Пропитывающая композиция для материалов с пористой структурой и влажностью более 10%, способ гидроизоляции влажного бетона (варианты) и способ изготовления водостойкой фанеры (варианты) с использованием этой композиции
Изобретение относится к пропитывающей композиции для материалов с пористой структурой и влажностью более 10%, включающей касторовое масло и растворитель в количестве 1-9900 мас.ч. на 100 мас.ч. касторового масла, причем в качестве растворителя она содержит, по крайней мере, одно вещество, выбранное из группы: а), б), в). Настоящее изобретение также относится к способу гидроизоляции влажного бетона, при котором на поверхность бетона наносят заявленную пропитывающую композицию, к способу изготовления водостойкой фанеры, включающему склеивание под давлением влажных слоев шпона, пропитанных заявленной композицией с растворителем из группы а) или б), а также к способу изготовления фанеры, включающему склеивание влажных слоев шпона, пропитанных заявленной композицией с растворителем из группы в). Заявленная композиция является относительно простой и недорогой, глубоко пропитывает поверхностный слой влажного деградированного бетона, тем самым водонепроницаемость бетона значительно увеличивается. Изготовленная заявленными способами фанера обладает улучшенным пределом прочности при скалывании по клеевому слою и улучшенным пределом прочности при статическом изгибе. 4 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к композициям, применяемым для пропитки влажного бетона и других пористых материалов с целью их гидроизоляции, упрочнения, антикоррозионной защиты и склеивания.
Известно множество композиций для пропитки бетона.
Композиция по авторскому свидетельству СССР №1348323 (С04В 41/63, опубл. 30.10.87) содержит полиизоцианат, бутиловый эфир уксусной кислоты, водный раствор силиката натрия и водный раствор керосинового контакта Петрова.
Композиция по авторскому свидетельству СССР №1560530 (С04В 41/63, опубл. 30.04.90) содержит полиизоцианат и эфир ортокремниевой кислоты с содержанием 2-3 атомов кремния.
Композиция по авторскому свидетельству СССР №1574581 (С04В 41/63, опубл. 30.06.90) содержит метилметакрилат, инициатор полимеризации, полиизоцианат, алкилбензосульфонат кальция и ацетон.
Композиция по авторскому свидетельству СССР №1715791 (С04В 41/63, опубл. 29.02.92) содержит полиизоцианат, бутиловый эфир уксусной кислоты, жидкое стекло, олигоэфиракрилат и алкилсиликонат натрия.
Композиция по авторскому свидетельству СССР №1825768 (С04В 41/63, опубл. 07.07.93) содержит эпоксидную диановую смолу, полиизоцианат, 2,4,6-трис-(диметиламинометил)-фенол и фенилглицидиловый эфир.
Композиция, содержащая метилметакрилат, диметиланилин, полиизоцианат и перекись бензоила, описана в сборнике «Антикоррзионные работы в строительстве» (Вып.5, Москва, Минмонтажспецстрой СССР, 1988, с.12-16).
В патенте Российской Федерации 2202582 (C09D 133/10, C09D 175/04, C08L 75/04, опубл. 20.04.2003) указан недостаток этой композиции - низкая проникающая способность. Согласно изобретению ее повышают добавлением к композиции гидроксилсодержащего соединения, выбранного из группы низших спиртов и/или простых низкомолекулярных полиэфиров.
Все описанные композиции могут быть использованы только для пропитки сухого бетона. В то же время очень часто возникает необходимость пропитки влажного бетона. Эту задачу решает композиция по патенту Украины №68225 А (С04В 41/00, C08G 18/02, опубл. 15.07.2004), содержащая на 100 мас.ч. полиизоцианата 0,1-5 мас.ч. растворимой соли щелочно-земельного металла. Композиция может содержать также гидрофобный растворитель и гидрофобный пластификатор.
Но применение этой композиции не всегда решает поставленную задачу в тех случаях, когда вода, поступающая из герметизируемой поверхности, успевает оттеснить нанесенное покрытие до его отверждения. Кроме того, поверхностный слой бетона, особенно для сооружений, эксплуатирующихся в контакте с агрессивными средами, деградировал и при давлении воды в сторону помещения разрушается вместе с нанесенным на поверхность покрытием. Единственной возможностью гидроизоляции таких сооружений является использование композиций, которые при нанесении на поверхность бетонных конструкций проникали бы через их водонасыщенный рыхлый слой и гидрофобизировали его.
