EA014318B1

EA014318B1 - Гидрофобный композиционный материал и способ его получения

Info

Publication number: EA014318B1
Application number: EA200600065A
Authority: EA
Inventors: Зеэв Биргер
Original assignee: Суперсил Лтд.
Priority date: 2003-07-14
Filing date: 2004-07-14
Publication date: 2010-10-29
Also published as: US20060257643A1; US8067059B2; IL173077A0; IL157437A0; EA200600065A3; IL173077A; EA200600065A2

Abstract

Раскрыты новые гидрофобные композиционные материалы, в частности гидрофобные сыпучие материалы и сыпучие заполнители, а также способы их применения.

Description

Область изобретения и предшествующий уровень техники

Настоящее изобретение относится к гидрофобным композиционным и сыпучим материалам и гидрофобным сыпучим заполнителям, к способам их получения и применению. Более подробно, настоящее изобретение относится к гидрофобным композиционным материалам, состоящим из основного материала, покрытого гидрофобным порошком с примесным элементом, предварительно обработанным гидрофобным углеводородом, и, возможно, дополнительными покрывающими средствами, так что полученные композиционные материалы характеризуются лучшими водоотталкивающими свойствами и стойкостью, которые делают их подходящими для различных применений. Кроме того, настоящее изобретение относится к гидрофобным композиционным материалам, которые получают в водных растворах.

Во многих случаях желательно предотвращать попадание влаги из области критических участков, используя гидрофобные материалы, которые отталкивают воду. В области гражданского строительства, когда вода проникает в конструкцию, соли и минералы, находящиеся в воде, повреждают бетон (или другие материалы, из которых изготовлена эта конструкция), и вызывают коррозию и деформацию ее стальной стержневой арматуры или проволочной арматурной сетки. Такая коррозия и деформация приводит к появлению трещин в бетоне и, в конечном счете, к локальному уменьшению прочности конструкции. Другие внутренние объекты, такие как трубы, электрические провода, каналы коммуникаций и тому подобное, могут также повреждаться влагой.

Присутствие воды в здании связано с рядом нежелательных явлений, таких как влага на основании стен, под ковровым настилом или под плитами перекрытий; ржавчина в основании стальных опор; выцветы, обесцвечивание или гниение древесины, панелей, стены сухой кладки и других объектов вблизи пола, стен или потолка; плесень и милдью на бетоне, меблировке или ковровых покрытиях; эфлоресценция (белый порошок) на бетоне; ветшание плит перекрытий; запах сырости; запотевание стен (конденсация избыточной влажности); конденсация воды на окнах; закупоренные или поврежденные водосточные желоба; рост мха и тому подобное.

Влага может проникать в конструкцию либо вертикально, например, из-за накопления воды на крышах или полах конструкции/фундаментов, либо горизонтально, путем протекания воды через наружные стены здания, например, в связи с экстремальными погодными условиями. Серьезную проблему горизонтального просачивания представляют углубленные стены или их участки, где гидростатическое давление, создаваемое избытком влаги в окружающем грунте, оказываемое на наружную сторону стены фундамента, вносит значительный вклад в горизонтальное просачивание.

Проникновение влаги через бетонные стены объясняется пористостью бетона (примерно 12-20%), возникающей во время процесса отверждения, когда избыточная вода создает сеть взаимосвязанных капилляров, примерно 10-100 нм в диаметре.

Используемый здесь термин примерно относится к ±10%.

Эти капилляры вносят вклад в проникновение через них влаги за счет капиллярных сил. По мере старения бетона проникновение воды постепенно выщелачивает бетон и делает его все более пористым.

Другой проблемой, вызываемой влагой, является милдью, которая, помимо неэстетичного вида, издает затхлый запах. Даже хотя существенное количество стоячей воды можно удалить с помощью способов гидроизоляции известного уровня техники, при которых используют дренажный желоб, остаточная влага все же будет вызывать проблемы, связанные с милдью. Считается, что длительное воздействие милдью может вызвать множество проблем со здоровьем, таких как аллергии, астма, кожные заболевания и тому подобное.

Подвал является самым большим источником влаги в здании. Покрытый пол и стены в подвале после отделочной обработки улавливают влагу и, в конечном счете, приводят к сырости или влаге в подвале. Поскольку уровень рН бетона высок, щелочи, содержащиеся в бетоне, растворяются водой и атакуют краски и керамические плитки перекрытий. Поэтому, даже если подвал выглядит сухим, влага попадает в него, просачиваясь через капилляры. Милдью, которая, как правило, начинает расти в подвале из-за избыточного количества влаги, может распространиться на другие области здания над землей, например, путем вентиляции.

Во многих странах используют песок в качестве подстилающего слоя под плитами перекрытий, и он рекомендован стандартами с целью снижения шума. Вода, поступающая за счет периодических протечек водопроводно-канализационной сети или сильного дождя (например, в черепичных крышах) образует существенное количество избыточной массы, вплоть до примерно 100 кг воды на квадратный метр. Большая часть воды задерживается под плитами, и песок, таким образом, остается влажным в течение многих лет. Такая избыточная масса обычно принимается в расчет инженером на проектных стадиях строительства, который с целью повышения прочности конструкции использует большее количество бетона и арматурного материала под подстилающим слоем песка. Вклад избыточной массы воды и избыточной массы бетона и арматурного материала в общую массу ускоряет осадку здания. Проблема еще более усугубляется навесными сооружениями, такими как балконы и путепроводы, взаимно связывающих различные части зданий.

В дополнение к тому, что сырой песок имеет избыточный вес, он под плитами привлекает насекомых, таких как муравьи, дождевые черви, тля, пылевые клещи и т.п. Кроме известных проблем со здо

- 1 014318 ровьем, вызванных таким привлечением, насекомые зарываются в песок и ускоряют осадку плит.

Поскольку большую часть времени песок влажный, он становится проводником тепла под плитами перекрытий, уменьшая вследствие этого любую изоляцию, которую планируют достичь на стадии проектирования здания. В некоторых зданиях под полом сооружают электрическую нагревательную систему. Контакт между этими системами и влажным песком может вызвать серьезное повреждение системы или, в крайнем случае, может случиться пожар.

В отношении гидроизоляции под полом балконов или под черепичными крышами, все способы известного уровня техники заключаются в расположении гидроизоляционного материала, такой как изоляционные листы, рубероид или эластомерное покрытие на основе растворителя, под песочным подстилающим слоем, поддерживающим плиты перекрытий. Однако почти независимо от их качества, срок годности этих гидроизоляционных материалов недостаточен, в связи с присутствием в песке содержащей соли влаги.

Даже в конструкциях или частях конструкций, где песок не находится в контакте с гидроизоляционным материалом, срок годности материалов известного уровня техники ограничен. Щелочи, растворенные в воде, действуют на краски и клеи и повреждают гидроизоляционный материал, образуются трещины, отслаивания или пузыри.

Дополнительная проблема в помещениях, связанная с герметизацией, представляет собой проблему повышенных уровней радонового газа, который обнаруживают в зданиях, обычно, в их нижних частях, то есть в подвалах, но и не только там. Радон является невидимым радиоактивным газом без запаха, который образуется в результате распада радиоактивных тяжелых металлов урана и тория, рассеянных в коре Земли. Попутными продуктами радиоактивного распада этих металлов являются более легкие радиоактивные тяжелые металлы, которые также распадаются до более легких металлов и так далее. Эта цепь распада непрерывно продуцирует радий, который распадается до изотопов радона, в основном радон-222 и радон-220 (последний также имеет название торон), изотоп радон-222 является наиболее распространенным радиоактивным газом в помещениях.

Продукты распада радона представляют собой мельчайшие твердые радиоактивные частицы, которые плавают в воздухе и, вдыхаемые человеком, накапливаются легкими, трахеей и бронхами. Из-за этих продуктов распада предел допустимого содержания радона, общепринятый для помещений, примерно в 1000 раз ниже, чем таковой для любых токсинов или канцерогенов.

Являясь самым тяжелым из известных газов (в девять раз тяжелее воздуха), газ радон естественным путем проникает в водопроницаемый грунт и в подстилающий слой гравия, окружающего фундаменты здания, а затем диффундирует в здание через вышеупомянутые отверстия и поры в бетоне. Радон растворим в воде и, следовательно, переносится в окрестности здания подземными потоками, а затем в само здание, за счет проникновения воды, например, через бетон. Наиболее распространенным носителем радона в здании является вода.

Влага и вода также вызывают повреждение углубленных объектов, таких как подземные трубы, резервуары (например, газовые резервуары), туннели и кабели. Из-за влаги, коррозии, вызванной электролизом, агрессивных веществ, насекомых и/или микроорганизмов, присутствующих в песке, многие углубленные объекты подвергаются воздействию разрушающих процессов, которые уменьшают срок годности этих объектов. В случаях, где углубленный объект содержит опасные вещества, любая протечка из них может иметь тяжелые последствия для окружающей среды.

В области электроэнергетической промышленности был проведен ряд исследовательских программ по идентификации механизмов, ответственных за преждевременное повреждение подземных электрических или коммуникационных кабелей. Известно, что многие преждевременные повреждения кабелей связаны с внутренним накоплением микроскопических водных разветвлений внутри дефектов изоляционных слоев кабеля, также известных как водные деревья. Заполненные водой разветвления дефектов распространяются внутри радиально через аморфные изоляционные материалы. По мере радиального распространения воды, возрастает возможность повреждения кабеля.

Даже когда проводящая сердцевина кабеля покрыта усовершенствованным материалом, таким как жидкокристаллический полимер, образование дефектов неизбежно вследствие коррозии, вызванной электролизом, присутствия разрушающих веществ, насекомых и/или микроорганизмов, находящихся под землей.

Углубленные трубы и электрические или коммуникационные каналы часто расположены внутри пустотелых подземных труб. Эти пустотелые трубы также обеспечивают легкий доступ к углубленному объекту для технического обслуживания. Однако вода или другие жидкости иногда находят путь в пространство между углубленным объектом и внутренней поверхностью окружающей трубы (например, через отверстия или трещины, образованные в наружных поверхностях труб или через щель между контактирующими трубами). Вода течет через трубу и вызывает повреждения углубленных объектов или соединительных муфт на конце трубы.

Сочетание влаги и песка приводит к затвердеванию или замерзанию. Известно, что образовавшийся твердый материал переносит продольные напряжения из окружающей среды к углубленному объекту. Когда уровень этих продольных напряжений превышает параметры прочности объекта, объект разруша

- 2 014318 ется. Чтобы предотвратить вышеуказанные продольное напряжение, объекты делают более прочными и/или погружают глубоко в землю. Однако известно, что стоимость расположения объектов под землей возрастает с увеличением глубины, на которую погружают этот объект. Кроме того, глубоко погруженные объекты труднодоступны, например, для текущего ремонта или замены.

Одним из способов защиты подземного объекта, трубы является нанесение герметичного покрытия на этот объект или окружающую его трубу, с тем, чтобы предотвратить указанными агентами повреждение наружной поверхности. Однако, хотя в целом такие покрытия выдерживают атаку разрушающих веществ или организмов, очень часто локальные повреждения покрытия неизбежны (например, за счет продольного напряжения), и этих локальных повреждений достаточно, чтобы началась эрозия объекта.

Как правило, можно предотвратить попадание влаги в критические участки, используя гидрофобные материалы, которые отталкивают воду. Проектные требования к гидрофобным материалам зависят от применения, для которого предназначены такие материалы, и включают давление интрузии воды, толщину, химическую совместимость, вентиляцию, температурную совместимость и т.п. Давление интрузии воды представляет собой меру критического давления, при котором вода проталкивается через гидрофобный материал. Химическая совместимость важна при использованиях, при которых гидрофобный материал вступает в контакт с коррозионным материалом.

Другим сооружением, для которого необходима гидроизоляция, является водохранилище, когда его основание и стены должны быть непроницаемы в такой степени, чтобы предотвратить протечку воды. Проблема протекающего водохранилища критична в засушливых районах, где желательно сохранение содержимого водохранилища в течение как можно более длительного времени.

Типичное водохранилище представляет собой плоскую поверхность, окруженную наклонной насыпью. При многих способах гидроизоляции известного уровня техники основание хранилища (как плоское основание, так и наклонную насыпь) покрывают изоляционными листами (обычно изготовленными из полиэтилена высокой плотности, ПВП), склеенными или сваренными друг с другом. Этот способ страдает многими недостатками. Во-первых, поскольку гидроизоляция сделана за счет множества связанных изоляционных листов, существует много участков возле соединения между двумя соседними листами, где соединение повреждено или некачественно, и эти листы становятся проницаемыми. Вовторых, вследствие ограниченной эластичности, изоляционный лист может быть поврежден твердыми объектами, которые находятся в контакте с ним сверху или снизу. В-третьих, во время хранения, когда дно хранилища очищают легкими механизмами или вручную, изоляционные листы могут быть порваны. В-четвертых, нагрузки вызывают движение земли или образование трещин (например, в искусственном бетонном резервуаре) и разрыв изоляционных листов. Дополнительное ограничение способа известного уровня техники является следствием наличия колоний насекомых и организмов под изоляционными листами. В этом случае необходимы химические вещества для очистки содержимого хранилища.

Гидроизоляция также часто необходима в сельском хозяйстве или садоводстве, где применяют орошение. Когда площади искусственно орошают водой, только относительно небольшая часть воды достигает выращиваемых на почве растений. Большая часть воды просачивается в землю или испаряется. Необходимость в сохранении воды также связана с другими сельскохозяйственными проблемами, такими как соленая почва и соленая подземная вода. Как правило, при разработке участков для садоводства промышленного сельскохозяйственного применения трудно обеспечить растения достаточным количеством воды, не вызывая гнилости, предотвращая в то же время повреждение корней вредными веществами (такими как соли).

Проектные требования к гидрофобным материалам зависят от применения, для которого предназначены такие материалы, и включают давление интрузии воды, толщину, химическую совместимость, расход воздуха, температурную совместимость и тому подобное. Давление интрузии воды представляет собой меру критического давления, при котором вода проталкивается через гидрофобный материал. Химическая совместимость важна при применениях, где гидрофобный материал вступает в контакт с коррозионным материалом.

За годы разработаны различные гидрофобные материалы, включая ПТФЭ, нейлон, стекловолокно, полиэфирсульфон и заполнители, обладающие гидрофобными свойствами.

Один такой материал раскрыт в патенте США № 3562153 Ти11у с1 а1. Композиции масляных абсорбентов патента получают обработкой жидкого материала абсорбента, который может быть порошкообразным, гранулированным или волокнистым по своей природе, коллоидным оксидом металла или металлоида, который химически связан с кремнийорганическим соединением, что делает этот оксид металла или металлоида гидрофобным. Смесь абсорбента, обработанного гидрофобным оксидом, приводят в контакт с водой с примесью масла и избирательно удаляют из нее масло. Сообщается, что смесь масляного абсорбента согласно Тулли и соавторам, обладает отличными водоотталкивающими свойствами, обеспечивающими поддержание эффективности масляного абсорбента в течение длительных периодов погружения.

В патенте США № 4474852 Сгаф. который включен как ссылка в полном изложении, объединяет идеи некоторых патентов предшествующего уровня техники (патенты США №№ 3567492, 3672945, 3973510, 3980566, 4148941 и 4256501, причем содержания их всех включены здесь ссылкой). Согласно

- 3 014318

Крэйгу, гидрофобные композиционные материалы, обладающие отличными водоотталкивающими свойствами, можно получить путем депонирования на сыпучем и гранулированном основном материале клейкого первого покрытия, содержащего пленкообразующий полиуретан и асфальт, как возможную добавку, и нанесения на покрытый таким образом основной материал второго покрытия, содержащего гидрофобный коллоидный оксид, такой как, например, гидрофобная белая сажа. Крэйг заявляет, что содержание клейкого первого покрытия не должно превышать 1% мас./мас. общей сухой массы заполнителя, тогда как содержание второго покрытия составляет между 0,025 и 0,25% мас./мас. этой общей массы. Кроме того, согласно заявлению Крэйга, гидрофобные композиционные материалы, изготовленные таким образом, не только предотвращают прилипание воды к поверхностям индивидуальных частиц композиционного материала, но также поступление воды в промежуточные пространства заполнителей из этих композиционных материалов.

В νθ 03/044124, которая также включена здесь как ссылка в полном изложении, также раскрыт способ получения гидрофобных заполнителей, который основан на данных Крэйга (патент США № 4474852). Согласно заявлениям νθ 03/044124, гидрофобные заполнители, раскрытые в патенте США № 4474852, не являются хорошими, поскольку они не выдерживают давление воды выше чем 2-3 см.

При поиске способа получения гидрофобных заполнителей с улучшенными водоотталкивающими свойствами и показателями поглощения масла, а также с повышенной прочностью при высоких давлениях воды, был сделан вывод, согласно заявлениям νθ 03/044124, что в усовершенствованный способ получения гидрофобных заполнителей, по сравнению с заявлениями Крэйга, следует внести изменения, относящиеся к композициям первого и второго покрытия и их относительным количествам, к температуре различных стадий процесса и к скорости смешивания в процессе получения.

Следовательно, способ, раскрытый в νθ 03/044124, включает депонирование на сыпучем и гранулированном основном материале клейкого первого покрытия, которое содержит пленкообразующий агент, такой как полиуретан, и возможно клеевой агент, такой как жидкий асфальт, и нанесение на покрытый таким образом основной материал второго покрытия, которое содержит гидрофобную белую сажу или любой другой порошок повышенной гидрофобности. Согласно заявлениям νθ 03/044124, масса клейкого первого покрытия составляет примерно 1-2% мас./мас. общей сухой массы заполнителя, тогда как масса второго покрытия составляет более чем 5% мас./мас. этой общей массы. Кроме того, согласно заявлениям νθ 03/044124, такой гидрофобный заполнитель способен выдерживать давление воды вплоть до 20-30 см.

Хотя в νθ 03/044124 заявлено применение порошков повышенной гидрофобности, иных, чем гидрофобная белая сажа, в данной ссылке нет ни описания, ни примеров такого порошка повышенной гидрофобности. Эта ссылка также не может продемонстрировать какую-либо характеристику гидрофобных заполнителей, раскрытых в ней, как в отношении водоотталкивающих свойств, так и поведения при высоких давлениях воды. Кроме того, в данной области техники хорошо известно, что применение такого большого количества гидрофобной белой сажи в качестве второго покрытия, как было заявлено в νθ 03/044124, снижает экономическую эффективность, а также усложняет процесс.

Кроме того, как гидрофобная белая сажа, так и оксиды металлов, обработанные кремнийорганическими соединениями, такими, которые раскрыты в патенте Крэйга, являются кислыми веществами, и заполнители, покрытые такими материалами, склонны к взаимодействию с щелочными реагентами, такими как детергенты. Это свойство ограничивает применение таких заполнителей в таких областях, где детергенты могут находиться в контакте с этими гидрофобными заполнителями, как, например, верхние покрытия различных поверхностей.

В патенте США 4474852, упомянутом здесь выше, описаны некоторые применения гидрофобных композиционных материалов для гидроизоляции. Главным образом в качестве верхнего покрытия мостовых, такого как асфальт или бетон, на поверхность сначала следует проводить заливку поверхности покрытием из асфальтового герметика, и сразу после этого на него можно распылить тяжелое покрытие из гидрофобных композиционных материалов и закатать в асфальтовый герметик, обеспечивая водонепроницаемое верхнее покрытие. Такую же методику верхнего покрытия можно использовать при ремонтах выбоин дорожного полотна.

Эти композиционные материалы можно также применять в качестве заменителя обычного заполнителя в асфальтовых кровлях или кровельных плитах, или при кровельных работах. При таких применениях гидрофобные композиционные материалы эффективны для предотвращения проникновения воды и получающегося повреждения, вызванного циклами замерзания-оттаивания, а также изменениями размеров вследствие увлажнения и высыхания. В патенте США № 4474852 также заявлена польза в качестве верхнего покрытия мостовых, таких как асфальтовые или бетонные дорожные покрытия или настилы мостов, обеспечивающих водонепроницаемую конечную отделку, которая значительно уменьшает действие замерзания-оттаивания и которая не повреждается солевыми составами, обычно используемыми для удаления льда. Кроме того, эти гидрофобные композиционные материалы могут применяться на окрашенных поверхностях для обеспечения прочной гидроизоляционной конечной отделки дерева, металла, бетона, камня, кирпича и некоторых синтетических субстратов. Такие гидрофобные композиционные материалы можно также смешивать с подходящими связующими агентами для обеспечения водооттал

- 4 014318 кивающего покрытия.

