Биоцидная добавка для бетонов и строительных растворов

Биоцидная добавка для бетонов и строительных растворов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к строительным материалам, в частности, к биоцидным добавкам, перспективным для борьбы с микробиологической деструкцией водных растворов органических соединений, используемых в технологии бетона и строительных растворов.

Ускорение темпов строительства, появление новых технологий, напряженный трафик во всех крупных городах - все это обусловило превращение химических добавок в необходимый и обязательный компонент бетонов.

Широкий спектр технических характеристик, которые требуется одновременно придать бетонам и строительным растворам, делает неизбежным создание комплексных добавок, т.е. добавок, состоящих из нескольких разнотипных компонентов, которые, в свою очередь, могут быть как индивидуальными соединениями, так и сложными многокомпонентными продуктами.

Известно, что в бетонных смесях находят применение различные комплексные добавки, позволяющие улучшить технологические характеристики бетонных смесей и повысить физико-механические характеристики бетонов. Так, широкое применение находят комплексные добавки на основе лигносульфонатов, однако их существенным недостатком является низкая биоустойчивость. При контакте с окружающей средой в них могут развиваться микроорганизмы (бактерии, грибы, дрожжи), что сопровождается изменением органолептических (цвет, запах) и/или технических характеристик продукта.

В технологии бетона известен ряд добавок, обладающих биоцидными свойствами. Очень высокой активностью обладает оловоорганическое производное, известное под названием АБП-40 [В.Г. Батраков. Модифицированные бетоны. Теория и практика. - 2-е изд.. перераб., и дополненное. - М., 1998. - 768 с.]. Активный ингредиент этой добавки представляет собой сополимер трибутилоловометакрилата с метилметакрилатом, бутилакрилатом и акриловой кислотой. Однако это вещество нерастворимо в воде и используется для т.н. вторичной защиты бетона, а не для подавления микроорганизмов в растворах самих добавок.

Высокой биоцидной активностью обладает также формалин, однако характерный резкий запах формальдегида проявляется уже при низких концентрациях вещества (порог чувствительности запаха 0,1-0,3 мг/м³), а пары формальдегида обладают высокой токсичностью для человека (ПДК в воздухе рабочей зоны 0,5 мг/м³; ПДК в воде 0,05 мг/л; класс опасности 2).

Соединения класса четвертичных аммониевых оснований характеризуются меньшей токсичностью при выраженной биоцидной активности. Так, известно применение в качестве биоцидной добавки «Катапин-бактерицида» (на основе поли(бензил триметиламмоний) хлорида) [Батраков В.Г., Феликман В.Р., Вовк А.И., Хазова Н.Н. перечень химических добавок для бетонов и строительных растворов, выпускаемых промышленностью в 1987 г. М.; ВНИИИС. 1988. - 28 с.]. Однако данный класс биоцидов не совместим с анионными ПАВ (особенно, полимерными), т.е. его применение в реально востребованных комплексах сильно ограничено.

В качестве биоцидной добавки находят применение производные изотиазолинона. Этот класс соединений достаточно хорошо растворим в воде и не осаждается анионоактивными ПАВ. К недостаткам данного класса соединений относятся относительно высокие значения LD5o и неспособность концентрироваться на границе Ж/Г, где обычно и начинают развиваться микроорганизмы.

Наиболее близким по сущности к предлагаемому изобретению является биоцидная добавка [Биоцидная добавка "Полипласт БИО" Технические условия ТУ 2499-046-58042865-2009 от 01.09.2009 г.], где в качестве активного компонента используют биоактивный сложный эфир на основе монозамещенного полиэтиленгликоля. Недостатком указанного продукта является снижение его эффективности при производстве добавок в сухой форме.

Технической задачей настоящего изобретения является биоцидная добавка, обладающая совместимостью со всеми типами водорастворимых химических добавок, широким спектром микробиологической активности при низком содержании в композиции и не теряющая эффективность при выпуске комплексных добавок в сухой форме.

Поставленная техническая задача в настоящем изобретении решается тем, что в качестве биоцидной добавки к бетонам и строительным растворам, содержащей в качестве активного компонента биоактивный сложный эфир, предлагается использовать смесь моно- и бисэтерифицированного полиалкиленоксида и неорганического производного серной кислоты. При этом биоцидная добавка содержит указанные компоненты при следующем соотношении, мас.%: моноэтерифицированный полиалкиленоксид 80-98; бисэтерифицированный полиалкиленоксид 1-10; неорганическое производное серной кислоты 1-10.

