Гидроизоляционная композиция

Изобретение относится к области гидротехнического и гражданского строительства. Предложена гидроизоляционная композиция, содержащая поливиниловый спирт (5-10 мас.%), полифторированный спирт в качестве наполнителя – 1,1,5-тригидрооктафторамиловый спирт или 1,1,7-тригидрододекафторгеитиловый спирт (10-50 мас.%), алкиларилсульфонат ДС РАС (0,05-0,1 мас.%) и воду (остальное), которая после замораживания-размораживания представляет собой наполненный криогель. Технический результат изобретения – создание гидроизоляционной композиции, которая обладает высокой гидрофобностью и упругостью, а также способностью сохранять свои физико-механические характеристики в течение долгого времени при значительных перепадах температур во влажной среде. 1 табл., 10 пр.

 

Изобретение относится к области гидротехнического и гражданского строительства и может быть использовано для гидроизоляции строительных и гидротехнических сооружений, расположенных на низкотемпературных грунтах и породах в северных регионах.

Известен полимерный гидроизоляционный материал (маты криогелевые) (заявка на изобретение РФ №2011146033), который представляет из себя маты толщиной от 2 до 20 мм, шириной от 0,5 до 2 м и длиной от 1 до 5 м, состоящий из армирующей основы (полимерной сетки, нетканого полотна), пропитанной составом для создания водонепроницаемости низкотемпературных грунтов и пород. Материал содержит поливиниловый спирт, борную кислоту, воду и пластификатор. Недостатком этого изобретения является то, что гель, образованный из раствора поливинилового спирта и борной кислоты имеет невысокие гидрофобные и упругие свойства, кроме того он при контакте с водой разрушается.

Известна гидроизоляционная композиция по патенту №2656473, в состав которой входит поливиниловый спирт, оксиэтилированный алкилфенол - неонол АФ_9.12, окисленная нефтеполимерная смола С₉ и вода. Однако получаемый материал набухает в воде, что приводит к ухудшению теплоизоляционных адгезионный и упругих свойств.

Наиболее близкий состав для создания противофильтрационного экрана в гидротехнических сооружениях в районах распространения многолетнемерзлых пород описан в патенте (РФ 2605112, опубл. 20.12.2016, бюл. №35), содержащем следующие компоненты в (мас. %): поливиниловый спирт 5-7; оксиэтилированный алкилфенол (неонол АФ_9.12) 0,05-0,1; гидрофобный наполнитель (нефтеполимерная смола) 10-50; остальное вода. Состав образует наполненный криогель в процессе замораживания-размораживания. Однако получаемый материал обладает невысокой структурной прочностью (упругостью).

Задача предлагаемого изобретения заключается в создании гидроизоляционной композиции, которая обладает высокой гидрофобностью и упругостью, способной сохранять свои физико-механические характеристики в течение долгого времени при значительных перепадах температур во влажной среде.

Технический результат достигается тем, что гидроизоляционная композиция содержит поливиниловый спирт, воду и наполнитель, где в качестве наполнителя использовали полифторированные спирты: 1,1,5-тригидрооктафторамиловый спирт (1,1,5-ТГОФА) или 1,1,7-тригидрододекафторгеитиловый спирт (1,1,7-ТГДФГ) и дополнительно содержит поверхностно-активное вещество (ПАВ) алкиларилсульфонат (ДС РАС, CnH_2n+1ArSO₃Na) при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Поливиниловый спирт	5-10;
Алкиларилсульфонат	0,05-0,1;
Гидрофобный наполнитель (полифторированные спирты)	10-30;
Вода	остальное,

после замораживания-размораживания композиция переходит из жидкого вязкотекучего состояния в упругий криогель.

Добавление в состав композиции полифторированного спирта в качестве гидрофобного наполнителя способствует увеличению степени гидрофобности, что повышает водоотталкивающие свойства гидроизолирующей композиции по сравнению с прототипом. Известно, что полифторированные спирты плохо растворимы в воде (8*10^-3 - 0,25%), поэтому для стабилизации коллоидной системы, в которой дисперсной фазой являются мицеллы полифторированного спирта, а дисперсионной средой водный раствор ПВС, необходимо вводить поверхностно активное вещество (ПАВ). В качестве полифторированных спиртов были выбраны 1,1,5-тригидрооктафторамиловый спирт (1,1,5-ТГОФА) и 1,1,7-тригидрододекафторгептиловый спирт (1,1,7-ТГДФГ), образующиеся при теломеризации тетрафторэтилена с метанолом. Низкомолекулярные полифторированные спирты-теломеры являются наименее востребованными спиртами данного ряда, имеют низкую упругость паров (малолетучи), высокие температуры вспышки (83 и 84°С) и самовопламенения (478 и 401°С). Полифторированные спирты-теломеры содержат кислые гидроксильные группы, эффективно взаимодействующие со спиртовыми группами поливинилового спирта, повышая гидрофобность материала. В качестве ПАВ был выбран алкиларилсульфонат (ДС РАС), который позволяет эмульсии, состоящей из ПВС и полифторированных спиртов, сохранять устойчивость не менее 2 часов, что способствует более качественному формированию криогеля и равномерному распределению наполнителя в структуре криогеля.