Поскольку Американский институт бетона (АС1, Атепсаи Сопсгс1с 1и81йи1е) рекомендует 3дюймовый проницаемый песочный подстилающий слой, распределенный по поверхности гидроизоляционного листа под зданием, гидрофобный композиционный материал по патенту США № 4474852 может также применяться в качестве гидроизоляционного агента в конструировании мостовых в качестве наполнителя или подстилающего слоя под бетонными плитами или в качестве гравийного наполнителя или балласта для дорожных полотен или тротуаров. Однако, как понятно специалистам в данной области техники, сыпучий заполнитель изготовлен из крайне малых частиц и, следовательно, легко переносится ветром и смывается проточной водой. Следовательно, без специальных и приспособленных инструкций будет очень трудно и, возможно, непрактично использовать гидрофобный заполнитель в его сыпучей форме.

Кроме того, известные к настоящему времени способы производства гидрофобных композиционных материалов не приводят в результате к удовлетворительным продуктам и ограничены другими параметрами, такими как, например, эффективность затрат.

Таким образом, существует повсеместно признанная необходимость в гидрофобных композиционных материалах, иметь которые было бы весьма выгодно, сыпучих материалах и сыпучих заполнителях, способах их производства и их применения, лишенных вышеуказанных ограничений.

Краткое изложение сущности изобретения

При разработке настоящего изобретения было учтено, что путем дальнейшего изменения составных частей первого и второго покрытия и их относительных количеств могут быть получены экономически выгодные гидрофобные композиционные материалы с улучшенными физическими и химическими характеристиками. В частности, предположили, что используя в качестве покрытия гидрофобный порошок, содержащий элементы не в чистом состоянии, предварительно обработанные углеводородом, таким как длинноцепочечная жирная кислота (например, стеариновая кислота), можно получить экономически выгодные гидрофобные композиционные материалы с улучшенными свойствами.

При внедрении настоящего изобретения в практику действительно было обнаружено, что используя гидрофобный порошок, описанный выше, были получены гидрофобные композиционные материалы, обладающие лучшими физическими и химическими характеристиками по сравнению с известными в настоящее время гидрофобными композиционными материалами. Эти вновь раскрытые композиционные материалы содержат гидрофобное покрытие, которое составляет не более чем 5% мас./мас. от общей массы композиционного материала, и характеризуются великолепными водоотталкивающими и другими полезными свойствами, как подробно описано здесь далее.

Следовательно, согласно одному аспекту настоящего изобретения предложен гидрофобный композиционный материал, содержащий основной материал, покрытый гидрофобным порошком, где этот гидрофобный порошок содержит по меньшей мере один элемент не в чистом состоянии с присоединенной к нему углеводородной цепью.

Согласно другим признакам в предпочтительных воплощениях изобретения, описанных ниже, этот элемент выбран из группы, состоящей из металлического элемента, полуметаллического элемента и переходного металлического элемента.

Согласно другим признакам в описанных предпочтительных воплощениях гидрофобный порошок связан с основным материалом клейким слоем.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях гидрофобный композиционный материал дополнительно содержит по меньшей мере одну добавку, выбранную из группы, состоящей из красящего агента, УФ-устойчивого агента, отбеливающего агента и абразивного агента.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях содержание красящего агента составляет между примерно 0,1 и примерно 2% мас./мас. гидрофобного композиционного материала.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях, содержание УФустойчивого агента и отбеливающего агента, каждого, составляет между примерно 0,01 и примерно 2% мас./мас. гидрофобного композиционного материала.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях, содержание абразивного агента составляет между примерно 0,1 и примерно, 0,5% мас./мас. гидрофобного композиционного материала.

Согласно следующему аспекту настоящего изобретения предложен способ получения гидрофобного композиционного материала, при котором покрывают основной материал гидрофобным порошком, где этот гидрофобный порошок содержит по меньшей мере один элемент не в чистом состоянии, к которому присоединена углеводородная цепь, с получением, таким образом, гидрофобного композиционного материала.

Согласно следующим признакам в предпочтительных воплощениях изобретения, описанных ниже, этот способ дополнительно включает перед покрытием нанесение на основной материал клейкого слоя, где этот клейкий слой связывает гидрофобный порошок с основным материалом.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях стадия нанесения на

- 5 014318 основной материал клейкого слоя включает смешивание основного материала с клейкой смесью, содержащей образующий пленку агент и летучий растворитель, удаление всего летучего растворителя из смеси основного материала и клейкой смеси, и получение, таким образом, основного материала с нанесенным на него клейким слоем.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях стадия нанесения на основной материал клейкого слоя включает смешивание основного материала с водной клейкой смесью, содержащей клеевой агент на водной основе и водный растворитель (например, воду), удаление всего водного растворителя из смеси основного материала и клейкой смеси, и получение в результате основного материала, с нанесенным на него клейким слоем.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях способ дополнительно включает высушивание основного материала перед покрытием,

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях способ дополнительно включает высушивание основного материала перед смешиванием.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях способ дополнительно включает после покрытия отверждение гидрофобного композиционного материала.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях летучий растворитель представляет собой органический растворитель, имеющий температуру кипения в интервале между примерно 80 и примерно 200°С.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях способ дополнительно включает перед покрытием смешивание основного материала с добавкой, выбранной из группы, состоящей из красящего агента, УФ-устойчивого агента, отбеливающего агента и абразивного агента.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях способ дополнительно включает перед покрытием смешивание основного материала с нанесенным на него клейким слоем с добавкой, выбранной из группы, состоящей из красящего агента, УФ-устойчивого агента, отбеливающего агента и абразивного агента.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях, основной материал выбран из группы, состоящей из сыпучего материала и гранулированного материала.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях, основной материал выбран из группы, состоящей из песка, гравия, шлака, каолина, доломита, фарфора, базальта, кварцевого песка, угольной золы, мела, цеолита, монтморрилонита, агапултита, флинта, бентонита, перлита, слюды, древесной стружки, ореховой скорлупы, опилок и их комбинаций.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях основной материал имеет средний размер частиц в интервале между 25 мм и 5 мкм.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях основной материал представляет собой кварцевый песок.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях содержание клейкого слоя составляет между примерно 0,5 и примерно 7% мас./мас. гидрофобного композиционного материала.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях содержание гидрофобного порошка составляет между примерно 0,1 и примерно 5% мас./мас. гидрофобного композиционного материала.

Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предложен гидрофобный сыпучий материал, содержащий сыпучий основной материал, покрытый гидрофобным порошком, где этот гидрофобный порошок содержит по меньшей мере один элемент не в чистом состоянии с присоединенной к нему углеводородной цепью.

Согласно следующим признакам в предпочтительных воплощениях изобретения, описанных ниже, углеводородная цепь содержит по меньшей мере 10 атомов углерода.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощения, углеводород представляет собой остаток жирной кислоты, имеющий по меньшей мере 12 атомов углерода.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях жирная кислота выбрана из группы, состоящей из стеариновой кислоты, лауриновой кислоты, миристиновой кислоты, пальмитиновой кислоты, олеиновой кислоты, линоленовой кислоты и арахидоновой кислоты.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях по меньшей мере один элемент выбран из группы, состоящей из металлического элемента, полуметаллического элемента и переходного металлического элемента и их комбинаций.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях по меньшей мере один элемент выбран из группы, состоящей из магния, кальция, алюминия, цинка, натрия, бария, циркония, марганца, титана, ванадия, хрома, железа и их комбинаций.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях, гидрофобный композиционный материал и сыпучий материал характеризуются как неактивные в отношении щелочных реагентов.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях гидрофобный компо

- 6 014318 зиционный материал и сыпучий материал способны предотвращать прилипание к ним воды и проникновение в них воды при внешнем давлении вплоть до примерно 4,5 атмосфер.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях, гидрофобный композиционный материал и сыпучий материал характеризуются как устойчивые к динамическому изнашиванию под действием воды в течение по меньшей мере 2 месяцев.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях содержание клеевого агента составляет между примерно 0,1 и примерно 50% мас./мас. клейкого слоя.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях гидрофобный порошок дополнительно содержит по меньшей мере одну добавку, выбранную из группы, состоящей из красящего агента, УФ-устойчивого агента, отбеливающего агента и абразивного агента.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях содержание красящего агента составляет между примерно 0,1 и примерно 2% мас/.мас. гидрофобного сыпучего материала.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях, содержание УФустойчивого агента и отбеливающего агента, каждого, составляет от примерно 0,01 и до примерно 2% мас./мас. гидрофобного сыпучего материала.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях, содержание абразивного агента составляет между примерно 0,1 и примерно 0,5% мас./мас. гидрофобного сыпучего материала.

Согласно еще одному другому аспекту настоящего изобретения предложен способ получения гидрофобного сыпучего материала, при котором покрывают сыпучий основной материал гидрофобным порошком, где этот гидрофобный порошок содержит по меньшей мере один элемент не в чистом состоянии с присоединенной к нему углеводородной цепью с получением в результате гидрофобного сыпучего материала.

Согласно следующим признакам в предпочтительных воплощениях изобретения, описанных ниже, этот способ дополнительно включает перед покрытием нанесение на сыпучий основной материал клейкого слоя, где этот клейкий слой связывает гидрофобный порошок с сыпучим основным материалом.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях стадия нанесения на сыпучий основной материал клейкого слоя включает смешивание сыпучего основного материала с клейкой смесью, содержащей пленкообразующий агент и летучий растворитель, удалением всего летучего растворителя из смеси сыпучего основного материала и клейкой смеси получают, таким образом, сыпучий основной материал с нанесенным на него клейким слоем.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях стадия нанесения на сыпучий основной материал клейкого слоя включает смешивание сыпучего основного материала с водной клейкой смесью, содержащей клеевой агент на водной основе и водный растворитель (например, воду), удалением всего водного растворителя из смеси сыпучего основного материала и клейкой смеси, получают, таким образом, сыпучий основной материал с нанесенным на него клейким слоем.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях способ дополнительно включает высушивание сыпучего основного материала перед покрытием.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях способ дополнительно включает высушивание сыпучего основного материала перед смешиванием.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощения способ дополнительно включает после покрытия отверждение гидрофобного сыпучего материала.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях отверждение проводят в течение периода времени в интервале от 1 до 30 дней.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях удаление летучего растворителя проводят путем испарительного нагревания.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях удаление летучего растворителя проводят при комнатной температуре.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях способ дополнительно включает перед покрытием смешивание сыпучего основного материала с добавкой, выбранной из группы, состоящей из красящего агента, УФ-устойчивого агента, отбеливающего агента и абразивного агента.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях способ дополнительно включает перед покрытием смешивание сыпучего основного материала с нанесенным на него клейким слоем с добавкой, выбранной из группы, состоящей из красящего агента, УФ-устойчивого агента, отбеливающего агента и абразивного агента.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях сыпучий основной материал имеет средний размер частиц в интервале между 25 мм и 5 мкм.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях сыпучий основной

- 7 014318 материал представляет собой кварцевый песок.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях пленкообразующий агент представляет собой пленкообразующий полиуретан.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях клейкая смесь дополнительно содержит клеевой агент.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях клеевой агент представляет собой летучий углеводород, имеющий по меньшей мере 12 атомов углерода.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях клеевой агент выбран из группы, состоящей из жидкого асфальта, парафинового воска, пчелиного воска, ланолинового воска, льняного масла и их комбинаций.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях гидрофобный порошок имеет средний размер частиц в интервале между 0,02 и 50 мкм.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях гидрофобный порошок имеет площадь поверхности в интервале между 1 и 60 м²/г.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях, содержание гидрофобной белой сажи составляет между 1 и 99% мас./мас. гидрофобного порошка.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях содержание клейкого слоя составляет между примерно 0,5 и примерно 7% мас./мас. гидрофобного порошка.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях содержание гидрофобного порошка составляет между примерно 0,1 и примерно 5% мас./мас. гидрофобного сыпучего материала.

При дальнейшей разработке настоящего изобретения было рассмотрено, что эффективные гидрофобные композиционные материалы, включая гидрофобные сыпучие материалы и гидрофобные сыпучие заполнители, могут быть получены путем покрытия основного материала гидрофобным материалом, который связан с ним посредством клейкого слоя на водной основе, избегая, таким образом, нежелательного использования органических пленкообразующих агентов и клеевых агентов.

При внедрении настоящего изобретения в практику было дополнительно обнаружено, что экономически выгодные, безопасно производимые и благоприятные для окружающей среды гидрофобные композиционные материалы могут быть легко получены путем использования водно-клейкого слоя, который связывает гидрофобный материал с основным материалом, все же достигая при этом желаемых характеристик полученных в результате смесей.

Таким образом, согласно еще одному другому аспекту настоящего изобретения предложен гидрофобный композиционный материал, содержащий основной материал, покрытый гидрофобным материалом, связанным с ним посредством клейкого слоя на водной основе.

Согласно следующим признакам в предпочтительных воплощениях изобретения, описанных ниже, клейкий слой на водной основе содержит клеевой агент на водной основе.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях клеевой агент на водной основе представляет собой битумно-латексную пасту.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощения гидрофобный материал выбран из группы, состоящей из гидрофобного порошка, содержащего по меньшей мере один элемент не в чистом состоянии с присоединенной к нему углеводородной цепью, гидрофобной белой сажи, расплавленного полипропилена и любой их смеси.

Гидрофобный композиционный материал, основной материал и гидрофобный порошок являются такими, как описано здесь выше.

Согласно еще одному другому аспекту настоящего изобретения предложен способ получения гидрофобного композиционного материала, описанного выше, при котором смешивают основной материал и водную клеевую смесь, включающую клеевой агент на водной основе и водный растворитель; удаляют из нее водный растворитель с получением в результате основного материала с нанесенным на него клейким слоем на водной основе; и покрывают основной материал с нанесенным на него клейким слоем на водной основе гидрофобным материалом с получением, таким образом, гидрофобного композиционного материала.

Согласно следующим признакам в предпочтительных воплощениях изобретения, описанных ниже, концентрация клеевого агента на водной основе в водной клейкой смеси находится в интервале между примерно 1% мас./мас. и примерно 99% мас./мас.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях способ дополнительно включает высушивание основного материала с нанесенным на него клейким слоем на водной основе перед покрытием.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях отверждение прово

- 8 014318 дят в течение периода времени в интервале от 1 до 30 дней.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях удаление водного растворителя проводят путем барабанной сушки.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощения способ дополнительно включает перед покрытием смешивание основного материала, с нанесенным на него клейким слоем на водной основе, с добавкой, выбранной из группы, состоящей из красящего агента, УФ-устойчивого агента, отбеливающего агента и абразивного агента.

Согласно дополнительному аспекту настоящего изобретения предложен сыпучий гидрофобный заполнитель, способный к сопротивлению, заранее установленному максимальному давлению жидкости, где этот сыпучий гидрофобный заполнитель содержит множество частиц различных размеров, где по меньшей мере одно из распределений частиц по размеру, угла контакта между жидкостью и частицами и характеристического расстояния между соседними частицами выбрано таким образом, что, когда слой сыпучего гидрофобного заполнителя находится в контакте с жидкостью, имеющей давление, меньшее или равное заранее установленному максимальному давлению, предотвращается проникновение жидкости через этот сыпучий гидрофобный заполнитель.

Согласно следующим признакам в предпочтительных воплощениях изобретения, описанных ниже, слой имеет толщину от примерно 1 до примерно 10 см, и, кроме того, где заранее установленное максимальное давление эквивалентно давлению водного столба, имеющего высоту более 100 см.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях сыпучий гидрофобный заполнитель дополнительно содержит набухающие частицы размера, точно совместимого с размерами капилляров, образованных между частицами, и способные к поглощению жидкости.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях температура замерзания этих набухших частиц составляет ниже примерно -20°С, как в набухшем состоянии, так и в обычном состоянии набухающих частиц.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях распределение по размерам выбрано таким образом, что сыпучий гидрофобный заполнитель характеризуется минимальной способностью к поглощению воды.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях заранее установленные тепловые свойства принадлежат группе, состоящей из теплопроводности, специфичной теплоемкости и скрытой теплоты.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях распределение по размерам выбрано таким образом, что сыпучий гидрофобный заполнитель способен обеспечить возможность испарения жидкости.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях распределение по размерам пропорционально заранее установленному максимальному давлению.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях косинус угла контакта пропорционален заранее установленному максимальному давлению, где угол контакта измеряют по касательной к поверхности, определенной сыпучим гидрофобным заполнителем.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях характеристическое расстояние обратно пропорционально заранее установленному максимальному давлению.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях множество частиц различного размера составляет сыпучий основной материал, покрытый гидрофобным порошком, выбранным таким образом, чтобы обеспечить угол контакта.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях сыпучий гидрофобный заполнитель содержит набухающие частицы, способные к поглощению жидкости.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях диаметр набухающих частиц составляет от примерно 1 мкм до примерно 100 мкм.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях температура замерзания этих набухших частиц составляет ниже примерно -20°С, как в набухшем состоянии, так и в обычном не набухшем состоянии способных к набуханию частиц.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях набухающие частицы в не набухшем состоянии составляют менее чем 1% объем/объем сыпучего гидрофобного заполнителя.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях сыпучий гидрофобный заполнитель дополнительно содержит по меньшей мере одну добавку, выбранную из группы, состоящей из красящего агента, УФ-устойчивого агента, отбеливающего агента и абразивного агента.

Согласно еще одному дополнительному аспекту настоящего изобретения предложен гидрофобный блок, содержащий защитную оболочку, имеющую заранее установленную форму, и сыпучий гидрофобный заполнитель, заключенный в эту защитную оболочку.

Согласно следующим признакам в предпочтительных воплощениях, описанных ниже, гидрофобный блок дополнительно содержит способные к набуханию частицы с размерами, точно совместимыми с

- 9 014318 размерами капилляров, образованных между частицами, и способные к поглощению жидкости.

Согласно еще одному дополнительному аспекту настоящего изобретения предложен способ гидроизоляции части сооружения, находящейся в контакте с землей, при котором обеспечивают основание из сыпучего гидрофобного заполнителя и располагают это сооружение над основанием из сыпучего гидрофобного заполнителя или внутри этого основания.

Согласно следующим признакам в предпочтительных воплощениях, описанных ниже, способ дополнительно включает защиту основания из сыпучего гидрофобного заполнителя путем заключения этого основания в защитную конструкцию.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях толщина основания из сыпучего гидрофобного заполнителя составляет между 1 и 15 см.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях толщина основания из сыпучего гидрофобного заполнителя составляет между 4 и 10 см.

Согласно следующему аспекту настоящего изобретения предложен способ гидроизоляции подземной стены сооружения, при котором обеспечивают по меньшей мере одну боковую стенку из сыпучего гидрофобного заполнителя, прилегающую к подземной стене сооружения.

Согласно следующим признакам в предпочтительных воплощениях, описанных ниже, способ дополнительно включает защиту боковой стенки из сыпучего гидрофобного заполнителя путем заключения этой боковой стенки в защитную конструкцию.

Согласно следующим признакам в предпочтительных воплощениях, описанных ниже, способ дополнительно включает повторное заполнение боковой стенки из сыпучего гидрофобного заполнителя время от времени.

Согласно следующим признакам в описанных предпочтительных воплощениях боковая стенка из сыпучего гидрофобного заполнителя содержит систему гидрофобных блоков, каждый из которых представляет защитную оболочку, имеющую заранее установленную форму и заключающую сыпучий гидрофобный заполнитель.

Согласно следующим признакам в описанных предпочтительных воплощения способ дополнительно включает покрытие подземной стены сооружения гидроизоляционным веществом, выбранным из группы, состоящей из жидкости и пасты.

Согласно следующим признакам в описанных предпочтительных воплощениях сооружение представляет собой существующее сооружение, и способ применяют как способ ремонта.

Согласно следующим признакам в описанных предпочтительных воплощениях сооружение представляет собой новое сооружение, и способ применяют в процессе строительства.

Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предложен способ гидроизоляции пола сооружения, при котором обеспечивают это сооружение основанием из сыпучего гидрофобного заполнителя и располагают пол сооружения над основанием из сыпучего гидрофобного заполнителя.

Согласно следующим признакам в описанных предпочтительных воплощениях способ дополнительно включает заключение трубы в основание из сыпучего гидрофобного заполнителя.

Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предложен способ гидроизоляции крыши сооружения, где эта крыша имеет боковые стенки, при котором накладывают основание из сыпучего гидрофобного заполнителя на крышу и покрывают основание из сыпучего гидрофобного заполнителя для защиты основания.

