ОДНОКОМПОНЕНТНАЯ БЕЗВОДНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОКРЫТИЙ, ПРЕДНАЗНАЧЕННАЯ ДЛЯ ГЕРМЕТИЗАЦИИ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ И ПЛОСКИХ КРЫШ
SINGLE-COMPONENT ANHYDROUS COATING COMPOSITION FOR SEALING BUILDING STRUCTURES AND FLAT ROOFS

Настоящее изобретение относится к однокомпонентной, безводной композиции для покрытий, предназначенной для герметизации строительных конструкций и плоских крыш, на основе МС (модифицированных силановых) полимеров, состоящей из смеси полиоксиалкиленов с концевой силановой группой, предпочтительно полиоксипропиленов с концевой метокси-алкил-силановой группой, имеющих различные вязкости, и порошка мела, осушающего агента, катализаторов отверждения, ускорителей адгезии и, при желании, других добавок. Полученная отверждаемая атмосферной влагой композиция для покрытий отличается своим гидравлическим сопротивлением, высокой эластичностью, стойкостью к атмосферному воздействию, низкой степенью усадки и хорошей способностью образовывать покрытия, при этом могут быть загерметизированы не только вертикальные, и горизонтальные наружные поверхности, и переходы между различными секциями крыши.
В строительной промышленности существует необходимость герметизации строительных конструкций и/или элементов конструкций, изготовленных из минеральных или органических строительных материалов, с целью предотвращения проникновения воды; особенно важной в данном контексте является герметизация соединений или трещин. Для удовлетворения подобных требований на плоские крыши во время их установки или ремонта в течение многих лет наносили долговечные покрытия из пластмасс или вязкоупругие покрытия.
В соответствии с известными способами могут быть использованы различные герметизирующие материалы.
Начиная с начала прошлого столетия, использовались листы битумного картона (толь). Однако такая технология в настоящее время используется редко, поскольку герметизация углов, краев и отверстий является затруднительной, и, несмотря на тщательную работу, в таких местах легко возникают протечки.
Несмотря на то что использование горячего жидкого битума или полимерных смесей позволяет избежать упомянутых проблем, осуществляющие покрытие рабочие подвергаются воздействию существенных токсичных выделений. Подобные проблемы возникают при использовании содержащих растворители битумных смесей и смесей синтетических смол, поэтому содержащие растворители герметики в настоящее время используются редко. Композиции для покрытий на основе полиуретана, в одно- или двухкомпонентном виде, могут быть получены без органических растворителей, однако они содержат высокотоксичные соединения изоцианата, что сильно затрудняет их нанесение.
При нанесении водных полимерных дисперсий или полимерных эмульсий кистью или методом напыления условия являются более благоприятными. Однако данные герметизирующие материалы высыхают достаточно быстро только при температурах окружающей среды выше 15°С. С другой стороны, при температурах высыхания более 20°С легко происходит капсулирование, что может привести к образованию пузырей и мест протечки. Более того, стабильность водных композиций для покрытий является низкой, поэтому для получения достаточной толщины слоев и, следовательно, достаточной защиты против проникновения влаги два или более слоев должны быть нанесены один на другой.
Однокомпонентные композиции для покрытий на основе силикона отверждаются атмосферной влагой. Наилучшими известными системами являются ацетатные системы, при отверждении выделяющие уксусную кислоту. Недостатком таких систем является недостаточная адгезия ко многим строительным материалам, а также плохая способность образовывать покрытия. Более того, стабильность к атмосферному воздействию при наружном применении обычно не отвечает требованиям, предъявляемым в Центральной Европе.
Для устранения таких недостатков 25 лет назад были разработаны гибридные полимеры, состоящие из обычных строительных полимеров, таких как, например, пропиленоксид, и силаны. В данном случае силановые группы включают в основном метоксигруппы, которые под воздействием атмосферной влаги в процессе отверждения выделяют метанол. Образующиеся силанольные группы затем взаимодействуют далее с поперечным сшиванием.
rd
Такие гибридные полимеры или, точнее, форполимеры, выпускаются на рынок промышленностью под названием “МС полимеры” (модифицированные силаном полимеры). G. Habenicht приводит обзор такой технологии в книге “Kleben”, Springer Verlag, 3 edition, Berlin, 1997.
