КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МАТРИЦЫ С ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТЬЮ
COMPOSITION FOR OBTAINING MATRIX WITH PHOTOCATALYTIC ACTIVITY

Изобретение относится к композиционным материалам, а именно к гибридным органонеорганическим нанокомпозиционным покрытиям, в частности к покрытиям, формируемым на основе гибридных золей, которые обладают повышенной фотокаталиктической активностью. Композиция может быть использована в виде покрытий для защиты строительных сооружений городской инфраструктуры и уникальных памятников культурного наследия от биоразрушений.
Для придания композициям биоактивности используют различные биодобавки - биоциды. Наиболее широко используются так называемые жесткие биоциды:
аммонийные, оловосодержащие, кремнийорганические и другие соединения. (Richardson В.A. Control of microbial growth on stone and concrete // ln "Biodeterioration". Elsevier Applied Science. 1988. P.101-106.) Их ингибирующее действие на микроорганизмы кратковременно и часто приводит к селекции новых более агрессивных штаммов. Применение токсических химических биоцидов является опасным для окружающей среды и обслуживающего персонала.
Наиболее предпочтительно применение «мягких» биоцидов-фотокализаторов; синтетических аналогов хлорофилла-фталоцианинов и дифталоцианинов металлов. (Артемьев И.М., Рябчук В.К. Введение в гетерогенный фотокатализ СПб: СПбГУ, 1999. С.304.)
Известны эпоксисилоксановые композиции, используемые в качестве реставрационных материалов для защиты от неблагоприятных условий окружающей среды (Cardiano P., Sergi S, Lazzari M., Piraino P. Epoxy-silica polymers as restoration materials // J. Polymer. 2002. 43. №5. P. 6635-6640; P. Cardiano, P. Mineo, S. Sergi, R.C. Ponterio, M. Triscari, P. Piraino Epoxy-silica polymers as restoration materials. Part II // Polymer. 44. 2003. P. 4435-4441), которые формируются на основе аминопропилтриэтоксисилана и глицидоксипропилтриметоксисилана или эпоксидно-диановой неотвержденной смолы. Недостатком этой композиции является отсутствие биоактивности.
Известна композиция для получения биологически стойкого покрытия по патенту РФ №2382059, включающая золь на основе водно-спиртового раствора тетраэтоксисилана - силикатную составляющую с добавкой неорганической кислоты и, при необходимости солей металлов, которая характеризуется тем, что она дополнительно содержит эпоксидные соединения в золе - эпоксидную составляющую и модифицирующую добавку - детонационный наноалмаз с размером наночастиц и их агрегатов 3-100 нм при следующем соотношении компонентов, мас.%:
силикатная составляющая золя
49,75-49,99
эпоксидная составляющая золя
49,75-49,99
детонационный наноалмаз
0,02-0,5
В качестве эпоксидной составляющей эта композиция может содержать алифатическую эпоксидную смолу и эпоксидно-диановую неотвержденную смолу, а модифицирующая добавка может находиться в виде водной суспензии, алмазного порошка или алмазной шихты.
Эта композиция принята в качестве прототипа заявляемого изобретения.
Данную композицию золя используют для получения покрытия, защищающего уникальные памятники культурного наследия от биоразрушений за счет введения в нее биоцидной добавки - детонационного наноалмаза, поскольку она не обладает фотокаталиктической активностью.
Задачей заявляемого изобретения является создание композиции для получения покрытия, формируемого на основе эпоксититанатного золя и обладающего фотокаталиктической активностью по отношению к плесневелым грибам, наиболее часто встречающимся в воздушной среде больших городов, при температуре окружающей среды (+15-30°С) за счет введения в состав золя алкоксида титана.
Сущность изобретения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше обеспечиваемого изобретением технического результата.
Композиция для получения матрицы с фотокаталиктической активностью, включающая золь на основе элементорганического соединения и эпоксидной составляющей, в которой в качестве элементорганического соединения в составе композиции использован алкоксид титана при следующем соотношении компонентов, мас.%: алкоксид титана - 30-70, эпоксидная составляющая золя - 30-70, характеризующаяся тем, что в качестве эпоксидных соединений композиция содержит диглицидиловый эфир дициклогексилпропана, а в качестве алкоксида титана - тетрабутоксититан.
Введение в состав золя эпоксидной составляющей позволяет получать механически прочные, плотно прилегающие к поверхности слои без высокотемпературной обработки, что облегчает технологический процесс нанесения покрытий.
Алкоксид титана является обязательным компонентом композиции. При этом он может быть введен в нее в виде тетрабутоксититана.
Введение в состав заявленной композиции алкоксида титана усиливает фотокаталиктическую активность эпоксититановой матрицы, формируемой из золя, в силу происходящих фотокаталитических реакций под действием ультрафиолетового света, в результате чего происходит образование озона и других активных форм кислорода (синглетный кислород). В связи с этим происходит энергетическое воздействие на клетку простейшего микроорганизма (микромицеты плесневых грибов), подавляющее его жизнедеятельность. Выявлено, что катализаторы с переносом заряда проявляют свойства «мягкого» биоцида. Они ингибируют рост ряда агрессивных плесневых грибов, наиболее часто встречающихся в воздушной среде больших городов.
