Композиционный фотокаталитический компонент для тонкослойных отделочных материалов и способ его получения

Группа изобретений относится к промышленности строительных материалов, в частности к составу фотокаталитической добавки – композиционному фотокаталитическому компоненту для цементных тонкослойных отделочных материалов и способу ее получения. Композиционный фотокаталитический компонент для тонкослойных отделочных материалов получен из реакционной смеси, содержащей, мас.%: алкоксид титана 20-30, стабилизатор – сорбитан моностеарат 15-25, 95%-ный водный раствор этанола 55-65, минеральный порошок – аморфный кремнезем в количестве 10-15% от массы реакционной смеси. Способ получения композиционного фотокаталитического компонента из указанной выше реакционной смеси включает гомогенизацию в мешалке при скорости 500 об/мин и температуре 60 °С в течение 25 мин сорбитана моностеарата в 95%-ном водном растворе этанола, введение в полученный раствор алкоксида титана, минерального порошка – аморфного кремнезема и перемешивание в течение 90-120 мин, сушку при температуре 115 °C до постоянной массы, обжиг в печи при температуре 550 °C в течение 30-120 мин. Технический результат – получение композиционного фотокаталитического компонента с высоким, не менее 20%, содержанием диоксида титана, при введении которого в состав цементных тонкослойных отделочных материалов придает им фотокаталитические свойства, обеспечивающие эффективное самоочищение поверхности. 2 н.п. ф-лы, 1 табл., 4 пр.

 

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности к области получения фотокаталитических добавок для цементных тонкослойных отделочных материалов, используемых для достижения эффекта самоочищения поверхности.

Из уровня техники известны фотокаталитические композиционные материалы (ФКМ), содержащие титан и известняк (патенты RU № 2522370, МПК C04B 35/465, опубл. 10.09.2012 и № 2516536, МПК B01J 35/00, опубл. 20.05.2014) для применения в составе цемента. Недостатком является использование в качестве носителя известняка, невзаимодействующего с цементом. Ввиду этого количество ФКМ на основе известняка должно быть ограниченно в районе 15-16 % от массы цемента, что не позволяет добиться фотокаталитической активности на поверхности тонкослойных отделочных материалов.

Известна композиция для получения матрицы с фотокаталитической активностью по патенту RU 2518124, МПК C09D 5/14, опубл. 10.06.2014, состоящая из золя алкоксида титана (30-70 %) и эпоксидной составляющей золя (30-70 %). Недостатком является использование дорогостоящей эпоксидной дисперсии, которая обладает стойкостью к УФ-излучению, характерного при внешней отделке зданий.

Известен объект, покрытый фотокатализатором и жидкое покрытие для него по патенту RU 2434691, МПК B05D 7/24, опубл. 27.11.2011, состоящий из субстрата, который покрывается слоем фотокатализатора, включающего себя 1-20 частей по массе частиц фотокатализатора и 70-99 частей по массе частиц неорганического оксида и 0-10 частей гидролизуемого силикона. Недостатком является способ нанесения в виде пленок на поверхности строительных материалов, неспособность введения в состав цементных материалов, а также использование в составе неорганических частиц синтетического происхождения (не природных минеральных порошков).

Известны также пористые покрытия из диоксида титана, имеющие улучшенную фотокаталитическую активность (патент RU 2470053, МПК C09D 1/00, опубл. 20.12.2012), где для экономии алкоксида титана вводится средство для образования пористой структуры из высокомолекулярного полимерного вещества, образованного из, по меньшей мере, одного из сложных эфиров. Недостатком является отсутствие связывания с субстратом диоксида титана при безобжиговом способе нанесения и высокий расход алкоксида титана.

Известна строительная смесь по патенту RU 2594031, МПК C04B 22/00, опубл. 10.08.2016, состоящая из фотокатализатора и носителя (не менее 90 % летучей золы). Недостатком этого изобретения является процесс простого смешивания сухих компонентов, что не обеспечивает хорошего распределения фотокатализатора даже на шарообразных частицах летучей золы. Кроме того, отсутствует какая-либо возможность связывания носителя с диоксидом титана.

