфир полиоксиэтиленалкила, простой эфир полиоксиэтиленфенола, сложный эфир полиоксиэтиленалкила, полиоксиэтиленалкиламин, полиоксиэтиленаминоспирт, полиоксиэтиленалкиламид, алкиловый сложный эфир сорбитана, алкиловый сложный эфир полиоксиэтиленсорбитана и др. В качестве примеров катионогенных ПАВ можно привести следующие: ацетат октадециламина, ацетат производного имидазолина, производное полиалкиленполиамина или его соль, хлорид октадецилтриметиламмония, галогенид триметиламиноэтилалкиламида, сульфат алкилпиридина, галогенид алкилтриметиламмония и др. Можно использовать смесь двух и более ПАВ. Вышеприведенный перечень ПАВ не является исчерпывающим и включает не все ПАВ, которые могут быть использованы в настоящем изобретении. Добавление в материал покрытия от 0,01 до 5 мас.ч. ПАВ в качестве активного компонента (согласно п.3 формулы изобретения) позволяет снизить поверхностное натяжение материала покрытия и улучшить его сродство к лицевой поверхности основы (или нижнего слоя).
0017
Как указано в п.4 формулы изобретения, в материал покрытия, содержащий гидрофильный полимер и фотохимический катализатор, полезно добавить спирт. В качестве примеров спиртов, которые могут быть добавлены в материал покрытия, можно привести низшие спирты (метиловый спирт, этиловый спирт, изопропиловый спирт, бутиловый спирт, нормальный пропиловый спирт и др.) и высшие спирты (гексиловый спирт, пентиловый спирт, октанол и др.) Спирты можно использовать как по отдельности, так и в смеси. Вышеприведенный перечень спиртов не является исчерпывающим, и в него включены не все спирты, которые могут быть использованы в настоящем изобретении. К вышеперечисленным спиртам могут быть добавлены гликоли (этиленгликоль, диэтиленгликоль, триэтиленгликоль, пропиленгликоль, дипропиленгликоль и др.), растворители на основе простых эфиров гликолей (монометиловый эфир этиленгликоля, моноэтиловый эфир этиленгликоля, монобутиловый эфир этиленгликоля, моногексиловый эфир этиленгликоля, монометиловый эфир пропиленгликоля, моногексиловый эфир пропиленгликоля и др.) и растворители на основе сложных эфиров (ацетат монобутилового эфира этилегликоля, ацетат монобутилового эфира этиленгликоля и др.). Добавление в материал покрытия от 1 до 80 мас.ч. спирта в качестве активного компонента (согласно п.4 формулы изобретения) позволяет снизить поверхностное натяжение материала покрытия и улучшить его сродство к лицевой поверхности основы (или нижнего слоя).
Использование смеси двух и более спиртов (например, смеси низшего и высшего спиртов) позволяет регулировать характеристику высыхания пленки покрытия.
0018
Согласно изобретению вышеуказанный материал покрытия, содержащий гидрофильный полимер и фотохимический катализатор, наносят одним из известных способов на лицевую поверхность строительного материала и путем сушки формируют пленку покрытия, содержащую фотохимический катализатор на лицевой поверхности. В качестве способа нанесения материала покрытия можно использовать, например, аэрозольное распыление, нанесение обливом, нанесение с помощью валика, щеточное нанесение, электростатическое нанесение, нанесение с помощью колокола (центробежное нанесение), вращательное аэрозольное распыление и др. При аэрозольном распылении наносимый материал распыляют из сопла, установленного на конце аэрозольного баллона. При нанесении обливом создают пленочный поток наносимого материала, стекающий с боковой стенки резервуара, и пропускают объект нанесения через этот пленочный поток. При нанесении валиком часть вращающегося валика погружают в резервуар с наносимым материалом и переносят последний с лицевой поверхности валика на поверхность объекта нанесения. При щеточном нанесении наносят покрытие с помощью щеток, предварительно смоченных в наносимом материале. При электростатическом нанесении в качестве катода выступает заземленный объект нанесения, а в качестве анода - устройство нанесения распылением; на это устройство подают высокое отрицательное напряжение, в результате чего между катодом и анодом возникает электростатическое поле, под действием которого распыленные частицы материала покрытия заряжаются отрицательно и с высокой эффективностью адсорбируются на поверхности объекта нанесения, являющегося противоположным электродом. При нанесении с помощью колокола материал покрытия подают в колокол, вращающийся с высокой скоростью. Под действием центробежной силы материал покрытия перемещается к кромке колокола, распыляется, электрически заряжается и во взвешенном состоянии оседает на объект нанесения. При вращательном аэрозольном распылении материал покрытия распыляют из сопла, перемещающегося по замкнутой круговой траектории, расположенной по существу горизонтально сверху от тракта подачи объекта нанесения.
