СТРОИТЕЛЬНАЯ СМЕСЬ ИЛИ ПОКРЫТИЕ ДЛЯ ВНУТРЕННИХ РАБОТ
BUILDING MIXTURE OR COATING FOR INTERIOR WORKS

Настоящее изобретение относится к области строительных смесей или покрытий (или штукатурок, или алебастров), более точно к области строительных смесей или покрытий для внутренних работ (в дальнейшем также называемых штукатурками), и в частности строительных смесей или покрытий, используемых в качестве подслоя (или основы, на которую затем наносится отделочный слой), особенно в качестве толстого слоя (с толщиной по меньшей мере 0,5 см, или даже по меньшей мере 1 см) для покрытия всей или части поверхности, обращенной внутрь здания.
Термин «строительная смесь» обозначает смесь, используемую в кирпичной кладке, обычно в сухой форме (порошок) или в форме пасты, и обычно формируемую по меньшей мере из одного связующего вещества (особенно минерального, особенно на основе цемента), агрегатов или гранул или песка и/или минеральных наполнителей мелкого помола, а также добавки (добавок), а термин «штукатурка/покрытие» обычно обозначает строительную смесь в ее нанесенной (например на стену) форме.
Строительные смеси или покрытия настоящего изобретения более конкретно предназначены для использования при внутренних работах или для покрытия конструкций, например для покрытия внутренних стен, полов и/или потолков внутри зданий.
Комфорт внутри зданий, особенно в отношении качества воздуха, все чаще находится в центре внимания жителей и строителей. Известно, что различные материалы или элементы, используемые в зданиях (строительные материалы, отделочные продукты, мебель и т.д.), содержат летучие органические соединения (VOC), такие как углеводороды (опционально галоидированные), спирты, органические кислоты, сложные эфиры или альдегиды (такие как формальдегид, ацетальдегид или гексаналь), и выделяют их с течением времени, и эти соединения могут в конечном счете раздражать или даже влиять на здоровье людей, подвергающихся их воздействию.
По данным Всемирной организации здравоохранения, все органические соединения (вещества, состоящие в основном из углерода и водорода) с температурой кипения от 50 до 260°C, за исключением пестицидов, включаются в VOC. Летучие органические соединения могут выделяться в течение периодов времени от нескольких дней до нескольких лет, в зависимости от природы и типа материала (материалов), из которого они получены. Для предотвращения их накопления в атмосфере жилые помещения рекомендуется регулярно проветривать. Параллельно с этим правила, касающиеся защиты от выбросов потенциально вредных для здоровья продуктов, становятся все более строгими и предусматривают сокращение выбросов этих загрязнителей, насколько это возможно. Когда невозможно предотвратить выбросы, могут быть предусмотрены методы разрушающего типа (способы окисления, облучения или биологические способы) или восстановительного типа (конденсация, адсорбция, абсорбция или мембранные способы). В существующих строительных материалах со свойствами очистки воздуха используется, например, методика фотокаталитического окисления частицами диоксида титана, который может быть включен в состав строительных смесей, причем основным недостатком является необходимость иметь подходящий источник света для эффективного осуществления процесса; они также могут включать адсорбенты или хемосорбенты, например путем осаждения пленки, содержащей агент, способный реагировать с формальдегидом, особенно выбираемый из соединений с активным метиленом, дубильных веществ, амидов и гидразидов. Этот агент не должен, однако, оставлять следов или вызывать обесцвечивание поверхности, на которую он нанесен, и не должен выделять неприятные запахи или вызывать выбросы, противоположные требуемому эффекту. Таким образом, ацетоацетамиды, известные как улавливающие формальдегид агенты, не подходят для требуемого применения, потому что при их включении в покрытие на основе цемента они быстро приводят к появлению запаха аммиака из-за гидролиза амида в щелочной среде (упомянутый запах не появляется, например, при нейтральном значении pH в покрытии на основе алебастра), и на поверхности покрытия также появляется неприглядное желтовато-коричневое изменение цвета.
Кроме того, хотя некоторые агенты, используемые в строительных смесях, могут обеспечивать эффективное улавливание альдегидов (в частности формальдегида), например агентов, выбираемых из аминоспиртов, они обычно оказываются неэффективными для улавливания других летучих органических соединений (таких как ксилол, толуол, этилбензол, декан и т.д.).
Другой тип проблем, встречающихся в зданиях, связан с влажностью, которая в некоторых помещениях может быть значительной и, в частности, может приводить к появлению плесени/грибка; и наоборот, слишком сухой воздух или большие колебания влажности также могут отрицательно сказываться на комфорте жильцов. Для решения проблем влажности известно использование других типов соединений, которые захватывают молекулы воды (которые являются полярными), например минералы типа монтмориллонита, состоящие из силиката магния и алюминия, но соединения этого типа не влияют на улавливание большой доли летучих органических соединений, многие из которых являются неполярными (такие как ксилол, этилбензол, декан и т.д.). Кроме того, часто недостаточно просто улавливать молекулы воды, поскольку выделение воды может также потребоваться в том случае, когда воздух является или становится слишком сухим.
Таким образом, решение этих различных проблем обязывает при необходимости комбинировать различные типы растворов и/или соединений, которые иногда противоречат друг другу.