Согласно следующим признакам в описанных предпочтительных воплощениях покрытие включает настил пола на основание из сыпучего гидрофобного заполнителя.

Согласно следующим признакам в описанных предпочтительных воплощениях основание из сыпучего гидрофобного заполнителя содержит систему гидрофобных блоков, каждый из которых представляет защитную оболочку, имеющую заранее установленную форму и заключающую сыпучий гидрофобный заполнитель.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях толщина основания из сыпучего гидрофобного заполнителя составляет между 4 и 7 см.

Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предложен способ гидроизоляции резервуара, при котором помещают подстилающий слой из сыпучего гидрофобного заполнителя на основание резервуара и помещают стены из сыпучего гидрофобного заполнителя над стенами резервуара; где по меньшей мере одно из подстилающего слоя и стен из сыпучего гидрофобного заполнителя укрывают защитной конструкцией, предназначенной и сконструированной для удержания сыпучего гидрофобного заполнителя на месте.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях толщина подстилающего слоя из сыпучего гидрофобного заполнителя составляет между 4 и 15 см.

- 10 014318

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях способ дополнительно включает смешивание сыпучего гидрофобного заполнителя с легковесными заполнителями.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях защитная конструкция выбрана из группы, состоящей из плит, геотехнического строительного материала, бетона, пластика и их комбинаций.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях по меньшей мере одно из подстилающего слоя и боковых стенок из сыпучего гидрофобного заполнителя содержит систему гидрофобных блоков, каждый из которых представляет собой защитную оболочку, имеющую заранее установленную форму и заключающую сыпучий гидрофобный заполнитель.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях сыпучий гидрофобный заполнитель дополнительно содержит способные к набуханию частицы с размерами, точно совместимыми с размерами капилляров, образованных между частицами, и способные к поглощению жидкости.

Согласно следующему аспекту настоящего изобретения предложен способ защиты объекта углубленного под землю, при котором обеспечивают сыпучий гидрофобный заполнитель и окружают объект слоем сыпучего гидрофобного заполнителя таким образом, что слой сыпучего гидрофобного заполнителя расположен между объектом и землей.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях распределение по размерам выбрано таким образом, что максимальный диаметр капилляров, образованных между частицами, подходит для выталкивания жидкости.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях распределение по размерам выбрано таким образом, что сыпучий гидрофобный заполнитель характеризуется заранее определенной звукоизолирующей способностью.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях сыпучий гидрофобный заполнитель содержит сыпучий основной материал, покрытый гидрофобным порошком, где этот гидрофобный порошок содержит по меньшей мере один элемент не в чистом состоянии с присоединенной к нему углеводородной цепью.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях гидрофобный порошок содержит набухающие частицы, способные к поглощению жидкости при нахождении в контакте с ней.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях сыпучий гидрофобный заполнитель содержит по меньшей мере одну добавку, выбранную из группы, состоящей из красящего агента, УФ-устойчивого агента, отбеливающего агента и абразивного агента.

Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предложена гидрофобная смесь для защиты подземного объекта, содержащая теплопроводный сыпучий гидрофобный заполнитель и диэлектрический сыпучий гидрофобный заполнитель, где теплопроводный сыпучий гидрофобный заполнитель и диэлектрический сыпучий гидрофобный заполнитель смешаны с заранее установленным соотношением, выбранным таким образом, чтобы создать электрическую изоляцию подземного объекта, в то же время давая возможность отведения от него тепла.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях гидрофобная смесь дополнительно содержит набухающие частицы с размерами, точно совместимыми с размерами капилляров, образованных между частицами теплопроводного сыпучего гидрофобного заполнителя и/или диэлектрического сыпучего гидрофобного заполнителя, где эти набухающие частицы способны к поглощению жидкости.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях температура замерзания этих набухающих частиц составляет ниже примерно -20°С, как в набухшем состоянии, так и в обычном, не набухшем состоянии набухающих частиц.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях гидрофобная смесь содержит по меньшей мере одну добавку, выбранную из группы, состоящей из красящего агента, УФустойчивого агента, отбеливающего агента и абразивного агента.

Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предложен способ защиты подземного объекта, при котором обеспечивают гидрофобную смесь, содержащую теплопроводный сыпучий гидрофобный заполнитель и диэлектрический сыпучий гидрофобный заполнитель, и окружают объект слоем этой гидрофобной смеси таким образом, чтобы слой этой гидрофобной смеси располагался между объектом и землей; где теплопроводный сыпучий гидрофобный заполнитель и диэлектрический сыпучий гидрофобный заполнитель смешаны с заранее определенном соотношением, выбранным таким образом, чтобы создать электрическую изоляцию подземного объекта, в то же время обеспечивая возможность отведения от него тепла.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях гидрофобная смесь дополнительно содержит набухающие частицы с размерами, точно совместимыми с размерами капилляров, образованных между частицами теплопроводного сыпучего гидрофобного заполнителя и/или диэлектрического сыпучего гидрофобного заполнителя, где эти набухающие частицы способны к поглоще

- 11 014318 нию жидкости.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях температура замерзания этих набухающих частиц составляет ниже примерно -20°С как в набухшем состоянии, так и в обычном не набухшем состоянии набухающих частиц.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях, гидрофобная смесь содержит по меньшей мере одну добавку, выбранную из группы, состоящей из красящего агента, УФустойчивого агента, отбеливающего агента и абразивного агента.

Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предложен способ производства гидрофобной смеси для защиты подземного объекта, при котором обеспечивают теплопроводный сыпучий гидрофобный заполнитель; обеспечивают диэлектрический сыпучий гидрофобный заполнитель и смешивают теплопроводный сыпучий гидрофобный заполнитель и диэлектрический сыпучий гидрофобный заполнитель с заранее определенном соотношением; где это заранее установленное соотношение выбрано таким образом, чтобы создать электрическую изоляцию подземного объекта, в то же время обеспечивая возможность отведения от него тепла.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях подземный объект выбран из группы, состоящей из подземного электрического кабеля, подземных электрических проводов, подземного коммуникационного кабеля и подземных коммуникационных проводов.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях по меньшей мере один из теплопроводного сыпучего гидрофобного заполнителя и диэлектрического сыпучего гидрофобного заполнителя содержит сыпучий основной материал, покрытый гидрофобным порошком.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях гидрофобный порошок имеет различимый цвет.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях сыпучий основной материал дополнительно покрыт цветным покрытием.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях это цветное покрытие является водостойким.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях способ дополнительно включает смешивание теплопроводного сыпучего гидрофобного заполнителя и диэлектрического сыпучего гидрофобного заполнителя с набухающими частицами размера, точно совместимого с размерами капилляров, образованных между частицами теплопроводного сыпучего гидрофобного заполнителя и/или диэлектрического сыпучего гидрофобного заполнителя, где эти набухающие частицы способны к поглощению жидкости.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях поглощающая способность набухающих частиц составляет от примерно 100 до примерно 5000 мас./мас.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощения температура замерзания этих набухших частиц составляет ниже примерно -20°С, как в набухшем состоянии, так и в обычном состоянии набухающих частиц.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях диаметр набухающих частиц составляет от примерно 1 мкм до примерно 1000 мкм.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях способ дополнительно включает смешивание теплопроводного сыпучего гидрофобного заполнителя и диэлектрического сыпучего гидрофобного заполнителя по меньшей мере с одной добавкой, выбранной из группы, состоящей из красящего агента, УФ-устойчивого агента, отбеливающего агента и абразивного агента.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях основной материал выбран из группы, состоящей из песка, гравия, шлака, каолина, доломита, фарфора, базальта, кварцевого песка, угольной золы, мела, цеолита, монтморрилонита, агапултита, флинта, бентонита, перлита, слюды, древесной стружки, ореховой скорлупы, опилок и их комбинаций.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях по меньшей мере один из теплопроводного сыпучего гидрофобного заполнителя и диэлектрического сыпучего гидрофобного заполнителя содержит множество частиц различного размера.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях по меньшей мере одно из распределений по размерам частиц различных размеров, угла контакта между жидкостью и частицами различных размеров и характеристического расстояния между соседними частицами выбрано таким образом, что, когда слой гидрофобной смеси находится в контакте с жидкостью, имеющей давление, меньшее или равное заранее установленному максимальному давлению, предотвращается проникновение жидкости через эту гидрофобную смесь.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях жидкость представляет собой воду.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях, слой имеет толщину от примерно 1 см до примерно 10 см и, кроме того, где заранее установленное максимальное давление эквивалентно давлению водяного столба, имеющего высоту более 30 см.

- 12 014318

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях распределение по размерам характеризуется дисперсией в интервале от 1 до 1400 мкм.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях распределение по размерам выбрано таким образом, что максимальный диаметр капилляров, образованных между частицами, подходит для выталкивания заранее установленного максимального давления жидкости.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях распределение по размерам выбрано таким образом, что максимальный диаметр капилляров, образованных между частицами, составляет от 1 до 500 нм.

Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предложен способ подготовки площади для культивирования растений, при котором обеспечивают подстилающий слой из сыпучего гидрофобного заполнителя на этой площади и покрывают этот подстилающий слой из сыпучего гидрофобного заполнителя слоем почвы с получением в результате площади для культивирования растений.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях подстилающий слой из сыпучего гидрофобного заполнителя содержит систему гидрофобных листов, где каждый представляет собой защитную оболочку, имеющую заранее установленную форму и заключающую сыпучий гидрофобный заполнитель.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях защитная оболочка изготовлена из разлагающегося материала.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях гидрофобные листы расположены таким образом, чтобы по меньшей мере одно пространство было образовано между соседними гидрофобными листами.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях способ дополнительно включает покрытие подстилающего слоя из сыпучего гидрофобного заполнителя полимером с повышенной абсорбцией.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях способ дополнительно включает расположение по меньшей мере одного водосборного канала, чтобы обеспечить возможность доставки воды в почву.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях способ дополнительно включает окружение слоя почвы защитным барьером.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях этот защитный барьер содержит сыпучий гидрофобный заполнитель.

Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предложен способ культивирования растений, при котором обеспечивают площадь подстилающим слоем из сыпучего гидрофобного заполнителя; покрывают этот подстилающий слой из сыпучего гидрофобного заполнителя слоем почвы; высаживают растение в этот слой почвы и вносят водную жидкость под подстилающий слой из сыпучего гидрофобного заполнителя, таким образом культивируют растение.

Согласно следующим признакам в предпочтительных воплощениях изобретения, описанных ниже, водная жидкость представляет собой воду, содержащую соли.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях способ дополнительно включает расположение по меньшей мере одного водосборного канала, чтобы обеспечить возможность доставки воды под подстилающий слой из сыпучего гидрофобного заполнителя.

Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предложен способ получения бессолевой зоны на соленой почве, при котором обеспечивают подстилающий слой из сыпучего гидрофобного заполнителя на соленой почве и покрывают этот подстилающий слой из сыпучего гидрофобного заполнителя несоленой почвой, в результате чего получают бессолевую зону.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях подстилающий слой из сыпучего гидрофобного заполнителя разработан и сконструирован таким образом, чтобы способствовать обессоливанию не обессоленной воды, находящейся под ним, причем это обессоливание осуществляется путем прохождения обессоленных паров не обессоленной воды через подстилающий слой из сыпучего гидрофобного заполнителя.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях сыпучий гидрофобный заполнитель содержит множество частиц различных размеров, где по меньшей мере одно из распределений по размерам частиц с различными размерами, угла контакта между жидкостью и частицами различных размеров и характеристического расстояния между соседними частицами выбрано таким образом, что, когда сыпучий гидрофобный заполнитель находится в контакте с жидкостью, имеющей давление, меньшее или равное заранее установленному максимальному давлению, предотвращается проникновение жидкости через этот сыпучий гидрофобный заполнитель.

- 13 014318

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях способ дополнительно включает набухающие частицы с размерами, точно совместимыми с размерами капилляров, образованных между частицами, и их способных к поглощению жидкости.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях набухающие частицы в не набухшем состоянии составляют менее чем 2% об./об. сыпучего гидрофобного заполнителя.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях набухающие частицы содержат полимер с повышенной адсорбцией.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях набухающие частицы содержат структурированный полимер натрия с полиакриловой кислотой.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях набухающие частицы содержат агент, препятствующий комкованию.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях распределение по размерам выбрано таким образом, что сыпучий гидрофобный заполнитель характеризуется предопределенным удельным весом.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях распределение по размерам выбрано таким образом, что сыпучий гидрофобный заполнитель характеризуется минимальной поглощающей способностью.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях распределение по размерам выбрано таким образом, что сыпучий гидрофобный заполнитель характеризуется заранее установленными тепловыми свойствами.

Согласно еще одним признакам в описанных предпочтительных воплощениях распределение по размерам выбрано таким образом, что сыпучий гидрофобный заполнитель обеспечивает возможность испарения жидкости.

В любых вышеупомянутых аспектах настоящего изобретения сыпучий гидрофобный заполнитель предпочтительно содержит один или более чем один из гидрофобных композиционных материалов, описанных здесь выше.

Настоящее изобретение успешно преодолевает ограничения известных к настоящему времени конфигураций, посредством разработки гидрофобных композиционных материалов и сыпучих материалов, обладающих свойствами, значительно превышающими предшествующий уровень техники, и пригодных для применения в различных областях. Кроме того, настоящее изобретение успешно справляется с ограничениями известных к настоящему времени способов производства, посредством разработки способов получения гидрофобных композиционных материалов и сыпучих материалов.

Если не определено иное, все технические и научные термины, использованные здесь, имеют такое же значение, как обычно понимают специалисты в данной области техники, к которой принадлежит данное изобретение. Хотя способы и материалы, подобные или эквивалентные описанным здесь, можно использовать на практике или при проверке настоящего изобретения, пригодные способы и материалы описаны ниже. В случае конфликта описание патента, включая определения, подлежит контролю. Кроме того, материалы, методы и примеры являются только иллюстративными и не ограничивают данное изобретение.

Краткое описание графических материалов

Здесь изобретение описано только для примера со ссылкой на прилагаемые графические материалы. Подробно с конкретной ссылкой на графические материалы подчеркивается, что представленные подробности предназначены только для примера и для целей иллюстративного обсуждения предпочтительных воплощений настоящего изобретения, и представлены при условии, что их считают наиболее полезным и легко понятным описанием принципов и основных аспектов изобретения. В связи с этим, не предпринимаются попытки показать структурные детали изобретения более подробно, чем необходимо для фундаментального понимания изобретения, причем это описание приведено с графическими материалами, делающими очевидным специалистам в данной области техники, как некоторые формы изобретения можно воплотить на практике.

На графических материалах на фиг. 1 схематически проиллюстрирован сыпучий гидрофобный заполнитель, имеющий множество частиц различных размеров, в соответствии с предпочтительным воплощением настоящего изобретения;

на фиг. 2А-В схематически проиллюстрированы способы предшествующего уровня техники гидроизоляции фундамента здания;

на фиг. 3А-С схематически проиллюстрированы способы гидроизоляции фундамента здания в соответствии с предпочтительным воплощением настоящего изобретения;

на фиг. 4А-В схематически проиллюстрирован гидрофобный блок и стена из гидрофобных блоков в соответствии с предпочтительным воплощением настоящего изобретения;

на фиг. 5А-В схематически проиллюстрированы способы гидроизоляции пола здания в соответствии с предпочтительным воплощением настоящего изобретения;

на фиг. 6А-В схематически проиллюстрированы способы предшествующего уровня техники гидро

- 14 014318 изоляции крыши;

на фиг. 7 схематически проиллюстрирован способ гидроизоляции плоской крыши в соответствии с предпочтительным воплощением настоящего изобретения;

на фиг. 8 схематически проиллюстрирован способ гидроизоляции резервуара в соответствии с предпочтительным воплощением настоящего изобретения;

на фиг. 9 схематически проиллюстрированы плиты с зубчатыми краями, используемые для удержания гидрофобного заполнителя на месте, в соответствии с предпочтительным воплощением настоящего изобретения;

фиг. 10 представляет собой схематическую иллюстрацию гидрофобной смеси для защиты подземного объекта в соответствии с предпочтительным воплощением настоящего изобретения;

фиг. 11 представляет собой блок-схему защиты подземного объекта в соответствии с предпочтительным воплощением настоящего изобретения;

фиг. 12а представляет собой схематическую иллюстрацию объекта, углубленного в землю и окруженного слоем гидрофобной смеси в соответствии с предпочтительным воплощением настоящего изобретения;

фиг. 12Ь представляет собой схематическую иллюстрацию вышеуказанного подземного объекта, расположенного в дамбе и окруженного слоем гидрофобной смеси в соответствии с предпочтительным воплощением настоящего изобретения; и фиг. 13 представляет собой блок-схему способа производства гидрофобной смеси для защиты подземного объекта в соответствии с предпочтительным воплощением настоящего изобретения.

Описание предпочтительных воплощений

Настоящее изобретение представляет собой изобретение новых гидрофобных композиционных материалов и порошков, которые обладают лучшими химическими и физическими характеристиками, которые можно выгодно использовать при различных применениях в гидроизоляции и для поглощения масла, а также способов их производства. Настоящее изобретение, кроме того, представляет собой изобретение применения сыпучего гидрофобного заполнителя, обеспечивая в то же время защиту сыпучих гидрофобных заполнителей от ветряной и водной эрозии. Конкретно гидрофобные композиционные материалы, порошки и сыпучий гидрофобный заполнитель по настоящему изобретению представляют составы заполнителя и покрытия, которые делают полученный в результате продукт устойчивым по множеству параметров, учитываемых в применениях гидроизоляции и обессоливания, таких как, например, высокие давления воды, износ, реагирующие детергенты и так далее. Гидрофобные композиционные материалы, порошки и сыпучий гидрофобный заполнитель по настоящему изобретению можно производить со значительной экономической выгодностью по сравнению с гидрофобными композиционными материалами предшествующего уровня техники, описанными выше в разделе уровня техники.

Принципы и действие гидрофобных композиционных материалов, порошков и сыпучего гидрофобного заполнителя по настоящему изобретению и способов, в которых их применяют, по настоящему изобретению могут быть лучше поняты со ссылкой на графические материалы и прилагаемые описания.

Перед подробным объяснением по меньшей мере одного воплощения изобретения должно быть понятно, что изобретение не ограничено его применением к деталям строения и структуре компонентов, перечисленных в приведенном ниже описании или проиллюстрированных в графических материалах. Изобретение способно к другим воплощениям или к применению на практике, осуществляемому различными путями. Также должно быть понятно, что выражения и терминология, используемые здесь, предназначены в целях описания и не должны рассматриваться как ограничивающие.

Как обсуждалось выше в разделе предшествующего уровня техники, известные в настоящее время гидрофобные композиционные материалы ограничены как по их качеству, так и по их эффективности. Например, обнаружено, что гидрофобные композиционные материалы, раскрытые Крэйгом в патенте США № 4474852, не способны выдерживать давления воды выше чем 2-3 см, и поэтому не могут использоваться практически в обычных различных применениях гидроизоляции, как, например, в виде покрытия водохранилищ и в виде гравийного наполнителя или балласта для дорожных полотен или тротуаров, где необходимо отталкивание воды при высоких давлениях. Гидрофобные композиционные материалы, раскрытые в νΟ 03/044124, включают гидрофобное покрытие, которое состоит по существу из гидрофобной белой сажи, которая как является дорогостоящей, так и делает кислой поверхность композиционного материала и, следовательно, чувствительна к реагирующим детергентам. Такие гидрофобные композиционные материалы, кроме того, что являются экономически невыгодными и обычно, дополнительно характеризуются как неблагоприятные для окружающей среды, не могут эффективно использоваться в различных применениях, таких как верхние покрытия различных поверхностей.

В поиске гидрофобных композиционных материалов, порошков и сыпучего заполнителя с улучшенными характеристиками автор настоящего изобретения обнаружил, что использование гидрофобного порошка из одного или более чем одного элемента не в чистом состоянии, с присоединенным к нему одним или более чем одним углеводородом, возможно, в комбинации с имеющейся в продаже гидрофобной белой сажей, можно получить благоприятным для окружающей среды и экономически выгодным способом, и он проявляет как лучшие водоотталкивающие свойства, так и устойчивость к параметрам,

- 15 014318 таким как высокие давления воды, динамическое изнашивание под действием воды и реагирующие детергенты.

