КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ФОРМОВАНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ И ОТДЕЛОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ С АНТИОБЛЕДЕНИТЕЛЬНЫМИ СВОЙСТВАМИ
COMPOSITION FOR MOULDING STRUCTURAL AND FINISHING MATERIALS WITH ANTI-ICING PROPERTIES

Изобретение относится к композициям для формования строительных и отделочных материалов, таких как плитка, черепица, шифер, обеспечивающих снижение сил сцепления между льдом и различными поверхностями и защищающих от воздействия атмосферных факторов, и может быть использовано для борьбы с обледенением зданий, сооружений и конструкций, в частности кровли, облицовки зданий и сооружений, дорожных покрытий.
На сегодняшний день не известны составы для формования изделий, обеспечивающих снижение сил сцепления между льдом и самим покрытием. Для борьбы со льдом в настоящее время применяются различные антиобледенительные жидкости и краски, которые наносятся на внешнюю поверхность покрытий зданий, сооружений, самолетов.
Так, из патента РФ №2183216 (опубликован 10.06.2002) известна композиция, предназначенная для обработки самолета с целью предотвращения обледенения, которая содержит водный гликолевый или глицериновый раствор, загущенный полимерным загустителем и/или его солью после нейтрализации, взятым в количестве, достаточном для загустевания этой композиции до состояния, обеспечивающего ее сцепление с поверхностью самолета, находящегося в состоянии покоя, и, кроме того, обеспечивающего ее удаление под действием сдвигающих сил ветра во время взлета, причем указанный загуститель включает следующие компоненты (вес.% от общего веса последнего): (А) 1-99,9% одной или нескольких α-, β-ненасыщенных карбоновых кислот с моноэтиленовой связью; (В) 0-98,9% одного или нескольких ненасыщенных мономеров с моноэтиленовой связью; (С) 0,1-99% одного или нескольких ненасыщенных мономеров с моноэтиленовой связью, предпочтительно макромономеров, содержащих по крайней мере один боковой гидрофобный фрагмент; и (D) 0-20% одного или нескольких ненасыщенных мономеров с полиэтиленовыми связями; а указанная композиция включает следующие компоненты, в вес.% от общего веса композиции: по меньшей мере, около 40% одного или нескольких гликолей или глицерина или их смесей; по меньшей мере, около 0,05% указанного загустителя; нейтрализующий агент, включающий гидроокись натрия, в количестве, достаточном для обеспечения рН, по меньшей мере, около 7,1; поверхностно-активное вещество, которое образует ассоциат с загустителем, в количестве, достаточном для усиления загущающего эффекта загустителя; необязательно ингибитор коррозии в эффективном количестве; (6) необязательно один или более красителей; и вода - остальное.
Из описания к патенту Великобритании №2050398 (опубликован 07.01.1981) известна смесь в виде пасты, снижающая или предотвращающая образование льда, которая содержит полиэтиленгликоль и смесь двух или более низкомолекулярных спиртов.
Из Европейского патента №0339583 (опубликован 02.11.1989) известно антиобледенительное покрытие, которое содержит сополимер, имеющий гидроксильную или гидроксильную и отличную от гидроксильной химически активную группу и включающий эфирный мономер фторолефина и виниловый мономер, соединение кремния.
Кроме этого известна композиция для антиобледенительного покрытия, которая содержит кремнийорганическое полимерное связующее, состоящее из полидиметилфенилсилоксана и полидиметилсилоксана и толуол, тальк или смесь талька с белитом и/или баритом и оксиды и/или соли переходных металлов при следующем соотношении компонентов, мас.%:
кремнийорганическое полимерное связующее - 30-40, тальк или смесь талька с белитом и/или баритом - 9-18, оксиды и/или соли переходных металлов - 6-15, толуол -остальное (патент РФ №2156786, опубликован 27.09.2000).
