Невыцветающие цементирующие композиции строительного раствора - RU2383508C2

Описание

Изобретение относится к невыцветающим цементирующим композициям строительного раствора в форме сухой композиции строительной смеси или водной композиции строительного раствора и к ее применению, преимущественно в качестве декоративного материала покрытия.

Для традиционных цементирующих материалов декоративного покрытия, таких как цветной штукатурный гипс, плиточное жидкое цементное тесто и порошковая краска, выцветание представляет собой привычное явление, которое влияет на конечный декоративный эффект. Хорошо известно, что источником выцветания является гидроксид кальция, образующийся во время гидратации портландцемента. Гидроксид кальция легко переносится водой на поверхность декоративного материала и после высыхания воды осаждается в виде белого кристаллического красящего вещества, которое в дальнейшем может взаимодействовать с окружающим диоксидом углерода с образованием белого карбоната кальция. Такие белые вещества, неравномерно распределившиеся на поверхности цветного декоративного материала, влияют на эстетическое качество декоративного покрытия.

Существуют некоторые методы, известные в данной области техники как уменьшающие или устраняющие выцветание, состоящие в использовании низкощелочного связывающего вещества, такого как кальцийсульфоглиноземистый цемент или кальцийглиноземистый цемент, который образует мало или не образует гидроксида кальция; в использовании активных наполнителей, например в использовании реакционно-способного кремнеземистого наполнителя, который взаимодействует с гидроксидом кальция с образованием силиката кальция, причем в этой реакции обычно расходуется гидроксид кальция, благодаря чему выцветание может быть уменьшено или устранено; и в осуществлении технологии герметизации, в которой поверхность декоративного покрытия герметизируют нанесением пленки водной эмульсии полимерного материала.

В JP 2000-302520 А описаны заполнители швов на цементной основе с эффективно регулируемым выцветанием, которые основаны на различных цементных материалах, реакционно-способном кремниевокислотном наполнителе, водорастворимой аминовой смоле и водной полимерной дисперсии или повторно диспергирующемся в воде полимерном порошке.

В соответствии с GB 2360769 А невыцветающую цементирующую массу готовят из портландцемента, кальцийглиноземистого цемента, сульфата Са (например, гипса) и реакционно-способного кремнезема (например, из доменного шлака). Реакционно-способный кремнезем представляет собой некристаллический SiO₂, который находится в метастабильной фазе и способен медленно взаимодействовать с побочным продуктом гидратации цемента, Са(ОН)₂, с образованием гидратированного силиката кальция.

Такая композиция обладает серьезными недостатками, в особенности если ее наносят в виде тонкого слоя декоративного покрытия: ее адгезия и сила прилипания, а также сопротивление соскребыванию оказываются очень низкими. Вследствие испарения и абсорбции воды подложкой свежий тонкий слой покрытия, после того как его наносят на подложку, сохнет слишком быстро, даже несмотря на применение некоторого количества сгустителя и удерживающего воду агента. Поскольку в тонком слое строительного раствора сохраняется некоторое количество воды для затворения, степень гидратации цемента на ранней стадии очень низка. Также ограниченна реакция между потенциально реакционно-способным наполнителем и гидроксидом кальция.

В JP-A 60-251162 описана композиция строительного раствора для декорирования стен здания, содержащая полиакрилатную дисперсию и демонстрирующая отсутствие выцветания.

Объектом изобретения является создание невыцветающей цементирующей композиции строительного раствора в форме композиции сухой строительной смеси или водной композиции строительного раствора без использования компонентов наподобие реакционно-способного кремнеземного материала или водорастворимых аминовых смол. Так, в частности, эта композиция должна предотвращать выцветание, даже если ее используют в виде тонкослойного материала декоративного покрытия.