Предлагаемое техническое решение предусматривает использование водного раствора ПВС для эмульгирования в нем полифторированного спирта и последующего формирования наполненного криогеля путем замораживания сформированной эмульсии при температуре минус 20°С в течение 20 часов и последующем размораживании при температуре 20°С в течение 4 часов.

Эмульсию, содержащую образцы полифторированных спиртов (1,1,5-ТГОФА или 1,1,7-ТГДФГ) в водном растворе ПВС при добавлении ПАВ (ДС РАС), готовят в течение 10 минут на диспергаторе IKA ULTRA TURRAXT 18 при числе оборотов ротора n=1200 об/мин. Устойчивость полученной эмульсии оценивают по времени нахождения во взвешенном состоянии микроскопических капелек полифторированного спирта, нерастворимого в растворе ПВС. Полученная эмульсия устойчива до 480 мин. Данные представлены в таблице.

Сформированные криогели имеют модули упругости до 122 кПа, что указывает на их хорошие структурно-механические свойства. При циклических перепадах температур (от положительных до отрицательных) структурно-механические свойства криогеля возрастают.

Упругие свойства оценивают значением модуля упругости наполненного криогеля. Для этого образцам криогеля задают известную деформацию и определяют напряжение, возникающее в образце. Далее по закону Гука рассчитывают модуль упругости.

Гидроизоляционные свойства предложенною технического решения оценивают гравиметрическим методом по величине степени набухания (%) в течение 20 суток по абсорбции наполненного криогеля при контакте с водой. Степень набухания (α) криогеля рассчитывают по формуле: где m₀ - масса исходного образца криогеля; m - масса набухшего криогеля. Результаты измерения приведены в таблице.

Степень гидрофобности поверхности композитного криогеля определяют методом компьютерного видеосканирования. На поверхность полученных криогелей наносят капли воды, регистрируют через микроскоп видеоклипы поведения капель (изменение размера капель). С помощью программы компьютерной обработки изображения определяют площадь, которую занимает капля воды через определенное время. Степень гидрофобности (β) поверхности криогеля рассчитывали по формуле: где S₀ - начальная площадь капли воды; S₁ - площадь капельки воды через 200 с. Результаты исследований приведены в таблице.

Гидроизоляционная композиция устойчива в широком диапазоне температур от -40°С до +71°С (максимальная температура плавления 71°С, максимальная температура замерзания -40°С). Температуру замерзания криогеля определяют с помощью термометра, который погружают в криогель и ставят в морозильную камеру. Как только криогель теряет эластические свойства и становится жестким, фиксируют температуру.

Температуру плавления (Тпл, °С) криогелей различного состава измеряли на приборе STUART Metling Point Apparatus SMP 30, а также параллельно определяли и методом «падающего шарика».

Примеры конкретного исполнения технического решения:

Пример №1. Берут 10 г водного раствора ПВС, массовое содержание полимера в котором составляет 0,5 г. (5% мас) и при интенсивном перемешивании полимерного раствора добавляют 0,005 г (0,05% мас) ПАВ (алкиларилсульфонат ДС РАС) и добавляют небольшими порциями 1,0 г (10% мас) полифторированного спирта (1,1,5-ТГОФА). Вязкую эмульсию заливают в формы. Форму с эмульсией помещают на 20 часов в холодильную камеру при температуре (-20°С). Далее размораживают при комнатной температуре (+20°С) в течение 4 часов. После размораживания образуется упругий криогель. Результаты измерения устойчивости эмульсии, модуля упругости, степень набухания и степень гидрофобности поверхности криогеля приведены в таблице.

Примеры 2-10 аналогичны примеру 1, данные приведены в таблице.

Предложенный способ и рекомендуемые составы позволяют формировать гидроизоляционные композиции с улучшенными гидрофобными свойствами (60%) по сравнению с прототипом (42%), с одновременной утилизацией вторичных токсичных продуктов теломеризации тетрафторэтилена. Это позволяет его использовать при отрицательных температурах, в полевых условиях для гидроизоляции строительных сооружений, гидротехнических сооружений из низкотемпературных грунтов и пород, а также при строительстве и ремонте дорог, особенно в районах вечной мерзлоты и в условиях резко континентального климата при значительных перепадах дневных и ночных температур.

Гидроизоляционная композиция, содержащая поливиниловый спирт, воду и наполнитель, отличающаяся тем, что в качестве гидрофобного наполнителя содержит полифторированные спирты – 1,1,5-тригидрооктафторамиловый или 1,1,7-тригидрододекафторгеитиловый и дополнительно содержит алкиларилсульфонат - ДС РАС при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Поливиниловый спирт	5-10
Алкиларилсульфонат – ДС РАС	0,05-0,1
Гидрофобный наполнитель – полифторированные
спирты – 1,1,5-тригидрооктафторамиловый или
1,1,7-тригидрододекафторгеитиловый	10-50
Вода	остальное,

при этом после замораживания-размораживания представляет собой наполненный криогель.