Перед нанесением строительный материал предпочтительно нагревают до 40-100°С, наиболее предпочтительно - до 50-80°С. Сушку производят при комнатной температуре за счет тепла сушильного устройства или путем подачи воздуха к лицевой поверхности строительного материала. Предпочтительная толщина пленки покрытия составляет от 1 до 3 мкм.
0019
Как указано в п.п.1 и 2 формулы изобретения, статический краевой угол или динамический краевой угол пленки покрытия при отсутствии световой стимуляции составляет не более 30°, что свидетельствует о том, что даже при отсутствии световой стимуляции пленка покрытия обладает хорошими грязезащитными свойствами. Как указано в п.п.1 и 2 формулы изобретения, индекс активности разложения метиленовой сини для пленки покрытия составляет не менее 3,0, что свидетельствует о наличии у нее достаточных противоплесневых, дезодорирующих, бактерицидных и воздухоочистительных свойств. При толщине пленки от 1 до 3 мкм уменьшается омическое сопротивление лицевой поверхности пленки, затрудняется налипание пыли и грязи на лицевую поверхность и обеспечивается долговременная защита основы (или нижнего слоя), что обусловливает высокую стойкость строительного материала к атмосферным воздействиям.
0020
Ниже приведено подробное описание практических примеров реализации способа согласно изобретению, а также сравнительных примеров с применением известной технологии.
0021
Практический пример 1
В качестве гидрофильного полимера использовали метилсиликат, а в качестве фотохимического катализатора - титановый золь (компания ISHIHARA SANGYO KAISHA под торговым названием STS-100). Материал покрытия согласно изобретению был приготовлен путем включения фотохимического катализатора в состав гидрофильного полимера в соотношении: 100 мас.ч. полимера на 10 мас.ч. катализатора. Ниже приведен подробный состав материала покрытия (мас.ч.):
Метилсиликат (производство фирмы «Мицубиси Кагаку Кабусики Гайся», наименование товара «MS57») 3.
Титановый золь (производство фирмы «Исихара Сангё Кабусики Гайся», наименование товара «STS (зарегистрированная торговая марка) - 100») 1,8
Катализатор процесса затвердевания (1-процентный раствор дибутилолово диацетата) 0,2
Вода 80
Метанол 15
Если исходить из предположения, что после удаления спирта в процессе сушки содержание «MS57» будет равно примерно 60%, то, поскольку содержание нелетучей составляющей вещества «STS (зарегистрированная торговая марка) - 100» равно 10%, итоговое массовое соотношение этих веществ составит примерно 100:10.
2
В примере 1 в качестве основы образца, подвергаемого испытанию для подтверждения грязезащитного эффекта согласно изобретению, использовали армированную волокнами цементную плиту прямоугольной формы размером 50 мм × 40 мм. На лицевую поверхность этой основы было предварительно нанесено (с целью окрашивания) водное стирол-акриловое покрытие. Цветовой тон плиты соответствовал CN-95 (см. справочник «Стандартные цвета лакокрасочных покрытий (карманное издание)», изданный Японской промышленной ассоциацией по лакокрасочным покрытиям). На подготовленную вышеуказанным образом основу была нанесена грязезащитная жидкость (материал покрытия вышеуказанного состава на основе гидрофильного полимера, содержащего фотохимический катализатор) с плотностью 50 г/м, и затем была произведена сушка при 60°С в течение 20 мин, после чего готовое изделие было подвергнуто испытаниям.
0022
Практический пример 2
В качестве гидрофильного полимера использовали метилсиликат, а в качестве фотохимического катализатора - титановый золь. Материал покрытия был приготовлен таким образом, чтобы массовое соотношение гидрофильного полимера и катализатора составляло 100:50.