Известна дисперсия TiO2 для придания поверхностям заданных свойств, по патенту RU 2399589, МПК C01G 23/053, опубл. 20.09.2010, состоящая из комплексообразующего растворителя, ингибитора поликонденсации, воды и алкоксида титана с возможным добавлением неионогенного ПАВ, получаемая дистилляцией исходного раствора и последующим нагревом реакционной смеси. Недостатком является невозможность использования данной дисперсии в качестве компонента строительных материалов. А нанесение дисперсии на поверхность строительных материалов в виде сплошного слоя приводит к повышенному расходу диоксида титана, в случае его применения.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является (Fu. X., & Qutubuddin, S. (2001). Synthesis of titania-coated silica nanoparticles using a nonionic water-in-oil microemulsion. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 179(1), 65-70) способ получения частиц кремнезема, покрытых диоксидом титана, включающий в себя предварительное получение затравочных частиц SiO2 при помощи гидролиза (72 часа) тетраэтоксисилана (0,028 M) в растворе неионногенного ПАВ (Тритон Х-45, 0.05-0.3 M) в среде циклогексана, гидроксида аммония (0.094 M) и воды (0.210-0.70 M). Полученную взвесь быстро ацидифицируют серной кислотой и добавляют раствор Тритон Х-45, содержащий тетрабутоксититан, в различных пропорциях. Полученная микроэмульсия ФКМ, в пересчете на сухой остаток, содержит 13 % диоксида титана и остается прозрачной и стабильной в течение нескольких недель. Недостатком прототипа, по мнению заявителя, является то, что получаемый раствор ФКМ содержит циклогексан, который не позволяет использовать данную микроэмульсию в составе строительных материалов на основе цемента.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в расширении области использования фотокаталитических композиционных материалов (ФКМ) в качестве композиционного фотокаталитического компонента тонкослойных отделочных материалов (шпатлевок) с эффектом самоочищения.

Задача решается за счет введения в состав ФКМ минеральных порошков, содержащих аморфный кремнезем, в качестве носителя фотокаталитического материала, а также за счёт добавления в технологический процесс дополнительных стадий – сушки и обжига.

Технический эффект от применения фотокаталитического композиционного материала, полученного предлагаемым способом, заключается в получении композиционного фотокаталитического компонента на основе минерального порошка с высоким содержанием диоксида титана (не менее 20%), что, при введении в состав цементных тонкослойных отделочных материалов, придает им фотокаталитические свойства, обеспечивающие эффективное самоочищение поверхности.

Сущность изобретения заключается в том, что композиционный фотокаталитический компонент для тонкослойных отделочных материалов, полученный из реакционной смеси, состоящей из алкоксида титана, стабилизатора и водного раствора этанола, отличающийся тем, что используют 95%-ный водный раствор этанола, в качестве стабилизатора используют сорбитан моностеарат и дополнительно реакционная смесь содержит минеральный порошок – аморфный кремнезем при следующем соотношение компонентов, мас.%:

алкоксид титана 20-30
стабилизатор – сорбитан моностеарат 15-25
95%-ный водный раствор этанола 55-65,

указанный минеральный порошок вводится в количестве 10-15 % от массы реакционной смеси.

Способ получения композиционного фотокаталитического компонента для тонкослойных отделочных материалов заключается в том, что осуществляют гомогенизацию в мешалке при скорости 500 об/мин и температуре 60 °С в течение 25 мин сорбитана моностеарата в 95%-ном водном растворе этанола, введение в полученный раствор алкоксида титана, минерального порошка – аморфного кремнезема и перемешивание в течение 90-120 мин, сушку при температуре 115 °C до постоянной массы, обжиг в печи при температуре 550 °C в течение 30-120 мин.

Предлагаемый способ получения фотокаталитического композиционного материала для изготовления самоочищающихся строительных материалов осуществляют следующим образом.

Предварительно замешивают реакционную смесь, состоящую (по массе) из алкоксида титана (20-30 %), сорбитан моностеарат (15-25 %) и водного раствора этанола (55-65 %). Затем малыми порциями добавляют минеральный порошок (10-15 % от массы реакционной смеси) и перемешивают в течение 90-120 минут синтеза. По окончанию, смесь сушат при температуре не выше температуры вспышки до постоянства массы и обжигают при температуре не более 570 °C в течение 30-120 минут.

Известно, что минеральные порошки, содержащие аморфный кремнезем, можно вводить до 80 % в состав строительных смесей, что позволит формировать высоконаполненные покрытия на поверхности строительных материалов, что актуально для различных тонкослойных отделочных материалов на основе цемента, таких как различные шпатлевки и декоративно-защитные покрытия. (Бутт Ю.М. Химическая технология вяжущих материалов : учеб. для вузов / Ю.М. Бутт, М.М. Сычев, В.В. Тимашев; ред. В.В. Тимашев. - Москва : Высшая школа, 1980. - 472 с.).

