УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО НАНЕСЕНИЯ ГИДРОФОБИЗИРУЮЩЕГО ЗАЩИТНОГО СОСТАВА НА ТВЕРДЫЕ ПОВЕРХНОСТИ

Техническое решение относится к области органической химии, а именно, к области защитных средств для различных строений и конструкции и может найти широкое применение при нанесении защитных гидрофобных покрытий в различных областях техники, строительства, а также в быту, особенно в частном малоэтажном домовладении.
Одной из проблем при эксплуатации строений (кирпичные, железобетонных, облицованные камнем, оштукатуренные, деревянные), а также конструкций (заборы металлические, деревянные, бетонные и железобетонные, металлические конструкции широкого применения, элементы инфраструктуры), элементы дачных участков является долговечность эксплуатации. В условиях климата средней полосы все без исключения материалы подвержены действию атмосферной влаги с последующей коррозией и с течением времени теряют эстетический вид или разрушаются. Для кирпича, цементной штукатурки, цементных изделий и облицовочных материалов очень негативным фактором является замерзание впитавшей влагу поверхности при суточном колебании температур из положительной в отрицательную область и обратно. Частая смена таких циклов приводит к полному разрушению поверхности (лицевая поверхность кирпича осыпается, штукатурка трескается, цементные и облицовочные изделия начинают крошиться). Металлические изделия (даже окрашенные или выполненные из цветных металлов или сплавов) постепенно коррозируют.
Для решения этой проблемы предложено наносить защитные покрытия, в том числе - и гидрофобные. В настоящее время гидрофобные защитные покрытия на твердую поверхность наносят с использованием кисти, валика или краскопульта. Однако в любом из вариантов у обычного потребителя возникают серьезные проблемы, из-за которых такие составы практически не наносят ни строительно-ремонтные организации, ни частные лица.
В частности, каким образом можно обработать кирпичную кладку дома? При использовании кисти или валика образуются потеки, и состав ляжет неравномерно. Для применения краскопульта необходимо использовать компрессор, а при использовании ручного распылителя - низкая производительность, а также необходимы соответствующие растворители для отмывки распылителя после работы. Такие же проблемы будут и с более мелкими изделиями. Кроме того, человек должен обладать определенными навыками.
Известен (US, патент 5110684, опубл. 1992) способ гидрофобизации поверхности путем нанесения с использованием валика или краскопульта водных растворов алкоксисиланов с добавками различного действия.
Недостатком известного способа следует признать неравномерность нанесения, необоснованно завышенный расход материала из-за неравномерности нанесения. Кроме того, подобное покрытие значительное время при взаимодействии с материалом поверхности выделяет нежелательные легколетучие органические соединения.
Известно (DE, патент 3911479, опубл. 1990) также применение не содержащие органических растворителей эмульсии на основе гидролизуемых и конденсируемых алкоксифункциональных силиконовых смол, для пропитки строительных пористых материалов и обработки поверхности плотных материалов. Эмульсию наносят с использованием кисти, валика или окунанием.
Недостатком известного технического решения следует признать неравномерность нанесения, а также излишний расход материала.
Известен также (RU, патент 2357003, опубл. 2009) способ нанесения покрытия на металлическую поверхность путем окунания в ванны, включающий контактирование водного состава для предварительной обработки металлической поверхности перед нанесением покрытия или обработки металлической поверхности, с чистой, протравленной, очищенной и/или предварительно обработанной металлической поверхностью с образованием на металлической поверхности пленки, которую высушивают и при необходимости дополнительно отверждают, при этом слой высушенной и отвержденной пленки имеет толщину в пределах от 0,001 до 10 мкм, а водный состав содержит не менее одного гидролизующегося, по меньшей мере, частично, не содержащего фтора силан, не менее одного, по меньшей мере, частично гидролизующегося, содержащего фтор силан, и, по меньшей мере, одно хелатное соединение металла и/или, по крайней мере, один органический пленкообразователь, представляющий собой олигомер, полимер и/или сополимер.