Указанную смесь моно- и бисэтерифицированных производных получают взаимодействием полиэтиленоксида, полипропиленоксида, полибутиленоксида, содержащих 5÷20 элементарных звеньев в цепи, или их сополимеров с замещенной ароматической карбоновой кислотой.

В качестве кислоты для получения смеси моно- и бисэтерифицированного полиалкиленоксида используют замещенную ароматическую карбоновую кислоту общей формулы:

где по крайней мере один из R¹÷R⁵=OH, а остальные R=H или R²+R³=бута-1,3-диендиил.

Неорганическое производное серной кислоты соответствует общей формуле R₂SO₄, где R=Na, К или является смесью указанных катионов.

Между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и достигаемым техническим результатом существует причинно-следственная связь.

Использование в качестве активного компонента биоактивного сложного эфира на основе монозамещенного полиэтиленгликоля, содержащего смесь моно- и бисэтерифицированного полиалкиленоксида и неорганического производного серной кислоты при указанном соотношении (масс.%) позволяет сохранять активность биоцидной добавки в составе комплексных добавок после воздействия высоких температур при производстве сухой отпускной формы на любых известных типах сушильного оборудования.

Заявляемый диапазон соотношений компонентов биоцидной добавки установлен экспериментально и является оптимальным. Содержание моноэтерифицированного полиалкиленоксида менее 80 и более 98 технологически не осуществимо. При содержании моноэтерифицированного полиалкиленоксида менее 80% наблюдается снижение растворимости биоцида в водных растворах добавок, при содержании моноэтерифицированного полиалкиленоксида более 98% снижается техническая эффективность биоцида после воздействии высоких температур.

При содержании бисэтерифицированного полиалкиленоксида более 10% наблюдается снижение растворимости биоцида в водных растворах добавок. Содержание бисэтерифицированного полиалкиленоксида менее 1% снижает техническую эффективность биоцидной добавки после воздействии высоких температур.

Содержание неорганического производного серной кислоты менее 1% технологически недостижимо, а при содержании выше 10% возможны отрицательные эффекты при хранении биоцидной добавки.

Оптимальное количество элементарных звеньев (n) в цепи полиалкиленоксида HO(RCHCH2O)_nH составляет n=5÷20. При n<5 эфир обладает слабыми поверхностно-активными свойствами, продукт распределяется по всему объему, в результате чего снижается концентрация на границе раздела Ж/Г, а при n>20 снижается растворимость добавки и возможно ее высаливание из комплексных добавок с высоким содержанием электролитов. При этом если в молекуле полиалкиленоксида величина радикала больше этила (т.е. производные пентена и выше), то не достигается растворимость в воде.

В биоцидная добавке неорганическое производное серной кислоты соответствует общей формуле R₂SO₄, где R=Na, К или является смесью указанных катионов.

Более подробно техническая сущность изобретения и достигаемые эффекты могут быть проиллюстрированы следующими примерами. Примеры составов бидоцидных добавок по изобретению приведены в таблице 1.

Исследования свойств биоцидной комплексной добавки проводили в соответствии с МУ 2.1.674-97 «Санитарно-гигиеническая оценка стройматериалов с применением отходов».

Эффективная дозировка биоцидного компонента добавки составляет 0,01-0,05% от веса раствора (0,1-0,2% от массы сухих веществ комплексной добавки).

При испытаниях использовали стандартный набор тест-штаммов микроорганизмов (Echerichia coli, Staphylococcus aureus, Candida albicans, Aspergillus niger. Bacillus subtilis).

Результаты проведенных испытаний предлагаемой биоцидной добавки для бетонов и строительных растворов представлены в таблице 2, 3, 4.

Из анализа результатов испытаний, представленных в таблице 2 видно, что предлагаемый биоцидный компонент совместим со всеми компонентами комплексной добавки.

В таблице 3 представлены результаты проведенных испытаний по ингибированию микроорганизмов. Анализ результатов испытаний показывает, что применение предлагаемой биоцидной добавки для бетонов и строительных растворов обеспечивает задержку роста микроорганизмов и выраженное бактерицидное действие на все исследованные штаммы микроорганизмов (Echerichia coli, Staphylococcus aureus, Candida albicans, Aspergillus niger, Bacillus subtilis), существенно снижая их концентрацию.