На основе алкоксида титана в спиртовом растворе можно получать при помощи золь-гель фотокаталитические композиционные материалы с эффектом самоочищения (Strokova V., Gubareva E., Ogurtsova Y., Fediuk R., Zhao P., Vatin N. & Vasilev Y. (2021). Obtaining and Properties of a Photocatalytic Composite Material of the “SiO2-TiO2” System Based on Various Types of Silica Raw Materials. Nanomaterials, 11(4), 866). Традиционной схемой получения является растворение алкоксида в одно- и (или) многоатомном спирте (образование золя), гелеобразование, сушка (старение геля) и обжиг (спекание). Исследования показали, что введение в качестве стабилизатора сорбитан моностеарата с уровнем гидрофильно-липофильного баланса 4,5-4,7 в количестве 15-25 мас.% в реакционную смесь приводит к снижению вводимого количества алкоксида титана. Последующее введение минерального порошка в количестве 10-15 % от массы реакционной смеси позволяет получать композиционный фотокаталитический компонент с содержанием диоксида титана 20-25 % в готовом продукте после обжига.

Примерами минеральных порошков, содержащих аморфный кремнезем, могут являться: диатомит, трепел, опока, микро- и нанокремнезем (различного происхождения).

Примерами алкоксидов титана могут являться: тетратретбутоксид титана (ТтБТ), тетрапропоксид титана (ТПТ), тетраизопропоксид титана (ТИТ), тетрабутоксид титана (ТБТ).

В сравнении с прототипом отмечено более высокое содержание диоксида титана и, следовательно, увеличение фотокаталитической активности, оцененной методом деградации органического красителя на поверхности материала, что обеспечивает наиболее лучший эффект самоочищения у отделочных материалов.

Вид ФКМ Содержание диоксида титана, % Деградация родамина Б от вида воздействия, %
УФ-излучение Естественное освещение
4 ч 26 ч 5 сут
Прототип 14 13 60 86
Пример 1 21,6 25 86 97
Пример 2 19,7 23 84 96
Пример 3 20,8 20 82 95
Пример 4 20,0 15 73 91

Пример 1

С помощью мешалки при постоянной скорости 500 об/мин и температуре 60 °С в течение 25 минут проводили гомогенизацию сорбитан моностеарат (ПАВ) в среде 95 % этанола.

При комнатной температуре в полученный раствор ПАВа по каплям вводили ТБТ. По достижению видимой гомогенизации и постоянства вязкости в состав реакционной смеси вносили диатомит в количестве 12,5 % от массы реакционной смеси и перемешивали в течение 90 минут. Затем проводили испарение дисперсионной среды посредством термической обработки в сушильном шкафу при температуре 115 °C до постоянства массы. Далее смесь обжигали для кристаллизации диоксида титана и удаления органических составляющих в муфельной печи при температуре 550 °C в течение 120 минут.

Анализ полученного композиционного фотокаталитического компонента на основе диатомита показал содержание диоксида титана 21,6 %. Фотокаталитическая активность данного ФКМ, оцененной методом деградации органического красителя на поверхности материала, показала деградацию 97 % красителя, нанесенного на поверхность ФКМ.

Пример 2

С помощью мешалки при постоянной скорости 500 об/мин и температуре 60 °С в течение 25 минут проводили гомогенизацию сорбитан моностеарат (ПАВ) в среде 95 % этанола. При комнатной температуре в полученный раствор ПАВа по каплям вводят ТБТ. По достижению видимой гомогенизации и постоянства вязкости в состав реакционной смеси вносят порошок опоки в количестве 12 % от массы реакционной смеси и перемешивают в течение 90 минут. Затем проводят испарение дисперсионной среды посредством термической обработки в сушильном шкафу при температуре 115 °C до постоянства массы. Далее смесь обжигали для кристаллизации диоксида титана и удаления органических составляющих в муфельной печи при температуре 550 °C в течение 120 минут.

Анализ полученного композиционного фотокаталитического компонента на основе опоки показал содержание диоксида титана 19,7 %. Фотокаталитическая активность данного ФКМ, оцененной методом деградации органического красителя на поверхности материала, показала деградацию 96 % красителя, нанесенного на поверхность ФКМ.