Ниже приведен подробный состав материала покрытия (мас.ч.):
Метилсиликат (производство фирмы «Мицубиси Кагаку Кабусики Гайся», наименование товара «MS57») 3
Титановый золь (производство фирмы «Исихара Сангё Кабусики Гайся», наименование товара «STS (зарегистрированная торговая марка) - 100») 9
Катализатор процесса затвердевания (1-процентный раствор дибутилолово диацетата) 0,2
Вода 72,8
Метанол 15
0023
Практический пример 3
В качестве гидрофильного полимера использовали политетрафторэтилен, модифицированный путем графт-полимеризации с сульфоновой кислотой, а в качестве фотохимического катализатора - оксид титана с апатитовым покрытием на лицевой поверхности (компания Showa Denko К.К. под торговым названием NBT-100).
Ниже приведен подробный состав материала покрытия (мас.ч.):
Политетрафторэтилен, модифицированный путем графт-полимеризации с сульфоновой кислотой (производства фирмы «Дюпон» (США),
наименование товара «20-процентный нафион (зарегистрированная торговая марка) DE2020») 8
Оксид титана с апатитовым покрытием (производство фирмы «Сёва Дэнко Кабусики Гайся», наименование товара «NTB (зарегистрированная торговая марка) - 100») 2
Вода 75
Метанол 15
Последовательность подготовки испытуемого образца аналогична
последовательности в практическом примере 1.
0024
Практический пример 4
Вместо спиртового растворителя в материал покрытия было добавлено ПАВ.
Ниже приведен подробный состав материала покрытия (мас.ч.):
Политетрафторэтилен, модифицированный путем графт-полимеризации с сульфоновой кислотой (производство фирмы «Дюпон» (США), наименование товара «20-процентный нафион (зарегистрированная торговая марка) DE2020») 8
Оксид титана с апатитовым покрытием (производство фирмы «Сёва Дэнко Кабусики Гайся», наименование товара «NTB (зарегистрированная торговая марка)-100») 2
Вода 89
ПАВ (производство фирмы «Кёэйся Кагаку Кабусики Гайся», наименование товара «Полифло - KL600») 1
Последовательность подготовки испытуемого образца аналогична последовательности в практическом примере 1.
0025
Сравнительный пример 1
Фотохимический катализатор был заменен водой. В остальном состав материала покрытия аналогичен составу в практическом примере 1. Последовательность подготовки испытуемого образца аналогична последовательности в практическом примере 1.
0026
Сравнительный пример 2
Фотохимический катализатор был заменен водой. В остальном состав материала покрытия аналогичен составу в практическом примере 3. Последовательность подготовки испытуемого образца аналогична последовательности в практическом примере 1
0027
Сравнительный пример 3
В данном примере использовали известный фотохимический катализатор в виде порошка. В качестве полимера использовали этилсиликат. Было приготовлено традиционное каталитическое жидкое покрытие таким образом, чтобы массовое соотношение полимера и катализатора (мас.ч.) составило 100:60. Ниже приведен подробный состав материала покрытия (мас.ч.):
Метилсиликат (производство фирмы «Колкоат Кабусики Гайся», наименование товара «Этилсиликат 48») 4
Фотохимический катализатор в виде порошка (производство фирмы «Исихара Сангё Кабусики Гайся», наименование товара «ST - 01») 1,2
Катализатор процесса затвердевания (1-процентный раствор дибутилолово диацетата) 0,1
Изопропанол 96
Если исходить из предположения, что после удаления спирта в процессе сушки содержание компонента «Этилсиликат 48» будет равно примерно 48%, то, поскольку содержание нелетучей составляющей компонента «ST - 01» равно 100%, итоговое массовое соотношение этих компонентов составит примерно 100:60. Последовательность подготовки испытуемого образца аналогична последовательности в практическом примере 1.
0029
Результаты испытаний представлены в таблице.