Объектом изобретения является невыцветающая цементирующая композиция строительного раствора, свободная от реакционно-способного кремнеземного материала, в форме композиции сухой строительной смеси или водной композиции строительного раствора, включающая

а) от 1 до 10 мас.% обычного портландцемента в пересчете на сухую массу цементирующей композиции строительного раствора

б) от 1 до 30 мас.% кальцийглиноземистого цемента в пересчете на сухую массу цементирующей композиции строительного раствора

в) от 1 до 15 мас.% сульфата кальция в пересчете на сухую массу цементирующей композиции строительного раствора и

г) от 0,5 до 30 мас.% в пересчете на сухую массу цементирующей композиции строительного раствора водной полимерной дисперсии или повторно диспергирующегося в воде полимерного порошка из полимеров на основе одного или нескольких мономеров из группы, включающей виниловые сложные эфиры, (мет)акрилаты, винилароматические соединения, олефины, 1,3-диены и винилгалогениды, а также, если необходимо, способные с ними сополимеризоваться другие мономеры.

Композиция включает от 1 до 10 мас.% обычного портландцемента а), предпочтительно от 1 до 5 мас.%, наиболее предпочтительно от 2 до 5 мас.%, в каждом случае в пересчете на сухую массу цементирующей композиции строительного раствора. Основной компонент обычного портландцемента представляет собой силикат кальция (3CaO•SiO₂ и 2CaO•SiO₂), который гидратируется водой с образованием гидратированного геля силиката кальция и небольшого количества гидроксида кальция, который способствует созданию начальной щелочной окружающей среды. Начальная щелочность имеет важное значение для эффекта сгущения и удерживания воды. Позднее гидроксид кальция взаимодействует с гидратированным алюминатом кальция и сульфатом кальция с образованием эттрингита или моноалюминатсульфата. В предпочтительном варианте содержание Fe₂O₃ в портландцементе должно быть ниже 2,5 мас.% в пересчете на общую массу портландцемента. Наиболее предпочтителен белый обычный портландцемент.

Композиция включает от 1 до 30 мас.% кальцийглиноземистого цемента б), предпочтительно от 1 до 20 мас.%, а наиболее предпочтительно от 5 до 20 мас.%, в каждом случае в пересчете на сухую массу цементирующей композиции строительного раствора. В еще одном предпочтительном варианте содержание Al₂O₃ в кальцийглиноземистом цементе б) не должно быть равным ниже 40 мас.% от массы компонента б), а содержание Fe₂O₃ в кальцийглиноземистом цементе б) должно быть равным ниже 3 мас.% от компонента б). Предпочтительные кальцийглиноземистые цементы представляют собой, например, продукты Secar 51 и Secar 71 (продукты фирмы Lafarge Calcium Aluminates Inc.).

Приемлемыми источниками сульфата кальция являются ангидрит, полугидрат и гипс. Композиция включает от 1 до 15 мас.% сульфата кальция в), предпочтительно от 1,5 до 7,5 мас.%, наиболее предпочтительно от 3 до 7,5 мас.%, в каждом случае в пересчете на сухую массу цементирующей композиции строительного раствора. В еще одном предпочтительном варианте содержание SO₃ в сульфате кальция не должно составлять ниже 50% от массы компонента в).

Композиция включает от 0,5 до 30 мас.% водной полимерной дисперсии или повторно диспергирующегося в воде полимерного порошка, предпочтительно от 1,5 до 15 мас.% в пересчете на сухую массу цементирующей композиции строительного раствора. В случае водных полимерных дисперсий количество в мас.% относится к содержанию твердых частиц в полимерных дисперсиях.

Примерами приемлемых гомо- и сополимеров являются винилацетатные гомополимеры, сополимеры винилацетата с этиленом, сополимеры винилацетата с этиленом и с одним или несколькими другими виниловыми сложными эфирами, сополимеры винилацетата с этиленом и (мет)акриловым эфиром, сополимеры винилацетата с (мет)акрилатами и другими виниловыми сложными эфирами, сополимеры винилацетата с этиленом и винилхлоридом, сополимеры винилацетата с акрилатами, сополимеры стирола/акрилового эфира, стирол/1,3-бутадиеновые сополимеры.