Таким образом, настоящее изобретение направлено на то, чтобы предложить новую строительную смесь или штукатурку/покрытие, в частности для внутренних работ (или для окончательной отделки или покрытия), и особенно для использования в качестве подслоя, предназначенного, например, для выравнивания и/или защиты покрываемой поверхности перед нанесением финишного слоя (который обычно имеет главным образом эстетическую природу), так, чтобы эта строительная смесь или покрытие обладала как свойством очистки окружающего воздуха с учетом различных типов летучих органических соединений (VOC), которые могут присутствовать в нем, так и свойством регулирования влажности, причем очистка от VOC не ограничивается только формальдегидом, но также относится и к другим VOC, в частности неполярным (таким как ксилол, толуол, этилбензол, декан и т.д.), а также к VOC, захватываемым строительной смесью и не подвергающимся дальнейшей десорбции при комнатной температуре, а свойства регулирования влажности состоят не только в свойствах улавливания влаги, но и в обеспечении попеременного улавливания избыточной влаги и ее высвобождения, если воздух становится слишком сухим и/или при проветривании комнаты.
Эта цель достигается с помощью строительной смеси или покрытия/штукатурки в соответствии с настоящим изобретением. Следовательно, настоящее изобретение относится к строительной смеси или композиции покрытия для внутренних работ (или для нанесения покрытия), содержащей по меньшей мере одно связующее вещество, в частности минерал, и особенно основанный на цементе и извести, а также обычно содержащей по меньшей мере гранулы и/или агрегаты и/или песок и/или наполнители, которая отличается тем, что она дополнительно содержит по меньшей мере один активный уголь (далее также упоминаемый как активированный уголь), предпочтительно (включаемый) в гранулированной форме и имеющий (первоначально, до включения в строительную смесь):
2
2
- удельную площадь поверхности больше или равную 875 м/г и меньше или равную 1200 м/г, и/или йодное число (или индекс, или значение) больше или равное 900 мг/г, и/или сорбционную способность по меньшей мере 7 мг толуола на 1 г активированного угля, и
m(S)
m(D4)
- среднее изменение массы Δ при сорбции не менее 2% и изменение массы Δ после 4 циклов сорбции/десорбции не более 1,5%.
Характеристики вышеупомянутого активированного угля, выбранного в соответствии с настоящим изобретением, являются характеристиками исходного активированного угля (т.е. еще не включенного в состав строительной смеси), добавляемого к составу строительной смеси.
Предпочтительно активированный уголь, используемый в композиции строительной смеси в соответствии с настоящим изобретением, является (первоначально) активированным углем гранулированного типа (имеющим гранулированную форму или форму гранул), то есть состоит из частиц с неправильными формами с размерами порядка 0,2-5 мм, в отличие от других существующих форм активированного угля, которые представляют собой порошкообразную форму (меньшего размера, обычно менее 0,18 мм) или экструдированную форму (регулярную). Используемые частицы гранулированного активированного угля в частности преимущественно (по меньшей мере до 90 мас.%, в частности по меньшей мере до 95 мас.% или даже 100 мас.%) имеют размер (наибольший размер каждой частицы) от 0,2 до 5 мм (включительно, т.е. включая граничные значения), в частности от 0,2 до 2 мм, или даже по меньшей мере до 90 мас.% имеют размер от 0,42 до 1,7 мм (включительно), причем размер частиц оценивается в частности просеиванием (в частности с использованием сит размера 12 и 40 меш по американской системе размеров сит).
3
3
3
3
Предпочтительно объемная масса (также обычно называемая плотностью) выбранного активированного угля является относительно высокой, опционально способствуя значительной активности упомянутого угля в настоящем изобретении, причем эта плотность (кажущаяся плотность) больше или равна 400 кг/м, предпочтительно больше или равна 440 кг/м, или больше или равна 500 кг/м, или больше или равна 530 или 540 кг/м, и определяется путем деления массы данного объема материала на ее объем.
2
2
Активированный уголь, включаемый в композицию строительной смеси в соответствии с настоящим изобретением, выбирается так, чтобы он имел конкретную пористость, приводящую к удельной площади поверхности больше или равной 875 м/г и меньше или равной 1200 м/г, и/или к йодному числу больше или равному 900 мг/г, и/или к сорбционной способности по меньшей мере 7 мг толуола на 1 г активированного угля.
2
2
2
2
2
2
2
(Начальная) удельная площадь поверхности (частиц) выбранного активированного угля измеряется с помощью адсорбции азота (теория множественной адсорбции газов с использованием определений Брунауэра, Эммета и Теллера - метод BET), в частности в соответствии со стандартом ISO 9277:2010, и в соответствии с первым выгодным вариантом осуществления настоящего изобретения больше или равна 875 м/г, и предпочтительно больше или равна 900 м/г, в частности больше чем 900 м/г, в частности больше или равна 950 м/г, или даже больше или равна 1000 м/г, и кроме того предпочтительно составляет менее 1200 м/г, в частности меньше или равна 1100 м/г.
Йодное число (или индекс) представляет собой массу йода (в миллиграммах), абсорбируемого одним граммом углерода, и измеряется в частности в соответствии со стандартом ASTM D4607-14 для концентрации остаточного йода в фильтрате 0,02 N. Йодное число представляет собой относительный индикатор пористости, а также может рассматриваться как индикатор удельной площади поверхности активированного угля. В соответствии с одним выгодным вариантом осуществления настоящего изобретения его значение должно быть больше или равно 900 мг/г, или даже больше или равно 1000 мг/г.