Влажный пористый материал - шпон применяется при производстве фанеры, в частности водостойкой. Перед склеиванием под давлением влажность шпона должна быть доведена до 5-10%. Так, согласно патенту РФ №2080246 (B27D 1/04, опубл. 27.05.1997) влажный шпон сначала пропитывают антипиреном, затем высушивают до влажности 6% и склеивают. Гидрофобизация шпона позволила бы исключить операцию высушивания.
В основу изобретения поставлена задача разработать простую и недорогую композицию для пропитки пористых материалов с целью их гидрофобизации.
Еще одной задачей изобретения является создание способа гидроизоляции влажного бетона, особенно для тех случаев, когда его поверхностный слой деградировал.
Следующей задачей изобретения является создание способа изготовления водостойкой фанеры из влажного шпона, то есть шпона, влажность которого превышает 6-10%.
Первая задача согласно изобретению решена тем, что пропитывающая композиция для влажных пористых материалов содержит на 100 мас.ч. касторового масла 1-9900 мас.ч. растворителя.
В композиции предпочтительно использовать следующие растворители: ацетон, этилацетат, бутилацетат, уайт-спирит, толуол, ксилол, фенилглицидиловый эфир (ФГЭ), хлопковое масло (ХМ), пальмовое масло (ПМ), рапсовое масло (РМ), трихлорэтилфосфат (ТХ), машинное масло (MM). Однако могут применяться и другие органические растворители.
В связи с тем, что касторовое масло хорошо совмещается с различными дешевыми растительными маслами, гидрофобными пластификаторами и нефтепродуктами, антипиренами, антифунгицидами и др., их можно добавлять в качестве растворителей в композицию для снижения ее стоимости и придания композиции специальных свойств.
В качестве растворителей композиция может содержать отверждающиеся мономеры или олигомеры, например метилметакрилат (ММА), толуилендиизоцианат (ТДИ), полиизопианат - неочищенный дифенилметандиизоцианат (ПИЦ) или эпоксидную смолу (ЭД-20). Они могут использоваться отдельно или в соединении с соответствующими инициаторами полимеризации и отвердителями. В последнем случае они создают полимеризуемые композиции. В качестве полимеризуемой может использоваться одна из следующих композиций (в скобках приводится ее сокращенное наименование):
ПИЦ - 100 мас.ч., олеат магния - 1 мас.ч., ксилол - 50 мас.ч. (ПИК);
метилметакрилат - 100 мас.ч., ПИЦ - 30 мас.ч., диметиланилин - 0,7 мас.ч., перекись бензоила - 2 мас.ч. (МП);
ЭД-20 - 100 мас.ч., 2,4,6-трис(диметиламинометил)фенол - 5 мас.ч., фенилглицедиловый эфир - 50 мас.ч. (ЭФ).
Вторая задача изобретения решена двумя вариантами.
В одном варианте в способе гидроизоляции влажного влажного бетона, при котором на поверхность бетона наносят пропитывающую композицию, в качестве пропитывающей композиции используют композицию, содержащую только касторовое масло и растворитель. Однако максимальная водонепроницаемость бетона может быть достигнута, когда в качестве пропитывающей композиции используют композицию, содержащую легколетучие растворители, такие, как ацетон, этилацетат или толуол, а после высыхания пропитанной поверхности производят повторную пропитку путем нанесения только растворителя, представляющего собой полимеризуемую композицию в виде отверждающихся мономеров или олигомеров с соответствующими инициаторами полимеризации и отвердителями. Полимеризуемая композиция заполняет поры, образовавшиеся после испарения легколетучего растворителя из объема пропитанного бетона, и отверждается в них.
В качестве полимеризуемой композиции может быть использована композиция, выбранная из группы, включающей следующие композиции:
ПИЦ - 100 мас.ч., олеат магния - 1 мас.ч., ксилол - 50 мас.ч. (ПИК);
метилметакрилат - 100 мас.ч., ПИЦ - 30 мас.ч., диметиланилин - 0,7 мас.ч., перекись бензоила - 2 мас.ч. (МП);
ЭД-20 - 100 мас.ч., 2,4,6 трис(диметиламинометил)фенол - 5 мас.ч., фенилглицедиловый эфир - 50 мас.ч. (ЭФ).