Следовательно, согласно одному аспекту настоящего изобретения предложен гидрофобный композиционный материал, который содержит основной материал, покрытый гидрофобным порошком, где этот порошок содержит один или более чем один не в чистом состоянии элемент с присоединенной к нему углеводородной цепью. Как дополнительно подробно описано здесь ниже, в зависимости от формы основного материала гидрофобный порошок можно также использовать для получения сыпучих гидрофобных материалов и более предпочтительно сыпучего гидрофобного заполнителя.

Используемое здесь выражение элемент не в чистом состоянии включает химические элементы периодической таблицы, которые не используют в химически чистой форме. Эти элементы, находящиеся не в чистом состоянии, могут представлять собой элементы, которые естественным образом находятся не в чистом состоянии, такие как, например, окисленные элементы или карбонизированные элементы, либо могут представлять собой чистые или элементы не в чистом состоянии, которые могут содержать дополнительные примеси, например, небольших количеств других элементов и/или различных органических веществ. Элемент(ы) должны быть представлены не в чистом виде, чтобы сделать этот(и) элемент(ы) склонным(и) к поверхностному взаимодействию с органическим веществом, несущим углеводородную цепь, как более подробно описано здесь ниже.

Выбранные элементы предпочтительно представляют собой металлы, полуметаллические или переходно-металлические элементы. Показательные примеры предпочтительных элементов, которые применимы не в чистом виде в контексте настоящего изобретения, включают магний, кальций, алюминий, цинк, натрий, барий, цирконий, марганец, титан, ванадий, хром, железо и их комбинации, но не ограничиваются ими. Эти элементы выбраны в соответствии с желаемым применением конечного гидрофобного продукта. Например, гидрофобный порошок, который включает взятые не в чистом виде кальций, магний и/или цинк, несущие углеводородную цепь, предпочтителен в случаях, когда конечный продукт используют для целей строительства и конструирования.

Используемое здесь выражение углеводородная цепь описывает цепь из атомов углерода, которые ковалентно соединены между собой и замещены атомами водорода. Углеводородная цепь может представлять собой нормальную или разветвленную, насыщенную или ненасыщенную цепь и, следовательно, может находиться в форме алкиленовых цепей, которые возможно прерваны или замещены, например, одной или более чем одной арильной группой. Углеводородная цепь по настоящему изобретению включает по меньшей мере 10 атомов углерода, предпочтительно по меньшей мере 12 атомов углерода или более, например 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 и более атомов углерода. Очевидно, что такая углеводородная цепь является высоко гидрофобной и, следовательно, при применении для покрытия делает порошок гидрофобным.

Углеводородная цепь может быть присоединена к элементу(ам), находящемуся(имся) не в чистом состоянии, посредством различных взаимодействий, таких как электростатические взаимодействия и Ван-дер-ваальсовы взаимодействия. Однако углеводородная цепь предпочтительно ковалентно присоединена к элементу(ам), образуя, таким образом, гидрофобное производное этого элемента.

Следовательно, предпочтительная углеводородная цепь по настоящему изобретению представляет собой остаток гидрофобного органического вещества, которое способно к взаимодействию с элементом(ами), находящимися не в чистом состоянии. Такое органическое вещество имеет функциональную группу, которая может взаимодействовать с поверхностью элемента, находящегося не в чистом состоянии, причем эта функциональная группа связана с углеводородной цепью.

Показательным примером такого органического вещества является жирная кислота, в составе которой по меньшей мере 12 атомов углерода. Жирные кислоты могут взаимодействовать с различными функциональными группами, которые присутствуют на поверхности элементов, находящихся не в чистом состоянии, через карбоксильную группу, с получением в результате гидрофобного производного, описанного выше. Показательные примеры жирных кислот, которые применимы в контексте настоящего изобретения, включают стеариновую кислоту, лауриновую кислоту, миристиновую кислоту, пальмитиновую кислоту, олеиновую кислоту, линоленовую кислоту и арахидоновую кислоту, но не ограничиваются ими.

Следовательно, гидрофобный порошок по настоящему изобретению предпочтительно включает элемент не в чистом состоянии или смесь элементов, находящихся не в чистом состоянии, как определено выше, где нахождение элемента не в чистом виде делает поверхность элемента(ов) склонной к химическому взаимодействию с органическим веществом, описанным выше, который, прореагировав с этим органическим веществом, дает в результате элементы(ы) не в чистом состоянии, к которому(ым) ковалентно присоединен углеводородный остаток этого органического вещества.

Показательный пример гидрофобного порошка, использующегося в контексте настоящего изобретения, включает, без ограничений, порошок, полученный путем поверхностного взаимодействия окисленного(ых) элемента(ов) (например, коллоидных частиц оксида кальция, оксида магния и тому подобного), которые несут свободные гидроксильные группы на своих поверхностях, и жирной кислоты, такой как, например, стеариновая кислота.

- 16 014318

Другой показательный пример гидрофобного порошка, использующийся в контексте настоящего изобретения, включает, без ограничений, порошок, полученный путем поверхностного взаимодействия карбонизированного элемента (например, карбоната кальция), который содержит дополнительные примеси окисленных элементов, таких как оксид магния и оксид железа, а также примеси других веществ, таких как, например, силикаты и сульфаты, с жирной кислотой, как описано здесь выше.

Однако следует отметить, что порошок, полученный взаимодействием поверхности карбоната кальция, который содержит дополнительные примеси, со стеариновой кислотой, имеется в продаже (например, К£аг-С11ааФ Онагпсх. 1§гае1). Однако этот порошок никогда не использовался в качестве гидрофобного порошка и в настоящее время используется только в фармацевтической промышленности, а также в пластмассовой промышленности.

Гидрофобный порошок по настоящему изобретению, как правило, характеризуется площадью поверхности в интервале между 1 и 20 м²/г. Однако в случаях, где необходима большая площадь поверхности, этот гидрофобный порошок можно измельчить, так чтобы увеличить площадь поверхности вплоть до более чем 50 м²/г (например, 60 м²/г). В этом отношении следует отметить, что известные в настоящее время гидрофобные покрытия, например гидрофобные покрытия, описанные в патенте США № 4474852 и в \νϋ 03/044124, характеризуются площадями поверхности примерно 50 м²/г. В то время как некоторые другие порошки повышенной гидрофобности имеют площадь поверхности вплоть до 250 м²/г, здесь было показано, что гидрофобный порошок, имеющий площадь поверхности примерно 60 м²/г, является высокоэффективным благодаря другим физическим параметрам (например, улавливание воздуха, как подробно описано здесь ниже), а также за счет его низкой стоимости.

Вследствие его особой химической структуры гидрофобный порошок по настоящему изобретению проявляет мылоподобные свойства и, следовательно, он дополнительно характеризуется как неактивный в отношении щелочных реагентов, таких как детергенты. В этом отношении снова следует отметить, что известные в настоящее время гидрофобные покрытия, которые основаны на гидрофобных коллоидных оксидах, характеризуются чувствительностью к таким реагентам и, следовательно, не могут использоваться в случаях, когда вовлечено использование детергентов.

Гидрофобный порошок по настоящему изобретению имеет средний размер частиц в интервале между 0,02 и 50 мкм, предпочтительно между 0,1 и 20 мкм и более предпочтительно между 0,1 и 10 мкм.

Как продемонстрировано в приведенных ниже примерах гидрофобные композиционные материалы, покрытые гидрофобным порошком по настоящему изобретению, характеризуются высокими водоотталкивающими свойствами. Однако, как подробно описано здесь ниже, в некоторых случаях использование комбинации гидрофобного порошка по настоящему изобретению и гидрофобной белой сажи может оказаться полезным.

Таким образом, согласно воплощению настоящего изобретения гидрофобный порошок дополнительно содержит гидрофобную белую сажу.

Используемое здесь, выражение гидрофобная белая сажа описывает коллоидную форму кремнезема, полученную путем сжигания тетрахлорида кремния в водородно-кислородных печах, в котором индивидуальные частицы на его поверхности химически связаны с гидрофобными триметоксисилоксильными группами. Гидрофобная белая сажа является имеющимся в продаже порошком, обычно имеющим средний размер частиц менее чем 1 мкм, и, если присутствует в гидрофобном порошке по настоящему изобретению, содержание ее может составлять между 1 и 99% мас./мас. этого порошка. Полученный в результате смешанный порошок обычно имеет средний размер частиц между 0,02 и 20 мкм.

Следовательно, гидрофобные композиционные материалы по настоящему изобретению могут включать основной материал, покрытый комбинацией гидрофобного порошка, описанного здесь выше, и гидрофобной белой сажи, причем относительное количество каждого из этих порошков заранее определяется или выбранным основным материалом и/или предназначенным использованием конечного продукта. Например, в применениях, которые требуют высоких водоотталкивающих свойств, гидрофобный композиционный материал или порошки, должны иметь меньший размер частиц и, следовательно, смешанный порошок должен состоять из большего количества гидрофобной белой сажи. В применениях, которые требуют более низких водоотталкивающих свойств, гидрофобный композиционный материал или порошки могут иметь больший размер частиц и, следовательно, смешанный порошок состоит из большего количества гидрофобного порошка, описанного здесь выше. Использование минимального количества гидрофобной белой сажи является высоко предпочтительным, поскольку это существенно снижает стоимость конечного продукта.

В любом случае гидрофобный порошок по настоящему изобретению, один или в комбинации с гидрофобной белой сажей, составляет от примерно 0,1 и примерно до 5% мас./мас. гидрофобного композиционного материала, поэтому порошки, которые включают большее количество гидрофобного порошка, описанного здесь выше, составляют от примерно 2 до примерно 5% мас./мас. композиционного материала, а порошки, которые включают большее количество гидрофобной белой сажи, составляют от примерно 0,1 и до примерно 2% мас./мас. композиционного материала.

Как используют здесь везде, термин примерно относится к ±10%.

Основной материал, покрытый гидрофобным порошком по настоящему изобретению, может быть

- 17 014318 выбран из широкого спектра органических и неорганических веществ, причем неорганические вещества (например, минералы) предпочтительны с точки зрения стоимости и доступности.

Физическая форма основного материала может быть разной, причем предпочтителен сыпучий и гранулированный материал. Предпочтительные материалы заполнителя имеют средний размер частиц в интервале между примерно 25 мм (25000 мкм) и 5 мкм, более предпочтительно между 10 мм и 20 мкм, более предпочтительно между 5 мм и 100 мкм и наиболее предпочтительно между 1000 и 200 мкм. Такой основной материал здесь также везде называют заполнителем. Не сыпучие, не гранулированные, целостные материалы заполнителя также находятся в пределах объема настоящего изобретения.

Показательные примеры материалов заполнителя, которые предпочтительно использовать в контексте настоящего изобретения, включают песок, гравий, шлак, каолин, доломит, фарфор, базальт, кварцевый песок, угольную золу, мел, цеолит, монтморрилонит, агапултит, флинт, бентонит, перлит, слюду, древесную стружку, ореховую скорлупу, опилки и их комбинации, но не ограничиваются ими.

Показательным примером предпочтительного основного материала по настоящему изобретению является кварцевый песок, имеющий размер частиц между 600 и 800 мкм.

Гидрофобный композиционный материал по настоящему изобретению предпочтительно дополнительно содержит клейкий слой, который связывает гидрофобный порошок с основным материалом. Клейкий слой служит в качестве первого слоя покрытия, депонированного на основном материале, который закрепляет на нем гидрофобное внешнее покрытие.

Клейкий слой предпочтительно содержит пленкообразующий агент, такой как пленкообразующий полиуретан. Любой из пленкообразующих полиуретанов, обычно используемых в области покрытий, можно использовать в практике настоящего изобретения. В данную категорию включены хорошо известные двухкомпонентные и однокомпонентные системы полиуретановых покрытий. Двухкомпонентные системы образуют путем взаимодействия алифатического или ароматического изоцианата с соединением, несущим гидроксил, таким как многофункциональные полиэфиры, например, на основе адипиновой кислоты, фталевого ангидрида, этиленгликоля и триметил-триол-пропан. Показательными примерами однокомпонентных систем полиуретановых покрытий, которые можно использовать в качестве клейкого слоя, являются системы, производные стабильных форполимеров с изоцианатным концом, образованных из алифатического или ароматического изоцианата и многофункционального простого полиэфира или сложного полиэфира. Эти однокомпонентные системы обычно называют полиуретановыми покрытиями влажного отверждения, поскольку высушивание является результатом взаимодействия свободных изоцианатных групп форполимера с водой или атмосферной влагой. Другим однокомпонентным полимерным покрытием, которое можно использовать в производстве гидрофобных композиционных материалов, является уретановое масло или уралкид, которое является продуктом взаимодействия диизоцианата с гидроксилсодержащим высушивающим масляным производным, например, которое получается в результате алкоголиза ненасыщенного глицерида с полиолом, таким как триметил-триолпропан.

Клейкий слой по настоящему изобретению может дополнительно содержать клеевой агент в комбинации с пленкообразующим агентом, чтобы обеспечить повышение качества закрепления клейкого слоя в течение более длительного периода времени и повышенного притяжения масла и маслянистых продуктов. Следовательно, присутствие и относительное количество клеевого агента зависит от необходимости в таких свойствах в соответствии с предназначенным применением конечного продукта.

Клеевой агент предпочтительно содержит летучий углеводород, который имеет по меньшей мере 12 атомов углерода, такой как, например, битум.

Используемый здесь, термин асфальт описывает цементирующий материал от темно-коричневого до черного цвета, в котором преобладающими компонентами являются битумы, которые встречаются в природе или получаются при производстве нефти, где последнее является предпочтительным, прежде всего в связи с большей доступностью. Асфальт может быть твердым, полутвердым или жидким, последний предпочтителен.

Однако другие клеевые агенты, такие как, например, парафиновый воск, пчелиный воск, ланолиновый воск, льняное масло и любой другой имеющийся в продаже воск, можно использовать в данном контексте настоящего изобретения, хотя их относительное количество в клейкой смеси предпочтительно является более низким, чем количество асфальта.

Более предпочтительно, как подробно описано здесь ниже, клейкий слой представляет собой клейкий слой на водной основе, предпочтительно содержащий клеевой агент на водной основе.

Клейкий слой по настоящему изобретению предпочтительно составляет между примерно 0,5 и примерно 7% мас./мас. гидрофобного композиционного материала, более предпочтительно между 1 и 5% мас./мас. гидрофобного композиционного материала в зависимости от размера частиц основного материала, выбранного способа получения гидрофобного композиционного материала, порошка или сыпучего заполнителя и предназначенного применения конечного продукта. Например, в случаях, где основной материал имеет размер частиц в интервале между 150 и 1000 мкм, используют меньшее количество клейкого слоя, например, между 0,5 и 1% мас./мас. гидрофобного композиционного материала. В случаях, где основной материал имеет частицы, большие чем 1000 мкн, или меньше чем 150 мкм, предпочти

- 18 014318 тельно большее количество клейкого слоя. Как подробно обсуждается и дополнительно сопровождается приведенными ниже примерами (см. примеры 5 и 9), использование большего количества клейкого слоя (например, больше, чем 1% мас./мас. композиционного материала, предпочтительно 2% мас./мас.) приводит в результате к композиционным материалам, обогащенным свободными частицами, которые характеризуются повышенной устойчивостью к динамическому изнашиванию. Большее количество клейкого слоя (например, между 3 и 7% мас./мас. композиционного материала) также необходимо в случаях, где гидрофобный композиционный материал получают холодным способом, как подробно описано здесь ниже.

Как дополнительно описывается и сопровождается примерами в примерах (см. пример 10), необходимое количество клейкого слоя можно заранее определить.

Клейкий слой по настоящему изобретению легко наносят на материалы заполнителя путем растворения пленкообразующего агента и клеевого агента, если он присутствует, в летучем растворителе, так чтобы образовался гомогенный состав, и обеспечивают равномерное депонирование клейкого слоя на поверхностях материалов заполнителя. Как подробно описано здесь ниже, такую смесь клейкого слоя смешивают с основным материалом, в то время как летучий растворитель выпаривают.

Предпочтительные композиции смеси клейкого слоя включают пленкообразующий полиуретан в количестве в интервале между 5 и 25% мас./мас. смеси клейкого слоя в зависимости от размера и типа основного материала; клеевой агент в количестве в интервале между 0 и 25% мас./мас. смеси клейкого слоя в зависимости от используемого основного материала, используемого клеевого агента и предназначенного применения конечного продукта; и летучий растворитель в количестве между 50 и 95% мас./мас. смеси в зависимости от количеств других компонентов.

Поскольку летучий растворитель функционирует исключительно в качестве носителя для депонирования клейкого слоя на материалах заполнителя, можно использовать фактически любой летучий растворитель, в котором растворимы компоненты клейкого слоя. Однако предпочтительные растворители включают продукты перегонки нефти, такие как минеральные спирты или растворитель красок, которые имеют температуру кипения между примерно 80°С и примерно 200°С. Показательным примером предпочтительного летучего растворителя является толуол, который легко выпаривается при относительно низких температурах и приводит в результате к быстрому распределению смеси на материалах заполнителя.

Возможно и предпочтительно клейкий слой на водной основе легко наносить на материалы заполнителя путем растворения клеевого агента на водной основе в водном растворителе, предпочтительно в воде, с образованием гомогенного состава и обеспечением однородного депонирования клейкого слоя на поверхностях материалов заполнителя. Как подробно описано здесь ниже, такую водную смесь клейкого слоя смешивают с основным материалом, а затем высушивают барабанной сушкой, чтобы удалить водный растворитель.

Гидрофобные композиционные материалы по настоящему изобретению могут дополнительно содержать различные добавки, которые в соответствии с предназначенным применением и используемым основным материалом, придают гидрофобным композиционным материалам улучшенные характеристики. Показательные примеры таких добавок включают красящие агенты, УФ-устойчивые агенты, отбеливающие агенты и абразивные агенты, но не ограничиваются ими.

Красящие агенты, которые можно применять в контексте настоящего изобретения, включают любые из известных в настоящее время минеральных или органических красящих агентов, причем минеральные красящие агенты предпочтительны. Предпочтительное количество красящего агента, добавляемое в композиционный материал, находится в интервале между примерно 0,1 и 2% мас./мас. гидрофобного композиционного материала.

Полученные в результате окрашенные гидрофобные композиционные материалы можно выгодно использовать в различных применениях, таких как применения, которые требуют легкой идентификации гидрофобного композиционного материала, или применения, в которые вовлечено наружное покрытие. Показательным примером такого применения является применение окрашенного гидрофобного песка для маркировки погруженных кабелей, чтобы предотвратить проведение земляных работ вблизи от них. Добавление красящего агента в гидрофобный композиционный материал, кроме того, выгодно, поскольку он иногда может улучшить поверхностное натяжение композиционного материала, делая его, таким образом, более гидрофобным.

УФ-устойчивые агенты добавляют в гидрофобные композиционные материалы по настоящему изобретению с целью улучшения устойчивости композиционных материалов к УФ-излучению, и, следовательно, они особенно полезны в географических точках с высоким УФ-излучением, например, для верхних покрытий крыш или других поверхностей. Показательные примеры УФ-устойчивых агентов, которые применимы в контексте настоящего изобретения, включают, без ограничения, диоксид титана и оксид цинка, где оба могут также служить в качестве отбеливающих агентов. Предпочтительное количество УФ-устойчивого агента и отбеливающего агента, добавляемых в композиционный материал, находится в интервале между примерно 0,01 и 2% мас./мас. гидрофобного композиционного материала.

Абразивные агенты обычно добавляют в гидрофобный композиционный материал с целью улучше

- 19 014318 ния износоустойчивости композиционных материалов и, следовательно, обычно используют в применениях, где композиционные материалы подвержены непрерывному износу. Показательные примеры абразивных агентов, которые применимы в контексте настоящего изобретения, включают без ограничения порошкообразные абразивы, такие как диоксид титана и оксид алюминия (А1₂О₃, корунд). Предпочтительно количество абразивного агента, добавленное в композиционный материал, находится в интервале между примерно 0,1 и 0,25% мас./мас. гидрофобного композиционного материала.

Гидрофобные композиционные материалы по настоящему изобретению, таким образом, состоят из основного материала, как описано здесь выше, который покрыт гидрофобным порошком, описанным здесь выше, предпочтительно в комбинации с гидрофобной белой сажей, и, предпочтительно, дополнительно включает клейкий слой, как описано здесь выше. Возможно, гидрофобные композиционные материалы по настоящему изобретению дополнительно содержат добавки для улучшения их свойств в соответствии с их предназначенным применением.

Показательным примером гидрофобного композиционного материала по настоящему изобретению является кварцевый песок, покрытый смесью гидрофобного порошка, описанного здесь, и гидрофобной белой сажи, в отношении, которое находится в интервале от 20:1 до 2:1, где эта гидрофобная смесь связана с песком клейким слоем.