3
Сорбционная способность углерода определяется следующим образом: концентрация толуола измеряется с течением времени с помощью масс-спектрометрии SIFT-MS (масс-спектрометрия с селективной проточной ионной трубкой) на выходе из U-образного реактора, содержащего тестируемый материал (чистый углерод). Концентрация толуола сначала измеряется на выходе пустого реактора (без образца) с течением времени до тех пор, пока не будет достигнут уровень, соответствующий первоначально созданной концентрации, чтобы определить кривую смешивания. Затем тестовый материал помещается в реактор, и та же самая концентрация получается таким же образом. Затем концентрация толуола на выходе из реактора измеряется с течением времени. Наблюдается временная задержка относительно кривой смешивания, а затем достигается состояние равновесия между толуолом в газовой фазе и толуолом, адсорбированным на поверхности материала. Эта разница во времени соответствует адсорбции толуола тестируемым материалом. Затем интегрирование позволяет рассчитать площадь между двумя кривыми и определить количество толуола, адсорбированного материалом, при рассматриваемой концентрации. В измерениях, проводимых для определения сорбционной способности активированного угля в соответствии с настоящим изобретением, концентрация (чистого) толуола в подаваемом воздухе составляет 360 мкг/м. В соответствии с одним выгодным вариантом осуществления настоящего изобретения активированный уголь выбирается так, чтобы его сорбционная способность составляла по меньшей мере 7 мг толуола на 1 г активированного угля, предпочтительно по меньшей мере 8 мг толуола на 1 г активированного угля, в частности по меньшей мере 9 мг толуола на 1 г активированного угля.
Вышеуказанные индикаторы связаны с определенной пористостью выбранного активированного угля, который преимущественно объединяет различные типы пор, которые могут участвовать, каждый по-разному, в сорбции VOC, а также в сорбции или десорбции молекул воды. Выбранный таким образом активированный уголь предпочтительно содержит как микропоры (с диаметром, как правило, менее 2 нм), так и мезопоры (с диаметром, как правило, от 2 до 50 нм), причем диаметр (эквивалентный диаметр), определяющий размер пор, рассчитывается на основе проведенных измерений объемов пор, например с использованием вышеупомянутого метода BET.
Поскольку природа или происхождение используемого активированного угля может влиять на пористость, активированный уголь, используемый в композиции строительной смеси в соответствии с настоящим изобретением, в частности в одном выгодном варианте осуществления настоящего изобретения выбирается из активированных углей, производимых (или получаемых) из каменного угля (жирного угля). Активированные угли на самом деле могут быть произведены обычным способом путем пиролиза различного углеродсодержащего сырья, такого как древесина, скорлупа кокосовых орехов или другие растительные органические материалы, уголь и т.д., обычно из скорлупы кокосовых орехов. Использование активированного угля, определенного в соответствии с настоящим изобретением и получаемого из угля, в композиции строительной смеси позволяет получать результаты, которые являются особенно выгодными с точки зрения получения и надлежащего баланса различных требуемых свойств, как будет показано ниже.
m(S)
m(D4)
m(S)
m(D4)
Как было определено выше, активированный уголь, выбираемый в соответствии с настоящим изобретением, также имеет среднее отклонение массы Δ при сорбции не менее 2%, в частности, не менее 2,5% или даже не менее 3%, а также изменение веса Δ после 4 циклов сорбции/десорбции не более 1,5% или даже не более 1,4%. Эти значения определяются в настоящем изобретении путем помещения образца тестируемого углерода в мензурку с диаметром 7,4 см, пока не будет получена толщина образца 2 см, затем все это помещается в климатическую камеру Terchy и выдерживается в течение 2 дней при температуре 23°C и относительной влажности 33%, прежде чем подвергнется 4 циклам сорбции/десорбции (каждый из которых имеет фазу сорбции, за которой следует фаза десорбции) и пятой фазе сорбции, происходящей в конце 4 циклов, со временем экспозиции 8 час (ад)сорбции при 75%-ой относительной влажности и 16 час десорбции при 33%-ой относительной влажности. Масса образца измеряется в конце каждой фазы сорбции (то есть 5 измерений) и каждой фазы десорбции (то есть 4 измерения), чтобы построить профили изменения массы (как процента от начальной массы образца (массы в начале первого цикла)) с течением времени, и определить среднее изменение массы Δ (в %) при сорбции (или во время фаз сорбции), соответствующее среднему арифметическому изменений массы для каждой из фаз сорбции (среднее для 5 значений), и среднее изменение массы Δ (в %), оцениваемое в конце фазы десорбции 4-го цикла (последнее изменение массы при десорбции) после 4 циклов сорбции/десорбции, как проиллюстрировано на Фиг. 1, причем это последнее значение, в частности, позволяет оценить симметрию/асимметрию сорбции/десорбции воды.
Выбранный активированный уголь также предпочтительно имеет изотермы (представляющие долю по весу (или массе) воды, захваченной активированным углем, от относительной влажности окружающего воздуха) сорбции и десорбции (водяного пара) сигмоидальной формы (или S-образной формы), имеющие первую зону сорбции или десорбции соответственно, которая является незначительной (с содержанием воды в упомянутом активированном угле ниже 5 мас.%) вплоть до по меньшей мере 30%, или по меньшей мере 40% (и самое большее 60%) относительной влажности окружающей атмосферы, и вторую зону сорбции или десорбции соответственно, которая является сильной (по сравнению с первой зоной, при изменении содержания воды в углероде от 5 мас.% или менее до не менее 30 мас.%) в диапазоне от 30% до 80%, в частности от 40 до 80% относительной влажности окружающей атмосферы. Точнее, активированный уголь имеет изотерму сорбции (или изотерму десорбции, соответственно) «типа V» (на модели представлений в номенклатуре IUPAC (или UICPA)), объединяющую (как показано на Фиг. 3a) первую («первая» и «вторая» служат просто для различения зон без обязательного указания порядка, порядок прохождения зон меняется на противоположный, например, на кривой десорбции по сравнению с кривой сорбции) зону A (соответственно A' для кривой десорбции) с небольшим наклоном, а затем вторую зону B (соответственно B') с сильным наклоном (особенно по сравнению с первой зоной), где сорбция значительно увеличивается (или, соответственно, происходит десорбция), и последнюю зону C (соответственно C') насыщения с небольшим наклоном. В первой зоне изотерм активированного угля в соответствии с настоящим изобретением, расположенной внутри диапазона относительной влажности от 0 до 30 или 40%, содержание воды в выбранном активированном угле остается ниже 5 мас.%, а во второй зоне (будь то в случае сорбции или в случае десорбции, между двумя кривыми обычно наблюдается гистерезис) внутри диапазона относительной влажности от 30 или 40% до 80% содержание воды в активированном угле изменяется (увеличивается или уменьшается, в зависимости от рассматриваемой кривой) от 5 мас.% или менее до по меньшей мере 30 мас.% (включительно), предпочтительно от 5 мас.% или менее до по меньшей мере 35 мас.% (или даже больше). Эти изотермы определяются с помощью адсорбционной гравиметрии водяного пара (или DVS, динамической сорбции пара), в частности, с использованием анализатора динамической сорбции пара DVS Intrinsic производства компании Surface Measurement Systems.