В другом варианте способа гидроизоляции влажного бетона используют композицию, которая содержит в качестве растворителя полимеризуемую композицию, которую в первом варианте использовали при повторной пропитке.
Этот вариант в определенных случаях имеет преимущество перед первым вариантом, поскольку не требуется вторичная пропитка бетона, которая занимает много времени. Хотя в пропитывающей композиции содержатся мономеры или олигомеры с соответствующими инициаторами полимеризации и отвердителями, хроматографическое разделение компонентов композиции в данном случае наблюдаться практически не будет, так как гидрофобизация поверхности бетонных пор касторовым маслом значительно снизит сорбционную активность бетона. Такая пропитка бетона будет обеспечивать как увеличение его герметичности, так и механической прочности и хемостойкости.
Касторовое масло содержит в своем составе сложноэфирные группы. Некоторые типы сложноэфирных групп при контакте с поверхностью стекла, бетона и некоторых других материалов гидролизуются, и происходит хемосорбция продуктов гидролиза на поверхности твердого тела, причем эти процессы протекают с очень высокой скоростью. (R.A.Veselovsky, V.N.Kestelman. Adhesion of Polymers, (McGraw Hill, New-York, p.500); Adamson A.W. Physical Chemistry of Surfaces, third edition (John Willey and Sons, New York, p.134). В частности, при пропитке композицией влажного бетона с целью его гидроизоляции поверхность бетонных пор гидрофобизируется, вода оттесняется в объем бетонной конструкции и происходит ее замещение на композицию, которая заполняет поры в бетоне. Было обнаружено, что сложноэфирные группы в касторовом масле способны хемосорбироваться на поверхности бетонных пор, наличие в нем гидроксильных групп значительно усиливают эту способность. Фронт пропитанного композицией бетона продвигается в объем бетона даже в том случае, когда вода в бетоне находится под некоторым избыточным давлением и двигается в направлении пропитываемой поверхности. После того, как гидрофобизированный слой бетона становится достаточно большим, движение воды прекращается и поверхностный слой бетона высыхает.
Глубина пропитки зависит от соотношения касторовое масло - растворитель и от вида растворителя.
Третья задача изобретения также решена двумя вариантами.
В первом варианте способа изготовления водостойкой фанеры, включающем склеивание под давлением слоев шпона, согласно изобретению используют влажные слои шпона, которые перед склеиванием пропитывают композицией, содержащей на 100 мас.ч. касторового масла 1-9900 мас.ч. растворителя, не содержащего инициаторов полимеризации и отвердителей.
Пропитывающая композиция гидрофобизирует шпон, который затем может быть склеен под давлением с применением в качестве клея растворителя, представляющего собой полимеризуемую композицию в виде отверждаемых мономеров или олигомеров в комбинации с инициаторами полимеризации и отвердителями.
Предпочтительно использовать как клей композицию, выбранную из группы, включающей следующие композиции:
ПИЦ - 100 мас.ч., олеат магния - 1 мас.ч., ксилол - 50 мас.ч. (ПИК),
метилметакрилат - 100 мас.ч., ПИЦ - 30 мас.ч., диметиланилин - 0,7 мас.ч., перекись бензоила - 2 мас.ч. (МП),
ЭД-20 - 100 мас.ч., 2,4,6-трис(диметиламинометил)фенол - 5 мас.ч., фенилглицедиловый эфир - 50 мас.ч. (ЭФ).
Во втором варианте способа изготовления фанеры, включающем склеивание под давлением слоев шпона, согласно изобретению используют влажные слои шпона, которые перед склеиванием пропитывают композицией, содержащей на 100 мас.ч. касторового масла 1-9900 мас.ч. растворителя и которая как растворитель содержит полимеризуемую композицию, которую в первом варианте способа использовали как клей.
