композиция для получения матрицы с фотокаталитической активностью

Формула изобретения

Композиция для получения матрицы с фотокаталиктической активностью, включающая золь на основе элементорганического соединения и эпоксидной составляющей, в которой в качестве элементорганического соединения в составе композиции использован алкоксид титана при следующем соотношении компонентов, мас.%:

алкоксид титана	30-70
эпоксидная составляющая золя	30-70,

отличающаяся тем, что в качестве эпоксидных соединений композиция содержит диглицидиловый эфир дициклогексилпропана, а в качестве алкоксида титана - тетрабутоксититан.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к композиционным материалам, а именно к гибридным органонеорганическим нанокомпозиционным покрытиям, в частности к покрытиям, формируемым на основе гибридных золей, которые обладают повышенной фотокаталиктической активностью. Композиция может быть использована в виде покрытий для защиты строительных сооружений городской инфраструктуры и уникальных памятников культурного наследия от биоразрушений.

Для придания композициям биоактивности используют различные биодобавки - биоциды. Наиболее широко используются так называемые жесткие биоциды:

аммонийные, оловосодержащие, кремнийорганические и другие соединения. (Richardson В.A. Control of microbial growth on stone and concrete // ln "Biodeterioration". Elsevier Applied Science. 1988. P.101-106.) Их ингибирующее действие на микроорганизмы кратковременно и часто приводит к селекции новых более агрессивных штаммов. Применение токсических химических биоцидов является опасным для окружающей среды и обслуживающего персонала.

Наиболее предпочтительно применение «мягких» биоцидов-фотокализаторов; синтетических аналогов хлорофилла-фталоцианинов и дифталоцианинов металлов. (Артемьев И.М., Рябчук В.К. Введение в гетерогенный фотокатализ СПб: СПбГУ, 1999. С.304.)

Известны эпоксисилоксановые композиции, используемые в качестве реставрационных материалов для защиты от неблагоприятных условий окружающей среды (Cardiano P., Sergi S, Lazzari M., Piraino P. Epoxy-silica polymers as restoration materials // J. Polymer. 2002. 43. № 5. P. 6635-6640; P. Cardiano, P. Mineo, S. Sergi, R.C. Ponterio, M. Triscari, P. Piraino Epoxy-silica polymers as restoration materials. Part II // Polymer. 44. 2003. P. 4435-4441), которые формируются на основе аминопропилтриэтоксисилана и глицидоксипропилтриметоксисилана или эпоксидно-диановой неотвержденной смолы. Недостатком этой композиции является отсутствие биоактивности.

Известна композиция для получения биологически стойкого покрытия по патенту РФ № 2382059, включающая золь на основе водно-спиртового раствора тетраэтоксисилана - силикатную составляющую с добавкой неорганической кислоты и, при необходимости солей металлов, которая характеризуется тем, что она дополнительно содержит эпоксидные соединения в золе - эпоксидную составляющую и модифицирующую добавку - детонационный наноалмаз с размером наночастиц и их агрегатов 3-100 нм при следующем соотношении компонентов, мас.%:

силикатная составляющая золя	49,75-49,99
эпоксидная составляющая золя	49,75-49,99
детонационный наноалмаз	0,02-0,5

В качестве эпоксидной составляющей эта композиция может содержать алифатическую эпоксидную смолу и эпоксидно-диановую неотвержденную смолу, а модифицирующая добавка может находиться в виде водной суспензии, алмазного порошка или алмазной шихты.

Эта композиция принята в качестве прототипа заявляемого изобретения.

Данную композицию золя используют для получения покрытия, защищающего уникальные памятники культурного наследия от биоразрушений за счет введения в нее биоцидной добавки - детонационного наноалмаза, поскольку она не обладает фотокаталиктической активностью.

Задачей заявляемого изобретения является создание композиции для получения покрытия, формируемого на основе эпоксититанатного золя и обладающего фотокаталиктической активностью по отношению к плесневелым грибам, наиболее часто встречающимся в воздушной среде больших городов, при температуре окружающей среды (+15-30°С) за счет введения в состав золя алкоксида титана.

Сущность изобретения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше обеспечиваемого изобретением технического результата.

Композиция для получения матрицы с фотокаталиктической активностью, включающая золь на основе элементорганического соединения и эпоксидной составляющей, в которой в качестве элементорганического соединения в составе композиции использован алкоксид титана при следующем соотношении компонентов, мас.%: алкоксид титана - 30-70, эпоксидная составляющая золя - 30-70, характеризующаяся тем, что в качестве эпоксидных соединений композиция содержит диглицидиловый эфир дициклогексилпропана, а в качестве алкоксида титана - тетрабутоксититан.

Введение в состав золя эпоксидной составляющей позволяет получать механически прочные, плотно прилегающие к поверхности слои без высокотемпературной обработки, что облегчает технологический процесс нанесения покрытий.

Алкоксид титана является обязательным компонентом композиции. При этом он может быть введен в нее в виде тетрабутоксититана.

Введение в состав заявленной композиции алкоксида титана усиливает фотокаталиктическую активность эпоксититановой матрицы, формируемой из золя, в силу происходящих фотокаталитических реакций под действием ультрафиолетового света, в результате чего происходит образование озона и других активных форм кислорода (синглетный кислород). В связи с этим происходит энергетическое воздействие на клетку простейшего микроорганизма (микромицеты плесневых грибов), подавляющее его жизнедеятельность. Выявлено, что катализаторы с переносом заряда проявляют свойства «мягкого» биоцида. Они ингибируют рост ряда агрессивных плесневых грибов, наиболее часто встречающихся в воздушной среде больших городов.

