CZ28641U1

CZ28641U1 - Hydrofobizační impregnační kapalina s nanoaditivy pro zlepšení hydrofobních a dalších užitných vlastností povrchů

Info

Publication number: CZ28641U1
Application number: CZ2015-31414U
Authority: CZ
Inventors: Totka Bakalova; Petr Louda; Karolína Borůvková; Lukáš Voleský
Original assignee: Technická univerzita v Liberci
Priority date: 2015-06-22
Filing date: 2015-06-22
Publication date: 2015-09-14

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká hydrofobizační impregnace užívané pro zlepšení hydrofobních vlastností povrchů a pro snížení opotřebení povrchů dílů.

Současný stav techniky

Hydrofobizační impregnace mají v dnešní době široké použití např. autokosmetika, impregnace textilu, brýlových čoček, polykarbonátových a skleněných panelů, nenasákavé povrchy kompozitů, fasád, atd. Jejich účelem je propůjčit podkladům vodoodpudivé vlastnosti a zároveň podporovat jejich regeneraci. Užité druhy hydrofobního přípravku ovlivňují jakost provedené úpravy. Tyto úpravy se mohou provést filmotvomou sloučeninou nebo nanesením sloučenin, které odpuzují vodu a mají vysoké povrchové napětí. Používají se např. uhlovodíky, křemičitany a fluorokřemičitany, fluorokarbonáty a také jiné přípravky.

Řešení se týká modifikace vodných emulzí methylsilikonové pryskyřice užívaných k povrchovým úpravám porézních materiálů. Úkolem těchto emulzí je propůjčit materiálům hydrofobní charakter.

Podstata technického řešení

Základní složkou impregnační kapaliny podle technického řešení je methylsilikonová pryskyřice. Z methylsilikonové pryskyřice je pomocí vhodného rozpouštědla, např. xylenu a vody připravena vodná emulze. Takto připravenou vodnou emulzi methylsilikonové pryskyřice je třeba dále zahustit za účelem zvýšení viskozity výsledného vodného roztoku a to cetylalkoholem a/nebo lanolinem.

Pro modifikaci vodné emulze methylsilikonové pryskyřice se podle navrhovaného řešení tedy použije vodná emulze methylsilikonové pryskyřice s minimálním obsahem 15 hmotnostních procent silikonu a s přídavkem 0,1 hmotnostního procenta až 60 hmotnostních procent shora uvedeného zahušťovadla a dále s přídavkem 0,01 g/1 až 10,0 g/1 výchozí vodné methylsilikonové emulze nanočástic oxidu křemičitého (SiO₂) v práškové formě, načež se provede homogenizace takto vzniklé vodné emulze methylsilikonové pryskyřice. Použité nanočástice oxidu křemičitého v práškové formě vykazují rozměr 5 nm až 100 nm. Ochranná vrstva vzniklá na povrchu předmětů po aplikaci modifikované vodné emulze methylsilikonové pryskyřice je vyvinuta na bázi nanotechnologie. Díky nanometrickým rozměrům pronikají nanočástice oxidu křemičitého do pórovité struktury povrchu homí vrstvy substrátu.

Do takto shora charakterizované vodné emulze methylsilikonové pryskyřice jsou možno ještě přidat 0,5 μΐ/ΐ až 10 ml/1 vodné emulze uhlovodíky s obsahem C₆ až Ci₄. Uhlovodíky zlepšují vodoodpudivé účinky výsledné vodné emulze, přičemž uhlovodíky jsou obsaženy v uvedeném množství buď jednotlivě, nebo v jejich vzájemné kombinaci. Uhlovodíky s obsahem C₆ až C₎₄zahrnují hexan, heptan, oktan, nonan, děkan, undekan, dodekan, tridekan a tetradekan.

Namísto oxidu křemičitého (SiO₂) je možno se shodným účinkem použít oxid titaničitý (TiO₂) v práškové podobě v koncentraci 0,01 g/1 až 10,0 g/1 výchozí vodné methylsilikonové emulze, přičemž užité nanočástice oxidu titaničitého v práškové podobě vykazují velikost 5 nm až 100 nm.

