Состав для модификации твердых поверхностей

Состав для модификации твердых поверхностей

Реферат

 

Использование для обработки изделий из керамики, дерева, бумаги, ткани, металлов. Сущность изобретения: состав содержит, мас.%: кремнийорганическое соединение 0,1 - 10, гидрофобный порошкообразный наполнитель с размером частиц от до 10 мкм 2 - 40, органический растворитель до 100. Состав может дополнительно содержать 0,2 - 15 мас.% адгезива из группы: эпоксидная диановая смола, парафин, вазелин, полиакриловая смола, а также 0,1 - 2 мас.% двууглекислого натрия или уксуснокислого алюминия. 3 з.п. ф-лы, 4 табл.

Изобретение относится к области материаловедения, физической и коллоидной химии, химии кремнийорганических соединений и технологии защитных покрытий на изделиях различного назначения. Изобретение может быть использовано при финишной обработке керамики, бетона, дерева, бумаги, ткани, металлов и для увеличения устойчивости к внешним воздействиям и комплексного улучшения эксплуатационных характеристик.

Известен состав для модификации твердой поверхности изделий, включающий водную эмульсию (0,5-10 мас.) кремнийорганической жидкости типа ГКЖ-94. Состав предназначен для обработки тканей, бумаги и других материалов с целью защиты от факторов погоды.

Известен также состав для модификации твердой поверхности, представляющий собой раствор (1-5 мас.) полиорганосилазана в органическом растворителе. Состав предназначен для обработки текстильных материалов с целью придания повышенных водоотталкивающих свойств.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является состав для модификации твердых поверхностей строительных материалов, содержащий растворитель, кремнийорганическое соединение в количестве 0,2-2,5 мас. и 0,01-0,5 мас. гидрофобного наполнителя с удельной поверхностью более 50 м²/г и размером частиц от 100 мкм. Состав предназначен для гидрофобизации строительных материалов: кирпича, бетонных блоков, керамических изделий.

Недостаток известного состава малая эффективность гидрофобизации твердых материалов с гладкой поверхностью таких как, металлы. пластмассы, эмали, а также отсутствие комплексного защитного действия, увеличения коррозионной, химической и микробиологической стойкости в сочетании с гидрофобным и антиобледенительным эффектами.

Задачей изобретения является повышение эффективности гидрофобизации материалов с гладкой поверхностью и расширение области применения состава за счет одновременного увеличения химической, коррозионной, микробиологической и водостойксоти модифицированных поверхностей бумаги, полимеров (ЛКЦ), цветных и черных металлов, тканей, кожи человека, неорганических веществ и древесины.

Задача решается за счет того, что состав для модификации твердых поверхностей включает, мас. кремнийорганическое соединение 0,1-10, гидрофобный порошкообразный наполнитель с размером частиц от 40 40 до 10 мкм из группы перлит, тальк, аэросил и/или оксид металла 2-40, органический растворитель до 100. В качестве кремнийорганического соединения состав содержит диметилдихлорсилан, полиэтилсилоксановую жидкость, полиметилсилоксановую жидкость или полиметил силазан. Состав может дополнительно содержать 0,2-15 мас. адгезива из группы эпоксидная смола, парафин, вазелин, полиакриловая смола, для модификации изделий из материалов из металла, пластмасс, окрашенных и эмалированных поверхностей. Для модификации тканей состав может дополнительно содержать 0,1-12 мас. двууглекислого натрия, или уксуснокислого алюминия.

При содержании гидрофобного наполнителя менее 2 мас. состав придает модифицируемой поверхности бетонных изделий водостойкость, но не обеспечивает комплексной защиты черных и цветных металлов, древесины, пластмасс, тканей от микрооорганизмов, химических реагентов.

При содержании гидрофобного наполнителя более 40 мас. защитное действие модифицирующего состава снижается. Частицы высокодисперсого наполнителя флокулируют, закрепляют на модифицируемой поверхности крупными конгломератами, которые менее устойчивы к вибрации, механическим воздействиям, перепадам температуры. При эксплуатации изделий, обработанных концентрированными (более 40 мас.) дисперсиями крупные агломераты частиц наполнителя осыпаются, оставляя локальные участки поверхности незащищенными. Вследстие этого исчезает комплексное действие состава и существенно уменьшается водоотталкивающий эффект.