Для придания фанере специальных качеств в композицию могут быть дополнительно введены общеизвестные добавки, такие как антипирены, антифунгициды, пигменты, красители, наполнители и т.п. Несмотря на то, что для изготовления фанеры может быть использован шпон с повышенной влажностью, содержание воды в готовой фанере не должно быть большим, чтобы избежать коробления фанеры при ее высыхании. В этом случае содержание воды в фанере не превышает его равновесного значения 10-15%, поскольку при использовании композиций, предложенных изобретением, излишки воды механически выдавливаются при прессовании. Возможность выдавливания, достигаемая благодаря использованию предложенной композиции, значительно снижает стоимость фанеры, поскольку позволяет отказаться от очень энергоемкого процесса высушивания шпона.
Предложенные композиции можно использовать не только для изготовления водостойкой фанеры, но и в других аналогичных целлюлозосодержащих материалах, таких как ДСП, МДФ и т.п.
Ниже приведены примеры осуществления изобретения.
Примерами растворителей, пригодных для осуществления изобретения, являются ацетон, бутилацетат, уайт-спирит, толуол, ксилол, фенилглицидиловый эфир (ФГЭ), хлопковое масло (ХМ), пальмовое масло (ПМ), рапсовое масло (РМ), трихлорэтилфосфат (ТХ), машинное масло (ММ). Могут быть использованы и другие известные специалистам в этой области вещества, относящиеся к указанным группам веществ.
В качестве полимеризуемой композиции использовались композиции:
ПИЦ-100 мас.ч., олеат магния - 1 мас.ч., ксилол - 50 мас.ч. (ПИК), метилметакрилат - 100 мас.ч., ПИЦ - 30 мас.ч., диметиланилин - 0,7 мас.ч., перекись бензоила - 2 мас.ч. (МП),
ЭД-20 - 100 мас.ч., 2,4,6-трис(диметиламинометил)фенол - 5 мас.ч., фенилглицедиловый эфир - 50 мас.ч. (ЭФ).
В таблице приведены примеры композиций, которые были подвергнуты испытанию при герметизации водонасыщенного бетона. Композиции готовили непосредственно перед испытанием путем смешения ингредиентов. Испытания композиций проводили по методу определения водонепроницаемости бетона (ГОСТ 12730.5-84). В соответствии с этим методом бетонный цилиндр вставляется в установку, где вдоль оси по торцу через этот цилиндр продавливается вода. Значению водонепроницаемости соответствует давление воды, при котором она появляется на противоположном торце.
Для проведения испытаний были приготовлены бетонные цилиндры с водонепроницаемостью 0,01 МПа. Один торец цилиндра, на котором фиксируется появление воды, обрабатывался 10%-м раствором соляной кислоты, после обработки цилиндр тщательно промывался водой. Цилиндр вставлялся в установку, давление воды в которой доводили до 0,01 МПа. После появления воды на торце цилиндра на него наносилась композиция. Испытания цилиндра на водонепроницаемость проводилось через неделю после нанесения композиции.
| Таблица 1 | ||||
| № | Ингредиенты | Количество мас.ч, | Водонепроницаемость, МПа | Примечание |
| 1 | Касторовое масло | 100 | 0,02 | |
| 2 | Касторовое масло | 100 | 0,02 | |
| Толуол | 0,5 | |||
| 3 | Касторовое масло | 100 | 0,03 | |
| Толуол | 1 | |||
| 4 | Касторовое масло | 100 | 0,04 | |
| Толуол | 5 | |||
| 5 | Касторовое масло | 100 | 0,05 | |
| Толуол | 10 | |||
| 6 | Касторовое масло | 100 | 0,08 | |
| Толуол | 50 | |||
| 7 | Касторовое масло | 100 | 0,1 | |
| Толуол | 100 | |||
| 8 | Касторовое масло | 100 | 0,08 | |
| Толуол | 200 | |||
| 9 | Касторовое масло | 100 | 0,04 | |
| Толуол | 5000 | |||
| 10 | Касторовое масло | 100 | 0,02 | |
| Толуол | 10000 | |||
| 11 | Касторовое масло | 100 | 0,07 | |
| Ацетон | 200 | |||
| 12 | Касторовое масло | 100 | 0,08 | |
| Этилацетат | 50 | |||
| Уайт-спирит | 50 | |||
| 13 | Касторовое масло | 100 | 0,08 | |
| Хлопковое масло | 20 | |||
| Этилацетат | 50 | |||
| Уайт-спирит | 50 | |||
| 14 | Касторовое масло | 100 | 0,05 | |