Предпочтение отдают винилацетатным гомополимерам;

сополимерам винилацетата и от 1 до 40 мас.% этилена;

сополимерам винилацетата и от 1 до 40 мас.% этилена, и от 1 до 50 мас.% одного или нескольких других сомономеров из группы виниловых сложных эфиров, содержащих от 1 до 12 углеродных атомов в радикале карбоновой кислоты, например винилпропионата, виниллаурата, виниловым эфирам альфа-разветвленных карбоновых кислот, содержащих от 9 до 13 углеродных атомов, таких как продукты VeoVa9, VeoVa10, VeoVa11; сополимерам винилацетата, от 1 до 40 мас.% этилена, а предпочтительно от 1 до 60 мас.% акрилового эфира неразветвленных или разветвленных спиртов, содержащих от 1 до 15 углеродных атомов, в частности н-бутилакрилата и 2-этилгексилакрилата; и

сополимерам с использованием от 30 до 75 мас.% винилацетата, от 1 до 30 мас.% виниллаурата или виниловых эфиров альфа-разветвленной карбоновой кислоты, содержащей от 9 до 11 углеродных атомов, а также от 1 до 30 мас.% акриловых эфиров неразветвленных или разветвленных спиртов, содержащих от 1 до 15 углеродных атомов, в частности н-бутилакрилата и 2-этилгексилакрилата, причем они также содержат от 1 до 40 мас.% этилена;

сополимерам с использованием винилацетата, от 1 до 40 мас.% этилена и от 1 до 60 мас.% винилхлорида, где данные в массовых процентах в каждом случае в общем составляют 100 мас.%.

Предпочтение отдают также сополимерам н-бутилакрилата или 2-этилгексилакрилата или сополимерам метилметакрилата с н-бутилакрилатом и/или 2-этилгексилакрилатом;

сополимерам стирола/акрилового эфира с использованием одного или нескольких мономеров из группы метилакрилата, этилакрилата, пропилакрилата, н-бутилакрилата, 2-этилгексилакрилата;

сополимерам винилацетата/акрилового эфира с использованием одного или нескольких мономеров из группы метилакрилата, этилакрилата, пропилакрилата, н-бутилакрилата, 2-этилгексилакрилата и, когда это приемлемо, этилена;

стирол/1,3-бутадиеновым сополимерам;

где данные в массовых процентах в каждом случае в общем составляют 100 мас.%.

Водные дисперсии полимеров и повторно диспергирующиеся в воде порошки вышеупомянутых полимеров, которые могут быть из них получены сушкой, известны и технически доступны. Эти полимеры получают обычным путем, предпочтительно по эмульсионному методу полимеризации. Используемые дисперсии могут быть стабилизированы эмульгатором или также защитным коллоидом, причем примером является поливиниловый спирт.

В конкретном предпочтительном варианте полимероцементный коэффициент, который означает массовое соотношение а):б):в):г) компонентов а), б), в) и г), составляет от 1 до 1,5: от 2 до 4: от 1 до 1,5: от 2 до 4.

Невыцветающие цементирующие композиции строительного раствора могут включать дополнительные компоненты из группы наполнителей, пигментов, сгустителей, замедлителей, противогрибковых средств, смачивающих веществ и диспергаторов.

Приемлемые наполнители представляют собой тальк, слюду, карбонат кальция, песок. Если размер частиц составляет от 200 до 800 меш, такие материалы можно использовать в качестве тонкодисперсных наполнителей в тонкослойных покрытиях. Если при нанесении композиций покрытия требуется декоративный эффект загрубления, то можно использовать карбонат кальция или кварцевый песок с частицами крупного размера. Как правило, максимальный размер частиц крупнозернистого наполнителя составляет меньше 4 мм. В предпочтительном варианте наполнители используют в количестве от 25 до 80 мас.% в пересчете на сухую массу цементирующей композиции строительного раствора.

Для эффекта окрашивания можно добавлять пигменты наподобие оксида титана или оксида феррита. Максимальное количество не должно превышать 8 мас.% в пересчете на общую сухую массу композиции.