Однако в данном контексте в качестве предшествующего уровня техники может быть дополнительно упомянут следующий ряд патентов.
ЕР 0824574 предлагает применение двухкомпонентного герметика на основе форполимеров простого полиэфира с концевой силановой группой, при этом второй компонент служит в качестве агента для поперечного сшивания форполимеров. Однако данная система не получила широкого распространения по причине высокой стоимости и сложности.
В ЕР 0442380 описан контактный адгезив, состоящий из полиоксиалкиленов с концевой силановой группой, а также способ адгезивного связывания адгерентов. Однако его применимость в качестве композиции для покрытий с целью герметизации строительных конструкций не является очевидной из данной заявки.
Из ЕР 0342411 известно, что к МС полимерам должны быть добавлены специальные стабилизаторы, такие как, например, мономерные изоцианаты, с целью повышения гидравлического сопротивления герметизирующих соединений до уровня, применимого на практике. Однако из-за высокой токсичности описанных соединений это предложение не получило распространения в данной области техники.
Однако до настоящего времени чистые МС полимеры не утвердились в качестве композиций для покрытий, предназначенных для герметизации строительных структур, невзирая на свои радикально преимущественные свойства. В целом, причины такой неудачи заключаются в трудности их нанесения, поскольку чистые МС полимеры способны обеспечить формирование только очень тонких пленок. Более толстые пленки, такие как пленки, необходимые, например, для герметизации поверхности, герметизации соединений или трещин, не отвечали нужным требованиям, поскольку МС полимеры отверждались слишком медленно или гидравлическое сопротивление на вертикальных или наклонных поверхностях было несоответствующим для получения равномерных водонепроницаемых покрытий.
Поэтому целью настоящего изобретения является разработка состава однокомпонентной, не содержащей растворителя и воды, сохраняющей эластичность композиции для покрытий, предназначенной для герметизации строительных конструкций и/или плоских крыш, на основе МС полимеров, которая, несмотря на то что она может быть составлена таким образом, чтобы обеспечить самовыравнивание, одновременно обладает достаточным гидравлическим сопротивлением для того, чтобы сделать возможным ее использование для герметизации наклонных и/или вертикальных поверхностей.
,
Достижение данной цели обеспечивается однокомпонентной, не содержащей воды композицией для покрытий на основе МС полимеров, отличающейся тем что она состоит из смеси полиоксиалкиленов с концевой силановой группой, имеющих различные вязкости, в целом составляющих от 20 до 50 мас.%, от 30 до 70 мас.% порошка мела, от 0,5 до 5 мас.% осушающих агентов, от 0,1 до 5 мас.% катализаторов отверждения, от 0,2 до 5 мас.% ускорителя адгезии и, при желании, в целом пигментов, пластификаторов, наполнителей, светостабилизаторов и термостабилизаторов от 0 до 20 мас.%.
Композиция для покрытий согласно данному изобретению очень хорошо сцепляется со всеми обычными строительными и/или кровельными материалами, такими как, например, материалы из бетона, дерева, пластмасс, металлов, волокон стекловолокна и различных видов кровельного фетра, тем самым, устраняя необходимость предварительной грунтовки. Уровень усадки, напротив, является очень низким и вздутия не происходит. Способность образовывать покрытия как с содержащими растворители, так и содержащими воду материалами для покрытий является очень хорошей, в отличие от подобной способности чистых силиконов. Более того, заявленная композиция для покрытий может быть нанесена даже на влажные подложки. Она обеспечивает постоянную эластичность в течение нескольких лет. Точный период сохранения эластичности зависит, безусловно, от преобладающих условий окружающей среды, таких как влажность, рН, температура и механическая нагрузка.
Композиция для покрытий отверждается в результате цикла реакций гидролиза и реакций конденсации силановых групп. Пусковым механизмом для таких реакций служит атмосферная влажность. При удалении небольшого количества метанола из метоксигрупп образуется эластичная и нерастворимая сетка. Скорость реакции может регулироваться добавлением катализаторов отверждения.