Недостатком известно способа следует признать неоднородность получаемого покрытия, а также необоснованный перерасход используемого гидрофобизирующего состава.
Наиболее близким аналогом разработанного технического решения можно признать (RU, патент 2378302 2010) аэрозольный способ нанесения гидрофобизирующей кремнийорганической композиции, состоящей из двух компонентов:
1
1
3-a
a/2
n
4
9
4-b
b/2
m
1
8
1
3
А - олигоорганоалкоксититансилоксана общей формулы [RSi(OR)O][Ti(OCH)O], где R - алкил C-C или фенил; R - алкил C-C; a, b=1-3, n=5-50, m=1-10,
1
3
и Б - органотриалкоксисилана общей формулы RSi(OR),
1
где R и R имеют вышеуказанные значения при массовом
соотношении А:Б=1:(1-10).
Аэрозольный способ нанесения композиции подразумевает (http://www.fizioterapiya.info/?page_id=95) использование устройства, содержащего, по меньшей мере, металлическую емкость, выполненную с горловиной и предназначенную для работы при избыточном внутреннем давлении, в горловине металлической емкости установлен нажимной механический клапан, к которому с внешней стороны механически присоединена распылительная насадка, в указанную металлическую емкость помещен состав для распыления, и, по меньшей мере, один пропеллентный газ. Поскольку в данном случае аэрозольному распылению подвергают гидрофобизирующую композицию и ее растворитель, то именно они помещены в металлическую емкость.
Недостатком известного технического решения следует признать достаточно узкую область применения при одновременном низком качестве защиты поверхности.
Техническая задача, решаемая посредством разработанного устройства, состоит в расширении ассортимента средств защиты материалов.
Технический результат, достигаемый при реализации разработанного устройства, состоит в повышении качества защиты поверхности путем ее гидрофобизации при одновременном расширении области применения.
3
Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанное устройство. Разработанное устройство для бесконтактного нанесения гидрофобизирующего защитного состава на твердые поверхности содержит металлическую емкость, выполненную с горловиной и предназначенную для работы при избыточном внутреннем давлении, в горловине металлической емкости установлен нажимной механический клапан, к которому с внешней стороны механически присоединена распылительная насадка, в указанную металлическую емкость помещен гидрофобизирующий состав для распыления, состоящий из жидкой фазы, содержащей раствор, по меньшей мере, одного активного компонента гидрофобизирующего покрытия и, по меньшей мере, один пропеллентный газ. Находящийся в емкости пропеллентный газ создает внутри емкости величину рабочего избыточного давления в пределах 2-12 атм., при этом содержание пропеллентного газа в емкости создает на выходе из распылительной насадки с диаметром выходного отверстия от 0,3 до 1, 8 мм линейную скорость потока гидрофобизирующего состава более 20 см/с при объемном расходе гидрофобизирующего состава более 0,5 см/с, с возможностью равномерного нанесения гидрофобизирующего состава на обрабатываемую поверхность.
Расширение области используемых гидрофобизирующих составов позволяет расширить область применения устройства. Экспериментально установленные параметры пропеллентного газа позволили добиться максимальной однородности получаемого на выходе из насадки факела гирофобизируещего потока, что привело к нанесению гидрофобизирующего покрытия равномерным слоем, обеспечивающим надежную защиту поверхности, на которую нанесен состав. Увеличение или уменьшение диаметра выходного отверстия насадки от указанного значения приводит к получению неоднородного покрытия гидрофобизирующим составом. Аналогично увеличение или уменьшение пропеллентного газа в емкости не позволяет получить качественного покрытия.
Согласно требованиям 9.7.4.3 (2) Регламента, для характеристики полезной модели используются следующие признаки устройства: наличие конструктивного элемента, наличие связи между элементами, взаимное расположение элементов, форма выполнения элемента или устройства в целом, форма выполнения связи между элементами, параметры и другие характеристики элемента и их взаимосвязь, материал, из которого выполнен элемент или устройство в целом, среда, выполняющая функцию элемента.