Namísto oxidu křemičitého (SiO₂) či oxidu titaničitého (TiO₂) je možno se shodným účinkem použít oxid zirkoničitý (ZrO₂) v práškové podobě v koncentraci 0,01 g/1 až 10,0 g/1 výchozí vodné methylsilikonové emulze, přičemž užité nanočástice oxidu zirkoničitého v práškové podobě vykazují velikost 5 nm až 100 nm.

Namísto oxidu křemičitého (SiO₂) či oxidu titaničitého (TiO₂) nebo oxidu zirkoničitého (ZrO₂) je možno se shodným účinkem použít oxid hlinitý (AI2O3) v práškové podobě v koncentraci 0,01 g/1

CZ 28641 Ul až 10,0 g/l výchozí vodné methylsilikonové emulze, přičemž užité nanočástice oxidu hlinitého v práškové podobě vykazují velikost 5 nm až 100 nm.

Bylo odzkoušeno, že je možno rovněž použít oxid křemičitý v kombinaci s oxidem titaničitým nebo oxid křemičitý v kombinaci s oxidem zirkoničitým, rovněž tak oxid titaničitý v kombinaci s oxidem zirkoničitým. Provedenými zkouškami bylo rovněž ověřeno, že s oxidem hlinitým je možno kombinovat jak oxid křemičitý, tak oxid titaničitý tak i oxid zirkoničitý. Není vyloučena ani vzájemná kombinace všech zde uvedených nanočástíc oxidů v ověřeném množství 0,01 g/l až 10,0 g/l výchozí vodné methylsilikonové emulze.

Vždy je možno ještě aplikovat do vodné methylsilikonové emulze shora uvedené uhlovodíky, které zlepšují vodoodpudivé účinky výsledné vodné emulze, přičemž uhlovodíky jsou obsaženy v uvedeném množství buď jednotlivě, nebo v jejich vzájemné kombinaci. Uhlovodíky s obsahem C₆ až Cμ zahrnují hexan, heptan, oktan, nonan, děkan, undekan, dodekan, tridekan a tetradekan.

Vždy je možno ještě aplikovat do shora charakterizovaných a uvedených vodných methylsilikonových emulzí ethylacetát (C4H₈O₂) v podobě roztoku v množství 0,1 hmotnostního procenta až 60 hmotnostních procent z vodné methylsilikonové emulze.

Přidáním ethylacetátu se dosáhne zjemnění struktury vodné methylsilikonové emulze a také zlepšení jejích užitných vlastností.

Výsledná vodná methylsilikonová emulze je vhodná pro použití na laky, lakované povrchy, autolaky, sklo, skleněné povrchy, plasty, keramiku, omítky, fasády a další jiné povrchy. Vodná emulze vytváří film na povrchu substrátů a tím zarovnává nerovný povrch podkladu. Povrch je tedy vyhlazen a díky tomu se v nerovnostech neusazují nečistoty, čímž výrazně přispívá k ochraně proti poškrábání během čištění či mytí podkladu. Silikonová složka vodné emulze je pomocí nosného rozpouštědla a vody velmi účinně transportována hluboko do struktury ošetřovaného materiálu. Viskozitu výsledné vodné emulze lze podle požadované aplikace ovlivnit naředěním emulze vodou.

Pomocí hydrofobní úpravy lze významně omezit nasákavost ošetřených materiálů, kdy voda se sbaluje do kuliček, které rychle stečou z povrchu a tím se zároveň snižuje špinivost povrchů. Celkově tedy lze výrazně prodloužit životnost a funkčnost takto upravených materiálů. Vzhledem k vysoké odolnosti silikonů vůči povětmosti, slunečnímu záření a teplotě má úprava touto vodnou emulzí značnou životnost. Výhodou této vodné emulze je, že po zaschnutí na substrátu tvoří transparentní film, který není třeba nijak tepelně stabilizovat či vypalovat. K úplnému zaschnutí dochází přibližně po 24 hodinách při běžné venkovní teplotě. Zlepšení tribologických vlastností upravených povrchů lze podpořit přidáním uhlovodíků s obsahem C₆ až C14.