Для хорошей удобообрабатываемости можно добавлять сгустители, например простой метиловый эфир целлюлозы. Приемлемые простые метиловые эфиры целлюлозы технически доступны, например продукты МКХ 15000 PF 20L и Bermocol 451 FQ. Их доля зависит от применения композиции, и в предпочтительном варианте она должна быть равной от 0,01 до 1,5 мас.% в пересчете на сухую массу цементирующей композиции строительного раствора. Малые количества предпочтительны для плиточных связывающих веществ, а большие количества - для штукатурного гипса и порошковых красок.

Приемлемые неорганические сгустители наподобие гекторита, как правило, используют в пропорции от 0,01 до 0,5 мас.% в пересчете на сухую массу цементирующей композиции строительного раствора.

Другие компоненты представляют собой замедлители наподобие фруктовых кислот, предпочтительно винную кислоту, как правило, в пропорции от 0,01 до 0,5 мас.% в пересчете на сухую массу цементирующей композиции строительного раствора. В такую композицию можно добавлять противогрибковые средства, их можно использовать в жидкой форме или порошкообразной форме в пропорции от 0,05 до 0,3 мас.% в пересчете на сухую массу цементирующей композиции строительного раствора. Если применяют очень тонкодисперсный наполнитель, то можно использовать смачивающие вещества или диспергаторы. Типичными примерами служат полифосфат натрия и полиакрилат натрия с молекулами средней длины. В предпочтительном варианте пропорция составляет от 0,1 до 0,3 мас.% в пересчете на сухую массу цементирующей композиции строительного раствора.

Если компонент г) используют в форме повторно диспергирующегося полимерного порошка, то невыцветающую цементирующую композицию строительного раствора обычно готовят подмешиванием компонентов с а) по г) и необязательно одного или нескольких из вышеупомянутых дополнительных компонентов в сухой строительный раствор в обычных смесителях для, порошков и гомогенизацией смеси. Количество воды, необходимое для обработки, добавляют непосредственно перед обработкой. Другой возможный метод состоит в добавлении отдельных компонентов в эту смесь только после ее приготовления перемешиванием с водой.

Если компонент г) используют в форме водной полимерной дисперсии, компоненты с а) по г), необязательно другие компоненты и, если необходимо, дополнительное количество воды смешивают с получением пастообразного строительного раствора. Количество воды, которое должно быть добавлено в сухую смесь, зависит от типа применения. Обычно воду добавляют в количестве от 10 до 100 мас.% в пересчете на сухую массу цементирующей композиции строительного раствора. Эти невыцветающие цементирующие композиции строительного раствора можно использовать для типичных целей их применения. Так, например, для приготовления строительных связывающих веществ, преимущественно плиточных связывающих веществ и связывающих веществ для изолирующих систем вне помещений, штукатурных гипсов и обмазок, шпатлевок, маяков для настилов, выравнивающих литых смесей, уплотнительных суспензий, строительных растворов для заделки швов и покрытий. В предпочтительном варианте их используют при нанесении покрытий, преимущественно порошковых красок, а наиболее предпочтительно для получения покрытий. При получении покрытий невыцветающие цементирующие композиции строительного раствора обычно наносят в виде слоев от 0,1 до 30 мм, в случае штукатурного гипса предпочтительно в виде слоев от 1 до 5 мм. Материалы для тонкослойных покрытий на различные подложки наносят в виде слоев от 0,1 до 3 мм. Их обычно используют для промазывания внутренних и внешних штукатуренных гипсом и бетонных поверхностей (покрытие с удалением пены).

Примеры: Повторно диспергирующийся полимерный порошок, используемый в композициях примеров, представлял собой сополимер винилацетата, этилена и винилового эфира версатиновой кислоты (VeoVa10 является товарным знаком фирмы Resolution Performance Products). В целях проведения испытания готовили следующие композиции порошковых красок и смешивали с количеством воды в соответствии с таблицей 1.

При испытании на выцветание, для того чтобы легче было выцветание отличать от невыцветания, в композиции использовали черный пигмент.