-1
Один из преимущественных вариантов данного изобретения относится к однокомпонентной, не содержащей воды композиции для покрытий на основе МС полимеров, отличающейся тем, что она включает в качестве полиоксиалкиленов с концевой силановой группой полиоксипропиленовые продукты с концевой метокси-алкил-силановой группой, имеющие вязкости, составляющие от 0,1 до 1,0 Па·с, от 5 до 10 Па·с, от 10 до 15 Па·с и/или от 15 до 25 Па·с (измеряемые при 20°С и скорости сдвига 10 сек). В результате такого сочетания двух видов МС полимеров и остальных компонентов композиции может быть задано как высокомобильное, так и высоковязкое поведение потока заявленной композиции для покрытий.
-1
Согласно предпочтительному варианту осуществления данного изобретения используемые полиоксиалкилены с концевой силановой группой включают два полиоксипропилена с концевой метокси-алкил-силановой группой, имеющих вязкость, составляющую от 5 до 10 Па·с и/или от 10 до 15 Па·с (измеряемую при 20°С и скорости сдвига 10 сек) при отношении масс от 10:1 до 1:5.
Применение полиоксиалкиленов с концевой силановой группой с различными вязкостями позволяет заранее задавать вязкость заявленной композиции для покрытий. Вязкость модифицированных силанами полиоксипропиленовых форполимеров определяется молекулярными массами и/или распределением молекулярных масс МС полиоксипропиленов. С практической точки зрения среднечисловая молекулярная масса используемых полиоксипропиленовых форполимеров с концевой силановой группой, т.е. до гидролитического удаления метоксигрупп, должна варьироваться между приблизительно 1000 и 30000 г/мол. В таком контексте вязкость, составляющая около 7 Па·с, соответствует среднечисловой молекулярной массе, составляющей около 25000 г/мол.
-1
Полученная согласно данному изобретению композиция для покрытий в соответствии с вышеприведенным описанием, с использованием вышеупомянутых полиоксипропиленов с концевой силановой группой, имеющих вязкость, равную 15 Па·с, с соотношением масс смешиваемых компонентов, составляющим от 5 до 1, без добавления мела, обеспечивает получение продукта, имеющего вязкость, составляющую 7 Па·с (20°С, 10 сек).
Согласно другому предпочтительному варианту однокомпонентная, не содержащая растворителя и воды композиция для покрытий включает от 20 до 70 мас.% порошка мела, гидрофобизированного стеаратом. Применяемые меловые материалы гидрофобизируют обычными стеаратами, такими как стеарат кальция, а еще стеариновой кислотой. Содержание стеарата не должно превышать 3%.
Вообще говоря, целью добавления мела является, насколько это возможно, задание физических и механических свойств заявленных герметизирующих композиций, имеющих конкретное назначение. Добавление мела особенно благоприятно влияет на прочность связей. Одновременно вязкость может быть понижена до желаемого уровня.
Размер частиц используемых порошков мела может варьироваться в широком диапазоне в зависимости от необходимой толщины пленки. Однако при осуществлении настоящего изобретения предпочтительным является использование порошков мела с размером частиц, составляющим менее 20 мкм, наиболее предпочтительно - менее 10 мкм.
Поскольку при воздействии влаги метоксигруппы форполимеров с концевой силановой группой подвергаются гидролизу и поперечному сшиванию, при получении заявленных композиций для покрытий необходимо добавлять осушающий агент, выполняющий функцию поглотителя воды. Это обеспечивает возможность хранения адгезивов и герметиков. Особенно подходящим для данной роли является винилтриметоксисилан. Благодаря электронной структуре данного соединения, метоксигруппы гидролизуются намного быстрее, чем метоксигруппы используемых МС полимеров. МС полимеры подвергаются поперечному сшиванию только после расходования большей части осушающего агента. Количество добавляемого винилтриметоксисилана определяется количеством воды в ингредиентах; на практике оно обычно составляет около 1 мас.%.
Кроме того, для улучшения сцепления композиции для покрытий с поверхностями могут быть добавлены ускорители адгезии, особенно ускорители адгезии на основе силана. Добавление от 0,2 до 5 мас.% аминопропилтриметоксисилана или аминоэтиламинопропилтриметоксисилана оказалось эффективным.
