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) [RU 2011146033 A, МПК C08K 3/10 (2006.01), опубл. 20.05.2013], которые представляют собой 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 для придания материалу эластичности при следующих соотношениях компонентов, мас.%:

Однако гель, образованный из раствора поливинилового спирта с помощью борной кислоты, при контакте с водой разрушается, что мешает формированию криогелевых матов.

Известна гидроизоляционная композиция [RU 2605112 C2, МПК C08L 29/04 (2006.01), C08K 5/06 (2006.01), опубл. 20.12.2016], выбранная в качестве прототипа, которая содержит поливиниловый спирт, гидрофобный наполнитель - нефтеполимерную смолу С₅₉ (НПС₅₉), оксиэтилированный алкилфенол (неонол АФ_9-12) при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Состав образует наполненный криогель в процессе замораживания-размораживания.

Однако получаемый материал обладает недостаточной структурной прочностью (упругостью).

Техническая проблема, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в создании гидроизоляционной композиции, которая обладает улучшенными структурно-механическими свойствами и высокой гидрофобностью, способна сохранять свои физико-механические характеристики в течение долгого времени при значительных перепадах температур во влажной среде.

Предложенная гидроизоляционная композиция, так же как в прототипе, содержит поливиниловый спирт, воду, оксиэтилированный алкилфенол - неонол АФ_9-12 и гидрофобный наполнитель - нефтеполимерную смолу, причем указанный состав после цикла замораживания-размораживания представляет собой наполненный криогель.

Согласно изобретению гидроизоляционная композиция в качестве гидрофобного наполнителя содержит окисленную нефтеполимерную смолу С₉ при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Добавление в состав гидрофобного наполнителя в виде нефтеполимерной смолы С₉, предварительно окисленной H₂O₂, способствует получению стабильной эмульсии, следовательно, упругого криогеля с повышеной степенью гидрофобности. Это повышает водоотталкивающие свойства гидроизолирующей композиции по сравнению с прототипом.

Для стабилизации коллоидной системы, в которой дисперсной фазой является смола, а дисперсионной средой - водный раствор поливинилового спирта, необходимо вводить поверхностно-активное вещество. Поверхносто-активное вещество позволяет эмульсии, состоящей из поливинилового спирта и нефтеполимерной смолы, сохранять устойчивость до 24 часов, что способствует более качественному формированию криогеля и равномерному распределению наполнителя в структуре криогеля.

В качестве поверхносто-активного вещества был выбран оксиэтилированный алкилфенол неонол АФ_9-12 (C₉H₁₉C₆H₄O(C₂H₄O))₁₂H.

В качестве нефтеполимерной смолы была использована нефтеполимерная смола C_9, полученная термической полимеризацией фракции жидких продуктов пиролиза прямогонного бензина, выкипающей в интервале температур 130-200°C, при температурах 240-270°C [Думский Ю.В., Но Б.И., Бутов Г.М. Химия и технология нефтеполимерных смол. М. Химия. 1999]. Для повышения гидрофильности нефтеполимерной смолы и получения стабильной водно-смоляной эмульсии в качестве окислителя нефтеполимерной смолы использовали H₂O₂ в виде 38-39%-го водного раствора.

В качестве растворителя для приготовления 30%-го раствора нефтеполимерной смолы фракции C₉ использовали смесь растворителей дистопливо 10% мас. и сольвент 90% мас.

В качестве водного полимерного раствора использовали поливиниловый спирт марки M1799 с молекулярной массой 150 000.

Эмульсию готовили с помощью роторного диспергатора IKA ULTRA TURRAXT18, время диспергирования: 5-7 мин, скорость вращение ротора: 16000-18000 об/мин.

Пример 1. Брали 5 г водного раствора поливинилового спирта, массовое содержание полимера в котором составляло 10 мас.%, и при перемешивании полимерного раствора добавляли 0,005 г (0,05 мас.%) поверхносто-активного вещества (неонол АФ_9-12), добавляли 4,0 г воды и добавляли 1,0 г (10 мас.%) равными порциями по 0,25 г в течение 2 мин окисленной нефтеполимерной смолы C₉. Вязкую эмульсию, содержащую 5 мас.% поливинилового спирта, заливали в формы. Форму с эмульсией помещали на 20 часов в холодильную камеру при температуре -20°C. Далее размораживали при комнатной температуре +20°C в течение 4 часов. После размораживания образовался криогель.

Примеры 2-3 аналогичны примеру 1. Данные приведены в таблице 1.

Устойчивость полученных эмульсий оценивали временем нахождения во взвешенном состоянии микроскопических капелек окисленной нефтеполимерной смолы С₉, нерастворимых в растворе поливинилового спирта, более 24 часов. Составы эмульсий, устойчивость которых менее 24 ч, не рассматривались вследствие того, что в естественных условиях при незначительных минусовых температурах процесс замораживания продолжителен. Поэтому отбирали самые устойчивые эмульсии для формирования криогелей и определения их свойств.

Упругие свойства криогеля оценивали значением модуля упругости. Для этого образцам криогеля задавали деформацию и определяли напряжение, возникающее в образце. Далее по закону Гука рассчитывали модуль упругости.

Полученные наполненные криогели имеют модули упругости более 50 кПа, что указывает на их хорошие структурно-механические характеристики. При циклических перепадах температур (от положительных до отрицательных) величины структурно-механических характеристик криогеля возрастают.

Гидроизоляционные (гидрофобные) свойства полученного криогеля оценивали по краевому углу смачивания. Угол смачивания определяли на приборе марки KRUSS DSA 25, методом лежащей капли при 25°C.

Коэффициент теплопроводности определяли на установке, основным рабочим узлом которой являются два стальных коаксиальных цилиндра, в зазоре между которыми помещали исследуемую среду. Значение коэффициента теплопроводности рассчитывали по формуле:

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;

T - текущая температура воды во внутреннем цилиндре в некоторый момент времени (t);

T_терм - температура теплоносителя в термостате.

Результаты измерения устойчивости эмульсии, модуля упругости, краевого угла смачивания и коэффифиента теплопроводности криогеля приведены в таблице 1. Предлагаемая гидроизолирующая композиция обладает низкой теплопроводностью, что придает композиции теплоизоляционные свойства.

Гидроизоляционная композиция устойчива в широком диапазоне температур от -40°C до +65°C (максимальная температура плавления 65°C, максимальная температура замерзания - минус 40°C). Температуру замерзания криогеля определяют с помощью термометра, который погружают в криогель, помещенный в морозильную камеру. Как только криогель теряет эластические свойства и становится жестким, фиксируют температуру. Температуру плавления наполненного криогеля определяют методом «падающего шарика».

Таким образом, предлагаемая гидроизоляционная композиция имеет улучшенные структурно-механические свойства (модуль упругости 65 кПа) по сравнению с прототипом (модуль упругости 22 кПа) наряду с хорошими гидрофобными и теплоизоляционными свойствами.