Анализ независимого пункта формулы полезной модели показывает, что при характеристике разработанного устройства использованы следующие виды признаков:
- металлическую емкость, выполненную с горловиной и предназначенную для работы при избыточном внутреннем давлении;
- в горловине металлической емкости установлен нажимной механический клапан, к которому с внешней стороны механически присоединена распылительная насадка;
- в указанную металлическую емкость помещен гидрофобизирующий состав для распыления, состоящий из жидкой фазы, содержащей раствор, по меньшей мере, одного активного компонента гидрофобизирующего покрытия;
- по меньшей мере, один пропеллентный газ;
- находящийся в емкости пропеллентный газ создает внутри емкости величину рабочего избыточного давления в пределах 2-12 атм.;
3
- содержание пропеллентного газа в емкости создает на выходе из распылительной насадки с диаметром выходного отверстия 0,3-1,8 мм линейную скорость потока гидрофобизирующего состава более 20 см/с при объемном расходе гидрофобизирующего состава более 0,5 см/с, с возможностью равномерного нанесения гидрофобизирующего состава на обрабатываемую поверхность.
При этом следует отметить, что только совокупность указанных признаков позволяет достичь указанного ранее технического результата - повышении качества защиты поверхности путем ее гидрофобизации при одновременном расширении области применения.
В зависимости от области применения устройства используемый гидрофобизирующий состав может содержать фторорганические полимеры и/или их смеси, полиуретаны и/или поликарбамиды и/или их смеси, алкидные и/или акриловые полимеры и/или их смеси, а так же элементоорганические полимеры и/или их смеси.
В качестве растворителя, в зависимости от используемого активного компонента, могут быть использованы галогенированные, ароматические, жидкие предельные или непредельные углеводороды, эфиры, кетоны или спирты, а также их смеси или вода.
В качестве пропеллентного газа устройство может содержать жидкие и/или сжатые газы.
Сущность и преимущества разработанного технического решения в дальнейшем будут раскрыты с использованием примеров реализации.
В качестве образцов для нанесения гидрофобизирующих составов были взяты следующие материалы:
- кирпич облицовочный желтый
- кирпич облицовочный красный
- плитка тротуарная цементная белая, вибролитье (размер 20×10×5 см)
- бетонный блок (фрагменты размером примерно 25×12×10 см)
- плитка керамическая напольная для наружных работ (размер 25×15 см)
- плитка цокольная керамическая (искусственный камень, размер 25×15×2 см)
- цокольный природный камень песчаник (размер примерно 20×12×2 см)
- евровагонка шлифованная неокрашенная, сосна (размер 20×10×1)
- труба стальная неокрашенная (Ф76 мм, длина - 25 см)
Специальную очистку образцов материалов не проводили, а только мягкой кистью удалили пыль с испытуемых поверхностей.
Испытуемыми поверхностями образцов являлись:
- для кирпичей - длинная боковая плоскость
- для тротуарной плитки - верхняя плоскость
- для бетонных блоков - ровная гладкая сторона образца размером 25×12 см
- керамическая плитка - наружная декоративная поверхность
- цокольная плитка - наружная декоративная поверхность
- природный камень - одна из плоских поверхностей
- евровагонка - шлифованная поверхность
- стальная труба - вся наружная поверхность
Для экспериментов использовали пластиковую ванночку размером 40×30×15 см и подставки в виде металлических уголков 45×45 мм длиной 20 см. Взвешивание проводили с точностью до 0,01 г.
Предварительная подготовка образцов состояла в следующем. На каждом образце (за исключением стальной трубы) боковые поверхности, смежные с рабочей поверхностью, подвергали сплошной обработке силиконовым герметиком с таким расчетом, чтобы при погружении рабочей поверхности образца в воду поглощение воды происходило только через рабочую поверхность. После обработки герметиком образцы выдерживали в комнатных условиях в течение суток.
Гидрофобизирующие составы наносили на поверхность образцов из аэрозольных баллонов, полностью соответствующих условиям, приведенным в независимом пункте формулы полезной модели, равномерно перемещая факел распыления вдоль рабочей поверхности с таким расчетом, чтобы факел проходил поверхность в течение 3-4 секунд. При двухслойном покрытии межслойная сушка составляла 10 минут. Обработку проводили за 30 минут до погружения образца в воду.