Пример 3

С помощью мешалки при постоянной скорости 500 об/мин и температуре 60 °С в течение 25 минут проводили гомогенизацию сорбитан моностеарат (ПАВ) в среде 95 % этанола. При комнатной температуре в полученный раствор ПАВа по каплям вводят ТБТ. По достижению видимой гомогенизации и постоянства вязкости в состав реакционной смеси вносят порошок трепела в количестве 12 % от массы реакционной смеси и перемешивают в течение 90 минут. Затем проводят испарение дисперсионной среды посредством термической обработки в сушильном шкафу при температуре 115 °C до постоянства массы. Далее смесь обжигали для кристаллизации диоксида титана и удаления органических составляющих в муфельной печи при температуре 550 °C в течение 120 минут.

Анализ полученного композиционного фотокаталитического компонента на основе трепела показал содержание диоксида титана 20,8 %. Фотокаталитическая активность данного ФКМ, оцененной методом деградации органического красителя на поверхности материала, показала деградацию 95 % красителя, нанесенного на поверхность ФКМ.

Пример 4

С помощью мешалки при постоянной скорости 500 об/мин и температуре 60 °С в течение 25 минут проводили гомогенизацию сорбитан моностеарата (ПАВ) в среде 95 % этанола. При комнатной температуре в полученный раствор ПАВа по каплям вводят ТБТ. По достижению видимой гомогенизации и постоянства вязкости в состав реакционной смеси вносят микрокремнезем в количестве 12 % от массы реакционной смеси и перемешивают в течение 90 минут. Затем проводят испарение дисперсионной среды посредством термической обработки в сушильном шкафу при температуре 115 °C до постоянства массы. Далее смесь обжигали для кристаллизации диоксида титана и удаления органических составляющих в муфельной печи при температуре 550 °C в течение 120 минут.

Анализ полученного композиционного фотокаталитического компонента на основе микрокремнезема показал содержание диоксида титана 20 %. Фотокаталитическая активность данного ФКМ, оцененной методом деградации органического красителя на поверхности материала, показала деградацию 91 % красителя, нанесенного на поверхность ФКМ.

Применение предлагаемого способа позволяет получить композиционный фотокаталитический компонент с высоким содержанием диоксида титана (20-25 %), готового к использованию в составе цементных тонкослойных отделочных материалов с эффектом самоочищения поверхности.

Таким образом, задача, стоящая перед изобретением, решена.

1. Композиционный фотокаталитический компонент для тонкослойных отделочных материалов, полученный из реакционной смеси, состоящей из алкоксида титана, стабилизатора и водного раствора этанола, отличающийся тем, что используют 95%-ный водный раствор этанола, в качестве стабилизатора используют сорбитан моностеарат и дополнительно реакционная смесь содержит минеральный порошок – аморфный кремнезем при следующем соотношение компонентов, мас.%:

алкоксид титана 20-30
стабилизатор – сорбитан моностеарат 15-25
95%-ный водный раствор этанола 55-65,

указанный минеральный порошок вводится в количестве 10-15% от массы реакционной смеси.

2. Способ получения композиционного фотокаталитического компонента из реакционной смеси по п.1, заключающийся в том, что осуществляют гомогенизацию в мешалке при скорости 500 об/мин и температуре 60 °С в течение 25 мин сорбитана моностеарата в 95%-ном водном растворе этанола, введение в полученный раствор алкоксида титана, минерального порошка – аморфного кремнезема и перемешивание в течение 90-120 мин, сушку при температуре 115 °C до постоянной массы, обжиг в печи при температуре 550 °C в течение 30-120 мин.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области синтеза кристаллических, ультрадисперсных порошков (УДП) фаз кислородно-октаэдрического типа, состава АВО3, со структурой типа перовскита, которые могут быть использованы для изготовления пьезопреобразователей различных типов. Техническим результатом предлагаемого способа является снижение температуры синтеза порошков базовых сегнетофаз, сокращение продолжительности технологического процесса за счёт исключения из него операций помола порошков исходных фаз, повышение значений продольного пьезомодуля (d33), диэлектрической проницаемости и температуры Кюри керамических пьезоматериалов, а также снижение значений их тангенса угла диэлектрических потерь (tg).
Изобретение относится к области синтеза кристаллических, ультрадисперсных порошков (УДП) фаз кислородно-октаэдрического типа, состава АВО3, со структурой типа перовскита, которые могут быть использованы для изготовления пьезопреобразователей различных типов. Техническим результатом предлагаемого способа является снижение температуры синтеза порошков базовых сегнетофаз, сокращение продолжительности технологического процесса за счёт исключения из него операций помола порошков исходных фаз, повышение значений продольного пьезомодуля (d33), диэлектрической проницаемости и температуры Кюри керамических пьезоматериалов, а также снижение значений их тангенса угла диэлектрических потерь (tg).