Гидрофобные композиционные материалы по настоящему изобретению являются лучшими, чем известные в настоящее время композиционные материалы, поскольку они включают недорогие и доступные материалы, характеризуются как неактивные в отношении щелочных реагентов, таких как детергенты, и как продемонстрировано в приведенных ниже примерах, они проявляют лучшие водоотталкивающие свойства и дополнительно характеризуются способностью к предотвращению прилипания к ним воды и проникновения через них воды при внешнем давлении примерно 2 атмосферы и вплоть до почти 5 атмосфер, и поскольку они являются высоко устойчивыми к динамическому изнашиванию, а именно остаются гидрофобными в условиях непрерывного динамического изнашивания в течение по меньшей мере двух месяцев.

Гидрофобные композиционные материалы по настоящему изобретению имеют множество применений, например, в качестве агентов гидроизоляции при строительстве и конструировании дорожных покрытий, в качестве наполнителей или подстилающих материалов под бетонными столбами или в качестве покрытия стен, как под землей, так и над землей, в качестве гравийного наполнителя или балласта для дорожных полотен или тротуаров, в качестве верхних покрытий на поверхностях дорожных покрытий, при ремонте выбоин на дорогах, в качестве заменителей обычных заполнителей в асфальтовых кровлях или кровельных плитках или при кровельных работах, но не ограничиваются ими. Кроме того, эти гидрофобные композиционные материалы могут применяться к окрашенным поверхностям для обеспечения прочной, водостойкой конечной отделки дерева, металла, бетона, камня, кирпича и некоторых синтетических субстратов.

Далее, согласно настоящему изобретению предложен способ получения гидрофобных композиционных материалов, описанных выше. В целом этот способ осуществляют путем покрытия основного материала, как описано здесь выше, гидрофобным порошком по настоящему изобретению, возможно в комбинации с гидрофобной белой сажей. Количество гидрофобного порошка и относительное количество гидрофобной белой сажи заранее определено, как обсуждено здесь выше. В случаях, где применяют смесь гидрофобного порошка и гидрофобной белой сажи, эту смесь готовят в отдельном сосуде перед нанесением на основной материал.

В случаях, где композиционный материал дополнительно содержит клейкий слой, который связывает гидрофобный порошок с основным материалом, этот способ дополнительно включает перед покрытием гидрофобным порошком нанесение на основной материал такого клейкого слоя, и, более точно, смешивание предварительно подготовленной смеси клейкого слоя, которая содержит пленкообразующий агент, летучий растворитель и возможно клеевой агент, как описано здесь выше, с основным материалом, удаление всего летучего растворителя из полученной в результате смеси, и получение, таким образом, основного материала с нанесенным на него клейким слоем.

Возможно, и предпочтительно, клейкий слой представляет собой клейкий слой на водной основе, и способ дополнительно включает перед покрытием гидрофобным порошком нанесение на основной материал такого клейкого слоя, и более точно, смешивание предварительно подготовленной смеси клейкого слоя, которая содержит клеевой агент на водной основе и водный растворитель, как описано здесь выше, с основным материалом, удаление всего водного растворителя из полученной в результате смеси, и получение, таким образом, основного материала с нанесенным на него клейким слоем на водной основе.

Как подробно обсуждается в приведенных ниже примерах, смесь клейкого слоя готовят путем смешивания ее компонентов при нагревании и предпочтительно добавляют еще горячей к основному материалу. Относительное количество каждого компонента в смеси является заранее установленным, как обсуждено выше, тогда как суммарное количество необходимого клейкого слоя можно также определить заранее, как описано и подтверждено примером в приведенных ниже примерах.

Удаление летучего растворителя обычно осуществляют путем испарительного нагревания, но так же его можно проводить при комнатной температуре.

- 20 014318

Следовательно, процесс в целом можно проводить при нагревании или проводить в виде холодного процесса, при котором не применяют внешнего нагревания, пример чего приведен ниже в примерах. В холодном процессе обычно используют большее количество клейкого слоя.

В любом случае, поскольку основной материал должен содержать не более чем 1% мас./мас. влаги, следовательно, чтобы обеспечить однородные покрытия частиц, основной материал предпочтительно высушивают до этой степени перед процедурой покрытия. Основной материал обычно высушивают при температуре в интервале между 90 и 120°С, предпочтительно примерно при 104°С. После того как он высушен, основной материал можно использовать горячим или можно хранить в закрытом сосуде, а затем покрывать холодным.

Как только гидрофобный композиционный материал изготовлен, его предпочтительно подвергают отверждению, чтобы получить конечный продукт. Время отверждения обычно находится в интервале между 1 и 30 днями, в зависимости от состава гидрофобного порошка. Например, в случаях, где используют только гидрофобный порошок по настоящему изобретению, необходимо время отверждения 30 дней. В случае, где гидрофобный порошок находится в комбинации с гидрофобной белой сажей, время отверждения сокращают пропорционально относительному количеству гидрофобной белой сажи, вплоть до 1 суток.

Использование реагентов или смесей на водной основе при получении гидрофобных композиционных материалов, а также при других применениях, недавно стало вызывать большой интерес, в частности, в свете новых требований к охране окружающей среды и других ограничений, связанных с органическими реагентами, растворами или смесями.

В то время как процессы, проводимые в органических растворителях, считают обладающими большим количеством недостатков, исходя из стоимости, простоты, безопасности, вредности и влияния на окружающую среду, процесс, проводимый в водных растворах в целом, и в воде, в частности, полностью лишены этих недостатков.

Таким образом, производство гидрофобных композиционных материалов, в которое вовлечено такое использование клейкого слоя на водной основе и, следовательно, при котором используются водные растворы в качестве основной среды производства, является в высокой степени выгодным, поскольку оно экономически выгодно, безопасно, использует упрощенную систему и благоприятно для окружающей среды.

Однако использование реагентов или смесей на водной основе для связывания гидрофобного материала, который выполняет задачу отталкивания воды, как в случае смесей по настоящему изобретению, является очень важным.

Авторы настоящего изобретения неожиданно обнаружили, что гидрофобные композиционные материалы, которые включают основной материал и гидрофобный материал, связанный с ним посредством клейкого слоя на водной основе, можно легко получить, достигая при этом желаемых характеристик полученного в результате гидрофобного композиционного материала. Как обсуждалось здесь выше, такие гидрофобные композиционные материалы обладают большими преимуществами, поскольку в них вовлечено использование экономически эффективной, простой в обращении, безопасной и благоприятной для окружающей среды водной среды.

Следовательно, согласно другому аспекту настоящего изобретения предложен гидрофобный композиционный материал, содержащий основной материал, покрытый гидрофобным материалом, где этот гидрофобный материал связан с основным материалом посредством клейкого слоя на водной основе.

В целях обеспечения клейкого слоя на водной основе, который будет эффективно связывать гидрофобный материал с основным материалом, должны выполняться два требования: (1) основной материал, на который нанесен клейкий слой на водной основе, должен быть эффективно высушен, чтобы обеспечить по существу свободный от воды клейкий слой, перед его покрытием гидрофобным материалом; и (ίί) клейкий слой должен сохранять свою липкость (клейкое свойство) по существу и в высушенной форме, так чтобы обеспечить эффективное связывание с гидрофобным материалом.

Кроме того, поскольку гидрофобность полученных в результате композиционных материалов зависит от угла контакта, как описано здесь выше, и, кроме того, поскольку угол контакта зависит от физического захвата воздуха композиционными материалами, крайне желательно выбирать клейкий слой, который обеспечивает образование физической структуры гидрофобного слоя, который захватывает настолько много воздуха, насколько возможно физически.

Подходящий и эффективный клейкий слой на водной основе, таким образом, выбран так, чтобы соответствовать вышеизложенным требованиям, а также простоте использования, стоимости, другим физическим требованиям и его взаимодействию с выбранным материалом гидрофобного покрытия.

Клейкий слой на водной основе по настоящему изобретению можно использовать в любом гидрофобном композиционном материале независимо от основного материала и гидрофобного материала. Тем не менее, подходящие и эффективные материалы гидрофобного покрытия выбраны в соответствии с требуемыми физическими свойствами готового композиционного материала (например, формой), как подробно описано здесь, а также в соответствии с его взаимодействием с выбранным клейким слоем на водной основе.

- 21 014318

Клейкий слой на водной основе по настоящему изобретению предпочтительно содержит клеевой агент на водной основе, который может быть выбран из широкого разнообразия имеющихся в продаже клеевых агентов на водной основе.

Показательные примеры имеющихся в продаже клеевых агентов на водной основе включают битумно-латексные и битумно-полимерные связующие агенты, такие как ВПишПсх (Вйит, 18гае1), ΕΙαδΙοραζ и Е1а51оЬги511 (Ρ;·ιζΕ;·ιγ. 18гае1), 8ресеГ 10 и 8ресеГ 52 (^аскег, бегтапу), О18регсо11 с, О1крегсо11 и, О1крегсо11 8 и Пезтойиг ά (Вауег, бегтапу), Ештой, Н1шр1а81 и Нйгоргеп 40-20 (Епесо1, 8рат) и многие другие, но не ограничиваются ими.

В то время как эти клеевые агенты широко известны в данной области техники, ранее они никогда не применялись на практике в качестве клейкого слоя, который связывает гидрофобный материал с основным материалом, в частности, с сыпучим основным материалом, с получением, таким образом, гидрофобного композиционного материала.

Связующие битумные агенты на водной основе все вместе здесь называют битумно-латексной пастой. Клеевой агент на водной основе по настоящему изобретению предпочтительно включает один или более чем один клеевой агент на водной основе, возможно, и предпочтительно, выбранный из имеющихся в продаже клеевых агентов на водной основе, перечисленных выше.

Клейкий слой на водной основе легко наносят на основной материал путем простого растворения его в воде или в любой другой водной среде и нанесения полученной смеси на основной материал. Затем полученный основной материал должен быть, по существу, высушен, как описано здесь выше. Высушивание предпочтительно проводят, нагревая основной материал, как описано здесь, возможно, и предпочтительно, в сочетании с обдувом или любой другой методикой, которая может ускорить и усилить процесс высушивания на этой стадии.

Используемый основной материал может представлять собой любой основной материал и предпочтительно представляет собой основной материал, как описано здесь выше.

Гидрофобный материал может представлять собой, например, гидрофобный порошок, описанный здесь выше, один или в комбинации с гидрофобной белой сажей, гидрофобную белую сажу саму по себе или любой другой гидрофобный порошок на основе кремния, расплавленный полипропилен и другие гидрофобные полимеры, а также любой другой гидрофобный материал или порошок повышенной гидрофобности, применимый в гидрофобных композиционных материалах, а также любую комбинацию перечисленного выше.

Далее следуют описания применений, для которых можно использовать гидрофобный композиционный материал и порошки, описанные выше, согласно предпочтительным воплощениям настоящего изобретения.

Следовательно, как указано, гидрофобный композиционный материал по настоящему изобретению можно использовать для производства сыпучего гидрофобного заполнителя, называемого здесь заполнителем 1, имеющего повышенные свойства гидроизоляции. Заполнитель 1 способен противостоять заранее установленному максимальному давлению жидкости. Как дополнительно подробно описано здесь ниже, путем разумного выбора нескольких параметров заполнителя 1, слой заполнителя относительно малой толщины (порядка нескольких сантиметров) достаточен, чтобы выдерживать столб воды или любой другой интересующей жидкости. Согласно предпочтительному воплощению настоящего изобретения высота столба составляет выше 30 см, более предпочтительно выше 100 см, наиболее предпочтительно выше 10 м. Типичная толщина слоя составляет от примерно 1 см до примерно 20 см.

Способность любого гидрофобного материала к отталкиванию воды, в основном, зависит от поверхностного натяжения жидкости, находящейся в контакте с этим гидрофобным материалом. В любой жидкости силы сцепления между молекулами, присутствующими глубоко в жидкости, являются общими между всеми соседними атомами. Поверхностные молекулы жидкости не имеют соседних атомов такого же типа над ними и проявляют большие силы сцепления в отношении молекул, непосредственно связанных с ними на поверхности. С макроскопической точки зрения усиленное межмолекулярное взаимодействие на поверхности жидкости понимают как поверхностное натяжение жидкости.

Силы сцепления между подобными молекулами конкурируют с внешними силами, существующими между молекулами жидкости и молекулами материала, контактирующего с жидкостью. Когда этот материал является гидрофобным, силы сцепления значительно доминируют, свободная поверхность жидкости становится подобной пленке, и жидкость не способна увлажнять гидрофобный материал.

Ссылаясь теперь на графические материалы, фиг. 1 представляет собой схематическую иллюстрацию заполнителя 1, который предпочтительно содержит множество частиц различного размера 2, характеризующихся несколькими (специально выбранными) параметрами, которые влияют на уровень внешних сил и посредством этого на гидрофобные свойства заполнителя. Эти параметры включают, но не ограничены ими, распределение по размеру М частиц 2, угол контакта θ, определенный между жидкостью и частицами 2, и характеристическое расстояние г, определенное между соседними частицами.

М, θ и г предпочтительно выбраны в зависимости от применения гидроизоляции, для которого предназначен используемый заполнитель, и в соответствии с максимальным давлением жидкости, ожи

- 22 014318 даемым при конкретном применении. Более конкретно М и косинус θ предпочтительно пропорциональны давлению и г предпочтительно обратно пропорционально давлению. Математически отношение между максимальным давлением Р и вышеуказанными параметрами может выражаться с использованием приведенной ниже эмпирической формулы:

где к представляет собой константу пропорциональности и угол θ измеряют по касательной к поверхности, определенной слоем сыпучего заполнителя. Специалисту в данной области техники должно быть понятно, что только когда правая сторона уравнения 1 положительна, заполнитель увлажняется жидкостью, которая затем может проникать через него. Таким образом, согласно предпочтительному воплощению настоящего изобретения, οοδθ отрицателен, так что заполнитель остается сухим все время. Этого можно достичь путем выбора θ, равного от 90 до 180°, где большие значения θ в пределах этого интервала соответствуют большему давлению, при котором заполнитель остается сухим, и наоборот.

Угол контакта θ зависит от материалов, из которых изготовлен гидрофобный заполнитель по настоящему изобретению. Подробное описание материалов, которые были найдены как подходящие для различных применений гидроизоляции, приведено здесь ниже.

Неоднородное распределение по размеру дает возможность лучше регулировать размер капилляров заполнителя 1. Размер капилляров является мерой диаметра капилляров, образованных между частицами заполнителя.

Таким образом, согласно предпочтительному воплощению настоящего изобретения распределение по размеру М, выбрано таким образом, чтобы максимальный диаметр капилляров соответствовал выталкиванию жидкости при давлении Р. Обычному специалисту в данной области техники должно быть понятно, что чем в большей степени М является неоднородным, тем меньше размер капилляров. Типичный диаметр капилляров составляет от 1 до 500 нм. Такой диаметр является совместимым по размеру с капиллярами, образованными в бетонных основах.

Как правило, размер частиц может варьировать между примерно 25 мм (25000 мкм) и 5 мкм, более предпочтительно между 10 мм и 20 мкм, более предпочтительно между 5 мм и 100 мкм и наиболее предпочтительно между 1000 и 200 мкм.

На строительном участке частицы большего размера легче в обращении. Следовательно, в зависимости от применения и желаемого диаметра капилляров в производстве может быть выбрана характеристическая дисперсия распределения по размеру заполнителя.

Более точно, в применениях, в которых ожидаемый столб жидкости невысок (порядка нескольких сантиметров), достаточно использовать большие частицы и меньшую дисперсию, тогда как, если ожидаемый столб жидкости выше (порядка нескольких метров), предпочтительны частицы, меньшие по размеру и с большей дисперсией распределения по размеру. Например, для столба жидкости примерно 50100 см предпочтительная дисперсия составляет примерно 50 мкм, для столба жидкости примерно 1-10 м предпочтительная дисперсия составляет примерно 30 мкм и для столба жидкости примерно 10-50 м предпочтительная дисперсия составляет примерно 10 мкм. Должно быть понятно, что вышеуказанные значения дисперсии являются иллюстративными примерами и не должны рассматриваться как ограничивающие.

Другие физические количественные характеристики, на которые может влиять М, включают удельный вес заполнителя, способность к поглощению воды, тепловые свойства (например, теплопроводность, специфичную теплоемкость и скрытую теплоту) и звукоизоляцию, но не ограничиваются ими. Таким образом, варьируя распределение по размеру М, можно получить заполнитель для различного применения. Например, для применения в качестве звукоизоляционной гидроизоляции М выбрано таким образом, чтобы максимально увеличить звукоизоляцию заполнителя, для применения в качестве теплоизоляционной гидроизоляции М выбрано таким образом, чтобы свести к минимуму теплопроводность заполнителя, и т.д.

Разумный выбор распределения по размеру можно также использовать для регуляции способности заполнителя давать возможность испарения жидкости через него. Испарение жидкости через заполнитель усиливает способность заполнителя к поддержанию окружающей среды сухой и дает возможность пропускания пара и уравновешивания давления пара. Это находится в противоречии с полностью изолированными гидроизоляционными материалами, где вода улавливается внутри объема, определенного материалом. Следовательно, согласно предпочтительному воплощению настоящего изобретения М выбран таким образом, чтобы заполнитель был способен обеспечивать возможность испарения жидкости.

Обычному специалисту в данной области техники должно быть понятно, что вышеуказанные параметры, которые, как указано, выбраны в соответствии с давлением, которому, как ожидают, будет подвергаться заполнитель 1, являются статическими. Иными словами, серия параметров, однажды выбранная, фиксирует пределы давления, при котором можно эффективно использовать заполнитель 1. Однако в некоторых случаях давление, действительно действующее на заполнитель 1, на месте превышает ожидаемые пределы, например, при экстремальных и неожиданных погодных условиях. Кроме того, изготовленный из множества частиц, заполнитель 1 может проявлять статистические флуктуации, при кото

- 23 014318 рых локально капилляры превышают их средний размер по нескольким стандартным отклонениям. Кроме того, на границе раздела между гидрофобным и не гидрофобным слоями обычно образуется относительно большой размер капилляров. Проблема больших капилляров границы раздела является не статистической и воздействует на общее давление, при котором можно использовать заполнитель 1. Эта проблема может быть решена путем применения клеев между гидрофобным и не гидрофобным слоями, как дополнительно описано здесь ниже.

При внедрении настоящего изобретения в практику сделано открытие, что размер капилляров заполнителя 1 можно значительно уменьшить, используя набухающие частицы, способные к поглощению жидкости (например, воды). Как только они находятся в контакте с жидкостью, эти набухающие частицы динамично регулируют давление жидкости, даже когда это давление превышает его ожидаемое значение.

Благодаря разумному выбору статических параметров заполнителя 1 (например, распределение по размеру, М), набухающие частицы набухают только тогда, когда давление превышает ожидаемое давление, для которого предназначен заполнитель 1. Как только давление повышается, набухающие частицы начинают набухать, таким образом, устанавливая барьер динамического давления. Должно быть понятно, что большинство применений гидроизоляции осуществляют в закрытых пространствах, так что набухание набухающих частиц увеличивает внутренние силы внутри заполнителя 1, блокируя остаточные капилляры и, таким образом, усиливая способность заполнителя 1 к предотвращению проникновения жидкости и прохождения водяного пара.

Набухающие частицы можно включать в заполнитель 1 более чем одним способом. Следовательно, в одном воплощении, набухающие частицы могут быть интегрированы в частицы 2 или присоединены к ним уже на стадии их производства. Это воплощение более подробно описано здесь ниже после описания подходящих материалов, которые можно использовать в производстве заполнителя 1.

В другом воплощении набухающие частицы находятся в форме свободных частиц (например, порошка). Снова ссылаясь на фиг. 1, набухающая частица 3 присутствует в полости 4 между частицами 2. Когда происходит локальное увеличение жидкости, соседние частицы 2 оказывают давление друг на друга, тогда как в то же время набухающая частица 3 поглощает жидкость и начинает набухать, следовательно, действует как малый воздушный шарик, площадь поверхности которого динамично расширяется. Внешние силы, вызванные частицами 2 и действующие изнутри на полость 4, ограничивают процесс набухания, так что частица 3 становится трехмерной структурой, форма которой подобна форме полости 4. Процесс набухания прекращается, когда частица 3 существенно занимает полость 4, уменьшая, таким образом, характеристическое расстояние, г, и повышая давление, Р, при котором заполнитель 1 является эффективным. Когда несколько таких набухающих частиц присутствуют в полости 4, заполнение полости 4 более эффективно.