Pro modifikaci emulze methylsilikonové pryskyřice se podle technického řešení tedy použije vodná emulze methylsilikonové pryskyřice s 0,1 hmotnostního procenta až 60 hmotnostních procent zahušťovadla s přídavkem 0,01 g/l až 10,0 g/l původní vodné emulze nanočástíc oxidu křemičitého (SiO₂) v práškové formě, načež se provede homogenizace vzniklé vodné emulze. Do takto shora charakterizované vodné emulze je možno ještě přidat 0,5 μΐ/l až 10 ml/1 vodné emulze uhlovodíky s obsahem C₆ až C14. Uhlovodíky zlepšují vodoodpudivé účinky výsledné vodné emulze. Do shora charakterizované vodné emulze je možno přimísit ještě ethylacetát (C4H8O2) v podobě roztoku v množství 0,1 hmotnostního procenta až 60 hmotnostních procent vodné methylsilikonové emulze. Ethylacetát zjemní strukturu vodné methylsilikonové emulze a také zlepší její užitné vlastnosti. Alternativně je možno kromě nanočástíc oxidu křemičitého použít nanočástice oxidu titaničitého (TiO₂) a/nebo nanočástice oxidu zirkoničitého (ZrO₂) a/nebo nanočástice oxidu hlinitého (A1₂O₃). Velikost nanočástíc použitých oxidů v práškové formě se pohybuje v rozmezí 5 nm až 100 nm. Modifikaci vodné emulze methylsilikonové pryskyřice je možno provést tedy i směsí zmíněných nanočástíc oxidů.

Příklady uskutečněni technického řešení

Přidáním chemických látek do roztoku vodné emulze methylsilikonové pryskyřice jsou dosaženy následující cíle, jako snížení opotřebení upravovaného materiálu a zvvšení ieho vodoodnudivosti.

CZ 28641 Ul

Vodné emulze připravené podle navrhovaného řešení navíc propůjčují upravovaným materiálům vysoký lesk a tepelnou stabilitu. Před použitím se připravené vodné emulze methylsilikonové pryskyřice vždy homogenizují.

Příklad 1

Modifikace vodné emulze methylsilikonové pryskyřice se uskutečňuje přípravou vodné emulze s obsahem 25 hmotnostních procent silikonu a přidáním 5 hmotnostních procent zahušťovadla vybraného z lanolinu a/nebo cetylakoholu. Dále se přidá 0,05 g/l původní vodné emulze nanočástice oxidu zirkoničitého (ZrO₂) v práškové podobě o velikosti částic v rozsahu 10 nm až 30 nm a rovněž také 5 μΐ/ΐ takto vzniklé vodné emulze směs uhlovodíků s obsahem C₆ až Cj₄, což zahrnuje hexan, heptan, oktan, nonan, děkan, undekan, dodekan, tridekan a tetradekan. Na závěr se provede homogenizace takto vzniklé vodné emulze.

Příklad 2

Modifikace vodné emulze methylsilikonové pryskyřice se uskutečňuje přípravou vodné emulze s obsahem 25 hmotnostních procent silikonu a přidáním 2,5 hmotnostního procenta zahušťovadla a dalším přidáním 0,15 g/l původní vodné emulze nanočástic oxidu křemičitého (SiO₂) v práškové podobě. Do takto vzniklé vodné emulze se dále vmísí ještě také 15 μΐ/ΐ vodné emulze směs uhlovodíků s obsahem C₆ až C₁₄ a roztok ethylacetátu (C₄H₈O₂) v množství 5,0 hmotnostních procent z takto vzniklé vodné methylsilikonové emulze. Na závěr se provede homogenizace takto vzniklé vodné emulze.