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам получения материалов методами трехмерной печати, а также к бессвинцовой пьезокерамике на основе титанатов. Предлагается способ, согласно которому порошки титаната бария, цирконата бария и титаната кальция смешиваются в пропорциях, эквимолярных конечному составу, соответствующему формуле (Ba0,825Ca0,175)(Zr0,10Ti0,90)O3, вместе со связующим для формирования суспензии, так что доля порошка в суспензии составляет 45 об.%.

Изобретение относится к сегнетоэлектрическим материалам и может быть применено в электротехнической отрасли промышленности для производства многослойных керамических конденсаторов. Сущность изобретения заключается в сегнетоэлектрическом материале, содержащем титанат бария, оксиды ниобия, марганца, свинца, висмута, цинка, титана, кремния, бора, никеля, неодима, олова, вольфрама, молибдена и алюминия, которые подобраны в соответствующих концентрациях.

Изобретение относится к технологии получения керамики, а именно к модификатору, изменяющему электрофизические и магнитные свойства высокотемпературной сверхпроводящей керамики или пьезокерамики. Модификатор представляет собой водный или водно-спиртовой раствор одного или нескольких компонентов шихты указанного керамического образца, керамического образца как такового, промежуточного продукта, полученного после стадии обжига соответствующего керамического образца, известного легирующего агента или их комбинацию, полученный путём многократного последовательного разведения исходного вещества в сочетании с внешним механическим воздействием – многократным встряхиванием каждого разведения.

Изобретение относится к химической, автомобильной, машиностроительной и текстильной промышленности и может быть использовано при изготовлении антифрикционных добавок к смазочным материалам для узлов трения качения и скольжения. Нанокомпозитный материал на основе титаната калия состоит из слоистых частиц титаната калия чешуйчатой формы субмикронного размера, декорированных наночастицами карбонатной формы слоистого гидроксида, содержащего медь, цинк и алюминий в мольном соотношении, соответствующем 1:1:1, причем избыток содержания хотя бы одного из указанных металлов над остальными не более 10%.

Способ изготовления композита титанат бария - феррит бария относится к производству сегнетомагнитных материалов или мультиферроиков. Для осуществления заявляемого способа производится раздельный размол титаната бария и феррита бария до дисперсности 10 мкм.

Изобретение относится к получению пористых мембран на основе субоксидов титана. Способ производства пористых продуктов, образованных, по существу, из субоксида(ов) титана общей формулы TiOx, в которой величина х составляет от 1,6 до 1,9.

Изобретение относится к бессвинцовым сегнетоэлектрическим керамическим материалам с нелинейной зависимостью диэлектрической постоянной от напряженности приложенного электрического поля и может быть использовано для изготовления низкочастотных электронных устройств различного назначения. Материал содержит BaTiO3, SrTiO3 и бораты лантаноидов LnBO3 при следующем соотношении компонентов, мас.%: BaTiO3 77,0-75,0; SrTiO3 19,0-20,0; LnBO3 4,0-5,0, где Ln - один из редкоземельных элементов группы La, Nd, Pr, Sm.

Изобретение относится к бессвинцовым сегнетоэлектрическим керамическим материалам с нелинейной зависимостью диэлектрической постоянной от напряженности приложенного электрического поля и может быть использовано для изготовления низкочастотных электронных устройств различного назначения. Материал содержит BaTiO3, SrTiO3 и бораты лантаноидов LnBO3 при следующем соотношении компонентов, мас.%: BaTiO3 77,0-75,0; SrTiO3 19,0-20,0; LnBO3 4,0-5,0, где Ln - один из редкоземельных элементов группы La, Nd, Pr, Sm.

Изобретение относится к способу получения замедлителя схватывания тампонажного цемента медленного высвобождения. Технический результат - возможность регулирования времени застывания, повышение теплостойкости замедлителя схватывания.
Наверх