Предпочтительно используемый активированный уголь также первоначально (до включения в строительную смесь) имеет относительную влажность, меньшую или равную 2 мас.%, причем эта влажность оценивается путем взвешивания до и после сушки (сушка выполняется до тех пор, пока не будет получено изменение массы менее 0,1%).
Используемый активированный уголь является активированным углем, получаемым путем измельчения и, если это применимо, повторной агломерации, предпочтительно для получения частиц, которые проходят через сито № 12 и удерживаются ситом № 40 по стандартам ASTM (что соответствует частице размером от 0,42 до 1,7 мм), а затем сушки (в частности, чтобы остаточная влажность составляла не более 2% или даже не более 1%), причем уголь активируется известным способом, в частности физической активации, в частности водяным паром при высокой температуре (в частности 550-1100°C). Используемый активированный уголь может активироваться полностью или только на поверхности, и в частности активируется полностью.
2
3
m(S)
m(D4)
Примером особенно удовлетворительного активированного угля, используемого в соответствии с настоящим изобретением, является в частности активированный уголь, продаваемый компанией Chemviron Carbon под названием «Filtrasorb 400», который является гранулированным активированным углем, получаемым из каменного угля и активируемым полностью с помощью физической активации, и имеет гранулометрию 1,7×0,42 мм (то есть проходит через сито № 12, которое соответствует размеру частиц 1,7 мм, и удерживается ситом № 40, которое соответствует размеру частиц 0,42 мм), удельную площадь поверхности по меньшей мере 900-950 м/г, йодное число порядка 1000 мг/г, сорбционную способность 9,1 мг (толуол)/г, кажущуюся плотность по меньшей мере 440-540 кг/м, среднее изменение массы Δ при сорбции 3,55% и изменение массы Δ после 4 циклов сорбции/десорбции 1,37%, изотермы сорбции/десорбции типа V, проиллюстрированные на Фиг. 3a, пористость, получаемую в результате смеси микропор и мезопор, и относительную влажность менее 1%.
Доля определенного в настоящем изобретении активированного угля в строительной смеси или композиции покрытия/штукатурки предпочтительно составляет 1-10 мас.% упомянутой композиции (в сухой или в твердой форме), предпочтительно 1-7% (включительно), и в частности по меньшей мере 2%, особенно от 2 до 5%, с долей порядка 3% являющейся особенно удовлетворительной.
Строительная смесь или композиция покрытия в соответствии с настоящим изобретением также содержит, как было определено выше, по меньшей мере одно связующее вещество, в частности минерал, и особенно на основе (или сформированное из) по меньшей мере одного гидравлического связующего и извести. Среди гидравлических связующих можно в частности упомянуть портланд-цементы, глиноземные цементы, серно-глиноземные цементы, белитовые цементы, доменные шлаки и цементы из пуццолановых смесей, опционально содержащие летучую золу, пирогенный кремнезем, известняк, кальцинированный сланец и/или естественные или кальцинированные пуццоланы. Там, где это применимо, связующее может также включать в себя источник сульфата кальция (алебастр или полугидрат, гипс и/или ангидрит), фосфомагниевое связующее, дисперсии полимеров или диспергируемые порошки (например акриловые и/или виниловые полимеры или сополимеры, сополимеры стирол/бутадиен, сополимеры стирола/акриловая кислота, сополимеры винилацетат/этилен, сополимеры винилацетат/винилверсатат и т.д.), однако связующее образуется преимущественно (по меньшей мере 75 мас.% связующего и обычно по меньшей мере 90 мас.% связующего) или даже только из гидравлического связующего типа цемента и извести.
Количество связующего предпочтительно составляет 10-35 мас.% сухой строительной смеси или композиции покрытия.
Строительная смесь или композиция покрытия в соответствии с настоящим изобретением также содержит гранулы, агрегаты, песок и/или наполнители из известняка и/или кремнистые наполнители, имеющие обычно и преимущественно (по меньшей мере до 75 мас.%, или даже 90 мас.%, или даже 100 мас.%) размер частиц от 2 мкм до 2 мм. Эти соединения заметно влияют на реологию, твердость или конечный внешний вид продукта. Их содержание обычно составляет от 55 до 80 мас.% по полной (сухой) массе композиции.
Строительная смесь или композиция покрытия может также содержать, помимо вышеупомянутого активированного угля, другие добавки, такие как модификаторы реологии или пластификаторы, водоудерживающие агенты, загустители, биоцидные защитные агенты, диспергаторы, массовые водоотталкивающие агенты, пигменты, ускорители и/или замедлители схватывания и другие агенты, позволяющие улучшить схватывание, отверждение и/или стабильность строительного раствора после нанесения, или регулировать цвет, удобство в использовании, нанесение или непроницаемость, например, добавки типа простого эфира целлюлозы и простого эфира крахмала, поверхностно-активное вещество (вещества) и т.д. Полное содержание этих других добавок (отличающихся от активированного угля) варьируется от 0 до 5 мас.%, в частности от 0 до 2 мас.%, и особенно от 0 до 1 мас.% по отношению к общей смеси компонентов композиции строительной смеси или покрытия/штукатурки.