Перед погружением в воду образец взвешивали. Затем образец устанавливали на подставки рабочей поверхностью вниз и наливали воду до уровня на 3-4 мм выше уровня рабочей поверхности. Образец выдерживали в таком положении в течение 8-ми часов. После этого образец доставали, вытирали рабочую поверхность сухой тканью, выдерживали в течение 30 минут и взвешивали. Удельное влагопоглощение рассчитывали как частное от деления количества поглощенной влаги на площадь рабочей поверхности образца.
Металлическую трубу просто погружали в воду и визуально оценивали свойства поверхности.
Результаты выражены в виде таблиц №№1-5.
Табл. 1.
ПРИМЕР 1
Удельная влагопроницаемость поверхности в условиях экспериментов, г воды/см<sup>2</sup>
МАТЕРИАЛ
Содержимое баллона
В вес.% от общего содержимого баллона
До обработки
после 1-й обработки
после 2-й обработки
Активный компонент гидрофобизирующего покрытия
0,30
0,03
0,005
Кирпич облицовочный желтый
Полиметилфенилсилоксановая смола
45
0,32
0,02
0,006
Кирпич облицовочный красный
Растворитель - смесь метиленхлорид: толуол = 1:1
20
0,16
0,03
0,006
Плитка тротуарная цементная белая, вибролитье
Пропеллент
0,12
0,05
0,009
Бетонный парапет (фрагмент)
пропан-бутановая смесь
35
0,08
0,009
0,003
Плитка керамическая напольная для наружных работ
Давление в баллоне, атм.
6
0,11
0,05
0,007
Плитка цокольная искусственный камень
Диаметр выходного отверстия распылительной насадки, мм
0,5
0,20
0,04
0,008
Плитка цокольная природный песчаник
Линейная скорость потока, см/с
211
0,01
0.005
0,001
Евровагонка шлифованная, сосна (фрагмент)
Объемный расход, куб. см/с
0,9
поверхность смачивается полностью
поверхность визуально не смачивается
поверхность визуально не смачивается
Труба стальная неокрашенная Ф76 мм
Табл. 2.
ПРИМЕР 2
Удельная влагопроницаемость поверхности в условиях экспериментов, г воды/см<sup>2</sup>
МАТЕРИАЛ
Содержимое баллона
В вес.% от общего содержимого баллона
До обработки
после 1-й обработки
после 2-й обработки
Активный компонент гидрофобизирующего покрытия
0,30
0,04
0,006
Кирпич облицовочный желтый
Полидиметилсилоксан
74
0,32
0,03
0,007
Кирпич облицовочный красный
Растворитель - изопропиловый спирт
25
0,16
0,04
0,006
Плитка тротуарная цементная белая, вибролитье
Пропеллент
0,12
0,05
0,010
Бетонный парапет (фрагмент)
сжатый воздух
1
0,08
0,010
0,008
Плитка керамическая напольная для наружных работ
Давление в баллоне, атм.
8
0,11
0,06
0,008
Плитка цокольная искусственный камень
Диаметр выходного отверстия распылительной насадки, мм
0,4
0,20
0,06
0,009
Плитка цокольная природный песчаник
Линейная скорость потока, см/с
240
0,01
0,005
0,001
Евровагонка шлифованная, сосна (фрагмент)
Объемный расход, куб. см/с
1,1
поверхность смачивается полностью
поверхность визуально не смачивается
поверхность визуально не смачивается
Труба стальная неокрашенная Ф76 мм
Табл. 3
ПРИМЕР 3
Удельная влагопроницаемость поверхности в условиях экспериментов, г воды/см<sup>2</sup>
МАТЕРИАЛ
Содержимое баллона
В вес, % от общего содержимого баллона
до обработки
после 1-й обработки
после 2-й обработки
Активный компонент гидрофобизирующего покрытия
0,30
0,05
0,006
Кирпич облицовочный желтый
Фторопласт Ф-32Л
22
0,32
0,04
0,007
Кирпич облицовочный красный
Растворитель - хладон 113 (трифтортрихлорэтан)
76
0,16
0,06
0,008
Плитка тротуарная цементная белая, вибролитье
Пропеллент
0,12
0,05
0,010
Бетонный парапет (фрагмент)
сжатый азот
2
0,08
0,010
0,008
Плитка керамическая напольная для наружных работ
Давление в баллоне, атм.