Согласно предпочтительному воплощению настоящего изобретения средний размер набухающих частиц выбран таким образом, что, когда набухающие частицы находятся в не набухшем состоянии, по меньшей мере одна набухающая частица или более предпочтительно несколько набухающих частиц занимают полость 4. В данном воплощении типичный размер набухающих частиц составляет от примерно 1 мкм до примерно 1000 мкм, предпочтительно 5-500 мкм.

Хотя более чем одна набухающая частица может занимать одну и ту же полость, набухающие частицы, предпочтительно, лишены какого-либо сообщения жидкости между ними, так что, даже когда набухающие частицы находятся в набухшем состоянии, сыпучие свойства заполнителя 1 сохраняется. Это можно осуществить, например, если набухающие частицы составляют достаточно малый процент об./об. заполнителя 1. Предпочтительно набухающие частицы составляют менее чем 1% заполнителя 1 об./об., более предпочтительно примерно 0,2%.

Полости между гидрофобными поверхностями частиц 2 образуют сеть, по меньшей мере, частично взаимосвязанную, в которой самые большие полости определяют поведение заполнителя 1 в целом. Таким образом, включение даже небольшого процента частиц приводит к малому остаточному числу больших взаимосвязанных полостей, следовательно, значительно повышается устойчивость заполнителя 1 к давлению.

Согласно предпочтительному воплощению настоящего изобретения время набухания набухающих частиц достаточно мало (предпочтительно менее 10 с), так что заполнитель 1 быстро реагирует на любой контакт с водой. Поглощающая способность набухающих частиц предпочтительно составляет от примерно 100 до примерно 5000 мас./мас., более предпочтительно от примерно 200 до примерно 2000 мас./мас. Температура замерзания набухающих частиц предпочтительно ниже примерно -20°С (как в набухшем, так и в не набухшем состоянии), так что заполнитель 1 сохраняет свои сыпучие свойства даже при низких температурах. Разумный выбор материала, из которого изготовлены набухающие частицы, может привести в результате к тому, что циклы их абсорбции-десорбции могут повторяться бесконечно.

Любой материал, известный как способный к набуханию при нахождении в контакте с жидкостью, можно использовать для получения набухающих частиц, при условии, что комбинация набухающих частиц и частиц 2 сохраняет сыпучие свойства заполнителя 1. Показательные примеры таких материалов включают, крахмал, глину, бентонит, блокаторы воды различных типов и тому подобное, но не ограни

- 24 014318 чиваются ими. Дополнительные представляющие интерес характеристики набухающих частиц включают теплоизоляцию, поглощение жидкости, достаточно низкую температуру замерзания; способность утрачивать вспучивание в сухой среде и тому подобное, но не ограничиваются.

Согласно предпочтительному воплощению настоящего изобретения набухающие частицы изготовлены из полимеров с повышенной абсорбцией (ППА), также известного как полимеры полиолов. ППА много лет известны в данной области техники. Абсорбентом воды ППА являются благодаря присутствию химического вещества, такого как молекулы натрия или калия, которые образуют поперечные сшивки между углеводородными цепями полимера. Эти поперечные сшивки дают возможность полимеру образовать единую макромолекулу, способную удерживать значительные количества воды. Этот полимер обычно представляет собой полиуретан, уретан или полипропилен, но другие полимеры также можно использовать. Существуют сотни типов ППА, характеризующихся различными параметрами, такие как их способности к сбору воды, температура абсорбции и десорбции воды, резкость высвобождения воды и тому подобными.

Показательный пример САП включает структурированный полимер натрия с полиакриловой кислотой, но не ограничиваются ими. Подобные Ш1А включают Ыс.|шВ1оск™ 80, Ыс.|шВ1оск™ 88, Ыс.|шВ1оск™ Αΐ-038, Ыс.|шВ1оск™ 80Н8, Ыс.|шВ1оск™ 88Н§, Ыс.|шВ1оск™ 144, Ыс.|шВ1оск™ 144ТК8, Νογ8осгу1™ 8-35. №г5осгу1™ Ό-60, №г5осгу1™ ХР8, но не ограничиваются ими, все из них имеются в продаже от фирмы Етегдшд ТесЬио1од1е8, 1пс., ΝογΙΙι СагоНиа, И8А. Эти ППА были экспериментальным путем обнаружены как пригодные для включения в заполнитель 1. Другие ППА в настоящее время производятся и имеются в продаже от Ишои СагЫбе, ВА8Р СогрогаЕои и многих других компаний.

Согласно предпочтительному воплощению настоящего изобретения набухающие частицы могут содержать агент, предотвращающий комкование, чтобы сократить до минимума сообщение жидкости между соседними набухающими частицами. Например, вышеуказанные №г5осгу1™ ХР8 и Ыс.|шВ1оск™ 144ТК8 включают агент, предотвращающий комкование.

Обычно без гидрофобных заполнителей большое количество ППА необходимо для гидроизоляции или блокирования прохождения воды. Это делает применение ППА трудным и дорогостоящим. Одним из преимуществ данного воплощения настоящего изобретения является то, что ППА используют только в целях мостиковых связей между капиллярами, тогда как большую часть гидроизоляции осуществляют путем собственных гидрофобных свойств заполнителя 1. Таким образом, необходимо только небольшое количество ППА, как более подробно описано здесь выше.

В экспериментах, проведенных авторами настоящего изобретения, обнаружено, что путем добавления столь малого количества, как 0,2% №г5осгу1™ 8-35 со средним размером всех частиц 100-500 мкм, поглощающая способность более чем 500 мас./мас. и время набухания и образования геля примерно 6 с, значительно уменьшили размер капилляров заполнителя 1. В частности, обнаружено, что вышеупомянутая проблема больших капилляров между гидрофобным и не гидрофобным слоями была почти устранена. Устранение или, по меньшей мере, уменьшение этой проблемы особенно полезно в применениях гидроизоляции, в которых объект (например, трубы, цистерны и т.д.) лежит внутри гидрофобного слоя. В таких случаях имеется большая поверхность контакта между гидрофобным и не гидрофобным слоями.

Ожидают, что много типов набухающих частиц будут разработаны в период срока действия данного патента, и следовательно в пределы объема настоящего изобретения следует включать все такие набухающие частицы априорно.

Согласно предпочтительному воплощению настоящего изобретения гидрофобный заполнитель может быть смешан с легкими заполнителями, покрытыми гидрофобным покрытием, например пемзой, перлитом, вулканическим заполнителем, раздробленным пенобетоном и т. д. легковесные заполнители служат для уменьшения общей массы смеси. Уменьшение массы важно, например, когда эту смесь используют для гидроизоляции крыш, полов или любой гидроизоляции, сделанной внутри зданий.

В целях лучшего понимания использования сыпучего гидрофобного заполнителя при применениях для гидроизоляции, в соответствии с предпочтительными воплощениями настоящего изобретения, ссылаются на общепринятый (то есть предшествующего уровня техники) способ гидроизоляции, проиллюстрированный на фиг. 2А-В.

Ссылаясь на графические материалы, на фиг. 2А-В схематично проиллюстрированы способы предшествующего уровня техники гидроизоляции фундамента сооружения 10 на земле 12. Как правило, слой фундамента из галечника 22 и боковые стенки из галечника 20 строят как водные каналы, чтобы дать возможность для тока воды, прилежащие к подземной секции 14 сооружения 10. Кроме того, стены фундамента подземной секции 14 могут быть покрыты гудроном или подобным материалом в качестве дополнительной защиты от воды. Однако, когда водный столб высок (например, после дождливых дней или когда возникает проблемы, связанные с водопроводно-канализационной сетью), боковое давление 16 и верхнее давление 18 может, тем не менее, действовать на стены фундамента за счет подземной воды, вызывая трещины и, возможно, проницаемость подземной секции 14.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения предложен способ гидроизоляции части сооружения, находящейся в контакте с землей. Этот способ включает приведенные ниже стадии способа, при

- 25 014318 котором на первой стадии обеспечивают подстилающий слой из сыпучего гидрофобного заполнителя, и на второй стадии сооружение располагают над этим подстилающим слоем или в нем. Согласно предпочтительному воплощению настоящего изобретения, можно использовать любой сыпучий гидрофобный заполнитель, такой как заполнитель 1, упомянутый здесь выше, или другой имеющийся в продаже сыпучий гидрофобный заполнитель (также известный в литературе как волшебный песок), производимый, например, СИГГогб XV. Е9С5 Со. 1пс., Νονν 1сг5су. И8А, и ΕάιιοαΙίοηαΙΙηηοναΙίοηδ. СоппссЕеШ. И8А, но не ограничиваются ими. Кроме того, дополнительные заполнители, применимые в контексте настоящего изобретения, описаны в предварительных патентных заявках США №№ 60/486419 и 60/486420, νθ 03/044124 и в патенте США № 4474852, каждые из которых включены здесь путем ссылки.

Далее, ссылаясь на графические материалы, на фиг. 3А-С схематически проиллюстрирована гидроизоляция фундамента сооружения в соответствии с предпочтительным воплощением настоящего изобретения. Основание 32 из сыпучего гидрофобного заполнителя накладывают на галечный слой 22, предпочтительно оставленный в качестве дренажного канала под основанием 32. Основание 32 предотвращает воздействие давления воды сверху на подземную секцию 14. Гидрофобный заполнитель может быть доставлен на строительный участок либо в сыпучей форме, либо заключенным в одну из защитных оболочек. Одним из примеров таких защитных оболочек является гидрофобный блок, как более подробно описано здесь ниже (см. фиг. 4А и последующее описание). Таким образом, согласно предпочтительному воплощению настоящего изобретения, основание 32 может содержать систему гидрофобных блоков.

Ссылаясь на фиг. 3В, основание 32 предпочтительно защищено конструкцией 23, например, бетонной конструкцией или полимерной конструкцией, для предотвращения эрозии подземной водой.

Толщина основания 32 (обозначенная 61 на фиг. 3В) предпочтительно составляет от примерно 1 см до примерно 15 см, более предпочтительно от примерно 4 см до примерно 10 см. Однако должно быть понятно, что в зависимости от конкретных нужд можно также использовать и другие значения.

Согласно предпочтительному воплощению настоящего изобретения стена 15 подземной секции 14 можно также гидроизолировать сооружением боковой стенки 30 из сыпучего гидрофобного заполнителя (например, заполнителя 1), прилежащей к стене 15. Объекты, выступающие из стены 15 (гвозди, металлические проволоки и т. д.), которые могут проникать через гидрофобный заполнитель и давать возможность тока воды из-под земли 12 в подземную секцию 14, предпочтительно удаляют из стены 15 перед конструированием боковой стенки 30, но дальнейшая обработка стен не является необходимой по сравнению со способом предшествующего уровня техники, при котором стены необходимо тщательно подготовить для приема гидроизоляции.

Стену 15 предпочтительно покрывают гидроизоляционной жидкостью или пастой, например, слоем гудрона 24. Слой гудрона 24 (или любого другого гидроизоляционного субстрата, покрывающего стену 15) связывает гидрофобный заполнитель со стеной 15, следовательно, служит в качестве барьера для испарения, предотвращающего образование промежутка между боковой стенкой 30 и стеной 15. Должно быть понятно преимущество предотвращения образования такого промежутка, поскольку вода может течь в этот промежуток сверху.

Ссылаясь на фиг. 3С, боковая стенка 30 из гидрофобного заполнителя предпочтительно защищена конструкцией 36, которая может представлять собой, например, одну или более чем одну из деревянных панелей, полимерных (например, полистироловых) панелей, пластмассовых панелей, металлических панелей, кирпичной стены или бетонной конструкции. Конструкция 36 расположена между боковой стенкой 30 и землей 12 (или галечным слоем 22), следовательно, служит для защиты боковой стенки 30 от эрозии, корней, камней и тому подобного. Предпочтительно конструкция 36 имеет не гладкую поверхность 37, обращенную к земле 12 или галечному слою 22, чтобы увеличить площадь контакта между конструкцией 36 и землей.

Конструирование боковой стенки 30 можно выполнить более чем одним способом, как более подробно описано здесь ниже, как для существующего сооружения во время процедуры ремонта, так и для нового сооружения в процессе ее конструирования.

В существующих сооружениях способы предшествующего уровня техники обычно включают использование вспененных или набухших материалов, вводимых параллельно существующим стенам в промежуток между стеной и землей, окружающей стену. В крайних случаях область около подземной стены обнажают или вакуумируют, используя тяжелые механизмы, чтобы обеспечить доступ к наружной стороне стены. Затем стену гидроизолируют герметизирующим материалом, таким как эластомерный бетон или различные пенопласты. Эти способы, однако, являются дорогостоящими, сложными и не могут обеспечить долгосрочное решение проблем, связанных с присутствием влаги.

Согласно предпочтительному воплощению данного изобретения подземная стена 15 можно лучше гидроизолировать, с помощью приведенного ниже способа. Сначала слой земли, прилежащий к наружной стороне стены 15, вынимают или вакуумируют, оставляя воздушный промежуток, а затем этот промежуток заполняют сыпучим гидрофобным заполнителем. Сыпучие свойства гидрофобного заполнителя позволяют, по существу, полностью заполнить промежуток, по сравнению с любым другим вспененным или набухающим материалом, который не дает доступа воздуха через него, следовательно, создает воздушные карманы и не может полностью заполнить промежуток.

- 26 014318

В новых сооружениях конструкцию 36 предпочтительно конструируют прилежащей к стене 15, так чтобы образовался промежуток между конструкцией 36 и стеной 15. Затем этот промежуток заполняют сыпучим гидрофобным заполнителем, предпочтительно сверху, как более подробно описано здесь ниже.

Конструкция 36 может быть изготовлена любым путем, известным в данной области техники. Следовательно, в одном воплощении конструкция 36 может представлять собой дополнительную стену, например, кирпично-бетонную стену. Преимущество данного воплощения состоит в том, что дополнительная стена поддерживает гидрофобный заполнитель на месте в течение длительного периода времени. Добавочные преимущества дополнительной стены включают дополнительную прочность сооружения и усиленную изоляцию (как тепловую, так и звуковую).

В другом воплощении конструкция 36 может быть изготовлена из плит (например, пластмассовых плит), имеющих зубчатые края, которые входят друг в друга по типу шпунта и паза. Это воплощение имеет преимуществом удерживание гидрофобного заполнителя на первой стороне конструкции 36 и земли на второй стороне конструкции 36. Плиты с зубчатым краем более подробно описаны здесь под ссылкой на фиг. 9.

В другом воплощении, также пригодном для новых сооружений, боковая стенка 30 сконструирована уровень за уровнем следующим образом. Твердые панели или другие панели, такие как металлические, деревянные и пластмассовые панели, но не ограниченные ими, временно располагают прилежащими к стене 15, так чтобы первая сторона этих твердых панелей была обращена к стене 15 (опять же, оставляя достаточный промежуток между ними), а вторая сторона этих твердых панелей была обращена к земле. Промежуток заполняют сыпучим гидрофобным заполнителем и дают возможность контакта земли со второй стороной твердых панелей. Затем твердые панели вытаскивают, предпочтительно вверх, и процедуру повторяют для следующего уровня, предпочтительно используя те же твердые панели. В данном воплощении для защиты гидрофобного заполнителя защитную конструкцию 36 предпочтительно располагают постоянно, между гидрофобным заполнителем и землей. Иначе, твердые панели можно использовать в качестве защитной структуры 36. Преимущества данного воплощения состоят в том, что (1) нет необходимости строить дополнительную стенку около стены 15 и (и) заполнение промежутка проще, поскольку на каждом уровне заполняется относительно небольшой объем.

В любом из вышеописанных воплощений предпочтительная толщина боковой стенки 30 (обозначенная ά2 на фиг. 3С) составляет от примерно 4 см до примерно 10 см. Должно быть понятно, что можно также использовать и другие значения в зависимости от ожидаемого давления воды.

В дополнительном воплощении, также пригодном для новых сооружений, боковая стенка 30 содержит конструкцию из гидрофобных блоков, каждый из которых содержит защитную оболочку, имеющую заранее установленную форму и содержащую сыпучий гидрофобный заполнитель.

На фиг. 4А-В схематически проиллюстрирован гидрофобный блок 40, имеющий защитную оболочку 41, и стену из гидрофобных блоков 42. Согласно предпочтительному воплощению настоящего изобретения оболочка 41 изготовлена из материала, подверженного биологическому разложению или разрушению под действием воды, например, повторно используемого картона без защиты от воды и тому подобного. В данном воплощении конструирование стены из гидрофобных блоков 42 осуществляют путем расположения одного блока 40 сверху на другом, подобно конструированию любой другой блочной стены. Со временем, когда оболочка 41 разрушается, гидрофобные заполнители прилежащих гидрофобных блоков частично смешиваются, так что образуется, по существу, гидроизоляционная боковая стенка. После завершения стену 42 предпочтительно смачивают водой, чтобы способствовать разрушению блоков.

Можно использовать один или более чем один слой блоков. Предпочтительно толщина блока в направлении гидроизоляции ά3 составляет примерно 2-10 см, предпочтительно примерно 4 см. Должно быть понятно, что можно также использовать и другие размеры.

Известно, что сооружения в контакте с землей являются динамичными вследствие движений земли или образования трещин. Следовательно, согласно предпочтительному воплощению настоящего изобретения, независимо от способа, которым сконструирована боковая стенка 30 (или блочная стена 42), на верхней стороне ее предпочтительно обеспечивают съемной крышкой 38, чтобы дать возможность повторного заполнения промежутка со временем. Съемная крышка 38 может быть изготовлена из любого водостойкого материала, такого как гидроизоляционные бетонные камни, но не ограничивается ими.

Далее, ссылаясь на фигуры, на фиг. 5А-В схематически проиллюстрированы способы гидроизоляции полов 60 сооружения 10 в соответствии с предпочтительным воплощением настоящего изобретения.

Сооружение 10 включает несколько уровней 70 и боковых стен 52. Основание 32 из гидрофобного заполнителя (например, заполнителя 1) накладывают под полами 60 и предотвращают сбор воды под полом. Типичная толщина основания 32 для данного аспекта изобретения составляет примерно 1-10 см, однако, должно быть понятно, что можно также использовать другие значения. Область контакта 52' между стеной 52 и основанием 32 предпочтительно покрыта гидроизоляционной жидкостью или пастой, которая связывает гидрофобный заполнитель со стеной 52, следовательно, служит в качестве барьера для испарения, как более подробно описано здесь выше.

Труба 68 (например, вода, сточные воды, газ, электричество и т. д.), если существует, может быть

- 27 014318 заключена в основание 32, например, под полом 60. Преимущество гидрофобного заполнителя состоит в том, что он дает позволяет испаряться воде, не становясь влажным.

Следовательно, если, например, происходит протекание из трубы 68, как только такое протекание устранено, и избыточная вода впитана или удалена, гидрофобный заполнитель остается сухим, что позволяет, таким образом, избежать сырых полов, милдью и последствий сырости, влияющих на здоровье. Это преимущество не обнаруживается в способах предшествующего уровня техники, где вода задерживается под полом в течение длительного времени. Особое преимущество настоящего воплощения состоит в том, что вследствие улучшенных изоляционных свойств сыпучего заполнителя не требуются дополнительные изоляционные материалы для труб, которые обычно используют для труб горячей воды или тому подобного. Кроме того, сыпучий заполнитель защищает трубы также от коррозии и износа.

Другое преимущество использования основания 32 под полом 60 состоит в том, что такое окружение не допускает насекомых и другие организмы, которые не могут рыть ямы или туннели или даже жить в сухом окружении из гидрофобного заполнителя.

Дополнительным преимуществом является тепло- и звукоизоляция, обеспечиваемая основанием 32. Таким образом, например, основание 32 идеально в качестве основания для помещения труб горячей/холодной воды, для которых, как понятно, теплоизоляция крайне важна.

Теперь сделаем ссылку на фиг. 6А-6В, на которых схематически проиллюстрированы способы предшествующего уровня техники гидроизоляции крыши 50. Для гидроизоляции крыш известен ряд способов. Один такой способ проиллюстрирован на фиг. 6А, где слой 54 гудрона наносят на крышу 50. Другой способ проиллюстрирован на фиг. 6В, где слой обычного песка 58 и настил 60 наносят на крышу 50. Кроме того, под слоем песка 58 можно использовать защитные листы 56, например, слои рубероида, полихлорвинила (ПВХ) или мономера этиленпропилендиена (ЭПДМ). Однако ни один из них не является полностью удовлетворительным, и проблемы попадания воды с крыш, в частности, с плоских крыш, являются распространенными.