| Пальмовое масло | 20 | |||
| Этилацетат | 50 | |||
| Уайт-спирит | 50 | |||
| 15 | Касторовое масло Толуол Трихлорэтилфосфат | 100 50 50 | 0,07 | Композиция относится к типу «Трудновоспламеняемой» (после улетучивания толуола). |
| 16 | МП | 100 | 0,01 | |
| 17 | Касторовое масло | 100 | 0,08 | При испытании разрушился поверхностный слой бетонного образца. |
| МП | 10 | |||
| 18 | Касторовое масло | 100 | Более 0,8 | При этом давлении произошла разгерметизация установки. |
| МП | 100 | |||
| 19 | МП | 100 | 0,5 | При испытании разрушился поверхностный слой бетонного образца. |
| Касторовое масло | 20 | |||
| 20 | Касторовое масло | 100 | 0,4 | При испытании разрушился поверхностный слой бетонного образца. |
| ЭФ | 100 | |||
| Толуол | 100 | |||
| 21 | Касторовое масло | 100 | 0,6 | При испытании разрушился поверхностный слой бетонного образца. |
| ПИК | 100 | |||
| Толуол | 100 | |||
| 22 | ЭФ | 100 | 0,04 | При испытании разрушился поверхностный слой бетонного образца |
| Толуол | 100 | |||
| 23 | ПИК | 100 | 0,05 | При испытании разрушился поверхностный слой бетонного образца |
| Толуол | 100 |
Как видно из табл.1, композиции, не содержащие касторовое масло, не пропитывают глубоко поверхностный слой влажного деградированного бетона. Раствор касторового масла, гидрофобизируя поверхность пор бетонного камня, обеспечивает гидроизоляцию при давлении воды до 0,1 МПа. При использовании отверждающихся растворителей водонепроницаемость бетона значительно увеличивается. Максимальная водонепроницаемость обеспечивается при повторной пропитке бетона олигомерными или мономерными композициями.
Повторная пропитка бетона проводилась композициями МП, ЭФ и ПИК через 10 дней после проведения первой пропитки композицией №7. Испытания на водонепроницаемость проводились через 7 дней после повторной пропитки. Во всех случаях водонепроницаемость была выше 0,8 МПа.
Результаты, аналогичные полученным при испытании влажного бетона, были получены и при испытании других влажных материалов.
Силикатный кирпич с влажностью 24% и прочностью на сжатие 2,1 МПа был пропитан композицией ПИК методом погружения его в композицию. Одна сторона кирпича оставалась непогруженной. Испытания, проведенные через 7 дней после пропитки, показали увеличение прочности кирпича до 2,7 МПа. Предварительная пропитка кирпича композицией №7 с последующей пропиткой композицией ПИК привела к увеличению его прочности до 23 МПа.
На объектах организации «Европейский форум «Культурное наследие»» предложенные композиции были испытаны для восстановления археологических памяток. Так, в Болгарии влажный связующий материал мозаичных панно был пропитан композицией: гексаметилендиизоцианат - 100 мас.ч., касторовое масло - 50 мас.ч., ксилол - 50 мас.ч. Через 15 дней композиция полностью затвердела, панно приобрело прочность, достаточную для его безопасной транспортировки. Деревянные строительные конструкции, находящиеся в водонасыщенном культурном слое, после высыхания рассыпались. Указанным составом была проведена их пропитка во влажном состоянии. Через месяц после пропитки прочность деревянных конструкций превысила 200 кг/см2.
В таблице 2 приведены результаты физико-механических испытаний водостойкой фанеры, изготовленной согласно изобретению.
В сравнительных примерах 1, 2 и 5 в качестве клея использовались композиции ПИК и ЭФ, а композиция согласно изобретению не использовалась.
В примерах 4 и 6 приведены результаты физико-механических испытаний фанеры, изготовленной согласно первому варианту способа изготовления фанеры. Влажные слои шпона сначала пропитывались композицией №7 (табл.1), спустя час наносился клей в виде композиции ПИК и затем производилось прессование 7-слойной фанеры при температуре 90°С и давлении 50 кг/см2. Композиция и клеи наносились на шпон валиком.