С целью ускорения затвердевания композиции для покрытий согласно данному изобретению после ее нанесения на стадии получения добавляют конденсирующие силанол катализаторы (катализаторы отверждения). Оказавшиеся подходящими катализаторы включают карбоксилаты и хелаты олова, титана и алюминия. Особенно подходящим является диацетилацетонат дибутилолова. Массовая доля катализатора составляет от 0,1 до 5 мас.%, предпочтительно - от 1 до 2 мас.%.
Кроме того, заявленная композиция для покрытий может включать обычные вспомогательные вещества, в частности, такие как цветные пигменты, пластификаторы, светостабилизаторы и наполнители в общем количестве, составляющем от 0 до 20 мас.%. Примерами подходящих цветных пигментов являются диоксид титана, оксид железа, углеродная сажа или другие цветные пигменты.
Для пластификации могут быть использованы общепринятые соединения. Здесь могут быть прежде всего упомянуты известные фталевые сложные эфиры, циклогесандикарбоновые сложные эфиры или оксид полипропилена.
Кроме того, светостойкость композиции для покрытий может быть улучшена при помощи светостабилизаторов. Особенно подходящими для данной цели являются соединения, известные как соединения HALS (пространственно затрудненные светостабилизаторы), такие как бис(2,2,6,6-тетраметил-4-пиперидил)себацат, или соединения из группы бензотриазолов, такие как, например, 2,4-ди-трет-бутил-6-(5-хлорбензотриазол-2-ил)фенол.
Другими возможными добавками, которые могут оказаться полезными в конкретных случаях, являются тонкоизмельченные наполнители, с покрытиями или без них. Примеры, которые могут быть упомянуты здесь, включат следующие вещества: доломит, тальк, слюду и тяжелый шпат.
Получение композиции для покрытий согласно данному изобретению происходит в периодических вакуумных смесителях. Жидкие компоненты полимеров с концевой силановой группой (МС полимеры) отвешивают и загружают в смеситель, затем, при желании, к ним добавляют пластификатор, пигменты и легкие стабилизаторы. Данные ингредиенты осторожно смешивают, а затем вводят твердые компоненты, главным образом, порошок мела, при сильном сдвиге и, одновременно, неглубоком вакууме (приблизительно 100 мбар).
После охлаждения партии приблизительно до 50°С или ниже вводят осушающий агент. После этого могут быть добавлены и смешаны катализаторы отверждения. Поскольку после впуска воздуха в партии могут образоваться газовые пузырьки, вновь осуществляют короткую дегазацию.
Получаемая таким способом однокомпонентная, не содержащая растворителей и воды композиция для покрытий, предназначенная для герметизации строительных конструкций или плоских крыш, может быть использована в технопромышленнном секторе, в ремеслах и среди домашних умельцев. Композиция для покрытий может быть нанесена щеткой, валиком, ножом для нанесения покрытий или при помощи коммерческого оборудования для напыления. Она сцепляется со всеми обычными промышленными строительными материалами, такими как металлы, различные виды кровельного войлока, тканые волокнистые материалы, пластмассы, стекло, керамика и минеральные строительные материалы. Благодаря возможности регулирования вязкости, она может быть нанесена на вертикальные и горизонтальные поверхности. Более того, обычно грунтовки подложки не требуется.
Заявленная композиция для покрытий особенно подходит для герметизации строительных конструкций и/или плоских крыш как при установке кровельных конструкций, так и при осуществлении ремонта плоских крыш. В частности, может быть упомянута герметизация плоских крыш с закладкой сетчатых материалов из стекловолокна в местах, где могут возникнуть трещины; дальнейшие примеры включают герметизацию соединений дымоходов, куполообразные светильники на крышах и критические участки по краям и углам плоских крыш. Кроме того, описываемые композиции для покрытий также подходят для защиты фундаментов, балконов, патио, маяков или флагов от проникновения влаги. Другая большая область применения включает герметизацию швов всех видов. В качестве примеров могут быть упомянуты температурные швы и деформационные швы на плоских крышах или переходные швы на герметиках строительных конструкций.