Поскольку активированный уголь, используемый в соответствии с настоящим изобретением, позволяет в комбинации с другими компонентами композиции без помощи другого агента получить как свойства очистки окружающего воздуха, так и свойства регулирования влажности, в отличие от существующих составов в строительных смесях, композиция в соответствии с настоящим изобретением может предпочтительно не содержать других агентов, обычно используемых для очистки воздуха или улавливания молекул воды в покрытиях, в частности, композиция может не содержать других активированных углей, кроме выбранного активированного угля, или водоудерживающих добавок типа монтмориллонита и т.д.
Композиция строительной смеси в соответствии с настоящим изобретением может иметь порошковую форму (сухая композиция), или форму дисперсии (пастообразная композиция). Как было указано выше, термины «алебастр», «покрытие» или «штукатурка» также используются в настоящем изобретении для обозначения строительной смеси, в частности когда она находится в своей отвержденной форме (в частности при комнатной температуре) после ее нанесения на поверхность.
Настоящее изобретение более конкретно рассматривается для использования в качестве внутреннего покрытия конструкции, например для полов, внутренних стен и/или потолков, но не ограничивается этим, и это покрытие также можно наносить снаружи. Его предпочтительной областью применения является интерьер, особенно для использования в качестве подслоя (нижележащего слоя), например и предпочтительно с толщиной по меньшей мере 0,5 см, или даже по меньшей мере 1 см (толстый слой), и настоящая композиция также является выгодной при меньшей толщине или в качестве окончательного слоя.
Строительная смесь или композиция покрытия в соответствии с настоящим изобретением демонстрирует как хорошую сорбцию VOC (и таким образом свойства очистки окружающего воздуха), в частности неполярных VOC (таких как толуол, ксилол, этилбензол, декан, парадихлорбензол), а также формальдегида (или других альдегидов), так и хорошие свойства регулирования влажности (и не только улавливание воды, но также и ее выделение, если требуется), удовлетворяющие потребности пользователей с точки зрения комфорта, и, как будет проиллюстрировано ниже, композиция поглощает влагу, сохраняет ее, и когда влажность в помещении снова уменьшается и/или в случае проветривания быстро выделяет эту сохраненную влагу обратно в окружающий воздух.
3
3
3
3
3
3
3
Композиция строительной смеси/строительная смесь в соответствии с настоящим изобретением может абсорбировать большие количества летучих органических соединений (VOC) из окружающего воздуха, и, кроме того, VOC, захваченные этой строительной смесью, не подвергаются десорбции при комнатной температуре. Таким образом, композиция строительной смеси в соответствии с настоящим изобретением демонстрирует эффективность (в расчете на один загрязнитель) с точки зрения адсорбции VOC порядка по меньшей мере 60% по меньшей мере для каждого из следующих загрязнителей: этилбензол, ксилол, толуол, дихлорбензол, формальдегид, декан, и в частности по меньшей мере 70% по меньшей мере для каждого из следующих загрязнителей: этилбензол, ксилол, толуол, дихлорбензол, декан. Эта эффективность (в %) измеряется на выходе из камеры, в которой помещается тестируемый материал, при этом эффективность в расчете на один загрязнитель определяется путем вычисления отношения разности концентраций этого загрязнителя, измеренных на выходе из камеры, когда она пуста, и когда она содержит упомянутый загрязнитель, к концентрации упомянутого загрязнителя на выходе из камеры, когда она пуста, причем воздух, подаваемый для измерения эффективности в настоящем изобретении, содержит следующие загрязняющие вещества в указанных концентрациях (в мкг/м): этилбензол: 16 мкг/м; ксилол: 100 мкг/м; толуол: 3 мкг/м; парадихлорбензол: 65 мкг/м; формальдегид: 80 мкг/м; декан: 100 мкг/м.
2
2
Кроме того, упомянутая композиция/строительная смесь в соответствии с настоящим изобретением имеет сорбционную способность для VOC по меньшей мере 6 г/м (тестируемого образца). Сорбционная способность (в г/м) строительной смеси определяется следующим образом: строительная смесь помещается на тестовый образец из нержавеющей стали, на который помещается ячейка FLEC (полевая и лабораторная эмиссионная ячейка). Ячейка FLEC (полевая и лабораторная эмиссионная ячейка) имеет форму раструба или крышки из нержавеющей стали с внутренним диаметром 15 см и объемом 35 мл, которая помещается на измеряемый материал целиком, является непроницаемой для окружающего воздуха и снабжается воздухом. Концентрация VOC измеряется с течением времени с помощью масс-спектрометрии SIFT-MS (масс-спектрометрия с селективной проточной ионной трубкой) на выходе ячейки FLEC. Концентрация VOC сначала измеряется на выходе ячейки FLEC, размещенной на пустом (без образца смеси) тестовом образце до тех пор, пока не будет достигнут уровень, соответствующий первоначально созданной концентрации, чтобы определить кривую смешивания. Затем концентрация VOC на выходе ячейки FLEC, размещенной на измеряемом материале (здесь строительная смесь, помещенная на тестовый образец), измеряется с течением времени. Наблюдается временная задержка относительно кривой смешивания, а затем достигается состояние равновесия между VOC в газовой фазе и VOC, адсорбированными на поверхности материала. Эта разница во времени соответствует адсорбции VOC тестируемым материалом. Интегрирование позволяет рассчитать площадь между двумя кривыми и определить количество VOC, адсорбированных материалом, при рассматриваемой концентрации. При измерениях, проводимых для определения сорбционной способности строительной смеси в соответствии с настоящим изобретением, подаваемый воздух содержит следующие загрязнители в указанных концентрациях (в частях на миллиард, ppb): 1,2,4-триметилбензол: 335 ppb; бензол: 230 ppb; стирол: 332 ppb; этилбензол: 208 ppb; м-ксилол: 208 ppb; о-ксилол: 206 ppb; п-ксилол: 167 ppb; толуол: 498 ppb; 1,4-дихлорбензол: 337 ppb; трихлорэтилен: 331 ppb; тетрахлорэтилен: 167 ppb; формальдегид: 100 ppb; бутанон: 170 ppb; ацетон: 160 ppb; этанол: 165 ppb; ацетальдегид: 163 ppb; R-(+)-лимонен: 502 ppb; α-пинен: 498 ppb; н-декан: 503 ppb; октан: 1,21 ppb. На выходе из ячейки FLEC поток воздуха имеет достаточную скорость потока (порядка 500 мл/мин) для отбора и анализа с помощью спектрометра SIFT-MS, причем ячейка FLEC считается достаточно герметичной, если объемные скорости на входе и выходе отличаются самое большее на 5%.