Также из описания к авторскому свидетельству СССР №1171492 (опубликован 07.08.1985) известен антигололедный состав, который включает продукт совмещения диглицидилового эфира полиэпихлоргидрина с эпоксидиановой смолой, аминный отвердитель, в качестве которого использован триэтилентетрааминометилфенол, хлористый натрий и аэросил, при следующем соотношении компонентов, мас. частей:
продукт совмещения диглицидилового эфира полиэпихлоргидрина с эпоксидиановой смолой - 100,0
триэтилентетрааминометилфенол - 21,8-26,0
хлористый натрий - 50,0-100,0
аэросил - 1,0-3,0.
Данный состав по общему решению может быть принят в качестве наиболее близкого аналога патентуемому.
Недостатки известного состава обусловлены его свойствами. Запатентованный продукт относится к краске, содержащей в своем составе эпоксидную смолу, при нанесении которой на защищаемую ото льда поверхность приведет к неравномерности ее нанесения за счет ее стекания под силой тяжести, следовательно, при обработке вертикальных поверхностей верхняя часть сооружения или здания будет менее защищена по сравнению с нижней. Краску предпочтительнее использовать только для защиты горизонтальных поверхностей. Данный продукт имеет довольно длительный срок высыхания, от суток и более при условии благоприятных для этого условий - сухая погода, температура окружающей среды - более +15 градусов. При повышении температуры более +25 градусов нанесенное покрытие будет деформироваться и стекать. Также срок службы такого слоя довольно недолговечен, менее 6 месяцев, и требует постоянного обновления. Таким образом, использование известного из авторского свидетельства состава достаточно ограничено. Кроме этого использование в составе токсичных веществ - продукта совмещения диглицидилового эфира полиэпихлоргидрина с эпоксидной смолой и триэтилентетрааминометилфенол приведет к загрязнению окружающей среды при использовании данного состава.
Техническим результатом патентуемого изобретения является получение антиобледенительного состава, предназначенного для формования строительных и отделочных материалов, устойчивого к перепадам температур и обладающего высокой прочностью, долговечностью и экологичностью.
Также техническим результатом является упрощение технологии производства антиобледенительного состава, снижение времени высыхания до 15-20 минут.
Заявленный технический результат достигается за счет использования антиобледенительного состава, включающего полиэфирную смолу, хлорид натрия, гидрокарбонат натрия (пищевая сода), отвердитель и ускоритель, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
полиэфирная смола - 17-60,
хлорид натрия - 79,5-38,5,
гидрокарбонат натрия - 0,5-0,7,
ускоритель - 1,5,
отвердитель - 1,5.
В качестве отвердителя предпочтительнее использовать октоат кобальта (ОК-1, ОК-2, ОК-3) или гиперит. Также может использоваться пероксид циклогексанона. В качестве ускорителя желательно применять Бутанокс-М50. Кроме этого не исключено использование в качестве ускорителя нафтената кобальта, диметил- или диэтиланилина, тиомочевины, аскорбиновой кислоты, соединений Sn, Mn, Со.
В качестве полиэфирной смолы могут использоваться ненасыщенные полиэфирные смолы следующих марок:
- на основе ортофталевой кислоты Аркпол 10 ТП (полиэфирная смола общего назначения), Аркпол 20П (полиэфирная смола литьевая), Аркпол 50 (полиэфирная смола матричная) (см. http://www.raosteklotkan.ru/arkpol.html, http://www.trest-m.com/site/32);
- на основе ортофталевой кислоты Boytek BRE 310ТР (смола общего назначения, тиксотропная и предускоренная), Boytek BRE 330SA (общего назначения), Boytek BRE 320К (литьевая), Boytek BRE 323KX (литьевая), Boytek BRE 450 (литьевая), Boytek BRE 328 (огнестойкая), Boytek BRE 315 (для изготовления матриц) (см. http://www.trest-m.com/site/20, http://www.raosteklotkan.ru/page2somenu/boytek.html, http://www.trest-m.com/site/18, http://www.trest-m.com/site/23);
- на основе фталевого ангидрида с низким содержанием стирола марки ПН-12 (http://www.sanfarm.ru/smola-pn-12/, http://www.ntcp.ru/work/library/5054/6795).
Данные марки смол используются в производстве форм для пищевых продуктов и жидкостей, а также содержат в своем составе ускоритель и отвердитель, поэтому дополнительное их введение не требуется.
