Поиск патентов
ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ

способ поверхностной гидрофобизации осадочных и метаморфических карбонатных пород

Классы МПК:C04B41/49 соединения, содержащие одну или более связей углерода с металлом или кремния с углеродом
C04B41/50 неорганическими веществами
Автор(ы):, , , , ,
Патентообладатель(и):Закрытое акционерное общество "Астрин",
"Государственное предприятие Санкт-Петербургский научно- исследовательский и проектный институт по реставрации памятников истории и культуры "Спецпроектреставрация"
Приоритеты:
подача заявки:
2001-05-30
публикация патента:

Изобретение относится к обработке природного камня и может найти применение при работах по реставрации исторических памятников - скульптуры, колонн, зданий и сооружений. Способ поверхностной гидрофобизации осадочных и метаморфических карбонатных пород, характеризующийся тем, что поверхность камня из указанных пород предварительно обрабатывают 0,005-0,12%-ным раствором смеси фуллеренов в органическом растворителе, а затем - гидрофобизирующей кремнеорганической жидкостью. В качестве гидрофобизирующей кремнеорганической жидкости применяют 24-26%-ный раствор полидиэтилгидросилоксана в тетраэтоксисилане или в другом варианте осуществления изобретения пропитывающий состав для защиты каменных материалов на основе силан-силоксанов Funcosil 1C. Технический результат: придание длительной поверхностной гидрофобизации мрамору и подобным ему материалам. 2 з.п.ф-лы, 1 ил., 2 табл.

Рисунки к патенту РФ 2211206

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

Изобретение относится к обработке природного камня, в частности к гидрофобизации осадочных и метаморфических карбонатных пород (известняки, доломиты, мрамора), и может найти применение при работах по защите исторических памятников от разрушения и при реставрации исторических памятников скульптуры, колонн, зданий и сооружений.

Разрушение каменных материалов, в том числе мрамора и мраморовидных известняков, связано с прониканием в структуру камня воды. Для защиты от проникания воды поверхностный слой камня стараются гидрофобизировать нанесением на поверхность гидрофобизирующих веществ.

В качестве гидрофобизаторов чаще всего используются кремнийсодержащие мономерные, олигомерные и полимерные соединения, такие как силикаты щелочных металлов, алкилалкокси- или алкилароксисиланы, полиалкилгидросиланы полиалкил(арил)силоксаны с концевыми гидроксильными группами или их смеси. Их наносят на поверхность камня в виде водных растворов, эмульсий или растворов в органических растворителях. Гидрофобизаторы снижают водоадсорбционные характеристики камня.

Мрамор и плотный мраморизированный известняк проявляют низкую способность к защите с помощью гидрофобизирующих составов. Снижение адсорбции воды после обработки мрамора и сходных с ним типов камней не является долговременным, и величина водопоглощения его поверхности восстанавливается через несколько лет экспозиции мрамора в промышленной атмосфере. Трудность гидрофобизации поверхности мрамора и подобных ему камней обусловлена низкой пористостью материала, что затрудняет проникание гидрофобизатора вглубь камня, а также плохим взаимодействием кальцита и доломита с кремнеорганическими соединениями. Для повышения адгезии гидротрофобизатора к камню используют предварительную обработку его поверхности веществами, способными увеличить степень адгезии реагента.

Известен способ поверхностной гидрофобизации камня, включающий предварительную обработку поверхности способ поверхностной гидрофобизации осадочных и   метаморфических карбонатных пород, патент № 2211206-амннопропилтриэтоксисиланом [АГМ-9] с последующей обработкой силиконами с этоксигруппами [Рохов Е.Д. Мир кремния. - М. : Химия, 1990, с. 119 и 120]. Модификация поверхности данным препаратом приводит к образованию на гидрофильной поверхности камня слоя хемосорбированных молекул способ поверхностной гидрофобизации осадочных и   метаморфических карбонатных пород, патент № 2211206-аминопропилтрилоксисилана, способных более прочно адсорбировать молекулы гидрофобизатора - кремнийорганического полимера.

Однако, по нашим данным, модификатор АГМ-9 не на всех камнях дает удовлетворительный результат и, в частности, на мраморе не получается устойчивого во времени гидрофобного эффекта при воздействии атмосферных факторов.

Также известен способ поверхностной гидрофобизации сильно разрушенного каррарского мрамора, включающий предварительную обработку поверхности гидролизованным тетраэтоксисиланом и последующую обработку мрамора метилфенилполисилоксаном [Alessandrini G., Bonecchi R., Broglia E., et al. Les colones de San Lorenzo (Milan, Italie): identification des materiaux, causes d"alteration, convervasion. "The Enginering geology of ancient works, monuments and historical sites. Preservation and protection: Proceedings of the international symposium organizated by Greek national group of IAEG, Athens, 19-23 September, 1988, р. 925-932"].