2
2
2
Композиция строительной смеси в соответствии с настоящим изобретением также предпочтительно имеет среднюю буферность влаги MBV выше 2 г на м и на процент относительной вариации влажности (%ΔRH), и в частности больше или равную 2,5 г/(м.%ΔRH), где буферность влаги (MBV) отражает способность смягчать вариации относительной влажности окружающего воздуха. Определение этого значения и соответствующий протокол тестирования были даны в конце проекта NORDTEST [Rode, C. (ed.), Moisture Buffering of Building Materials, Department of Civil Engineering, Technical University of Denmark, Report R-126, 2005- ISSN 1601-2917 ISBN 87-7877-195-1], и это значение, определяется отношением 1) изменения веса во время цикла абсорбции/десорбции (в г) к 2) произведению величины площади поверхности обмена (в м) на разницу между высокими и низкими значениями относительной влажности (воздуха) в ходе цикла (в %), где относительная влажность воздуха или гигрометрический градус соответствует количеству водяного пара, содержащегося в данном объеме воздуха, по отношению к максимуму, который он может содержать при данных температуре и давлении. Принцип соответствующего протокола испытаний состоит в том, чтобы подвергать образцы ежедневным циклам относительной влажности, чтобы они были репрезентативными для циклов, встречающихся в зданиях, при этом эталонная пара относительных влажностей составляет 75%/33% относительной влажности с продолжительностью абсорбции 8 час и десорбции 16 час, и мониторинг веса образцов затем позволяет определить значение MBV, причем эффективность тем выше, чем выше это значение.
Активированный уголь, выбранный таким образом, играет как роль устраняющего загрязнения агента, так и роль регулятора влажности. Композиция в соответствии с настоящим изобретением после высыхания (особенно после нанесения в качестве покрытия и сушки) также имеет хорошую твердость и хорошую стойкость к истиранию.
Настоящее изобретение также относится к способу приготовления описанной выше композиции строительной смеси (в частности сухой или в виде пасты), в которой выбранный активированный уголь смешивается непосредственно со связующим, гранулами, агрегатами, песком и/или наполнителями и опционально другими добавками во время приготовления композиции строительной смеси, или, где это применимо, добавляется прямо в уже приготовленную композицию строительной смеси, содержащую по меньшей мере одно связующее, по меньшей мере гранулы, агрегаты, песок и/или наполнители, а также необязательные добавки. Добавление может также выполняться в момент смешивания композиции строительной смеси с водой. Включенный активированный уголь является совместимым с другими компонентами строительной смеси и не оказывает отрицательного влияния на другие требуемые свойства строительной смеси.
2
Настоящее изобретение также относится к покрытию/штукатурке или внутреннему покрытию для полов, стен и/или потолков, получаемому из сухой композиции строительной смеси, смешанной с водой, или из строительной смеси в виде пасты, причем композиция наносится, а затем отверждается (в частности, путем высыхания в окружающем воздухе). Это покрытие позволяет устранять загрязнения из помещения, в котором оно находится, и регулировать его влажность, а также совместимо с использованием в качестве внутреннего покрытия. Настоящее изобретение также относится к использованию такого покрытия для уменьшения количества VOC и регулирования влажности во внутреннем воздухе здания. Помимо возможного применения в качестве единственного слоя или финишного слоя, это покрытие особенно подходит для использования в качестве подслоя (или нижележащего слоя), в частности в качестве толстого слоя или толстого подслоя, т.е. с толщиной не менее 0,5 см или даже не менее 1 см, и в частности от 0,5 см или 1 см до 4 см. Использование в качестве подслоя, в частности в качестве толстого подслоя, покрытого отделочным слоем (для сглаживания и придания окончательного цвета), не препятствует снижению содержания летучих органических соединений или регулированию влажности, особенно в случае, когда упомянутый отделочный слой предпочтительно имеет толщину не более 5 мм и/или проницаемость для водяного пара более 300 г/м/день (в частности, измеренную в соответствии со стандартом NF 7783-2) и/или, в случае отделочного слоя, включающего по меньшей мере пигменты и/или связующее (такого как слой краски), соотношение между долей пигментов и долей связующего (связующих) больше 4. Покрытие в соответствии с настоящим изобретением также не имеет неприятного запаха (запахов) и имеет хорошие характеристики старения.