Испытательные образцы готовили в соответствии с китайским стандартом GB/T 9755-2001 (покрытие из эмульсии синтетической смолы для наружных стен). В качестве подложки использовали асбестоцементные щиты с размерами 430 мм × 150 мм × 5 мм. Перед испытанием эти щиты выдерживали в воде до тех пор, пока значение pH на их поверхности не достигало примерно 7. Композицию краски наносили двумя проходами. Толщина первого слоя составляла 0,12 мм. После сушки в обычных условиях наносили второй слой толщиной 0,08 мм. Испытательные образцы выдерживали на открытом воздухе в течение 6 дней. Каждый день образцы опрыскивали водой по 3 раза в течение 10 мин (7:00-7:10, 13:00-13:10, 19:00-19:10). Образцы устанавливали под углом 30° к стене. Для опрыскивания водой на верхнюю кромку образцов помещали трубку из ПВХ с отверстиями 3 мм в диаметре на расстоянии 40 мм.

После 6 дней проверяли качество поверхности образцов.

Пример 1

Испытательный образец, покрытый композицией примера 1, демонстрировал отсутствие явного изменения окраски. Цвет всей поверхности был однородным.

Сравнительный пример 2

Испытательный образец, покрытый композицией сравнительного примера 2, демонстрировал неоднородную и более светлую окраску. Цвет поверхности был частично белым и светлым и встречались отметины от воды.

В целях проведения испытания готовили следующие композиции декоративного штукатурного гипса и смешивали с количеством воды в соответствии с таблицей 2;

В соответствии с EN 1323 изготавливали стандартную бетонную плиту и использовали в качестве подложки. Эту плиту покрывали слоем белой грунтовки. После сушки грунтовки в виде единственного слоя наносили декоративный штукатурный гипс. Толщина этого слоя соответствует наибольшему размеру частиц песка в композиции.

Грунтовка характеризовалась следующим составом:

Испытательные образцы выдерживали на открытом воздухе в течение 6 дней. Каждый день образцы опрыскивали водой по 3 раза в течение 10 мин (7:00-7:10, 13:00-13:10, 19:00-19:10). Образцы устанавливали под углом 30° к стенке. Для опрыскивания водой на верхнюю кромку образцов помещали трубку из ПВХ с отверстиями 3 мм в диаметре на расстоянии 40 мм.

После 6 дней проверяли качество поверхности образцов.

Пример 3

Бетонную плиту покрывали композицией штукатурного гипса примера 3, поверхность демонстрировала отсутствие явного изменения окраски. Цвет всей поверхности был однородным.

Сравнительный пример 4

Бетонную плиту покрывали композицией сравнительного примера 4. Цвет поверхности был частично белым и светлым.

В целях проведения испытания готовили следующие композиции плиточного жидкого цементного теста и смешивали с количеством воды в соответствии с таблицей 3.

В соответствии с EN 1323 изготавливали стандартную бетонную плиту и использовали в качестве подложки. На подложке тонким слоем цементирующего плиточного связывающего вещества фиксировали керамические плитки. После 24 ч резиновой лопаткой наносили плиточное жидкое цементное тесто для заполнения межплиточных швов и спустя 20 мин поверхность плиток очищали мокрой губкой.

Плитки выдерживали на открытом воздухе в течение 6 дней. Каждый день образцы опрыскивали водой по 3 раза в течение 10 мин (7:00-7:10, 13:00-13:10, 19:00-19:10). Образцы устанавливали под углом 30° к стене. Для опрыскивания водой на верхнюю кромку образцов помещали трубку из ПВХ с отверстиями 3 мм в диаметре на расстоянии 40 мм.

После 6 дней проверяли качество поверхности образцов.

Пример 5

Межплиточные швы заполняли композицией плиточного жидкого цементного теста примера 5. Межплиточные швы, заполненные плиточным жидким цементным тестом, демонстрировали отсутствие явного изменения окраски.

Сравнительный пример 6

Межплиточные швы заполняли композицией плиточного жидкого цементного теста примера 6. Окраска поверхности межплиточных швов была отчасти белой и светлой.

Испытание на прочность при растяжении.

Для применения на открытом воздухе отделочного декоративного материала, такого как декоративный штукатурный гипс, важным параметром является сила прилипания при растяжении. Декоративный штукатурный гипс, как правило, используют в тонком слое, вследствие чего очень важное значение имеет долговременная сила прилипания при критическом условии нанесения.