Из результатов, представленных в таблице 4, видно, что биоцидная добавка-прототип и биоцидная добавка по предлагаемой заявке обладают практически одинаковой эффективностью при введении в растворы бионеустойчивых комплексных добавок, однако добавка по заявке не снижает своей эффективности после высушивания в составе комплексной добавки и последующего повторного растворения в воде.

Таким образом, предлагаемая биоцидная добавка для бетонов и строительных растворов совместима со всеми типами водорастворимых химических добавок и обладает широким спектром действия по отношению к различным микроорганизмам и низкой токсичностью для теплокровных, при низком содержании в композиции и при этом не теряет эффективность при выпуске комплексных добавок в сухой форме.

Таблица 2
Совместимость эфира по заявке с различными типами химических добавок
№примера	Химическая добавка
ЛСТ (лигносульфонаты технические)	ПНС (полиметиленнафталин-сульфонаты)	Поликарбоксилаты	Полисахариды	Отработанный раствор сероочистки
1	совместим	совместим	совместим	совместим	совместим
2	совместим	совместим	совместим	совместим	совместим
3	совместим	совместим	совместим	совместим	совместим
4	совместим	совместим	совместим	совместим	совместим
5	совместим	совместим	совместим	совместим	совместим
Примечание: номера примеров соответствуют табл.1

Таблица 3
Эффективность ингибирования развития различных микроорганизмов
Микроорганизм	Концентрация микроорганизмов, исходная/после культивирования
Контрольный	Примеры по заявке
1	2	3	4	5
Е.coli	102/105	102/0	102/0	102/0	102/0	102/0
S.aureus	102/104	102/1	102/3	102/5	102/1	102/2
C.albicans	102/103	102/0	102/0	102/0	102/0	102/0
A.niger	102/104	102/0	102/0	102/0	102/0	102/0
В.subtilis	102/105	102/0	102/2	102/1	102/3	102/4

Таблица 4
Сопоставительные испытания эффективности биоцидных добавок в различных отпускных формах комплексной добавки
	Эффективность действия в комплексной добавке Полипласт СП-3
жидкая форма	сухая форма
прототип	по заявке	прототип	по заявке
	зона задержки, мм	бактерицидное действие	зона задержки, мм	бактерицидное действие	зона задержки, мм	бактерицидное действие	зона задержки, мм	бактерицидное действие
Е.coli	11	слабое бактерицидное действие	12	слабое бактерицидное действие	7	слабое бактерицидное действие	12	слабое бактерицидное действие
S.aureus	15	умеренное бактерицидное действие	18	умеренное бактерицидное действие	10	слабое бактерицидное действие	17	умеренное бактерицидное действие
C.albicans	21	сильное бактерицидное действие	23	сильное бактерицидное действие	15	умеренное бактерицидное действие	23	сильное бактерицидное действие
A.niger	25	сильное бактерицидное действие	27	сильное бактерицидное действие	15	умеренное бактерицидное действие	25	сильное бактерицидное действие
В.subtilis	22	сильное бактерицидное действие	25	сильное бактерицидное действие	14	умеренное бактерицидное действие	23	сильное бактерицидное действие
Примечание: результаты испытаний представлены на примере 5 (табл.1).

1. Биоцидная добавка для бетонов и строительных растворов, в качестве активного компонента содержащая биоактивный сложный эфир на основе полиэтиленгликоля, отличающаяся тем, что она содержит смесь моно- и бисэтерифицированного полиалкиленоксида и неорганического производного серной кислоты при следующем соотношении, мас.%:моноэтерифицированный полиалкиленоксид 80-98;бисэтерифицированный полиалкиленоксид 1-10;неорганическое производное серной кислоты 1-10.

2. Биоцидная добавка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве производного полиалкиленоксида используют эфир полиэтиленоксида, полипропиленоксида полибутиленоксида или их сополимеров с замещенной ароматической карбоновой кислотой.

3. Биоцидная добавка по п.1, отличающаяся тем, что количество звеньев в полиалкиленоксидной цепи составляет n = 5÷20.

4. Биоцидная добавка по п.1, отличающаяся тем, что неорганическое производное серной кислоты соответствует общей формуле R₂SO₄, где R = Na, К или является смесью указанных катионов.