0030
Практ. пример 1
Практ. пример 2
Практ. пример 3
Практ.пример 4
Сравн. пример 1
Сравн.пример 2
Сравн.пример 3
Сравн. пример 4
Краевой угол с водой при отсутствии световой стимуляции
30°
30°
24°
25°
30°
25°
86°
90°
*
*
*
*
Индекс активности разложения
6,0
12,0
11,6
11,6
0,0
0,0
12,0
2,0
Наличие/отсутствие реакции на обратной поверхности покрытия
Нет
Нет
Нет
Нет
Нет
Есть
Есть
Есть
Эффект самоочищения
0,3
0,2
0,3
0,3
0,3
0,3
2,0
4,1
Испытание на бактерицидность
3,0
4,2
3,5
4,0
0,0
0,0
3,0
0,5
Очистка от NOx
0,6
0,8
0,5
0,6
0,0
0,0
0,6
0,1
В таблице значок * рядом со значением краевого угла означает, что данное значение является динамическим краевым углом. Остальные значения представляют собой статический краевой угол.
0031
Измерение краевого угла с водой при отсутствии световой стимуляции.
В практических примерах 1, 2 и сравнительных примерах 1, 3 в качестве краевого угла с водой при отсутствии стимуляции измерялся статический краевой угол. С этой целью на лицевую поверхность испытуемого образца, расположенного горизонтально в статическом состоянии, капельным путем наносилась капля воды размером 2 мкм и сразу же после этого измерялся краевой угол.
В практических примерах 3, 4 и сравнительных примерах 2, 4 в качестве краевого угла с водой при отсутствии световой стимуляции измерялся динамический краевой угол. С этой целью на лицевую поверхность испытуемого образца сначала капельным путем наносилась капля воды размером 2 мкм и спустя 1 мин - вторая капля воды размером 4 мкм. Через 1 мин вторая капля отсасывалась, и еще через 1 мин измерялся краевой угол.
0032
Индекс активности разложения определяли согласно Японскому промышленному стандарту JIS R1703-2.
0033
Подтверждение наличия/отсутствия реакции на обратной поверхности пленки покрытия
3
Лицевую поверхность каждого испытуемого образца в течение 168 часов облучали невидимым светом мощностью 7 мВт/см, затем путем протирания этой лицевой поверхности черной тканью проверялось наличие/отсутствие загрязнения (choking), и путем отрыва целлофановой ленты «Гобаммоку сэротэпу» (зарегистрированная торговая марка) проверялось качество адгезии (хорошая адгезия должна быть зафиксирована в 100 случаях из 100). При отсутствии загрязнения и хорошем качестве адгезии выносилась оценка: «Отсутствие реакции на обратной поверхности пленки покрытия». Напротив, в случае, если наблюдалось загрязнение, а хорошая адгезия была зафиксирована менее чем в 100 случаях из 100, выносилась оценка: «Наличие реакции на обратной поверхности пленки покрытия».
0034
Измерение эффективности самоочищения
Испытуемые образцы выдерживали в течение 2 месяцев на открытом воздухе лицевой поверхностью на юг с наклоном 10° на территории промышленной зоны Сакайсэмбоку в префектуре Осака, после чего измеряли разность ΔЕ цветов испытуемых образцов и контрольного образца, не подвергавшегося выдержке на открытом воздухе. При ΔЕ, не превышающем 0,5, загрязнение обычно не видно невооруженным глазом. При ΔЕ, превышающем 3,0, обычно наблюдается белесое загрязнение. Исходя из этого, для испытуемых образцов, у которых ΔЕ превышал 3,0, была вынесена оценка: «Эффект самоочищения отсутствует».
0035
Испытания на бактерицидность
Испытания на бактерицидность, состоящие в сравнительной оценке бактерицидных свойств изделий, содержащих фотохимический катализатор, проводили согласно Японскому промышленному стандарту JIS R1702 с использованием золотистых шаровидных стафилококков в качестве испытательных бактерий. На основании разности числа бактерий в начале и конце 8-часового периода освещенности определяли эффективность ΔR бактерицидного действия при освещении изделия, подвергнутого бактерицидной обработке с использованием фотохимического катализатора. Хорошим показателем является значение ΔR не менее 2,0.
0036
Удаление NOx
Испытания, состоящие в сравнительной оценке эффективности удаления NOx изделиями, содержащими фотохимический катализатор, проводили согласно Японскому промышленному стандарту JIS R1701 - 1. В процессе испытаний определяли степень разложения NOx. Если строго следовать JIS, то величина расхода газообразного NOx должна составлять 3,0 л/мин, однако в данном случае испытания проводились при величине расхода, равной 0,5 л/мин. Результат измерения степени разложения выражался в мкмоль. Чем больше степень разложения, тем выше эффективность удаления NOx.