Представленные ниже примеры иллюстрируют настоящее изобретение, не ограничивая область его охвата, вместе с чертежами, на которых:
m(S)
m(D4)
- Фиг. 1 показывает один пример профиля изменения веса соединения во время фаз сорбции и десорбции, позволяющий оценить средние изменения веса Δ при сорбции и Δ после 4 циклов сорбции/десорбции в соответствии с протоколом измерения, описанным выше.
t
H
- Фиг. 2a для сравнения с добавкой, выбранной в соответствии с настоящим изобретением, показывает изотермы сорбции и десорбции водяного пара (представляющие содержание воды W в мас.% как функцию относительной влажности R в %), абсорбента в порошковой форме на основе сепиолита (глина с волокнистой структурой), продаваемого компанией Tolsa под названием Tolsa sepiolite 15/30 и используемого в строительных смесях в качестве устраняющего загрязнения агента, Фиг. 2b показывает изотермы сорбции и десорбции композиции строительной смеси, включающей этот устраняющий загрязнения агент, в сравнении с изотермами сорбции/десорбции композиции строительной смеси без упомянутого агента.
- Фиг. 3a показывает изотермы сорбции и десорбции для конкретного активированного угля, выбранного в соответствии с настоящим изобретением и продаваемого компанией Chemviron под названием «Filtrasorb 400», Фиг. 3b показывает изотермы сорбции и десорбции композиции строительной смеси, включающей этот активированный уголь, в сравнении с изотермами сорбции/десорбции композиции строительной смеси без упомянутого активированного угля.
m(S)
m(D4)
m
1
5
m(D4)
Фиг. 1 показывает пример профиля изменения веса соединения (представление дано для целей иллюстрации и не обязательно соответствует какому-либо конкретному соединению) с течением времени при выполнении 4 циклов сорбции и десорбции и пятой фазы сорбции после 4 циклов в соответствии с протоколом измерения для параметров Δ и Δ, описанным выше. Вес (чистого) анализируемого соединения измеряется в конце каждой фазы сорбции и десорбции, чтобы построить профили изменения веса во времени. Среднее изменение веса Δ во время фаз сорбции соответствует среднеарифметическому значению изменений веса Δ - Δ, измеренных для каждой из фаз сорбции (среднее для 5 значений), а изменение веса Δ является значением последнего изменения веса при десорбции в конце фазы десорбции 4-го цикла сорбции/десорбции.
В следующих примерах основа, использованная для композиции строительной смеси, представляла собой композицию строительной смеси, продаваемую под каталожным номером Weber cal 174 компанией Saint-Gobain Weber, причем эта композиция основана на белом портландцементе и гашеной извести с массовой долей 15-22%, песчаных и известняковых наполнителях диаметром менее 1,5 мм с массовой долей 75-86%, и добавках (типа простого эфира целлюлозы, простого эфира крахмала и поверхностно-активных веществ) с массовой долей менее 0,5%.
Образцы для тестов композиции строительной смеси, включающей, где это применимо, ту или иную из тестируемых добавок, были подготовлены следующим образом:
Начиная с предыдущей композиции строительной смеси в порошковой форме, к которой добавляется та или иная из упомянутых ниже добавок в зависимости от выполняемых тестов, вода добавляется из расчета 10 г воды на 3 г строительной смеси в порошковой форме, и все это перемешивается 2 раза по 30 с с использованием планетарного смесителя Rayneri для строительной смеси. Затем раствор разливается в формы размером 10×10 x 2 см, удаляется из форм на следующий день, а затем сушится в течение 28 дней при температуре 20°C и относительной влажности 65%.
2
3
m
m(D4)
Изотермы сорбции и десорбции, полученные с использованием абсорбента в форме порошка на основе сепиолита, продаваемого компанией Tolsa под наименованием Tolsa sepiolite 15/30 и используемого в строительных растворах в качестве агента для удаления загрязнений (сравнительный пример), сравнивались с изотермами, полученными с использованием активированного угля, продаваемого компанией Chemviron под наименованием «Filtrasorb 400», являющегося гранулированным активированным углем, получаемым из каменного угля и полностью активированным посредством физической активации, и имеющим гранулометрию 1,7×0,42 мм, удельную площадь поверхности порядка 950 м/г, йодное число порядка 1000 мг/г, сорбционную способность 9,1 мг (толуол)/г, кажущуюся плотность по меньшей мере 440-540 кг/м, среднее изменение веса при сорбции Δ 3,55% и изменение веса Δ после 4 циклов сорбции/десорбции 1,37%, изотермы сорбции/десорбции типа V, проиллюстрированные на Фиг. 3a, пористость со смесью микропор и мезопор, и относительную влажность менее 1%.
Изотермы сорбции/десорбции только для вышеупомянутых добавок приведены соответственно на Фиг. 2a для абсорбента Sepiolite и на Фиг. 3a для вышеупомянутого активированного угля, а изотермы сорбции/десорбции для добавок, добавляемых к вышеупомянутой композиции строительной смеси (в соответствующих количествах, для которых наблюдался оптимальный результат, оцененных при 7 мас.% окончательной композиции строительной смеси (сухой) для добавки Sepiolite и при 3 мас.% окончательной композиции для активированного угля Filtrasorb 400), приведены соответственно на Фиг. 2b для строительной смеси, включающей абсорбент Sepiolite, и на Фиг. 3b для строительной смеси, включающей вышеупомянутый активированный уголь, причем эти последние изотермы сравниваются с изотермами, полученными для композиции строительной смеси без упомянутых добавок и показанными на тех же самых Фиг. 2b и 3b, причем изотермы, показанные на Фиг. 2b и 3b, определялись во время второго цикла измерений из-за всегда значительного гистерезиса цементных композиций, наблюдаемого во время первого цикла сорбции/десорбции упомянутых композиций. Эти изотермы определяются с использованием анализатора динамической сорбции пара DVS Intrinsic производства компании Surface Measurement Systems.