Настоящее изобретение успешно и полезно, и посвящено теме гидроизоляции крыш. На фиг. 7 схематически проиллюстрировано сооружение 10, имеющее крышу 50 и боковые стены 52.

Согласно предпочтительному воплощению настоящего изобретения основание 32 из гидрофобного заполнителя (например, заполнителя 1) накладывают на крышу 50 и оставляют в боковых стенках 52. Предпочтительно перед наложением основания 32 контур крыши 50 обработать, обеспечивая барьер для испарения и наклонные края, как известно в данной области техники. Дополнительно настил 60 можно настелить на основание 32, таким образом, предотвращая его эрозию. Таким образом, достигается высокий уровень гидроизоляционной защиты даже при суровых погодных условиях, таких как град. Толщина основания 32 (обозначенная ά4 на фиг. 7) предпочтительно составляет примерно 5 см. Должно быть понятно, что можно также использовать и другие значения.

Согласно дополнительному аспекту настоящего изобретения предложен способ гидроизоляции резервуара, например водохранилища.

Далее ссылаясь на фигуры, на фиг. 8 схематически проиллюстрирован резервуар 80, имеющий основание 82 и стены 88, которые могут представлять собой наклонные стены или вертикальные стены.

Согласно предпочтительному воплощению настоящего изобретения способ включает приведенные ниже стадии, при котором на первой стадии подстилающий слой 84 из сыпучего гидрофобного заполнителя (например, заполнителя 1) помещают на основание 82 резервуара. На второй стадии стены 90 (наклонные или вертикальные стены в зависимости от формы резервуара 80) из гидрофобного заполнителя помещают над стенами 88. Подстилающий слой 84 и/или стены 90 предпочтительно покрыты защитной конструкцией 86 и 92, соответственно, чтобы удерживать сыпучий гидрофобный заполнитель на месте. Предпочтительно, минимальная глубина примерно 5-10 см поддерживается между конструкцией 86 и основанием 82 и между конструкцией 92 и стенами 88 для гидрофобного заполнителя.

Конструкция 86 (покрывающая подстилающий слой 84) предпочтительно содержит гибкий слой, например, геотехнический строительный материал, покрытый бетонной плитой, толщиной предпочтительно примерно 5 см. Иначе, гибкий слой конструкции 86 может быть покрыт бетонными плитами. Также иначе, часть гибкого слоя конструкции 86 может быть покрыта бетонной черепицей, а другая часть может быть покрыта бетонной плитой. Согласно предпочтительному воплощению настоящего изобретения бетон заливают на гибкий слой без металлической проволоки, чтобы предотвратить утечку гидрофобного заполнителя во время построения конструкции 86. В бетонную смесь можно добавлять полимерные волокна, чтобы минимизировать образование трещин в конструкции 86. Заливку бетона можно выполнять любым способом, известным в данной области техники, предпочтительно оставляя достаточное число промежутков, чтобы дать возможность бетону увеличиваться в процессе его отверждения.

Конструкция 86 может быть также изготовлена из множества защитных панелей или любым другим способом, известным в данной области техники.

Способ расположения стен 90 зависит от формы стен 88 резервуара 80. Для вертикальных стен стены 90 можно конструировать подобно стенам 30 или 42, как более подробно описано здесь выше.

Для наклонных стен конструируют наклонную конструкцию 92. Это можно сделать, например, по

- 28 014318 мещая различные стабилизирующие средства, такие как сети или сети, покрытые тканью, но не ограниченные ими, а затем засыпают сыпучий гидрофобный агрегат, как описано выше. Как установлено, гидрофобный заполнитель пропускает ток воздуха без образования воздушных карманов.

На фиг. 9 схематически проиллюстрирован показательный пример стабилизирующих устройств в форме плиток 98 с зубчатыми краями 99, которые совпадают друг с другом по типу шпунта и паза. Плитки 98 могут быть изготовлены из поливинилхлорида, поликарбоната или любого другого пригодного материала, способного удерживать гидрофобный заполнитель. Размер и прочность плит предпочтительно выбраны таким образом, чтобы дать возможность строителю работать и стоять на них. Несколько удлинителей 97 (например, болтов) предпочтительно прикрепляют к плитам, чтобы создать достаточный промежуток между плитами и землей. Типичная длина удлинителей 97 составляет 1-10 см.

Методика построения наклонной конструкции 92 с использованием плит 98 описана ниже. Первую линию плиток строят на наклонной стене 88 около основания 82, так чтобы удлинители 97 удерживали плиты 98 над стенами. Объем, определяемый удлинителями 97, затем заполняют гидрофобным заполнителем. Согласно предпочтительному воплощению настоящего изобретения плиты 98 могут быть изготовлены из прозрачного материала, позволяющие строителю убедиться, что весь объем заполнен, и позволяющие колебать плиты, если необходимо, чтобы лучше распределить гидрофобный заполнитель. Можно также использовать механическую или ультразвуковую вибрацию. Как только первая линия заполнена гидрофобным заполнителем, строят вторую линию, прилежащую к первой линии, и процедуру повторяют. Согласно предпочтительному воплощению настоящего изобретения, как только линия плит заполнена, удлинители предыдущей линии удаляют, чтобы дать возможность гидрофобному заполнителю заполнить объем, занимаемый удлинителями.

Как только стена 88 покрыта плитами 98 и гидрофобным заполнителем, бетон или другое подходящее покрытие предпочтительно накладывают на другую сторону плит 98. Зубчатые края 99 служат для увеличения площади поверхности плит 98, с тем, чтобы поддерживать гидрофобный заполнитель и бетон на месте и чтобы дать возможность распыления торкретирования, если желательно. Верхнюю линию плит предпочтительно постоянно прикрепляют к земле, чтобы она служила в качестве защитного покрытия.

Согласно предпочтительному воплощению настоящего изобретения плиты конструируют способом, который дает возможность повторного заполнения сыпучего гидрофобного заполнителя со временем. Это можно сделать, например, путем оставления отверстий в верхней линии плит или путем обеспечения ее съемной крышкой, как более подробно описано здесь выше.

Смеси, порошки и сыпучий агрегат по настоящему изобретению могут также применяться в области сельского хозяйства или садоводства, где часто желательно подготовить область для культивирования растений. Известно, что только относительно небольшая часть воды, используемой для орошения, окончательно достигает растений, в результате чего большая часть воды просачивается в землю или испаряется.

Согласно предпочтительному воплощению настоящего изобретения, область, представляющую интерес, можно подготовить для культивирования растений путем обеспечения подстилающего слоя из сыпучего гидрофобного заполнителя (например, заполнителя 1) на интересующей области и покрытия этого подстилающего слоя слоем почвы. Дополнительно в нем можно расположить один или более чем один водосборный канал, под почвой или на почве, чтобы дать возможность доставки воды. Подстилающий слой может находиться в форме гидрофобных листов, изготовленных из защитных оболочек, содержащих заполнитель. Эти листы предпочтительно устраивают так, чтобы образовалось одно или более чем одно пространство между соседними листами, обеспечивая таким образом возможность избытку воды (например, дождевой воды) стекать из интересующей области.

Поскольку гидрофобный заполнитель является сухим и обладает низкой устойчивостью к пару, подстилающий слой может обеспечивать прохождение пара под деревьями или растениями. Этот эффект дополнительно усиливается всасывающим действием корней. Когда вода испаряется из-под гидрофобного подстилающего слоя и через него и снова конденсируется вследствие изменений температуры со временем, гидрофобный подстилающий слой улавливает конденсированную воду и предотвращает ее повторное утекание. Таким образом, процентное содержание воды в верхнем слое почвы повышается. Эффект улавливания пара и воды можно усилить, располагая слой полимера с повышенным поглощением на гидрофобном подстилающем слое, с тем, чтобы потреблять большую долю пара.

Согласно предпочтительному воплощению настоящего изобретения слой почвы окружают защитным барьером, который сам по себе может быть изготовлен из гидрофобного заполнителя, как описано здесь выше. В данном воплощении стены защитного барьера и подстилающий слой образуют закрытый резервуар, предотвращающий утекание из него конденсированной воды. Высота стен может меняться по желанию, в зависимости от количеств конденсированной воды, типа почвы и уровня подземной воды.

Специалисту в данной области техники будет понятно, что гидрофобный подстилающий слой способствует обессоливанию не обессоленной воды, находящейся под ним, поскольку пары, проходящие через этот подстилающий слой, являются по существу обессоленными, следовательно, при конденсации воды она обессоливается.

- 29 014318

Гидрофобный подстилающий слой можно также использовать при подготовке обессоленной зоны на соленой почве. Во многих местах по всему миру уровень подземной воды высок, и вода является соленой. Это создает реальную проблему как для сельскохозяйственных, так и для строительных областей. Таким образом, согласно предпочтительному воплощению настоящего изобретения можно получить обессоленную зону путем обеспечения гидрофобного подстилающего слоя на интересующей зоне и покрытия этого подстилающего слоя обессоленной почвой. Подстилающий слой предотвращает проникновение через него соли и в то же время способствует прохождению (несоленого) водяного пара при вышеупомянутом процессе обессоливания. Возможно, и предпочтительно, для усиления улавливания пара, проходящего через гидрофобный подстилающий слой, использование слоя полимера с высоким поглощением, обеспечивая возможность образования геля, как более подробно описано выше. Должно быть понятно, что использование гидрофобного подстилающего слоя, по настоящему воплощению, в качестве барьера против солей обладает преимуществом перед общепринятыми способами, в которых используют барьерные листы, поскольку здесь нет соединений или сваренных участков.

Согласно следующему аспекту настоящего изобретения предложен способ защиты объекта, углубленного под землю. В применениях, при которых используют гидрофобный заполнитель для защиты подземных объектов, особенно полезно смешивать два или более чем два сыпучих гидрофобных заполнителя. Должно быть понятно, однако, что не следует ограничивать объем настоящего изобретения каким-либо числом гидрофобных заполнителей (то есть можно использовать один, два, три или большее число гидрофобных заполнителей).

Таким образом, согласно следующему аспекту настоящего изобретения предложена гидрофобная смесь для защиты подземного объекта, обычно обозначенная здесь как смесь 110.

Теперь снова ссылаясь на графические материалы, фиг. 10 представляет схематическую иллюстрацию смеси 110, которая содержит смесь по меньшей мере из двух сыпучих гидрофобных заполнителей, каждый из которых может обладать одним или более чем одним свойством заполнителя 1. Предпочтительно смесь 110 содержит теплопроводящий сыпучий гидрофобный заполнитель 112 и диэлектрический сыпучий гидрофобный заполнитель 114. Заполнители 112 и 114 смешивают с заранее определенном соотношением, которое выбрано таким образом, чтобы электрически изолировать подземный объект, обеспечивая в то же время отведение от него тепла. Согласно предпочтительному воплощению настоящего изобретения смесь 110 имеет отличимый цвет, предпочтительно отличимый от цвета земли.

Перед приведением более подробного описания способов защиты подземных объектов, как изложено здесь выше и в соответствии с настоящими воплощениями, следует уделить внимание следующим преимуществам, предлагаемым здесь.

Во-первых, являясь, по существу, сухими, оба заполнителя предотвращают возникновение электролитических процессов (таких как электролитическая коррозия) вблизи подземного объекта. Даже в случаях, когда водяные пары проникают через смесь 110, их недостаточно для начала электролитической коррозии.

Во-вторых, поскольку гидрофобный заполнитель 114 изготовлен из диэлектрического материала (то есть, по существу, не обладает электропроводностью), распределительные коробки, масляные датчики или любое другое устройство, заполненное смесью 110, могут функционировать без коротких замыканий в течение длительного периода времени. Сыпучая форма смеси 110 способствует удалению заполнителей из проводов и/или распределительных коробок, если такое удаление необходимо, например, для хранения.

В-третьих, известно, что омическое сопротивление проводников, находящихся в распределительных коробках, а также в кабелях и проводах, несущих электрический ток, высвобождает энергию, генерируя существенное количество тепла. Полученное повышение температуры часто вносит вклад в ослабление, как носителя тока, так и окружающих непроводящих элементов. Понятно, что отсутствие правильного механизма теплопередачи может привести в результате к обрыву электрических цепей вдоль проводов и кабелей, особенно внутри распределительных коробок, где генерируется большая часть тепла. Кроме того, в малых распределительных коробках генерируемое тепло может вызвать слияние нескольких проводящих элементов, провоцируя короткие замыкания и повреждение систем, зависящих от подземного кабеля. Теплопроводность заполнителя 112 дает возможность смеси 110 отводить тепло от носителя тока (например, в землю), чтобы поддерживать таким образом подземные распределительные коробки, кабели и/или провода все время охлажденными и осуществлять их функциональность.

В-четвертых, предотвращается ожижение различных агентов, и особенно разлагающих агентов, присутствующих в земле в твердом состоянии, и, следовательно, достижение и повреждение ими подземного объекта.

В-пятых, сыпучая форма заполнителей по настоящему изобретению минимизирует действие продольного напряжения на подземный объект. Иными словами, хотя они изготовлены из твердых частиц, в отношении динамических свойств сыпучие гидрофобные заполнители подобны вязкой жидкости, которая однородно распределяет действие на них механических сил. Заполнители по настоящему изобретению, таким образом, компенсируют значительное количество механических сил и защищают подземный объект.

- 30 014318

В-шестых, являясь, по существу, свободными от воды, гидрофобные заполнители не замерзают и не слипаются, следовательно, способствуют легкому доступу к подземному объекту в холодных районах и улучшают морозоустойчивость.

В-седьмых, как установлено, в одном воплощении смесь 110 имеет отличимый цвет. Данное воплощение можно выгодно использовать, когда необходима идентификация смеси 110. Например, с целью предупреждения проведения земляных работ вблизи погруженного объекта, который покрыт смесью 110.

В-восьмых, подземные масляные резервуары часто страдают от протечек масла в результате протекания резервуара или переливания. Чтобы следить за такими протечками, один или более чем один датчик располагают вблизи подземных масляных резервуаров, с тем, чтобы генерировать сигнал, когда окружение датчика становится влажным. Эти датчики, однако, часто генерируют ложные сигналы вследствие присутствия, например, дождевой воды. Как установлено, композиционные материалы по настоящему изобретению могут обладать повышенным притяжением для масла и маслянистых продуктов. Таким образом, заполнители по настоящему изобретению можно использовать для избирательного предотвращения попадания воды в датчики, таким образом, существенно снижая возникновение ложных сигналов.

Согласно предпочтительному воплощению настоящего изобретения любой сыпучий гидрофобный заполнитель можно использовать для заполнителей 112 и/или 114, при условии, что они обладают необходимыми свойствами, то есть повышенной теплопроводностью заполнителя 112, повышенном электрическим сопротивлением заполнителя 114 и усиленными водоотталкивающими свойствами как заполнителя 112, так и заполнителя 114.

Способность любого гидрофобного материала отталкивать воду, в основном, зависит от поверхностного натяжения жидкости, находящейся в контакте с гидрофобным материалом. В любой жидкости силы сцепления между молекулами, находящимися глубоко в жидкости, являются общими между всеми соседними атомами. Поверхностные молекулы жидкости не имеют соседних атомов такого же типа над ними и проявляют большие силы сцепления в отношении молекул, непосредственно связанных с ними на поверхности. С макроскопической точки зрения усиленное межмолекулярное взаимодействие на поверхности жидкости понимают как поверхностное натяжение жидкости.

Следовательно, в зависимости от максимального давления жидкости, ожидаемого вблизи подземного объекта, заполнители 112 и 114 предпочтительно выбраны таким образом, чтобы силы сцепления были достаточны для предотвращения увлажнения смеси 110 жидкостью.

Любой из вышеупомянутых гидрофобных заполнителей можно смешивать в смеси 110 согласно предпочтительным воплощениям настоящего изобретения. В частности, основной материал предпочтительно выбран в соответствии с желаемым свойством сыпучего гидрофобного заполнителя. Например, морской песок можно использовать в качестве сыпучего основного материала для теплопроводного заполнителя 112, тогда как угольную золу можно использовать в качестве сыпучего основного материала для диэлектрического заполнителя 114.

Согласно предпочтительному воплощению настоящего изобретения каждый из заполнителей 112 и 114 смеси 110 может содержать частицы различного размера, характеризующиеся несколькими параметрами, которые влияют на гидрофобные свойства смеси 110. Эти параметры могут включать вышеупомянутое распределение по размеру М угол контакта θ.

Как установлено, размеры капилляров можно значительно уменьшить, используя набухающие частицы, которые в одном воплощении могут быть включены в частицы заполнителей 112 и/или 114 или присоединены к ним. Иначе, набухающие частицы могут находиться в форме свободных частиц (например, порошка). Снова ссылаясь на фиг. 10, набухающая частица 116 присутствует в полости 115 между частицами заполнителей 112 и 114, подобно тому, как набухающая частица была включена в заполнитель 1.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения предложен способ защиты подземного объекта (например, резервуара, кабеля, провода, сети и т.д.). Этот способ включает приведенные ниже стадии, которые проиллюстрированы на блок-схеме фиг. 11. На первой стадии способа, обозначенной блоком 122, обеспечивают гидрофобную смесь (например, гидрофобную смесь 110), а на второй стадии, обозначенной блоком 124, объект окружают слоем гидрофобной смеси таким образом, чтобы этот слой был расположен между объектом и землей. Вторую стадию можно осуществлять любым способом, известным в данной области техники, например, обеспечивая канаву в земле, закладывая первый слой гидрофобной смеси в канаву, помещая объект на первый слой и покрывая объект дополнительным слоем гидрофобной смеси. Верхний слой гидрофобной смеси можно впоследствии покрыть слоем земли для предотвращения уноса смеси ветром или дождем.

На фиг. 12а схематически проиллюстрирован объект 130, углубленный в землю 132 и окруженный слоем 134 гидрофобной смеси в соответствии с настоящим изобретением.

- 31 014318

Когда подземный объект представляет собой масляный резервуар, один или более чем один датчик 129 можно расположить вблизи объекта внутри слоя 134 таким образом, чтобы следить за возможными утечками масла. Согласно предпочтительному в настоящее время воплощению изобретения гидрофобная смесь выбрана таким образом, чтобы была возможность поглощения или адсорбции в ней масла, следовательно, для усиления точного действия датчиков 129 с минимумом ложных сигналов. Это можно сделать, например, путем выбора основного материала таким образом, чтобы максимизировать адсорбирующую или поглощающую способность заполнителей. Показательный пример такого основного материала включает гранулы целлюлозы, которые могут обеспечить поглощающую способность примерно 1:1, но не ограничивается ими.

Данное воплощение особенно полезно, например, для предотвращения генерирования ложных сигналов протечки, как более подробно описано здесь выше.

Проблема протечек масла также существует в наземных масляных резервуарах, которые обычно расположены внутри дамбы для предотвращения протечек масла от достижения почвы под дамбой. Однако со временем эти дамбы наполняются дождевой водой, и в этом случае масляные протечки вытекают из дамбы, следовательно, загрязняют землю.

Теперь сделана ссылка на фиг. 12Ь, которая представляет собой схематическую иллюстрацию объекта 131 (например, масляного резервуара), расположенного в дамбе 135. Согласно предпочтительному воплощению настоящего изобретения окружение объекта 131 внутри дамбы 135 заполняют слоем 133 гидрофобных порошков (например, заполнителя 1, смеси 110 и т. д.). Предпочтительно, основной материал этих гидрофобных порошков выбран таким образом, чтобы максимизировать адсорбирующую или поглощающую способность слоя 133. Таким образом, если капли воды 136 отталкиваются слоем 133, масляные протечки 137 привлекаются им, таким образом, вызывая перелив воды из дамбы 135 и удерживая загрязняющее масло внутри.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения предложен способ производства гидрофобной смеси для защиты подземного объекта. Этот способ включает приведенные ниже стадии, которые проиллюстрированы на блок-схеме фиг. 13. На первой стадии способа, обозначенной блоком 142, производят теплопроводящий сыпучий гидрофобный заполнитель (например, заполнитель 112), на второй стадии, обозначенной блоком 144, производят диэлектрический сыпучий гидрофобный заполнитель (например, заполнитель 114), и на третьей стадии, обозначенной блоком 146, смешивают эти два заполнителя. Как более подробно описано выше, соотношение смешивания этих двух заполнителей выбрано таким образом, чтобы обеспечить электрическую изоляцию подземного объекта, а также отведение от него тепла.