Отличительной особенностью данной композиции от известных аналогов является отсутствие на обработанной поверхности сплошной полимерной пленки или слоя кремнеорганического соединения. Осажденные на поверхности отдельные частицы наполнителя-высокодисперсные гидрофобные порошки с размерами частиц 40 40 -- 10 мкм 10мкм удерживаются на ней за счет адгезии. При этом чем выше микропористость обрабатываемой поверхности, тем больше силы адгезии, удерживающие высокодисперсные порошки. Такие материалы, как бумага, рубероид, бетон, шифер, кирпич, гипс, неполированное дерево, текстильные материалы, кожа и меха не требуют предварительной специальной подготовки поверхности по нанесению и закреплению на ней композиции модифицирующего состава.

Методами ускоренных испытаний показано, что на таких поверхностях разработанные композиции могут сохранять свои свойства продолжительное время.

Для закрепления состава на гладких поверхностях таких, как полированное дерево, эмалированные и отшлифованные изделия из металлов требуется предварительная подготовка шпатлевка, грунтовка стандартными методами.

Изобретение иллюстрируется примерами состава и способами его применения для повышения защитных функций материалов.

П р и м е р 1. Готовят компоненты состава для модификации твердой поверхности кирпича. Используют растворитель гексан 87,1 мас. кремнийорганическое соединение диметилдихлорсилан 1,9 мас. гидрофобный наполнитель метилсилированный перлит с размером частиц 1-40 мкм в количестве 4 мас. адгезив акриловый лак АК-113 (ТУ-6-01-432-69) 7 мас.

Для получения гидрофобного порошка перлита навеску вспученного перлита 5,3 г насыпной плотностью 75 кг/м (ГОСТ 10832-83) подвергают предварительному гидроксилированию кипячением в воде в течение 24 ч. После кипячения перлит сушат в вакууме для удаления физически адсорбированной воды в течение 8 ч при 200^оС и давлении 1,3 Па. Затем проводят метилсилирование перлита диметилдихлорсиланом при 3-кратном стехеометрическом избытке последнего (43,2 г) в течение 8 ч при 95^оС.

Состав перемешивают 15 мин и наносят на кирпич или погружают в состав кирпич на 20 мин. Кирпич сушат 30 мин и переносят под струю воды. Испытания на водостойкость продолжают 1 ч, используя исходный кирпич, кирпич, обработанный известным способом, и кирпич, обработанный составом по примеру 1. Исходный кирпич намок и масса увеличилась его на 12-15% Кирпич, обработанный известным составом, содержащим 0,5 мас. аэросила, потемнел массу его увеличилась на 4% Кирпич, обработанный составом по изобретению, не изменил цвета и массы.

П р и м е р 2-5. Состав для модификации поверхности дерева, гипса, рубероида, мрамора, туфа, бетона приведен в табл. 1. Поверхность твердых материалов не изменяется при воздействии струи воды в течение 1 ч, если она обработана составом, приведенным в табл. 1. В качестве адгезива в примерах 2-5 используют эпоксидную смолу ЭД-20, полиметилметакрилат (ПММА) марки Л-1, парафин и вазелин. В качестве кремнийорганического соединения применяют полиметилсилоксан (ПМС-100 или ПМС-50), полиэтилсилоксан (ПЭС-5), диметилдихлорсилан (ДМДХС).

П р и м е р 6-10. Состав для модификации твердых поверхностей с содержанием гидрофобного наполнителя 1 (контрольный) 2, 20, 40 и 45 мас. (контрольный), остальные компоненты по примеру 2, а растворитель 86, 67, 47, 42 и до 100 мас. применяют для комплексной защиты изделий из стали 3 и алюминиевого сплава Д16Т. Образцы металлов обезжиривают и грунтуют акриловым лаком ПК-113 по стандартной методике.

С помощью краскораспылителя наносят на поверхность образцы составов для модификации поверхностей с разным содержанием наполнителя, соответственно по примерам.

Образцы стали 3, обработанные составом по изобретению и контрольными составами, с содержанием гидрофобного аэросила 1 и 45 мас. сначала подвергают вибрации на стенде в среде песка в течение 6 ч, а затем погружают в 2%-ный водный раствор серной кислоты. Время 100%-ной коррозии поверхности образцов стали в растворе кислоты по примерам показано в табл. 2.

Образцы алюминиевого сплава Д16Т (элементы штыревых антенн) диаметром 20 мм, обработанные составом, помещают в климатическую камеру.