Выбор полиэфирных смол в составе обусловлен их повышенной водостойкостью и экологичностью.
Хлорид натрия используется в патентуемом составе не только в качестве агента, снижающего температуру замерзания, а также, как было обнаружено при проведении испытаний, хлорид натрия играет в патентуемом составе роль наполнителя. В связи с этим дополнительное введение наполнителя не требуется.
Хлорид натрия может использоваться в виде поваренной, морской или каменной соли.
Кроме этого был обнаружен неожиданный эффект ускорения таяния ледяной корки при низких температурах, ниже -30°С, при использовании гидрокарбоната натрия. При добавлении в состав гидрокарбоната натрия, при контакте его с водой, образующейся при таянии ледяной корки на поверхности покрытия, выделялся диоксид углерода и верхний слой льда сползал.
Также с целью отбеливания состава может дополнительно использоваться диоксид титана в количестве 0,7-1,0 мас.%.
Состав получают путем смешивания компонентов в смесителе при температуре 18-20°С, перемешивание осуществляют до получения однородной массы в течение примерно 5-20 минут в зависимости от объема перемешиваемого состава, после чего массу заливают в формы и прессуют.
Из полученного состава получили образец размерами , который подвергли испытаниям на стойкость к истиранию, ударостойкость, структурную целостность.
Тест на стойкость к истиранию проводился на стандартной тестирующей машине до 3000 циклов.
Данные испытаний и сравнение полученных результатов с результатами проведенных аналогичных испытаний натурального мрамора, проведенных Институтом бетона, приведены в таблице 1.
Таблица 1
Критерий
Натуральный мрамор
Антиобледенительный состав
потеря веса
0,25%
0,09%
визуальные наблюдения
тусклая поверхность
полированная поверхность
Тест на ударостойкость проводился путем бросания образца с различной высоты до появления трещин.
Данные испытаний и сравнение полученных результатов с результатами проведенных аналогичных испытаний натурального мрамора, проведенных Институтом бетона, приведены в таблице 2.
Таблица 2
Высота удара, см
Натуральный мрамор
Антиобледенительный состав
2,54
0,16 см диам. выемка
очень слабая отметка
5,08
0,48 диам. выемка
слабая отметка
10,16
0,48 см диам. выемка
белая метка
20,32
разлом
слабая выемка
30,48
разлом
слабая выемка
91,44
разлом
нет разлома
Тест на структурную целостность проводился путем размещения возрастающей статической нагрузки в центре образца, который поддерживался на каждом конце опорами.
Данные испытаний и сравнение полученных результатов с результатами проведенных аналогичных испытаний натурального мрамора, проведенных Институтом бетона, приведены в таблице 3.
Таблица 3
Критерий
Натуральный мрамор
Антиобледенительный состав
толщина
1,91 см
1,91 см
критическая нагрузка
123 кг
285 кг
Для подтверждения заявленного технического результата были проведены практические исследования, результаты которых иллюстрируются примерами.
Пример 1.
Получали антиобледенительный состав для формования плитки, содержащий, мас.%:
Полиэфирную смолу марки Boytek BRE 323KX - 20, включающую октоат кобальта ОК-2 в количестве 1,5 и бутанокс-М50 - 1,5,
Хлорид натрия - 79,5,
Гидрокарбонат натрия - 0,5.
2
Из состава формовали плитку толщиной  см, которой облицевали здание в Архангельской области в декабре 2008 года. В течение всего испытательного срока, до марта 2010, еженедельно проводились наблюдения, в результате которых было обнаружено, что здание ни разу не покрывалось ледяной коркой даже при средней температуре зимой -26 градусов.
В марте 2010 года провели исследование плитки. Толщина плитки составила 2 см, то есть за весь срок эксплуатации не изменилась.
Пример 2.
Получали антиобледенительный состав, содержащий, мас.%:
Полиэфирную смолу марки Аркпол 20П - 60, содержащую в своем составе октоат кобальта ОК-2 в количестве 1,5 и Бутанокс-М50 - 1,5,
Хлорид натрия - 39,3,
Гидрокарбонат натрия - 0,7.
