Результат интеллектуальной деятельности: ГИДРОИЗОЛЯЦИОННАЯ КОМПОЗИЦИЯ

Изобретение относится к области гидротехнического и гражданского строительства и может быть использовано для гидроизоляции строительных сооружений, гидротехнических сооружений из низкотемпературных грунтов и пород, а также при строительстве и ремонте дорог, особенно в районах вечной мерзлоты и условиях резко континентального климата при контрастных перепадах дневных и ночных температур.

Известен полимерный гидроизоляционный материал (маты криогелевые) (заявка на изобретение РФ №2011146033), которые представляют из себя маты толщиной от 2 до 20 мм, шириной от 0,5 до 2 м, длиной от 1 до 5 м, состоящие из армирующей основы (полимерной сетки, нетканого полотна), пропитанной составом для создания водонепроницаемости низкотемпературных грунтов и пород, содержащим поливиниловый спирт, борную кислоту, воду и пластификатор. Недостатком этого изобретения является то, что гель, образованный из раствора ПВС с помощью борной кислоты, при контакте с водой разрушается, что может помешать формированию криогелевых матов.

Наиболее близким к заявленной композиции по технической сущности и достигаемому техническому результату является состав для создания противофильтрационного экрана в гидротехнических сооружениях в районах распространения многолетне-мерзлых пород (патент РФ №2382138), который содержит поливиниловый спирт, борную кислоту, воду и дисперсный наполнитель - технический углерод или модифицированный п-хиноном технический углерод. Состав образует гель, затем в процессе замораживания-размораживания из него получается композитный криогель. Недостатками прототипа является недостаточная гидрофобность, структурная прочность и усложненный способ приготовления криогеля, который включает предварительное получение геля.

Задачей предлагаемого изобретения является создание гидроизоляционной композиции с высокой гидрофобностью и хорошими структурно-механическими свойствами, обладающей гидроизоляционными и теплоизоляционными свойствами, способной сохранять свои физико-механические свойства в течение долгого времени при значительных перепадах температур во влажной среде.

Технический результат достигается тем, что гидроизоляционная композиция содержит поливиниловый спирт (ПВС), воду и наполнитель, где в качестве наполнителя - нефтеполимерная смола (НПС) и дополнительно содержит оксиэтилированный алкилфенол (неонол АФ_9-12) при следующем соотношении компонентов, мас. %:

при этом после замораживания-размораживания представляет собой наполненный криогель.

Добавление в состав гидрофобного наполнителя нефтеполимерной смолы способствует повышению степени гидрофобности, что повышает водоотталкивающие свойства гидроизолирующей композиции по сравнению с прототипом. Известно, что нефтеполимерные смолы не растворимы в воде, поэтому для стабилизации коллоидной системы, в которой дисперсной фазой является смола, а дисперсионной средой - водный раствор ПВС, необходимо вводить ПАВ. В качестве НПС, в частности, была выбрана нефтеполимерная смола, полученная полимеризацией широкой фракции жидких продуктов пиролиза прямогонного бензина, выкипающих в интервале температур 42-100°С в присутствии катализатора TiCl₄ и диэтилалюминийхлорида в мольном соотношении 1:1, при концентрации TiCl₄ 2 мас.% от веса фракции, при температуре полимеризации 80-90°С в течение 3 часов, в реакторе емкостного типа с верхнеприводной мешалкой и охлаждающей рубашкой. В результате превращения получают нефтеполимерную смолу (НПС₅₉), бромное число которой составляет 19,00 гBr₂/100г, кислотное число 0,6 мгКОН/1г, температура размягчения по кольцу и шару 77-82°С, криоскопическая молекулярная масса 720. В качестве ПАВ был выбран оксиэтилированный алкилфенол неонол АФ_9-12 (С₉Н₁₉С₆Н₄О(C₂H₄O)₁₂Н. ПАВ оксиэтилированный алкилфенол (АФ_9-12) позволяет эмульсии, состоящей из ПВС и нефтеполимерной смолы, сохранять устойчивость до 30 минут, что способствует более качественному формированию криогеля и равномерному распределению наполнителя в структуре криогеля.

Предлагаемое техническое решение предусматривает использование раствора ПВС для эмульгирования в нем нефтеполимерной смолы и последующего формирования наполненного криогеля путем замораживания эмульсии при температуре -20°С в течение 20 часов и последующего размораживания при температуре 20°С в течение 4 часов.

Устойчивость полученной эмульсии оценивают временем нахождения во взвешенном состоянии микроскопических капелек НПС, не растворимых в растворе ПВС. Данные представлены в таблице.

Полученные наполненные криогели имеют модули упругости более 20 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 деформацию и определяют напряжение, возникающее в образце. Далее по закону Гука рассчитывают модуль упругости. Гидроизоляционные свойства предложенного технического решения оценивают гравиметрически величиной 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; S₀ - площадь капельки воды через 200 с. Результаты исследований приведены в таблице.

Предлагаемая гидроизолирующая композиция обладает низкой теплопроводностью, что придает композиции теплоизоляционные свойства. Коэффициент теплопроводности определяют на установке, основным рабочим узлом которой являются два стальных коаксиальных цилиндра, в зазоре между которыми помещают исследуемую среду. Значение коэффициента теплопроводности рассчитывают по формуле: λ=Q·ln(R_бол/R_мал)/2π·L·t·(T_терм-T), где

R_бол - внутренний радиус большого цилиндра; R_мал - наружный радиус малого цилиндра; Q - количество тепла, передаваемое от нагретой воды термостата к воде внутреннего цилиндра; L - высота малого цилиндра; Т - текущая температура воды во внутреннем цилиндре в некоторый момент времени (t); T_терм - температура теплоносителя в термостате. Результаты измерений приведены в таблице.

Гидроизоляционная композиция устойчива в широком диапазоне температур от -40°С до +65°С (максимальная температура плавления 65°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 наполненного криогеля определяют методом «падающего шарика».

Примеры конкретного исполнения технического решения:

Пример №1. Берут 5 г водного раствора ПВС, массовое содержание полимера в котором составляет 10 мас.% и при перемешивании полимерного раствора добавляют 0,005 г (0,05% мас.%) ПАВ (неонол АФ_9-12), добавляют 4,0 г воды и небольшими порциями добавляют 1,0 г (10 мас.%) НПС₅₉. Вязкую эмульсию, содержащую 5% мас ПВС, 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 криогель. Результаты измерения устойчивости эмульсии, модуля упругости, степень набухания и степень гидрофобности поверхности криогеля приведены в таблице.

Примеры 2-6 аналогичны примеру 1, данные приведены в таблице.

Таким образом, предлагаемая гидроизоляционная композиции имеет улучшенные гидрофобные свойства (66%) по сравнению с прототипом (43.6%), наряду с хорошими теплоизоляционными и структурно-механическими свойствами. 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.