Модифицирование известковых составов с применением золь-гель технологии Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Логанина В.И. , Давыдова О.А., Макарова Л.В. Хананина Т.С. МОДИФИЦИРОВАНИЕ ИЗВЕСТКОВЫХ СОСТАВОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЗОЛЬ-ГЕЛЬ ТЕХНОЛОГИИ

Одним из традиционных видов красочных составов, применяющихся на протяжении многих лет, являются известковые краски [1]. Срок службы покрытий на основе известковой краски составляет 3 года, однако нередко их разрушение наступает значительно раньше - спустя 1 год. В связи с разработкой новых лакокрасочных составов на полимерных связующих, покрытия на основе которых обладают значительной более высокой стойкостью, применение известковой краски сократилось, удельный вес известковой краски в структуре лакокрасочных материалов составляет 1-2%. Между тем, опыт окраски фасадов зданий по данным [2] свидетельствует о долговечности известковых покрытий, составляющей 8-12 лет.

Для повышения срока службы известковых покрытий предложено вводить в рецептуру краски тонкомолотые наполнителя, водоудерживающие добавки, пигменты определенной дисперсности.

Известно, что известковые составы обладают невысокой прочностью. Для ускорения процесса отверждения и повышения прочности известковых композиций разработка рецептуры отделочного состава проводилась с применением золь-гель технологии, для чего в рецептуру известкового состава вводился золь ортокремние-вой кислоты. Для получения золя ортокремниевой кислоты применяли раствор натриевого жидкого стекла Na2SiO3 с плотностью 1,46 г/см3 по ГОСТ 13078-81, который пропускали через катионитовую колонку.

Результаты проведенных исследований методом турбидиметрии показали, что размер частиц золя составляет в среднем 17,1 - 17,9 нм [3]. Жизнеспособность золя составляет 5 - 6 суток, после чего наблюдается коагуляция, что приводит к снижению активности взаимодействия с известью.

Нами разработана методика оценки активности золя, заключающаяся в определении количества золя, пошедшего на взаимодействие с известью и основанная на потенциметрическом определении рН системы «из-весть-золь».Установлены закономерности изменения активности золя в зависимости от его возраста.

Предлагается для стабилизации золя введение в рецептуру полимерных добавок. Определены эффективные стабилизаторы золя кремниевой кислоты.

При разработке рецептуры известковой композиции добавку золя SiO2 с рН 3,0 - 4,0 вводили вместе с водой затворения в растворную смесь, отношение известь:золь (И:Золь) составляло 1:0,25; 1:0,5; 1:1.

Установлено, что при введении добавки золя в известковую смесь наблюдается ускорение набора пластической прочности. Так, спустя 48 ч после затворения пластическая прочность состава с добавкой золя SiO2 (отношение И:Золь = 1:1) составила 0,09 МПа, а у контрольного состава - 0,01 МПа.

Введение добавки золя способствует повышению прочности при сжатии известковых растворов. Прочность при сжатии состава с отношением компонентов И:П = 1:3, В/И = 2 (молотый песок удельной поверхности Sуд = 5065 см2/г) с добавкой золя (возраст золя 1 ч) при отношении И:Золь = 1:0,5 в возрасте 7 суток составила Rсж =0,68 МПа и в возрасте 56 суток Rсж =0,95 МПа, в то время как у контрольного состава соответственно Rсж = 0,25 МПа и Rсж = 0,61МПа.

Отделочные слои на основе известковых составов с применением золя кремниевой кислоты характеризуются пониженными деформациями набухания. Результаты испытаний показывают, что стабилизация деформаций набухания состава на молотом песке с добавкой золя наступает на 9 сутки, а контрольного - на 15 сутки. Значения деформаций составляют соответственно 0,010 мм/мм и 0,017 мм/мм, снижение деформаций набухания состава с добавкой золя SiO2 составляет 40 %. Снижение деформаций набухания состава на песке фракции

2,5...0,14 мм с добавкой золя SiO2 составляет 6%, а стабилизация деформаций - на 26 сутки.

Применение золь-гель технологии открывает большие возможности регулирования реологических, технологических свойств отделочного состава и эксплуатационных свойств отделочного слоя на его основе .

Для регулирования реологических и технологических свойств известковых составов в их рецептуру вводят наполнители. Однако, применение тонкомолотой добавки (наполнителя) в рецептуре известковых композиций вызывает повышение ее стоимости вследствие высоких энергозатрат, связанных с помолом природного или техногенного материала как сырья для получения наполнителя. Нами предлагаются наполнители, полученные синтезом из жидкого стекла. Тонкодисперсные наполнители состоят из низкоосновных гидросиликатов кальция и гидратированного кремнезема, вступающих во взаимодействия с известью, в результате чего повышается прочность известкового покрытия. Для придания цвета покрытия предложено объемное окрашивание наполнителей, для чего использовались различные хромофоры, которые водились непосредственного в жидкое стекло или в осаждающий реагент с последующим приливанием в раствор жидкого стекла. В качестве хромофора предложено использовать медный купорос, хлорид железа ЕеС13 и др. Выявлено, что интенсивность окрашивания наполнителей увеличивается пропорционально увеличению количества вводимой добавки хромофора. Установлены закономерности изменения прочности известковых композиций в зависимости от срока хранения полученных окрашенных наполнителей, его влажности.

Установлена оптимальная плотность жидкого стекла, способствующая максимальному выходу продукта. Синтез наполнителей характеризуется

высокой скорости осаждения, 95-100%-ный выход осадка достигается в течение первой минуты после ввода осаждающего агента.

При использовании жидкого стекла плотностью 1450 кг/м3 из-за высокой плотности раствора было затруднено диспергирование хромофора в смеси, вследствие чего осадок получался неравномерно окрашенным; получаемый продукт очень быстро закристаллизовывался. Поэтому жидкое стекло разбавляли в 2 раза, при этом его плотность снижалась до 1260 кг/м.

Установлено, что полученные окрашенные наполнители обладают средней окрашивающей способностью, они устойчивы к действию щелочей. Введение окрашенных наполнителей в известковую смесь ускоряет процесс твердения извести. Так, время высыхания известкового состава на растворной подложке до степени 3 составляет 10-15 мин, до степени 5 - 20-25 минут. Известковая краска обладает высокой водоудерживающей способностью, хорошо наносится на отделываемую поверхность цементно- и известковопесчанной штукатурки. Класс качества внешнего вида составляет У-У1.

По результатам проведенных исследований разработана рецептура и технология получения окрашенных наполнителей с использованием их в качестве наполнителя в составе известковой краски, предназначенной для отделки внутренних и наружных стен зданий. Полученные составы обладают при нанесении хорошей удобо-наносимостью, декоративной выразительностью, хорошей совместимостью с ранее нанесенными известковыми составами и позволяют разнообразить внешний вид сооружения.

Разработан состав шпатлевки с применением наполнителей, полученных синтезом с применением натриевого жидкого стекла. Шпатлевка предназначена для выравнивания бетонных и штукатурных поверхностей с последующей окраской известковыми составами.

Литература

1. Логанина, В.И. Искусство интерьера. Современные материалы для отделки [Текст]: учебное пособие / В.И. Логанина, С.Н. Кислицына, С.М. Саденко. - Ростов н / Дону: Феникс, 2006.

2. Мухортов, И.Д.. Воздушная известь в отделке зданий.- М.: Изд-во коммунального хозяйства РСФСР,

1964.

3. Лабораторные работы и задачи по коллоидной химии [Текст]: учебное пособие / Ю.Г. Фролов и А.С.

Гродский. - М.: «Химия», 1986. - 216 с., ил.