10
0,11
0,08
0,010
Плитка цокольная искусственный камень
Диаметр выходного отверстия распылительной насадки, мм
0.3
0.20
0,07
0,009
Плитка цокольная природный песчаник
Линейная скорость потока, см/с
185
0,01
0,005
0.001
Евровагонка шлифованная, сосна (фрагмент)
Объемный расход, куб. см/с
0,7
поверхность смачивается полностью
поверхность визуально не смачивается
поверхность визуально не смачивается
Труба стальная неокрашенная Ф76 мм
Табл. 4.
ПРИМЕР 4
Удельная влагопроницаемость поверхности в условиях экспериментов, г воды/ см2
МАТЕРИАЛ
Содержимое баллона
В вес.% от общего содержимого баллона
до обработки
после 1-й обработки
после 2-й обработки
Активный компонент гидрофобизирующего покрытия
0,30
0,03
0,005
Кирпич облицовочный желтый
Полиуретан СКУ-ПФЛ-100
4
0,32
0,02
0,006
Кирпич облицовочный красный
Растворитель - нефрас С2 80/120
65
0,16
0,04
0,006
Плитка тротуарная цементная белая, вибролитье
Пропеллент
0,12
0,04
0.008
Бетонный парапет (фрагмент)
смесь хладонов R21 и R22
31
0,08
0,009
0,004
Плитка керамическая напольная для наружных работ
Давление в баллоне, атм.
3
0,11
0,05
0,007
Плитка цокольная искусственный камень
Диаметр выходного отверстия распылительной насадки, мм
1,4
0,20
0,04
0,006
Плитка цокольная природный песчаник
Линейная скорость потока, см/с
140
0,01
0,005
0,001
Евровагонка шлифованная, сосна (фрагмент)
Объемный расход, куб. см/с
1,5
поверхность смачивается полностью
поверхность визуально не смачиваете я
поверхность визуально не смачивается
Труба стальная неокрашенная Ф76 мм
Табл. 5.
ПРИМЕР 5
Удельная влагопроницаемость поверхности в условиях экспериментов, г воды/ см2
МАТЕРИАЛ
Содержимое баллона
В вес.% от общего содержимого баллона
До обработки
после 1-й обработки
после 2-й обработки
Активный компонент гидрофобизирующего покрытия
0,30
0.04
0,006
Кирпич облицовочный желтый
Акриловый сополимер
19
0,32
0,03
0,006
Кирпич облицовочный красный
Растворитель - смесь ксилол (50 ч), бутилацетат (15 ч), ацетон (15 ч), этилцеллозольв (20 ч)
54
0,16
0,04
0,005
Плитка тротуарная цементная белая, вибролитье
Пропеллент
0,12
0,06
0,009
Бетонный парапет (фрагмент)
диметиловый эфир
27
0,08
0,009
0.004
Плитка керамическая напольная для наружных работ
Давление в баллоне, атм.
7
0,11
0,05
0,007
Плитка цокольная искусственный камень
Диаметр выходного отверстия распылительной насадки, мм
0,8
0,20
0,04
0,006
Плитка цокольная природный песчаник
Линейная скорость потока, см/с
257
0,01
0,005
0,001
Евровагонка шлифованная, сосна (фрагмент)
Объемный расход, куб. см/с
1,2
поверхность смачивается полностью
поверхность визуально не смачиваете я
поверхность визуально не смачиваете я
Труба стальная неокрашенная Ф76 мм
Удельная влагопроницаемость поверхности образцов, обработанных по техническому решению - ближайшему аналогу составила в среднем 0,4-0,6