Можно заметить, что изотермы сорбции/десорбции для одной только добавки Sepiolite (Фиг. 2a) относятся к типу II (на модели представлений IUPAC, с сорбцией и десорбцией, происходящих очень постепенно и без большой вариации между самой низкой и самой высокой относительной влажностью, причем содержание воды в добавке не превышает 20% в диапазоне относительной влажности от 40 до 80%.
Также можно заметить, что изотермы сорбции/десорбции для одной только композиции строительной смеси Weber cal 174 (Фиг. 2b) уже также относятся к типу II с содержанием воды, захваченной композицией, не превышающим 0,8% в диапазоне относительной влажности от 40 до 80%.
Комбинация добавки Sepiolite и композиции строительной смеси Weber cal 174 также дает (см. Фиг. 2b) изотермы того же самого типа, что и ранее, с сорбцией и десорбцией, происходящими очень постепенно и без большой вариации между самой низкой и самой высокой относительной влажностью. Даже если сорбция смеси, включающей сравнительную добавку Sepiolite, лучше, чем у композиции строительной смеси без добавки, улавливание и высвобождение воды происходит слишком умеренно и постепенно в диапазоне относительной влажности от 40 до 80%, чтобы обеспечить действительно эффективную стабилизацию (в частности десорбцию).
В отличие от этого, для активированного угля Filtrasorb 400 мы наблюдаем на одной только добавке сильное регулирование в зоне в пределах диапазона относительной влажности от 40 до 80% (Фиг. 3b). Изотермы сорбции и десорбции одного только активированного угля имеют сигмоидальную форму, в частности типа V, и имеют первую зону А небольшой сорбции или соответственно зону А' небольшой десорбции с малым наклоном, в которой содержание воды в активированном угле остается ниже 5 мас.% по меньшей мере до 40% относительной влажности окружающего воздуха, и в диапазоне от 40 до 80% относительной влажности окружающего воздуха вторую зону B сильной сорбции или зону B' сильной десорбции соответственно, с большим наклоном (в частности по сравнению с первой зоной), где сорбция (или соответственно десорбция) значительно увеличивается, в которой содержание воды в активированном угле изменяется (увеличивается или уменьшается в зависимости от рассматриваемой кривой) от 5 мас.% или меньше и вплоть до 35 мас.%, и наконец последнюю зону C, соответственно C', насыщения с малым наклоном.
Для смеси этого активированного угля и вышеупомянутой композиции строительной смеси тогда получается зона сильной сорбции, соответственно сильной десорбции, с большим наклоном, где сорбция (или соответственно десорбция) значительно увеличивается, расположенная в диапазоне от 40 до 80% относительной влажности окружающей атмосферы, что позволяет эффективно регулировать влажность в зоне с наибольшей относительной влажностью.
2
Значения буферности влаги (MBV) также сравнивались для каждой из предыдущих смесей и для одной только композиции строительной смеси. Значения, полученные для каждого из протестированных образцов (с размерами 10×10 x 2 см), составили 1,1 (г/(м.%ΔRH)) (довольно посредственное значение) для одной только композиции строительной смеси, 2 для композиции с добавкой Sepiolite (среднее значение), и по меньшей мере 2,6 (значение считается хорошим) для композиции в соответствии с настоящим изобретением с активированным углем Filtrasorb 400.
Параллельно с этим свойства сорбции VOC, в частности толуола, ксилола, этилбензола, декана, дихлорбензола и формальдегида были сравнены с использованием каждой из двух вышеупомянутых добавок, включенных в ту же самую композицию строительной смеси, что и раньше. Эффективность удаления загрязняющих веществ (VOC/формальдегид), содержащихся в газовой фазе, измерялась и сравнивалась с одной только композицией строительной смеси/покрытия. Тестовая камера, в которую были помещены тестовые образцы, представляла собой 50-литровую камеру CLIMPAQ, продаваемую компанией Climtech. Различные образцы были протестированы в соответствии со способом, описанным в стандарте ISO 16000-23/24, но с изменением подаваемого воздуха так, чтобы получить указанную выше смесь для измерения эффективности, и с получением результатов через 24 час.
По завершении тестов были сделаны следующие наблюдения:
- для образца строительной смеси, содержащей агент Sepiolite:
- сорбция толуола 0%
- сорбция ксилола 0%
- сорбция этилбензола 0%
- сорбция декана 0%
- сорбция дихлорбензола 40%
- сорбция формальдегида 61%.
- для образца строительной смеси, содержащей активированный уголь, выбранный в соответствии с настоящим изобретением:
- сорбция толуола 80%
- сорбция ксилола 78%
- сорбция этилбензола 80%
- сорбция декана 78%
- сорбция дихлорбензола 85%
- сорбция формальдегида 63%.
Кроме того, образец строительной смеси, содержащей активированный уголь, выбранный в соответствии с настоящим изобретением, не показывал десорбции VOC после их сорбции. Для сравнения также был протестирован другой активированный уголь, полученный из скорлупы кокосовых орехов и продаваемый под названием SIL 15 компанией Silcarbon, и, в частности, имеющий йодное число 850 мг/г, обеспечивающий хорошую сорбцию VOC, но впоследствии выделяющий эти VOC в атмосферу при комнатной температуре.
Также было отмечено, что цвет оставался стабильным и запах не изменялся для композиции строительной смеси, включающей в себя активированный уголь, выбранный в соответствии с настоящим изобретением.
Композиция строительной смеси или покрытия/штукатурки в соответствии с настоящим изобретением может использоваться, в частности, в качестве внутреннего покрытия конструкции, для пола, стен и/или потолка, и т.д.