Для испытания на прочность при растяжении использовали композиции декоративного штукатурного гипса таблицы 2. В соответствии с EN 1323 изготавливали стандартную бетонную плиту и использовали в качестве подложки. Эту плиту покрывали слоем белой грунтовки с использованием приведенной выше композиции. После сушки грунтовки в виде единственного слоя наносили декоративный штукатурный гипс с размерами образца 40 мм × 40 мм × 2 мм.

Испытание проводили в соответствии с JIS А 6909-1995: В первом цикле А образцы выдерживали в течение 14 дней в обычных условиях.

Во втором цикле Б образцы хранили в течение 7 дней в обычных условиях, после чего на 10 дней погружали в воду в обычных условиях, 1 день хранили при 70°С и, наконец, 1 день хранили в обычных условиях.

В третьем цикле В после хранения в течение 7 дней в обычных условиях следовали 10 циклов, в каждом из которых погружали на 18 ч в воду, замораживали на 3 ч и 3 ч хранили при 70°С. После 10 циклов испытание завершали хранением в течение 1 дня в обычных условиях.

Обычные условия означают 23°С и 50% относительной влажности. Для испытания к образцам с помощью эпоксидного клея прикрепляли стальной стержень. Испытания проводили с использованием прибора для испытания Herion HP 850, выбирая тянущий поршень с усилием 9,5 кН и скоростью нарастания усилия 250 Н/с.

Результаты испытания

Испытание на сопротивление соскребыванию в мокром состоянии

Сопротивление соскребыванию в мокром состоянии отражает когезионную прочность тонких слоев материалов покрытия. Это испытание проводили с использованием композиций порошковой краски примера 1 и сравнительного примера 2, как они приведены в таблице 1.

Испытательные образцы готовили в соответствии с китайским стандартом GB/T 9755-2001 (покрытие из эмульсии синтетической смолы для наружных стен). В качестве подложки использовали асбестоцементные щиты с размерами 430 мм × 150 мм × 5 мм. Перед испытанием эти щиты выдерживали в воде до тех пор, пока значение pH на их поверхности не достигало примерно 7. Композицию краски наносили двумя проходами. Толщина первого слоя составляла 0,12 мм. После сушки в обычных условиях наносили второй слой толщиной 0,08 мм.

Эти образцы хранили в двух разных условиях:

хранение А: 7 дней в обычных условиях;

хранение Б: 1 день в обычных условиях, после чего 6 дней на открытом воздухе с периодическим опрыскиванием водой.

Сопротивление соскребыванию определяли в соответствии с китайским стандартом GB 9266-1988: каждый образец соскребали до тех пор, пока не обнажался участок подложки до 100 мм ширины. Фиксировали циклы соскребываний до достижения такого результата.

Результаты испытания

Реферат

Изобретение относится к невыцветающей цементирующей композиции строительного раствора, свободной от реакционно-способного кремнеземного материала, содержащей, мас.%, в пересчете на сухую массу цементирующей композиции строительного раствора,: а) от 1 до 10 обычного портландцемента, б) от 1 до 30 глиноземистого цемента, в) от 1 до 15 мас.% сульфата кальция и г) от 0,5 до 30 водной полимерной дисперсии или повторно диспергирующегося в воде полимерного порошка из полимеров на основе одного или нескольких мономеров из группы, включающей виниловые сложные эфиры, (мет)акрилаты, винилароматические соединения, олефины, 1,3-диены и винилгалогениды, а также, если необходимо, способные с ними сополимеризоваться другие мономеры, в которой компоненты а), б), в) и г) содержатся в массовом соотношении соответственно, от 1 до 1,5: от 2 до 4: от 1 до 1,5: от 2 до 4. Изобретение также касается способа приготовления цементирующей композиции строительного раствора и ее применения. Изобретение развито в зависимых пунктах формулы изобретения. Технический результат - увеличение прочности на растяжение и повышение адгезионных свойств. 6 н. и 3 з.п. ф-лы, 3 табл.

Формула