Такая обработка разрушенного мрамора оказалась эффективной, однако это покрытие оказалось нестойко во времени в более жестких климатических условиях России и, в частности, Санкт-Петербурга.

Также известен способ поверхностной гидрофобизации строительных материалов и, в частности, бетона эмульсией полидиэтилгидросилоксана в тетраэтоксисилане [Авторское свидетельство СССР 872518, МКИ С 04 В 41/28, опубл. 15.10.81, БИ 381. Обработка указанным гидрофобизатором позволяет успешно защищать поверхность бетонов от атмосферных воздействий, но в случае мрамора и мраморовидных известняков этой обработки оказывается недостаточно и гидрофобность быстро утрачивается.

Технический результат, на достижение которого направлен заявляемый способ, заключается в придании длительной поверхностной гидрофобности мрамору и подобным ему материалам, то есть осадочным и метаморфическим карбонатным породам.

Указанный технический результат достигается в способе поверхностной гидрофобизации осадочных и метаморфических карбонатных пород, характеризующемся тем, что поверхность камня из указанных пород предварительно обрабатывают 0,005-0,12%-ным раствором смеси фуллеренов в органическом растворителе, а затем - гидрофобизирующей кремнеорганической жидкостью.

В заявляемом способе в качестве гидрофобизирущей жидкости используют 24-26%-ный раствор полидиэтилгидросилоксана в тетраэтоксисилане и готовый пропитывающий состав для защиты каменных материалов на основе силан-силоксанов Funcosil 1C (фирма "Remmers").

Указанные растворы (и их компоненты) выпускаются промышленностью.

Фуллерены получены нами так, как это описано в [Оптический журнал, 1997, т. 64 (9), 12, с. 4-8] . Смесь содержит 80-99,5% фуллерена С60 и 0,5-20% фуллерена С70, а также может содержать незначительное количество других фуллеренов. Смесь, содержащая 0,5% фуллерена C70, использовалась при обработке белого мрамора. Смеси, содержащие более 0,5% фуллерена С70, особенно смеси с высоким (до 20%) содержанием фуллерена С70, использовались для обработки цветных (желтых, розовых) мраморов и мраморовидных известняков.

Фуллерены растворяются в органических растворителях, таких как бензол, толуол, ксилол, уайт-спирит (то есть фракция перегонки нефти, кипящая при 130-180oС); предпочтительно используется раствор фуллеренов в уайт-спирите, как наименее токсичный и пожароопасный.

Далее изобретение поясняется примерами на мраморе как наиболее сложном для гидрофобизации объекте, но не ограничено ими.

Пример 1.

Образцы каррарского мрамора размером 5 х 5 см обрабатывали 0,005%-ным раствором фуллеренов, например, в уайт-спирите из расчета 100 г раствора фуллерена на квадратный метр поверхности мрамора. После высыхания на воздухе в течение 2 суток на предварительно обработанные образцы мрамора наносили 25%-ный раствор полидиэтилгидросилоксана в тетраэтоксисилане из расчета 200 г раствора на квадратный метр поверхности.

Образцы выдерживались на открытом воздухе при относительной влажности воздуха 70-85% в течение 12 суток, после чего определялась величина адсорбции воды при быстром погружении образцов в воду на 24 часа. Результат представлен в табл.2.

Для выяснения возможности долговременной защиты поверхности мрамора определяли коэффициент гидрофобности (Кгидр). Этот коэффициент определяется как изменение скорости испарения калиброванной капли дистиллированной воды с поверхности мрамора (Sобр) по сравнению со скоростью (Sпараф) испарения такой же капли с гидрофобной поверхности парафина (краевой угол смачивания 105-107o) и со скоростью испарения такой же капли (Sст) с гидрофильной поверхности стекла (краевой угол смачивания 45o)

способ поверхностной гидрофобизации осадочных и   метаморфических карбонатных пород, патент № 2211206

Величина Кгидр составила 0,60.

Были также проведены климатические испытания, включающие 100 циклов изменения температуры от +60 до -20oС, обработку водой и выдержку образцов под жестким ультрафиолетовым излучением. После 100 циклов испытаний величина Кгидр составила 0,71, то есть меньше 1. Значения Кгидр выше единицы показывают, что происходит впитывание воды поверхностью образца (см. табл.1).

Пример 2.

5 образцов уральского мрамора было обработано и испытано как в примере 1, но обработку проводили 0,012%-ным раствором фуллеренов в уайт-спирите с добавлением орто-ксилола.

Результаты испытаний приведены в табл 1.

Пример 3.

5 образцов каррарского мрамора были обработаны и испытаны как в примере 1, но предварительную обработку проводили 0,12%-ным раствором фуллеренов в уайт-спирите с добавлением орто-ксилола. Результаты испытаний приведены в табл 1. После обработки поверхность мрамора стала сероватой.

Пример 4 (контрольный).