Образцы алюминиевого сплава Д16Т (элементы штыревых антен) диаметром 20 мм, обработанные составом, помещают в климатическую камеру.

Трубки подвергают циклическому воздействию температуры от +3 до -10^оС при относительной влажности 115-120% в течение 3 ч. После испытаний трубки внешне осматривают. Незащищеная трубка в трубке по примеру 6 оказывается покрытой слоем льда по всей поверхности толщиной 1 мм. На всех трех трубках, защищенных составом по примеру 8-10, видимых следов льда (или влаги) не наблюдается.

Покрытия такого рода могут быть использованы в качестве противооблединительных средств на летательных аппаратах, морских и речных судах, для защиты антенн радиостанций, ретрансляторов, радиолокаторов от обледенения.

Испытания на коррозионную стойкость металлов, обработанных составом по примерах 6-10, проводят в климатической камере ГОСТ 9.902-81.

Сущность испытаний состоит в попеременном воздействии на образцы повышенной относительной влажности воздуха и повышенной температуры. Для испытаний изготовляют 6 плоских металлических образцов из стали 08КП размерами 50 х 100 мм и толщиной 2 мм. на 3 образца наносят защитный состав по примерам 8, 9, 10 толщиной 1100 мкм, а на 3 контрольных образца состав по примерам 6, 10 и покрытие на основе акрилового лака АК-113 такой же толщины. Образцы воздействуют в климатическую камеру и подвергают циклическому воздейстию температуры при относительной влажноти воздуха 92% Каждый цикл испытаний включает последовательную выдержку образцов при температуре 3^оС в течение 30 мин, при температре 25^оС в течение 1 ч, при температуре 50^оС в течение 1 ч. Всего проводят 180 циклов испытаний.

Оценку коррозионных разрушений металлических образцов осуществляют по ГОСТ 9.076-77. Результаты приведены в табл. 3.

Как следует из таб. 3, применение предлагаемого состава на металлах резко снижает процессы коррозии в диапазоне концентрации гидрофобного наполнителя 2-40 мас.

П р и м е р 11. Для придания бытовым спичкам водо- и влагозащитных свойств их обрабатывают составом, включающим, мас. 89,0 органического растворителя Р-5; 5,0 метоксилированного гидросиликата магния (талька); 0,5 диметилдихлорсилана и 5,5 адгезива (кремнийорганический лак КО-85) методом окунания в состав, выдерживают в нем 10 мин и сушат при комнатной температуре в течение 2 ч. Обработанную таким образом коробку спичек погружают в воду на 2 ч, после чего спички безотказно зажигаются. В то же время необработанные, спички не поджигаются даже через 10-15 с после пребывания в воде.

В настоящее время решается вопрос о выпуске опытной партии гидрофобных спичек для использования их в районах с повышенной влажностью, для охотников, быболовов, геологов, экспедиций.

П р и м е р ы 12-13. Состав для модификации твердых поверхностей может быть нанесен на кожу человека для защиты кожи от химических ожогов кислотами, щелочами, электролитами, ракетными топливами и другими сильнодействующими ядовитыми веществами, горячими водосоляными растворами и водой.

Композиция включает, мас. 13-15 масла вазелинового или жидкого парафина, 5-10 скипидара очищенного, 2-15 высокодисперсного гидрофобного порошка (метилаэросила, метоксилированного гидросиликата магния) и 60-79 этилового спирта. Состав для модификации, представляющий собой вязкую жидкость, втирается в кожные покровы.

При опускании кисти руки экспериментатора в концентрированные минеральные кислоты (соляную, серную, азотную, фосфорную), щелочи (едкое кали и едкий натр), электролиты химического ожега не наблюдается.

П р и м е р ы 14-15. Составом для модификации обрабатывают образцы тканей (ситец, шерсть, парусина, войлок). Композиция включает, мас. 97,0 органического растворителя (этилового спирта), 2,0 модифицированого высокодисперсного гидрофобного порошка (метилаэросила, метоксилированного гидросиликата магния), 1,0 уксуснокислого алюминия. Модификацию осуществляют замачиванием в растворе в течение 20 мин с отжимом и сушкой в течение 30 мин, тепловой обработкой при температуре 120-150^оС под давлением (глажение). Обработанные таким способом ткани обладают высокими водооттал- кивающими и влагонепроницаемыми свойствами в течение длительного времени. При воздействии на такие ткани концентрированных кислот (HC₁, H₂SO₄, HNO₃, H₃PO₄) электролитов и щелочей не происходит их разрушения.