Нижний предел введения алкоксида титана - 30 мас.% определяется снижением фотокаталитической активности покрытия. Введение алкоксида титана в количестве более 70 мас.% нецелесообразно и приводит, с одной стороны, к ухудшению механической прочности покрытия, а с другой стороны, может повлиять на цвет защищаемого материала.
В результате применения такой композиции получается новое нанокомпозиционное покрытие для защиты каменных памятников культурного наследия от воздействия ряда агрессивных плесневых грибов, наиболее часто встречающихся в воздушной среде больших городов.
Изобретение поясняется примерами приготовления заявленных составов.
Пример 1. Состав, содержащий:
тетрабутоксититан
30 мас.%
эпоксидная составляющая золя
70 мас.%
Заявляемая композиция может быть приготовлена следующим образом.
Синтез золя, включающий:
- приготовление спиртового раствора тетрабутоксититана (ТБТ): к 1,45 г ТБТ последовательно приливают 0,43 г ацетилацетона, 2,80 г этилцеллозольва и интенсивно перемешивают;
3
- приготовление результирующего золя, содержащего все компоненты: к 4,68 г спиртового раствора ТБТ приливают 0,49 г 1 н. раствор азотной кислоты и интенсивно перемешивают; к такой смеси последовательно добавляют 1,45 г диглицидилового эфира дициклогексилпропана (EPONEX 1510) и 0,20 г кислоты BF, после чего тщательно перемешивают. Мольное соотношение компонентов в результирующем золе следующее:
4
9
4
5
8
2
4
10
2
3
2
3
Ti(OCH): EPONEX 1510 : CHO: CHO: BF: HO : HNO= 1:7:0.5:0.2:0.4:1.5:0.001.
2. Старение золя. Золь выдерживают перед дальнейшим использованием в течение 3 часов на воздухе (в закрытой емкости) при комнатной температуре.
3. Формирование покрытий. Нанесение покрытий на защищаемые поверхности осуществляют лакокрасочным методом (кистью, пульверизацией и т.д.).
4. Сушка. Сушка сформированных покрытий происходит на воздухе при температуре окружающей среды.
Пример 2. Получение состава, содержащего:
тетрабутоксититан
50 мас.%
эпоксидная составляющая
50 мас.%
Композиция готовится аналогично примеру 1. Мольное соотношение компонентов в результирующем золе следующее:
4
9
4
5
8
2
4
10
2
3
2
3
Ti(OCH): EPONEX 1510 : CHO: CHO: BF: HO : HNO= 1:5:0.5:0.2:0.4:1.5:0.001.
Пример 3. Получение состава, содержащего:
тетрабутоксититан
70 мас.%
эпоксидная составляющая
30 мас.%
Композиция готовится аналогично примеру 1. Мольное соотношение компонентов в результирующем золе следующее:
4
9
4
5
8
2
4
10
2
3
2
3
Ti(ОСН): EPONEX 1510 : CHO: CHO: BF: HO : HNO= 1:3:0.5:0.2:0.4:1.5:0.001.
2
Фотокаталитическая активность полученных нанокомпозиционных покрытий определялась с помощью газового анализатора фирмы «Оптек». Активность покрытий оценивалась в процентах по отношению к активности фотокатализатора TiO «Degussa». Кроме того, оценивали механическую прочность покрытий без термообработки визуально в баллах.
Результаты испытаний покрытий на основе эпоксисиликатного золя (по способу ближайшего аналога) и нанокомпозиционных покрытий, полученных согласно описанным выше примерам, обобщены в таблице 1.
Таблица 1.
Влияние концентрации тетрабутоксититана на фотокаталитическую актив ность и механическую прочность полученных нанокомпозиционных покрытий
Свойства
Концентрация тетрабутоксититана в композиции золя, мас.%
0 (по прототипу)
30
50
70
фотокаталитическая активность покрытий в % по отношению к активности TiO<sub>2</sub> «Degussa»
0
5
20
50
механическая прочность покрытий без термообработки, в баллах
5
5
5
4
Результаты испытаний свидетельствуют об эффективности использования тетрабутоксититана в качестве компонента золя, придающего формируемым покрытиям фотокаталитическую активность, в силу происходящих фотокаталитических реакций под действием ультрафиолетового света, в результате чего происходит образование активных форм кислорода подавляющих жизнедеятельность микромицетов плесневых грибов. Выявлено, что концентрация ТБТ оказывает существенное влияние на фотокаталитические свойства покрытий. Активность установлена во всех покрытиях с ТБТ.
Предложенная композиция позволяет на основе эпоксититанатного золя создать новое нанокомпозиционное покрытие, обладающее фотокаталитическими свойствами, путем введения в состав золя алкоксида титана (ТБТ). В результате применения предлагаемого изобретения эпоксититанатному покрытию можно придать повышенные фотокаталитические свойства, что, несомненно, делает его перспективным для защиты строительных сооружений городской инфраструктуры и уникальных памятников культурного наследия.