Из состава формовали черепицу толщиной 1 см, которой покрыли крышу одного из зданий Иркутской области в феврале 2007 года. В течение всего испытательного срока еженедельно проводились наблюдения, в результате которых было обнаружено, что крыша здания ни разу не покрывалась ледяной коркой даже при средней температуре зимой до -35 градусов.
В декабре 2010 года провели исследование черепицы. Толщина черепицы составила 1 см, то есть за весь срок эксплуатации не изменилась.
Пример 3.
Получали антиобледенительный состав, содержащий, мас.%:
Полиэфирную смолу марки ПН-12 - 17,
Хлорид натрия - 78,8,
Гидрокарбонат натрия - 0,5,
Октоат кобальта ОК-2 - 1,5,
Бутанокс-М50 - 1,5,
Диоксид титана - 0,7.
Из состава формовали плитку толщиной 2 см, которой облицевали здание в Барнауле в январе 2008 года. В течение всего испытательного срока еженедельно проводились наблюдения, в результате которых было обнаружено, что крыша здания ни разу не покрывалась ледяной коркой.
В январе 2010 года провели исследование плитки. Толщина плитки составила 2 см, то есть за весь срок эксплуатации не изменилась.
Пример 4.
Получали антиобледенительный состав, содержащий, мас.%:
Полиэфирную смолу марки ПН-12 - 33,
Хлорид натрия - 62,8,
Гидрокарбонат натрия - 0,5,
Октоат кобальта ОК-2 - 1,5,
Бутанокс-М50 - 1,5,
Диоксид титана - 0,7.
Из состава формовали плитку толщиной 2 см, которой облицевали здание в Барнауле в марте 2008 года. В течение всего испытательного срока еженедельно проводились наблюдения, в результате которых было обнаружено, что крыша здания ни разу не покрывалась ледяной коркой.
В марте 2010 года провели исследование плитки. Толщина плитки составила 2 см, то есть за весь срок эксплуатации не изменилась.
Пример 5.
Получали антиобледенительный состав, содержащий, мас.%:
Полиэфирную смолу марки Аркпол 10ТП - 45,
Хлорид натрия - 50,8,
Гидрокарбонат натрия - 0,5,
Октоат кобальта ОК-2 - 1,5,
Бутанокс-М50 - 1,5,
Диоксид титана - 0,7.
Из состава формовали плитку толщиной 1,5 см, которой облицевали здание в Московской области в марте 2008 года. В течение всего испытательного срока еженедельно проводились наблюдения, в результате которых было обнаружено, что крыша здания ни разу не покрывалась ледяной коркой.
В марте 2010 года провели исследование плитки. Толщина плитки составила 1,5 см, то есть за весь срок эксплуатации не изменилась.
Пример 6.
Получали антиобледенительный состав, содержащий, мас.%:
Полиэфирную смолу марки Аркпол 50 - 40,
Хлорид натрия - 55,8,
Гидрокарбонат натрия - 0,5,
Октоат кобальта ОК-2 - 1,5,
Бутанокс-М50 - 1,5,
Диоксид титана - 0,7.
Из состава формовали плитку толщиной 2 см, которой облицевали здание в Московской области в марте 2008 года. В течение всего испытательного срока еженедельно проводились наблюдения, в результате которых было обнаружено, что крыша здания ни разу не покрывалась ледяной коркой.
В марте 2010 года провели исследование плитки. Толщина плитки составила 2 см, то есть за весь срок эксплуатации не изменилась.
Пример 7.
Получали антиобледенительный состав, содержащий, мас.%;
Полиэфирную смолу марки Boytek BRE 310ТР - 18,
Хлорид натрия - 77,8,
Гидрокарбонат натрия - 0,5,
Октоат кобальта ОК-2 - 1,5,
Бутанокс-М50 - 1,5,
Диоксид титана - 0,7.
Из состава формовали плитку толщиной 2 см, которой облицевали здание в Ленинградской области в марте 2009 года. В течение всего испытательного срока еженедельно проводились наблюдения, в результате которых было обнаружено, что крыша здания ни разу не покрывалась ледяной коркой.
В мае 2010 года провели исследование плитки. Толщина плитки составила 2 см, то есть за весь срок эксплуатации не изменилась.