Состав для модификации по примеру 1 наносят на бумагу для создания гидрофобизированого укупорочного материала (бумаги, картона), используемого для повышения долговечности и надежности работы приборов и оборудования, сохранности строительных материалов (цемента, алебаста, мела) при их хранении в районах с повышенной влажностью, для сохранения книг, ценных бумаг, документов. Обработанную бумагу высушивают или пропускают между валками каландра, вращающимися с разными скоростями.

Два пакета из крафт-бумаги, заполненных цементом, один из которых обработан составом по примеру, погружают в воду. Через 30 мин пакеты извлекают. В обычном пакете цемент пропитывается водой и приходит в негодность, а в обработанном остается сухим.

П р и м е р ы 16-19. Состав модификатора по примеру 3, но с использованием в качестве наполнителя гидрофобизированных ПМС-100 порошков оксида цинка и титана, применяют для увеличения стойкости парусины полульняной (арт, 11201) и упаковочной крафт-бумаги к воздествию микроскопических грибов. Пропитку образцов производят путем окунания в состав и последующего высушивания до постоянного веса. Привес образцов при этом составляет для ткани 4,5-4,8% бумаги 3,9-4,1% Испытания образцов на устойчивось к воздействию микроскопических грибов проводят по ГОСТ 9,049-75, ГОСТ 9.802-84, ГОСТ 9.048-75. Сущность испытаний заключается в выдерживании образцов, зараженных грибами для их развития, с последующей оценкой грибоустойчивости образцов и наличия у них фунгицидных свойств.

Оценку грибоустойчивости проводят по степени роста грибов на образцах, используя для этого шестибальную шкалу (от 0 до 5). За результат испытаний принимают максимальный балл, который был установлен не менее, чем для 3 образцов. Если рост грибов прешывает 3 балла, образец считается негрибоустойчивым. Продолжительность испытаний на грибостойкость 84 сут. Результаты испытаний на грибостойкость приведены в табл. 4.

Из табл. 4 видно, что образцы ткани и бумаги, пропитанные составом, являются грибоустойчивыми при содержании гидрофобного наполнителя в заданных пределах от 2 до 40 мас.

П р и м е р ы 20-22. Составы для модификации эмалированных металлических изделий и полированного дерева содержат, следующие компоненты мас. Перлит метилсилированный (0,5 мкм) 10 Оксид хрома (III), гидрофоби- зированный парафином 10 Оксид цинка, гидрофоби- зированный полиметил- силазаном марки 141-50Р (0,02 мкм) 10 Эпоксидная смола ЖД-20 5 Ацетон 65 Составы наносят после грунтовки или лакировки поверхности изделий краскораспылителем. Изделия выдерживают более 100 циклов УКИ по примеру 7 без коррозии и оказывают грибоустойчивость не более 2 баллов по примеру 17.

П р и м е р 23 (контрольный). Состав по примеру 3, но с перлитом, имеющим размер частиц 20 80 мкм, наносят на бумагу, дерево и окрашенную сталь 45. Бумага и дерево при испытаниях по примеру 21 не увеличивают грибоустойчивости (4 и 5 баллов). Сталь 45 корродируют в растворах серной кислоты и климатической камере через 50 циклов УКИ.

Формула изобретения

1. СОСТАВ ДЛЯ МОДИФИКАЦИИ ТВЕРДЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ, включающий кремнийорганическое соединение, гидрофобный порошкообразный наполнитель с размером частиц от до 10 мкм и органический растворитель, отличающийся тем, что в качестве гидрофобного порошкообразного наполнителя он содержит перлит, тальк, аэросил и/или оксид металла при следующем соотношении компонентов, мас.

Кремнийорганическое соединение 0,1 10,0 Гидрофобный порошкообразный наполнитель с размером частиц от до 10 мкм 2 40 Органический растворитель До 100 2. Состав по п.1, отличающийся тем, что в качестве кремнийорганического соединения он содержит диметилдихлорсилан, полиэтилсилоксановую жидкость, полиметилсилоксановую жидкость или полиметилсилазан.

3. Состав по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит 0,2 - 15,0 мас. адгезива из группы эпоксидная, полиакриловая, полиамидная смолы, парафин, вазелин.

4. Состав по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит 0,1 - 2,0 мас. двууглекислого натрия или уксуснокислого алюминия.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2