Композиция для покрытий согласно данному изобретению представляет собой однокомпонентную систему, не содержащую органических растворителей, битума, а также не содержащую воды. Продолжительность сушки для слоя толщиной 1,5 мм составляет приблизительно 24 часа при 20°С и 60% относительной влажности. Два или более слоя могут быть наложены один поверх другого без проблем. Усадка при затвердевании является минимальной, при этом на данную композицию может быть нанесен верхний слой либо из водных дисперсионных материалов для покрытий, либо содержащих растворители материалов для покрытий. Герметики из нее сохраняют эластичность в течение длительного времени, а также являются стойкими к воздействию света.
Примеры
Пример 1
-1
10 кг полиоксипропилена с концевой диметокси-метил-силановой группой с вязкостью, составляющей 1 Па·с, и 15 кг полиоксипропилена с концевой диметокси-метил-силановой группой с вязкостью, составляющей около 10 Па·с (все величины были получены при 20°С, 10 сек), 15 кг диизодецилфталата, 1 кг пигмента диоксида титана и 0,25 кг бис(2,2,6,6-тетраметил-4-пиперидил)себацата загружают в планетарную мешалку с возможностью вакуумирования и загруженные ингредиенты тщательно гомогенизируют при атмосферном давлении. Затем 50 кг гидрофобизированного порошка мела, 90 мас.% частиц которого имеют размер <10 мкм, смешивают в вакууме при 50 мбар.
Затем смеси позволяют остыть до 40°С, впускают воздух и при атмосферном давлении при перемешивании добавляют 1 кг винилтриметоксисилана. После этого добавляют 0,5 кг аминопропилтриэтоксисилана и, наконец, 0,5 кг диацетилацетоната дибутилолова, и смесь перемешивают до равномерного состояния, а затем вновь дегазируют при 100 мбар.
Вязкость состава составляет 30 Па·с.
Для испытаний полученную композицию для покрытий наносят при помощи ножа для нанесения покрытий на образцы бетонных плит (В 25) толщиной 1,5 мм и оставляют высыхать в течение 5 дней при 20°С и 60% относительной влажности. Полученные в ходе данных испытаний характеристические данные представлены в таблице 1.
Пример 2
-1
20 кг полиоксипропилена с концевой диметокси-метил-силановой группой с вязкостью, составляющей 10 Па·с, и 4 кг полиоксипропилена с концевой диметокси-метил-силановой группой с вязкостью, составляющей 20 Па·с (все величины были получены при 20°С, 10 сек), 10 кг диизодецилфталата, 1 кг углеродной сажи, 0,5 кг диоксида титана и 0,33 кг бис(2,2,6,6-тетраметил-4-пиперидил)себацата загружают в планетарную мешалку с возможностью вакуумирования и загруженные ингредиенты в течение короткого времени перемешивают вместе при атмосферном давлении. Затем добавляют 35 кг порошка мела, 90 мас.% <15 мкм, и смесь подвергают сдвигу до тех пор, пока она не станет гомогенной.
Затем смесь охлаждают до температуры ниже 50°С, впускают воздух и при атмосферном давлении и перемешивании добавляют 1,5 кг винилтриметоксисилана. После этого добавляют 0,6 кг аминотриэтоксисилана и, наконец, 0,6 кг диацетилацетоната дибутилолова, и смесь перемешивают до равномерного состояния и вновь дегазируют в течение короткого периода времени при 50 мбар. Вязкость полученной композиции для покрытий составляет 60 Па·с.
Для испытаний полученный материал наносят на плиту из стекловолокна толщиной 1,5 мм. Характеристические данные, представленные в таблице 1, были получены после 5-дневной сушки при 25°С и 60% относительной влажности.
Таблица 1
Характеристическое значение
Пример 1
Пример 2
Образование покрытия на поверхности (мин.)(20°С, 60% относительная влажность)
15
15
Адгезионная прочность (МПа)
0,7
1,1
Термостойкость (°С) (согласно DIN 52123)
70
80
Соединение трещин (мм)
7
5
Водостойкость (20°С)
+
+
Коэффициент диффузии паров воды
4000
3500
Твердость А по Шору
35
45
Водонепроницаемость (при 0,4 Н/мм<sup>2</sup>)
+
+