Příklad 3

Modifikace vodné emulze methylsilikonové pryskyřice se uskuteční přípravou vodné emulze s obsahem 15 hmotnostních procent silikonu a přidáním 5 hmotnostních procent zahušťovadla a dalším přidáním 0,3 g/l původní vodné emulze nanočástic oxidu titaničitého (TiO₂) v práškové podobě. Do takto vzniklé vodné emulze se ještě dále přidá také 25 μΐ/ΐ vodné emulze směs uhlovodíků s obsahem C₆ až C₁₄.

Příklad 4

Modifikace vodné emulze methylsilikonové pryskyřice se realizuje přípravou vodné emulze s obsahem 20 hmotnostních procent silikonu a přidáním 4 hmotnostních procent zahušťovadla a dalším přidáním 0,05 g/l původní vodné emulze nanočástic oxidu titaničitého (TiO₂), 0,05 g/l původní vodné emulze nanočástic oxidu křemičitého (SiO₂), 0,05 g/l původní vodné emulze nanočástic oxidu zirkoničitého (ZrO₂), 0,05 g/l původní vodné emulze nanočástic oxidu hlinitého (A1₂O₃) a dále také 20 μΐ/ΐ takto vzniklé vodné emulze směsi uhlovodíků s obsahem C₆ až Ci₄. Nanoaditiva jsou dodávána v práškové podobě s velikostí částic v rozsahu 10 nm až 30 nm. Příklad 5

Příprava vodné emulze mehtylsilikonové pryskyřice se uskutečňuje přípravou vodné emulze s obsahem 25 hmotnostních procent silikonu a přidáním 5 hmotnostních procent zahušťovadla. Dále se do vodné emulze aplikuje 0,05 g/l původní vodné emulze nanočástic oxidu křemičitého (SiO₂) a 0,05 g/l původní vodné emulze nanočástic oxidu zirkoničitého (ZrO₂). Nanoaditiva jsou dodávána v práškové podobě o velikosti částic v rozsahu 30 nm až 60 nm. Do takto namíchané vodné emulze je přidán roztok ethylacetátu (C₄H₈O₂) v množství 50,0 hmotnostních procent z takto vzniklé vodné methylsilikonové emulze. Na závěr se provede homogenizace takto vzniklé vodné emulze.

Claims

NÁROKY NA OCHRANU

í. Hydrofobizační impregnační kapalina s nanoaditivy pro zlepšení hydrofobních a dalších užitných vlastností povrchů, vyznačující se tím, že vodná emulze methylsilikonové

CZ 28641 Ul pryskyřice s minimálním obsahem 15 hmotnostních procent silikonu obsahuje 0,1 hmotnostního procenta až 60 hmotnostních procent zahušťovadla ve formě lanolinu a/nebo cetylakoholu a nanočástice oxidu zirkoničitého v práškové podobě a/nebo nanočástice oxidu křemičitého v práškové podobě a/nebo nanočástice oxidu titaničitého) v práškové podobě a/nebo nanočástice oxidu

5 hlinitého v práškové podobě v koncentraci 0,01 g/1 až 10,0 g/1 výchozí vodné methylsilikonové emulze, přičemž užité nanočástice jednotlivých oxidů v práškové podobě vykazují velikost 5 nm až 100 nm a mohou být použity buď jednotlivě nebo v jejich vzájemné kombinaci.
2. Hydrofobizační impregnační kapalina podle nároku 1, vyznačující se tím, že přídavkem jsou uhlovodíky s obsahem C₆ až C₁₄ v koncentraci 0,5 μΐ/ΐ až 10ml/l vodné πιει o thylsilikonové emulze, přičemž uhlovodíky j sou obsaženy buď j ednotlivě, nebo v j ej ich vzáj emné kombinaci.
3. Hydrofobizační impregnační kapalina podle nároku 1, vyznačující se tím, že přídavkem vodné methylsilikonové emulze je ethylacetát v podobě roztoku v množství 0,1 hmotnostního procenta až 60 hmotnostních procent vodné methylsilikonové emulze.

15 4. Hydrofobizační impregnační kapalina podle nároku 2, vyznačující se tím, že uhlovodíky s obsahem C₆ až C₁₄ zahrnují hexan, heptan, oktan, nonan, děkan, undekan, dodekan, tridekan a tetradekan.