Пример 8.
Получали антиобледенительный состав, содержащий, мас.%:
Полиэфирную смолу марки Boytek BRE 330SA - 21,
Хлорид натрия - 74,8,
Гидрокарбонат натрия - 0,5,
Октоат кобальта ОК-2 - 1,5,
Бутанокс-М50 - 1,5,
Диоксид титана - 0,7.
Из состава формовали плитку толщиной 2 см, которой облицевали здание в Тюменской области в январе 2009 года. В течение всего испытательного срока еженедельно проводились наблюдения, в результате которых было обнаружено, что крыша здания ни разу не покрывалась ледяной коркой.
В сентябре 2010 года провели исследование плитки. Толщина плитки составила 2 см, то есть за весь срок эксплуатации не изменилась.
Пример 9.
Получали антиобледенительный состав, содержащий, мас.%:
Полиэфирную смолу марки Boytek BRE 320K - 21,8,
Хлорид натрия - 74,
Гидрокарбонат натрия - 0,5,
Октоат кобальта ОК-2 - 1,5,
Бутанокс-М50 - 1,5,
Диоксид титана - 0,7.
Из состава формовали плитку толщиной 2 см, которой облицевали здание в Новгородской области в январе 2009 года. В течение всего испытательного срока еженедельно проводились наблюдения, в результате которых было обнаружено, что крыша здания ни разу не покрывалась ледяной коркой.
В сентябре 2010 года провели исследование плитки. Толщина плитки составила 2 см, то есть за весь срок эксплуатации не изменилась.
Пример 10.
Получали антиобледенительный состав, содержащий, мас.%:
Полиэфирную смолу марки Boytek BRE 450 - 25,6,
Хлорид натрия - 70,2,
Гидрокарбонат натрия - 0,5,
Октоат кобальта ОК-2 - 1,5,
Бутанокс-М50 - 1,5,
Диоксид титана - 0,7.
Из состава формовали плитку толщиной 2 см, которой облицевали здание в Тверской области в сентябре 2009 года. В течение всего испытательного срока еженедельно проводились наблюдения, в результате которых было обнаружено, что крыша здания ни разу не покрывалась ледяной коркой.
В сентябре 2010 года провели исследование плитки. Толщина плитки составила 2 см, то есть за весь срок эксплуатации не изменилась.
Пример 11.
Получали антиобледенительный состав, содержащий, мас.%:
Полиэфирную смолу марки Boytek BRE 328 - 55,8,
Хлорид натрия - 40,
Гидрокарбонат натрия - 0,5,
Октоат кобальта ОК-2 - 1,5,
Бутанокс-М50 - 1,5,
Диоксид титана - 0,7.
Из состава формовали плитку толщиной 1,5 см, которой облицевали здание в Тверской области в сентябре 2009 года. В течение всего испытательного срока еженедельно проводились наблюдения, в результате которых было обнаружено, что крыша здания ни разу не покрывалась ледяной коркой.
В сентябре 2010 года провели исследование плитки. Толщина плитки составила 1,5 см, то есть за весь срок эксплуатации не изменилась.
Пример 12.
Получали антиобледенительный состав, содержащий, мас.%:
Полиэфирную смолу марки Boytek BRE 450-42,5,
Хлорид натрия - 53,3,
Гидрокарбонат натрия - 0,5,
Октоат кобальта ОК-2 - 1,5,
Бутанокс-М50 - 1,5,
Диоксид титана - 0,7.
Из состава формовали плитку толщиной 2 см, которой облицевали здание в Архангельской области в декабре 2008 года. В течение всего испытательного срока еженедельно проводились наблюдения, в результате которых было обнаружено, что крыша здания ни разу не покрывалась ледяной коркой.
В сентябре 2010 года провели исследование плитки. Толщина плитки составила 2 см, то есть за весь срок эксплуатации не изменилась.
Исследования, проведенные Институтом гигиены им.Эрисмана и НИИ сантехники, подтвердили, что патентуемый состав является экологически безопасным, не содержит вредных для здоровья веществ, не токсичен, у него полностью отсутствует радиоактивный фон, присущий декоративным природным камням.