В примерах 3 и 7 приведены результаты физико-механических испытаний фанеры, изготовленной согласно второму варианту способа изготовления фанеры. В примере 3 влажные слои фанеры пропитывались композицией ПИКК, представляющей собой композицию №3 (табл.1) с добавкой полимеризуемой композиции ПИК.
В примере 7 влажные слои фанеры пропитывались композицией ЭФК, представляющей собой композицию №3 (табл.1) с добавкой полимеризуемой композиции ЭФ.
После пропитки производилось прессование 7-слойной фанеры при температуре 90°С и давлении 120 кг/см2.
Физико-механические испытания фанеры производили через два дня после прессования согласно ГОСТ 3916.1-96.
Цифры в скобках соответствуют стандартным значениям физико-механических свойств фанеры.
| Таблица 2 | |||||
| Результаты физико-механических испытаний фанеры | |||||
| № обр. | Тип клея | Влажность шпона, % (5-10) | Предел прочности при скалывании по клеевому слою, МПа | Предел прочности при статическом изгибе, МПа (40) | |
| После кипячения в воде в течение 1 часа (1,5) | После вымачивания в воде в течение 24 часов (1,5) | ||||
| 1 | ПИК | 6,7 | 1,9 | 2,0 | 62 |
| 2 | ПИК | 21 | Расслоился | 1,4 | 46 |
| 3 | ПИКК | 23 | 2,8 | 2,7 | 73 |
| 4 | Комп. №7 + ПИК | 21 | 2,9 | 2,5 | 70 |
| 5 | ЭФ | 20 | Расслоился | 0,6 | 29 |
| 6 | Комп. №7 + ЭФ | 23 | 1,7 | 2,1 | 58 |
| 7 | ЭФК | 22 | Отслоение верхнего слоя | 1.9 | 63 |
1. Пропитывающая композиция для материалов с пористой структурой и влажностью более 10%, включающая растворитель, отличающаяся тем, что она содержит касторовое масло, растворитель взят в количестве 1-9900 мас.ч. на 100 мас.ч. касторового масла, а в качестве растворителя она содержит по крайней мере одно вещество, выбранное из следующих групп веществ:
а) ацетон, этилацетат, бутилацетат, уайт-спирит, толуол, ксилол, фенилглицидиловый эфир (ФГЭ), хлопковое масло (ХМ), пальмовое масло (ПМ), рапсовое масло (РМ), трихлорэтилфосфат (ТХ), машинное масло (ММ),
б) метилметакрилат (ММА), толуилендиизоцианат (ТДИ), полиизоцианат - неочищенный дифенилметандиизоцианат (ПИЦ), эпоксидиановая смола (ЭД-20),
в) полимеризуемая композиция, содержащая ПИЦ 100 мас.ч., олеата магния 1 мас.ч., ксилола 50 мас.ч. (ПИК),
полимеризуемая композиция, содержащая метилметакрилат 100 мас.ч., ПИЦ 30 мас.ч., диметиланилин 0,7 мас.ч., перекись бензоила 2 мас.ч. (МП),
полимеризуемая композиция, содержащая ЭД-20 100 мас.ч., 2,4,6-трис(диметиламинометил)фенол 5 мас.ч., фенилглицидиловый эфир 50 мас.ч. (ЭФ).
2. Способ гидроизоляции влажного бетона, при котором на поверхность бетона наносят пропитывающую композицию, отличающийся тем, что в качестве пропитывающей композиции используют композицию по п.1 с растворителем из группы а) или б).
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве пропитывающей композиции используют композицию по п.1, содержащую легколетучие растворители из группы а), такие как ацетон, этилацетат или толуол, а после высыхания пропитанной поверхности на нее наносят растворитель из группы в).
4. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве пропитывающей композиции используют композицию по п.1 с растворителем из группы в).
5. Способ изготовления водостойкой фанеры, включающий склеивание под давлением слоев шпона, отличающийся тем, что используют влажные слои шпона, которые перед склеиванием пропитывают композицией по п.1 с растворителем из группы а) или б).
6. Способ по п.5, отличающийся тем, что в качестве клея используют растворитель из группы в).
7. Способ изготовления фанеры, включающий склеивание под давлением слоев шпона, отличающийся тем, что используют влажные слои шпона, которые перед склеиванием пропитывают композицией по п.1 с растворителем из группы в).
