БИОЦИДНАЯ ДОБАВКА ДЛЯ БЕТОНОВ И СТРОИТЕЛЬНЫХ РАСТВОРОВ

Изобретение относится к строительным материалам, в частности, к биоцидным добавкам, перспективным для борьбы с микробиологической деструкцией водных растворов органических соединений, используемых в технологии бетона и строительных растворов.

Ускорение темпов строительства, появление новых технологий, напряженный трафик во всех крупных городах - все это обусловило превращение химических добавок в необходимый и обязательный компонент бетонов.

Широкий спектр технических характеристик, которые требуется одновременно придать бетонам и строительным растворам, делает неизбежным создание комплексных добавок, т.е. добавок, состоящих из нескольких разнотипных компонентов, которые, в свою очередь, могут быть как индивидуальными соединениями, так и сложными многокомпонентными продуктами.

Известно, что в бетонных смесях находят применение различные комплексные добавки, позволяющие улучшить технологические характеристики бетонных смесей и повысить физико-механические характеристики бетонов. Так, широкое применение находят комплексные добавки на основе лигносульфонатов, однако их существенным недостатком является низкая биоустойчивость. При контакте с окружающей средой в них могут развиваться микроорганизмы (бактерии, грибы, дрожжи), что сопровождается изменением органолептических (цвет, запах) и/или технических характеристик продукта.

В технологии бетона известен ряд добавок, обладающих биоцидными свойствами. Очень высокой активностью обладает оловоорганическое производное, известное под названием АБП-40 [В.Г. Батраков. Модифицированные бетоны. Теория и практика. - 2-е изд.. перераб., и дополненное. - М., 1998. - 768 с.]. Активный ингредиент этой добавки представляет собой сополимер трибутилоловометакрилата с метилметакрилатом, бутилакрилатом и акриловой кислотой. Однако это вещество нерастворимо в воде и используется для т.н. вторичной защиты бетона, а не для подавления микроорганизмов в растворах самих добавок.

Высокой биоцидной активностью обладает также формалин, однако характерный резкий запах формальдегида проявляется уже при низких концентрациях вещества (порог чувствительности запаха 0,1-0,3 мг/м³), а пары формальдегида обладают высокой токсичностью для человека (ПДК в воздухе рабочей зоны 0,5 мг/м³; ПДК в воде 0,05 мг/л; класс опасности 2).

Соединения класса четвертичных аммониевых оснований характеризуются меньшей токсичностью при выраженной биоцидной активности. Так, известно применение в качестве биоцидной добавки «Катапин-бактерицида» (на основе поли(бензил триметиламмоний) хлорида) [Батраков В.Г., Феликман В.Р., Вовк А.И., Хазова Н.Н. перечень химических добавок для бетонов и строительных растворов, выпускаемых промышленностью в 1987 г. М.; ВНИИИС. 1988. - 28 с.]. Однако данный класс биоцидов не совместим с анионными ПАВ (особенно, полимерными), т.е. его применение в реально востребованных комплексах сильно ограничено.

В качестве биоцидной добавки находят применение производные изотиазолинона. Этот класс соединений достаточно хорошо растворим в воде и не осаждается анионоактивными ПАВ. К недостаткам данного класса соединений относятся относительно высокие значения LD5o и неспособность концентрироваться на границе Ж/Г, где обычно и начинают развиваться микроорганизмы.

Наиболее близким по сущности к предлагаемому изобретению является биоцидная добавка [Биоцидная добавка "Полипласт БИО" Технические условия ТУ 2499-046-58042865-2009 от 01.09.2009 г.], где в качестве активного компонента используют биоактивный сложный эфир на основе монозамещенного полиэтиленгликоля. Недостатком указанного продукта является снижение его эффективности при производстве добавок в сухой форме.

Технической задачей настоящего изобретения является биоцидная добавка, обладающая совместимостью со всеми типами водорастворимых химических добавок, широким спектром микробиологической активности при низком содержании в композиции и не теряющая эффективность при выпуске комплексных добавок в сухой форме.

Поставленная техническая задача в настоящем изобретении решается тем, что в качестве биоцидной добавки к бетонам и строительным растворам, содержащей в качестве активного компонента биоактивный сложный эфир, предлагается использовать смесь моно- и бисэтерифицированного полиалкиленоксида и неорганического производного серной кислоты. При этом биоцидная добавка содержит указанные компоненты при следующем соотношении, мас.%: моноэтерифицированный полиалкиленоксид 80-98; бисэтерифицированный полиалкиленоксид 1-10; неорганическое производное серной кислоты 1-10.

Указанную смесь моно- и бисэтерифицированных производных получают взаимодействием полиэтиленоксида, полипропиленоксида, полибутиленоксида, содержащих 5÷20 элементарных звеньев в цепи, или их сополимеров с замещенной ароматической карбоновой кислотой.