Нижний предел введения алкоксида титана - 30 мас.% определяется снижением фотокаталитической активности покрытия. Введение алкоксида титана в количестве более 70 мас.% нецелесообразно и приводит, с одной стороны, к ухудшению механической прочности покрытия, а с другой стороны, может повлиять на цвет защищаемого материала.

В результате применения такой композиции получается новое нанокомпозиционное покрытие для защиты каменных памятников культурного наследия от воздействия ряда агрессивных плесневых грибов, наиболее часто встречающихся в воздушной среде больших городов.

Изобретение поясняется примерами приготовления заявленных составов.

Пример 1. Состав, содержащий:

тетрабутоксититан	30 мас.%
эпоксидная составляющая золя	70 мас.%

Заявляемая композиция может быть приготовлена следующим образом.

Синтез золя, включающий:

- приготовление спиртового раствора тетрабутоксититана (ТБТ): к 1,45 г ТБТ последовательно приливают 0,43 г ацетилацетона, 2,80 г этилцеллозольва и интенсивно перемешивают;

- приготовление результирующего золя, содержащего все компоненты: к 4,68 г спиртового раствора ТБТ приливают 0,49 г 1 н. раствор азотной кислоты и интенсивно перемешивают; к такой смеси последовательно добавляют 1,45 г диглицидилового эфира дициклогексилпропана (EPONEX 1510) и 0,20 г кислоты BF₃, после чего тщательно перемешивают. Мольное соотношение компонентов в результирующем золе следующее:

Ti(OC₄H₉)₄ : EPONEX 1510 : C₅H₈O₂ : C₄ H₁₀O₂ : BF₃ : H₂O : HNO₃ = 1:7:0.5:0.2:0.4:1.5:0.001.

2. Старение золя. Золь выдерживают перед дальнейшим использованием в течение 3 часов на воздухе (в закрытой емкости) при комнатной температуре.

3. Формирование покрытий. Нанесение покрытий на защищаемые поверхности осуществляют лакокрасочным методом (кистью, пульверизацией и т.д.).

4. Сушка. Сушка сформированных покрытий происходит на воздухе при температуре окружающей среды.

Пример 2. Получение состава, содержащего:

тетрабутоксититан	50 мас.%
эпоксидная составляющая	50 мас.%

Композиция готовится аналогично примеру 1. Мольное соотношение компонентов в результирующем золе следующее:

Ti(OC₄ H₉)₄ : EPONEX 1510 : C₅H ₈O₂ : C₄H₁₀O₂ : BF₃ : H₂O : HNO₃ = 1:5:0.5:0.2:0.4:1.5:0.001.

Пример 3. Получение состава, содержащего:

тетрабутоксититан	70 мас.%
эпоксидная составляющая	30 мас.%

Композиция готовится аналогично примеру 1. Мольное соотношение компонентов в результирующем золе следующее:

Ti(ОС₄Н₉ )₄ : EPONEX 1510 : C₅H₈O ₂ : C₄H₁₀O₂ : BF₃ : H₂O : HNO₃ = 1:3:0.5:0.2:0.4:1.5:0.001.

Фотокаталитическая активность полученных нанокомпозиционных покрытий определялась с помощью газового анализатора фирмы «Оптек». Активность покрытий оценивалась в процентах по отношению к активности фотокатализатора TiO₂ «Degussa». Кроме того, оценивали механическую прочность покрытий без термообработки визуально в баллах.

Результаты испытаний покрытий на основе эпоксисиликатного золя (по способу ближайшего аналога) и нанокомпозиционных покрытий, полученных согласно описанным выше примерам, обобщены в таблице 1.

Таблица 1.
Влияние концентрации тетрабутоксититана на фотокаталитическую актив ность и механическую прочность полученных нанокомпозиционных покрытий
Свойства	Концентрация тетрабутоксититана в композиции золя, мас.%
	0 (по прототипу)	30	50	70
фотокаталитическая активность покрытий в % по отношению к активности TiO2 «Degussa»	0	5	20	50
механическая прочность покрытий без термообработки, в баллах	5	5	5	4

Результаты испытаний свидетельствуют об эффективности использования тетрабутоксититана в качестве компонента золя, придающего формируемым покрытиям фотокаталитическую активность, в силу происходящих фотокаталитических реакций под действием ультрафиолетового света, в результате чего происходит образование активных форм кислорода подавляющих жизнедеятельность микромицетов плесневых грибов. Выявлено, что концентрация ТБТ оказывает существенное влияние на фотокаталитические свойства покрытий. Активность установлена во всех покрытиях с ТБТ.

Предложенная композиция позволяет на основе эпоксититанатного золя создать новое нанокомпозиционное покрытие, обладающее фотокаталитическими свойствами, путем введения в состав золя алкоксида титана (ТБТ). В результате применения предлагаемого изобретения эпоксититанатному покрытию можно придать повышенные фотокаталитические свойства, что, несомненно, делает его перспективным для защиты строительных сооружений городской инфраструктуры и уникальных памятников культурного наследия.