0037
Результаты испытаний (разница между практическими и сравнительными примерами)
Если говорить о краевом угле с водой при отсутствии световой стимуляции, то в практических примерах 1-4 и в сравнительных примерах 1, 2 статический краевой угол или динамический отступающий краевой угол пленки покрытия составил менее 30°, и, таким образом, наличие гидрофильных свойств у лицевой поверхности пленки при отсутствии световой стимуляции было подтверждено, а в сравнительных примерах 3, 4 динамический отступающий краевой угол составил немногим более 30°, и, таким образом, наличие гидрофильных свойств не было подтверждено.
Наличие реакции на обратной стороне пленки покрытия было подтверждено только в сравнительном примере 3 и не было подтверждено ни в одном другом примере, как практическом, так и сравнительном.
Эффект самоочищения был подтвержден в практических примерах 1-4 и сравнительных примерах 1, 2, но не был подтвержден в сравнительных примерах 3, 4. В сравнительном примере 3, очевидно, имело место влияние начального загрязнения из-за отсутствия гидрофильных свойств в начальный период времени (т.е. при отсутствии световой стимуляции), и из-за этого имело место некоторое ухудшение гидрофильности, а в сравнительном примере 4 не была надлежащим образом сформирована гидрофильная пленка покрытия на основе, обладающей высокими гидрофобными свойствами, и, очевидно, из-за этого произошло ухудшение эффекта самоочищения.
Если говорить об индексе активности разложения, бактерицидности и способности к удалению NOx, то в практических примерах 1-4 и в сравнительном примере 3 все эти характеристики были подтверждены, а в сравнительных примерах 1, 2 и 4 - не были подтверждены.
Таким образом, можно сделать вывод о том, что лицевая поверхность пленки покрытия в практических примерах 1-4 согласно изобретению обладает как хорошей гидрофильностью, так и достаточными качествами, обусловленными наличием фотохимического катализатора (за исключением проявления гидрофильных свойств в результате световой стимуляции), а именно: способностью к самоочищению, противоплесневыми, дезодорирующими, бактерицидными и воздухоочистительными свойствами. При этом в практических примерах 1-4 полностью отсутствует такой негативный фактор, как реакция на обратной поверхности пленки покрытия. Что касается сравнительного примера 3, то в нем в результате использования каталитического материала покрытия, содержащего фотохимический катализатор и обычное связующее, устойчивое к разложению, удалось обеспечить свойства, связанные с наличием фотохимический катализатора, в частности свойство самоочищения, однако при этом проявились и весьма серьезные недостатки, а именно: отсутствие гидрофильных свойств у лицевой поверхности пленки покрытия при отсутствии светового возбуждения и наличие реакции на обратной поверхности пленки покрытия.
Промышленное применение изобретения
0038
Как следует из всего вышеизложенного, применение способа формирования пленки покрытия согласно изобретению позволяет получить строительный материал, обладающий как хорошими гидрофильными свойствами, способностью к самоочищению (т.е. смыванию налипшей грязи дождевой водой и т.п.) и грязезащитными свойствами, так и экологическими свойствами, а именно - противоплесневыми, дезодорирующими, бактерицидными и воздухоочистительными свойствами. При этом способ формирования пленки покрытия согласно изобретению практически исключает возможность протекания реакции на обратной поверхности пленки покрытия под действием фотохимического катализатора, содержащегося в пленке покрытия, что избавляет от необходимости предварительного нанесения защитного барьерного слоя на основу или нижний слой, на котором формируется пленка покрытия; предложенный способ является простым с точки зрения промышленного применения и обеспечивает снижение производственных затрат. Кроме того, пленка покрытия, сформированная способом согласно изобретению, проявляет гидрофильные свойства даже без инициирования светом, что обеспечивает простоту проверки наличия гидрофильных свойств в процессе производства и при отгрузке с завода-изготовителя, при этом даже в случае повреждения пленки покрытия, в частности, появления на ней царапин и т.п., обеспечивается возможность простого устранения повреждений путем нанесения восстанавливающего покрытия.