5 образцов каррарского мрамора были обработаны и испытаны как в примере 1, но предварительную обработку проводили способ поверхностной гидрофобизации осадочных и   метаморфических карбонатных пород, патент № 2211206-аминопропилтриэтоксисиланом [АГМ-9] в виде 10%-ного раствора в органическом растворителе.

Результаты испытаний представлены в табл.1.

Пример 5 (контрольный).

5 образцов каррарского мрамора покрывали раствором полидиэтилгидросилоксана в тетраэтоксисилане без предварительной обработки.

Испытания проводили как в примере 1, но циклов испытаний было 50, так как поверхность мрамора становилась полностью гидрофильной.

Результаты испытаний представлены в табл 1.

Пример 6.

5 образцов каррарского мрамора размером 5 х 5 см обрабатывали 0,005%-ным раствором фуллеренов в уайт-спирите как в примере 1. После высыхания на воздухе в течение 2 суток на предварительно обработанные образцы мрамора наносили готовый раствор пропитывающего состава на основе силан-силоксанов Funcosil 1C из расчета 100 г раствора на квадратный метр поверхности. Образцы были испытаны как в примере 1. Результаты испытаний приведены в табл.1.

Пример 7 (контрольный).

5 образцов каррарского мрамора покрывали раствором пропитывающего состава на основе силан-силоксанов Funcosil 1C без предварительной обработки.

Результаты испытаний представлены в табл. 1.

На остальных породах получены аналогичные результаты.

На графике (см. чертеж) представлен характер изменения коэффициента гидрофобности в процессе испытаний:

кривая 1 - с предварительной обработкой АГМ-9;

кривая 2 - без предварительной обработки;

кривая 3 - с предварительной обработкой 0,12%-ным раствором фуллеренов;

кривая 4 - с предварительной обработкой 0,01%-ным раствором фуллеренов.

Из графика видно, что поверхность мрамора, обработанная 0,005-0,12%-ным раствором фуллеренов с последующей гидрофобизацией 25%-ным раствором полидиэтилгидросилоксана в тетраэтоксисилане, остается практически гидрофобной после 100 циклов испытаний, что соответствует как минимум 5-7 годам нахождения мрамора на открытом воздухе. Увеличение концентрации фуллеренов не улучшает гидрофобности мрамора, но значительно увеличивает стоимость обработки. Предварительная обработка другим грунтом (АГМ-9) или отсутствие этой обработки приводит к быстрой утрате гидрофобности.

На всех образцах после испытании были определены коэффициенты водоадсорбции при высоте столба воды 10,0 см (Кадс в мл/м2способ поверхностной гидрофобизации осадочных и   метаморфических карбонатных пород, патент № 2211206ч0,5) (см. табл.2).

Из табл.2 видно, что при предварительной обработке растворами фуллеренов поверхность сохраняет способность не пропускать влагу при создании гидростатического давления.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ поверхностной гидрофобизации осадочных и метаморфических карбонатных пород, характеризующийся тем, что поверхность камня из указанных пород предварительно обрабатывают 0,005-0, l2%-ным раствором смеси фуллеренов в органическом растворителе, а затем - гидрофобизирующей кремнеорганической жидкостью.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве гидрофобизирующей кремнеорганической жидкости применяют 24-26%-ный раствор полидиэтилгидросилоксана в тетраэтоксисилане.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве гидрофобизирующей кремнеорганической жидкости применяют пропитывающий состав для защиты каменных материалов на основе силан - силоксанов Funcosil 1C.

Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс C04B41/49 соединения, содержащие одну или более связей углерода с металлом или кремния с углеродом

Патенты РФ в классе C04B41/49:
смеси, содержащие кремнийорганические соединения, и их применение -  патент 2516298 (20.05.2014)
способ получения аминооксиалкиленсодержащего олигоалкоксисилоксана и самоэмульгирующиеся композиции на его основе -  патент 2389734 (20.05.2010)
гидрофобизирующая кремнийорганическая композиция -  патент 2378302 (10.01.2010)
гидро- и олеофобное средство для защиты строительных материалов и конструкций от вредного воздействия окружающей среды и водоэмульсионная композиция на его основе -  патент 2370476 (20.10.2009)
способ уплотнения пор в природных камнях -  патент 2359946 (27.06.2009)
водоэмульсионная композиция для защиты строительных материалов и конструкций от вредного воздействия окружающей среды -  патент 2327674 (27.06.2008)
фторкремнийорганические соединения в качестве гидро- и олеофобных средств для защиты строительных материалов от вредного воздействия окружающей среды -  патент 2151151 (20.06.2000)
гидро- и олеофобное средство для защиты строительных материалов от вредного воздействия окружающей среды -  патент 2149151 (20.05.2000)
силикатная краска -  патент 2041900 (20.08.1995)

Класс C04B41/50 неорганическими веществами


Наверх