В качестве кислоты для получения смеси моно- и бисэтерифицированного полиалкиленоксида используют замещенную ароматическую карбоновую кислоту общей формулы:

где по крайней мере один из R¹÷R⁵=OH, а остальные R=H или R²+R³=бута-1,3-диендиил.

Неорганическое производное серной кислоты соответствует общей формуле R₂SO₄, где R=Na, К или является смесью указанных катионов.

Между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и достигаемым техническим результатом существует причинно-следственная связь.

Использование в качестве активного компонента биоактивного сложного эфира на основе монозамещенного полиэтиленгликоля, содержащего смесь моно- и бисэтерифицированного полиалкиленоксида и неорганического производного серной кислоты при указанном соотношении (масс.%) позволяет сохранять активность биоцидной добавки в составе комплексных добавок после воздействия высоких температур при производстве сухой отпускной формы на любых известных типах сушильного оборудования.

Заявляемый диапазон соотношений компонентов биоцидной добавки установлен экспериментально и является оптимальным. Содержание моноэтерифицированного полиалкиленоксида менее 80 и более 98 технологически не осуществимо. При содержании моноэтерифицированного полиалкиленоксида менее 80% наблюдается снижение растворимости биоцида в водных растворах добавок, при содержании моноэтерифицированного полиалкиленоксида более 98% снижается техническая эффективность биоцида после воздействии высоких температур.

При содержании бисэтерифицированного полиалкиленоксида более 10% наблюдается снижение растворимости биоцида в водных растворах добавок. Содержание бисэтерифицированного полиалкиленоксида менее 1% снижает техническую эффективность биоцидной добавки после воздействии высоких температур.

Содержание неорганического производного серной кислоты менее 1% технологически недостижимо, а при содержании выше 10% возможны отрицательные эффекты при хранении биоцидной добавки.

Оптимальное количество элементарных звеньев (n) в цепи полиалкиленоксида HO(RCHCH2O)_nH составляет n=5÷20. При n<5 эфир обладает слабыми поверхностно-активными свойствами, продукт распределяется по всему объему, в результате чего снижается концентрация на границе раздела Ж/Г, а при n>20 снижается растворимость добавки и возможно ее высаливание из комплексных добавок с высоким содержанием электролитов. При этом если в молекуле полиалкиленоксида величина радикала больше этила (т.е. производные пентена и выше), то не достигается растворимость в воде.

В биоцидная добавке неорганическое производное серной кислоты соответствует общей формуле R₂SO₄, где R=Na, К или является смесью указанных катионов.

Более подробно техническая сущность изобретения и достигаемые эффекты могут быть проиллюстрированы следующими примерами. Примеры составов бидоцидных добавок по изобретению приведены в таблице 1.

Исследования свойств биоцидной комплексной добавки проводили в соответствии с МУ 2.1.674-97 «Санитарно-гигиеническая оценка стройматериалов с применением отходов».

Эффективная дозировка биоцидного компонента добавки составляет 0,01-0,05% от веса раствора (0,1-0,2% от массы сухих веществ комплексной добавки).

При испытаниях использовали стандартный набор тест-штаммов микроорганизмов (Echerichia coli, Staphylococcus aureus, Candida albicans, Aspergillus niger. Bacillus subtilis).

Результаты проведенных испытаний предлагаемой биоцидной добавки для бетонов и строительных растворов представлены в таблице 2, 3, 4.

Из анализа результатов испытаний, представленных в таблице 2 видно, что предлагаемый биоцидный компонент совместим со всеми компонентами комплексной добавки.

В таблице 3 представлены результаты проведенных испытаний по ингибированию микроорганизмов. Анализ результатов испытаний показывает, что применение предлагаемой биоцидной добавки для бетонов и строительных растворов обеспечивает задержку роста микроорганизмов и выраженное бактерицидное действие на все исследованные штаммы микроорганизмов (Echerichia coli, Staphylococcus aureus, Candida albicans, Aspergillus niger, Bacillus subtilis), существенно снижая их концентрацию.

Из результатов, представленных в таблице 4, видно, что биоцидная добавка-прототип и биоцидная добавка по предлагаемой заявке обладают практически одинаковой эффективностью при введении в растворы бионеустойчивых комплексных добавок, однако добавка по заявке не снижает своей эффективности после высушивания в составе комплексной добавки и последующего повторного растворения в воде.

Таким образом, предлагаемая биоцидная добавка для бетонов и строительных растворов совместима со всеми типами водорастворимых химических добавок и обладает широким спектром действия по отношению к различным микроорганизмам и низкой токсичностью для теплокровных, при низком содержании в композиции и при этом не теряет эффективность при выпуске комплексных добавок в сухой форме.