Согласно предпочтительному воплощению настоящего изобретения способ может дополнительно включать возможную стадию, обозначенную блоком 148, на которой набухающие частицы (например, набухающие частицы 116) смешивают с теплопроводным и диэлектрическим сыпучими гидрофобными заполнителями, как более подробно описано здесь выше.

Возможно, и предпочтительно, способ может дополнительно включать дополнительную стадию, обозначенную блоком 150, на которой два заполнителя (и набухающие частицы в воплощении, в котором включены эти частицы) смешивают с одной или более чем одной добавкой, такой как, но не ограниченной ими, красящий агент, УФ-устойчивый агент, отбеливающий агент и абразивный агент, как подробно описано выше.

Дополнительные объекты, преимущества и новые признаки настоящего изобретения станут очевидны обычному специалисту в данной области техники после исследования приведенных ниже примеров, которые не ограничивают данное изобретение. Кроме того, каждое из различных воплощений и аспектов настоящего изобретения, как изложено здесь выше и как заявлено в формуле изобретения ниже, находят экспериментальное подтверждение в приведенных ниже примерах.

Примеры

Теперь сделана ссылка на приведенные ниже примеры, которые вместе с приведенными выше описаниями иллюстрируют изобретение, не ограничивая его.

Пример 1. Изготовление гидрофобного порошка. Общая методика.

Как описано здесь выше, гидрофобный порошок по настоящему изобретению включает один или более чем один выбранный элемент не в чистом состоянии с присоединенной к нему углеводородной цепью и, возможно, гидрофобную белую сажу. Состав гидрофобного порошка определяется заранее в соответствии с желаемым применением.

В случаях, где выбранный гидрофобный порошок не включает гидрофобную белую сажу, гидрофобный порошок предпочтительно получают путем поверхностного взаимодействия коллоидных частиц одного или более чем одного выбранного элемента не в чистом состоянии (например, карбоната кальция, карбоната магния, оксида кальция и т. д.) с жирной кислотой, имеющей по меньшей мере 10 атомов углерода в ее углеводородной цепи, с получением таким путем гидрофобного производного элемента в порошкообразной форме. Показательным примером такого гидрофобного порошка является стеарат кальция, который представляет собой имеющийся в продаже порошок, который в настоящее время используют в фармацевтических агентах и пластмассах. Однако такой гидрофобный порошок может быть по

- 32 014318 лучен, например, контаминацией карбоната кальция примесями, такими как оксид магния, оксид железа, оксид алюминия, кремнезем и сульфаты, и последующим взаимодействием полученного в результате кальция, находящегося не в чистом состоянии, со стеариновой кислотой.

В случаях, где гидрофобный порошок дополнительно включает гидрофобную белую сажу, полученную гидрофобную порошкообразную смесь получают путем смешивания заранее установленных количеств каждого из компонентов до получения однородности. Смешивание обычно продолжают в течение примерно 10 мин.

Показательный пример гидрофобных порошков, полученных в соответствии с настоящим изобретением, включает смесь стеарата кальция, имеющего средний размер частиц примерно 10 мкм (получен от КГаг-СПааФ Онатек, 1кгае1), и гидрофобной белой сажи, имеющей средний размер частиц не более чем 1 мкм (Лего811 Гите 8Шса, К-812, Ьу Оедикка, Сегтапу). Стеарат кальция и белую сажу смешивают в течение примерно 10 мин, и полученный в результате гидрофобный порошок имеет средний размер частиц не более чем 10 мкм.

Пример 2. Изготовление гидрофобных композиционных материалов. Общая методика.

Основной материал (как определено здесь выше) высушивают при температуре не ниже 104°С, пока его уровень влажности не снизится ниже 1% мас./мас. Эту процедуру проводят в закрытом смесительном сосуде, оборудованном отсасывающим каналом, снабженным клапаном, обеспечивающим открытие и закрытие. Иначе, предварительно высушенный основной материал помещают в смесительный сосуд, описанный выше, и нагревают до температуры не ниже 70°С.

Покрытие основного материала клейким слоем. Предварительную подготовку смеси клейкого слоя проводят в сосуде с мешалкой при температуре 40-90°С примерно в течение 10 мин (состав смеси определяют, как описано выше). Затем клейкий слой добавляют горячим в сосуд с мешалкой, описанный здесь выше, который содержит сухой основной материал. Затем полученную в результате смесь сухого основного материала и смесь клейкого слоя нагревают и смешивают, предпочтительно при 30-60 об./мин, так чтобы растворитель выпаривался с использованием системы отсасывания, описанной выше. Иначе, эту процедуру проводят без нагревания, используя собственное тепло материалов заполнителя, которое образуется во время процесса. Эту процедуру продолжают до тех пор, пока содержание растворителя не достигнет 0%, и обычно она длится 10-45 мин в зависимости от типа растворителя, используемого в смеси клейкого слоя. Выпаренный растворитель (например, органический растворитель) можно повторно использовать как с целью охраны окружающей среды, так и с экономической точки зрения.

В случаях, когда другие добавки добавляют в гидрофобный композиционный материал (например, красящие агенты, абразивный порошок, УФ-устойчивые агенты и т.д., как подробно описано здесь выше), эту добавку добавляют в сосуд с мешалкой на этой стадии, и смешивание продолжают, предпочтительно при 30-60 об./мин, в течение дополнительных 5 мин до получения однородности. Добавленные материалы должны быть высушены, так чтобы содержание в них влаги было менее чем 1%.

Покрытие основного материала, покрытого клейким слоем, гидрофобным порошком. Гидрофобный порошок готовят, как описано здесь выше, в отдельном сосуде. Полученную в результате выбранную гидрофобную смесь, как подробно описано здесь выше, добавляют в смесь основного материала. После добавления гидрофобной смеси канал отсасывания закрывают, чтобы предотвратить потерю гидрофобного материала. Смешивание продолжают в течение примерно 10 мин до тех пор, пока облако порошка полностью не исчезнет. Затем полученную в результате смесь подвергают отверждению в течение времени между 24 ч и 30 днями, в зависимости от выбранной гидрофобной смеси, получая готовый композиционный материал.

Суммарное время процесса между получением высушенного основного материала и получением основного материала, покрытого гидрофобным порошком, находится в интервале между 25 и 60 мин.

Пример 3. Изготовление гидрофобных композиционных материалов в холодном процессе. Общая методика.

Основной материал высушивают, как описано здесь выше, до достижения содержания влаги менее чем 1%. Высушенный основной материал можно хранить в закрытом сухом месте до использования для покрытия холодным без какой-либо необходимости в повторном нагревании.

Смесь клейкого слоя, которая предпочтительно содержит в данной методике 7% полиуретана и 93% этилацетата, готовят, как описано выше, а затем добавляют к высушенному основному материалу. Количество полученного в результате клейкого слоя в данном процессе обычно находится в интервале между 3 и 7% мас./мас. от сухой массы основного материала. Полученную смесь смешивают при комнатной температуре в течение примерно 10 мин до тех пор, пока этилацетат не выпарится до уровня 0%. Выпаренный этилацетат можно использовать повторно, вплоть до примерно 80% его содержания.

Затем добавляют выбранную смесь гидрофобного покрытия, как описано выше, и полученную в результате смесь смешивают в течение примерно 5 мин.

Готовый продукт получают после отверждения между 24 ч и 30 днями.

Пример 4. Изготовление гидрофобного песка.

Песок, такой как, например, кварцевый песок, имеющий размер частиц 600-800 мкм, высушивали, как описано здесь выше.

- 33 014318

В отдельном сосуде смешивали клейкую смесь, содержащую 9% мас./мас. полиуретана А1куба1 Р48, 55% в бензоле-ксилоле (получен от Вауег, Ссгшапу), 5% мас./мас. коммерческого жидкого асфальта (Ргет1ег 1430, получен от Рах-Каг 1кгае1) и 86% мас./мас. толуола (получен от Рги1агот, 1кгае1) при 70°С в течение примерно 10 мин, а затем добавляли к горячему песку. Смешивание продолжали примерно при 50 об./мин в течение 15 мин, в течение которых содержание толуола снизилось до 0%.

Гидрофобный порошок, состоящий из смеси между 14:1 и 3:1 стеарата кальция (получен от КРаг6йааб1 Онатек, 1кгае1) и гидрофобной белой сажи (Аегокй Рите 8Шеа, В-812, Ьу Эе^икка, Оегтапу), готовили в отдельном сосуде, смешивая компоненты примерно в течение 10 мин, а затем добавляли в горячий сосуд с мешалкой, содержащий песок, покрытый клейким слоем. Отсасывающий канал закрывали, и смешивание продолжали примерно в течение 10 мин при 50 об./мин. Затем продукт подвергали отверждению в течение 30 суток.

Пример 5. Изготовление гидрофобного песка, улучшенного избытком свободных частиц.

В поисках гидрофобного песка, обладающего улучшенной устойчивостью к подвижной воде, было обнаружено, что использование повышенного количества клейкого слоя (например, вплоть до 2% мас./мас. от сухого заполнителя) по сравнению с количеством, указанным в известных в настоящее время методиках изготовления гидрофобных композиционных материалов (см., например, патент США № 4474852), приводит в результате к повышенной устойчивости гидрофобного песка к динамическому износу, за счет добавления малых гидрофобных частиц к гидрофобному песку.

Эта повышенная устойчивость возникает в результате следующего: когда водная волна ударяется в гидрофобный песок, она отталкивает зерна друг от друга и, когда волна отступает, создается мгновенное давление снизу, которое, прежде всего, выталкивает легкие частицы. Эта миграция легких частиц происходит только в результате динамического движения, и частицы движутся по направлению к динамическому возбуждению, так что образуют тонкий осадок гидрофобных частиц, создающих дополнительный защитный слой. Вследствие сильных гидрофобных свойств этого осадка отступающая вода не выталкивает этот осадок, и тогда следующая волна будет сталкиваться с двойным слоем гидрофобной защиты.

Было обнаружено, что такие легкие частицы могут быть получены путем использования избыточного количества клейкого слоя. Таким образом, компоненты клейкого слоя, которые не присоединились к песку, образуют свободные легкие частицы, имеющие размер 1-50 мкм. Эти частицы становятся гидрофобными на второй стадии вместе с зернами песка и, поскольку они намного легче по массе, чем зерна песка, они в первую очередь привлекаются мгновенным давлением снизу после волны и, таким образом, образуют описанный осадок.

Подробный примерный способ изготовления такого гидрофобного песка, улучшенного свободными частицами, описан ниже.

Кварцевый песок, полученный из карьера, имеющий размер частиц 600-800 мкм, высушивали, как описано здесь выше.

В отдельном сосуде клейкую смесь, содержащую 15% мас./мас. полиуретана А1куба1 Р48, 55% в бензоле-ксилоле (получен от Вауег, Оегтаиу), 5% мас./мас. коммерческого жидкого асфальта (Ргет1ег 1430, получен от Рах-Каг, 1кгае1) и 80% мас./мас. толуола (получен от Рги1агот, 1кгае1) смешивали при 70°С в течение примерно 10 мин, а затем добавляли к горячему песку. Смешивание продолжали примерно в течение 15 мин при 50 об./мин, в течение которых содержание толуола снизилось до 0%. Количество полученного в результате клейкого слоя, осажденного на песке, составляло 2% мас./мас. от сухого песка.

Гидрофобный порошок, состоящий из смеси 14:1 стеарата кальция (получен от КРаг-ОИааЛ Онатек, 1кгае1) и гидрофобной белой сажи (Аегокй Рите 8Шеа, В-812, Ьу Эе^икка, Оегтапу), готовили в отдельном сосуде, смешивая компоненты примерно в течение 10 мин, а затем добавляли в горячий сосуд с мешалкой, содержащий песок, покрытый клейким слоем. Отсасывающий канал закрывали и смешивание продолжали примерно в течение 10 мин при 50 об./мин. Затем продукт подвергали отверждению в течение 30 суток.

Пример 6. Испытание на гидрофобность.

Когда гидрофобный песок производят серийно, необходимы текущие испытания качества гидрофобности готового продукта. Известные в настоящее время способы измеряют угол контакта или поверхностную энергию полученного гидрофобного песка. Однако, хотя при правильном применении эти два способа точны и надежны, они требуют дорогостоящего и точного оборудования, такого как микроскоп, компьютер и оптическое оборудование и, следовательно, эти способы пригодны для лабораторного, но не для простого и быстрого промышленного применения.

Поскольку необходимое испытание является сравнительным и предназначено для сравнения подобных партий продукции в отношении их гидрофобных характеристик, необходим простой, не затрачивающий время и экономически выгодный способ испытания, который был разработан следующим образом.

Стеклянный стакан наполняют водой примерно до половины его высоты. Небольшую воронку (песочное стекло) помещают над поверхностью воды. Стеклянный стакан помещают на электронные весы и устанавливают нулевой баланс. Затем гидрофобный песок добавляют в воронку до тех пор, пока комок

- 34 014318 песка не упадет в воду. Весы показывают массу гидрофобного песка для сравнения.

Принцип, лежащий в основе разработанного испытания, является следующим. Поскольку песок является гидрофобным, он изменяет поверхностное натяжение воды таким образом, что этот песок плавает на поверхности воды. Масса гидрофобного песка практически уравновешивается поверхностным натяжением. Гидрофобный песок пытается достичь минимально возможной области контакта с водой, так что зерна песка прилипают друг к другу, и комок песка направляется по направлению к центру стакана. Небольшая воронка сконструирована так, что поток песка является практически постоянным, и близость носика к воде гарантирует практическую флотацию песка и затрудняет действие любой кинетической энергии, которая может заставить комок песка преждевременно упасть.

Для сравнения различных образцов песка в идентичных условиях, насколько это возможно, должны выполняться следующие правила:

вода должна поступать из одного и того же источника и предпочтительно должна быть дистиллированной;

температура воды должна быть идентичной во всех испытуемых образцах;

испытание должно начинаться, когда вода находится в статическом состоянии, предпочтительно в закрытом пространстве;

все другие приспособления для испытания должны быть идентичными (стакан, воронка, песок и т.д.);

ряд испытаний должен проводиться параллельно, с соблюдением правил статистики.

Испытание можно проводить автоматически, путем встраивания электрического стопорного механизма в носик воронки и детектора, который показывает точный момент, когда комок песка падает, а затем удерживает песок плавающим с помощью запирающего клапана.

Пример 7. Испытание на коррозию.

С целью проверки защитной способности гидрофобного песка по настоящему изобретению против коррозии железа провели следующее испытание на коррозию.

В контейнер, наполненный морским песком, внесли три стандартных полигональных железных арматурных стержня диаметром 10 мм. Эти три стержня имели одинаковую длину и массу. Первый стержень был покрыт бетоном по всей длине в диаметре примерно 10 см на расстоянии до наконечника стержня, который был оставлен открытым для электрического соединения. На основании предположения, что уровень коррозии внутри залитого и прессованного бетона должен быть минимальным, этот стержень должен был служить в качестве контроля против двух других стержней, и назван здесь ниже контрольным стержнем. Второй стержень был оставлен в натуральном состоянии и погружен в морской песок в таком виде на расстоянии до его наконечника, который был оставлен открытым для электрического соединения, и назван здесь ниже натуральным стержнем. Третий стержень был погружен в морской песок окруженным по всей длине гидрофобным песком по настоящему изобретению (полученным, как описано в примере 4) в диаметре примерно 10 см на расстоянии до его наконечника, который был оставлен открытым для электрического соединения, и назван здесь ниже гидрофобным стержнем.

Второй (натуральный) и третий (гидрофобный) стержни соединяли электрической цепью со стержнем, помещенным в бетон (контрольным) через резисторы сопротивлением 100 Ом.

Морской песок увлажняли водой, содержащей 8% хлорида натрия, добавленного для ускорения процесса коррозии. Увлажнение песка проводили один раз в две недели, чтобы дать возможность естественного высыхания за счет испарения.

Электрические потенциалы между вторым натуральным стержнем (натуральный) и контролем, а также между третьим гидрофобным стержнем (гидрофобный) и контрольным стержнем измеряли ежедневно. Полученные данные показывают, что разность потенциалов между натуральным стержнем и контрольным стержнем стабилизировалась на фиксированном уровне (примерно 100 мВ), подтверждая, таким образом, протекающий процесс коррозии в натуральном стержне, тогда как разность потенциалов между гидрофобным стержнем и контрольным стержнем все время оставалась на нулевом уровне, подтверждая, что коррозия не происходит и что этот песок действительно защищает железный стержень против коррозии.

Выемка стержней через шесть месяцев показала отсутствие признаков коррозии на гидрофобном стержне, тогда как натуральный стержень потерял 2,5% его исходной массы.

С целью получения промежуточных данных перед вышеописанным лабораторным испытанием непокрытые металлические канцелярские скрепки помещали в коробку, содержащую на одной половине обычный песок, а на другой половине гидрофобный песок по настоящему изобретению, так что половина скрепок была погружена в обычный песок, а другая половина - в гидрофобный песок по настоящему изобретению (полученный, как описано в примере 4). Эксперимент проводили с 10 идентичными коробками таких скрепок.

В дополнительном эксперименте 10 пар обычных батареек ААА погружали в садовую почву, причем одну батарейку из каждой пары погружали в гидрофобный песок по настоящему изобретению.

Коробки с канцелярскими скрепками увлажняли соленой водой примерно в течение двух недель, в то время как пары батареек оставляли углубленными в течение примерно двух месяцев при смене сезо

- 35 014318 нов между зимой и весной, так что почва увлажнялась как дождевой водой, так и искусственным поливом, что является правилом для обычной садовой почвы.

Через две недели все открытые коробки с канцелярскими скрепками показали идентичный результат коррозии и ржавчины в половине канцелярских скрепок, погруженной в обычный песок, тогда как другая половина коробок канцелярских скрепок, погруженных в гидрофобный песок по настоящему изобретению, осталась незатронутой, без признаков коррозии.

Все батарейки, углубленные в обычную садовую землю, показали признаки коррозии на различных уровнях, и в этих батарейках не измерялось никакое электрическое напряжение, тогда как никаких признаков коррозии не наблюдалось ни в одной батарейке, углубленной в гидрофобный песок по настоящему изобретению, и напряжение в этих батарейках действительно сохранилось.

Пример 8. Испытание на разъедание.

Большинство известных в настоящее время герметизирующих составов обычно испытывают на устойчивость к статической воде, то есть к воде с нулевой кинетической энергией. В данной ситуации разъедание герметизирующего состава происходит в результате взаимодействия между водой и материалом, адсорбции жидкости, расширения или сжатия и в результате размножения различных организмов в стоячей воде, которое также ускоряет процесс разъедания герметизирующего состава.

Однако в реальных условиях герметизирующий состав должен также выдерживать динамическую воду, поскольку в большинстве случаев вода обладает кинетической энергией. В каждом случае увлажнения, естественного или искусственного, можно наблюдать вертикальное или горизонтальное движение воды, напоминающее волну. Как морская волна, которая выплескивается на берег и вызывает разрушение почвы и ее эрозию по мере отступления воды, при увлажнении водная волна ускоряет разъедание герметизирующего состава, и такое разъедание происходит намного быстрее, чем разъедание, вызванное статической водой.

В основном разъедание при движении воды в природе вызывается твердыми веществами, переносимыми водой, таких как песок, различные составы и т. д. Следовательно, с целью создания подобия природного разъедания в воду следует добавить разъедающий материал, такой как порошок оксида железа (Бе20з).

Вследствие отсутствия данных, отражающих эффект реального разъедания, провели сравнительные испытания с целью определения срока годности гидрофобных песков по настоящему изобретению по сравнению с другими герметизирующими составами и необходимой толщины гидрофобных песков по настоящему изобретению.

Таким образом, было проведено две серии испытаний. Первая серия испытаний проведена с целью сравнения между слоями полистирола, поливинилхлорида (ПВХ), битумного листа, гидрофобного песка по настоящему изобретению (см. пример 4) и гидрофобного песка, улучшенного свободными частицами, по настоящему изобретению (см. пример 5). Во второй серии пять образцов гидрофобного песка, улучшенного свободными частицами, по настоящему изобретению (пример 5), имеющих разную толщину между 1 см и 5 см испытывали на разъедание их водой.

Испытания проводили следующим образом. Был изготовлен прозрачный стеклянный стакан, оборудованный металлической крышкой с нажимным механизмом. В эту металлическую крышку помещали слой пористого материала, на который клали испытуемый герметизирующий состав, так чтобы образец был расположен над краем стеклянного стакана. Воду, содержащую 10% железного порошка, добавляли в стакан, так чтобы заполнить четверть его площади. Крышку надевали сверху на стакан, причем образец герметизирующего состава служит в качестве прокладки. Закрытый стакан устанавливали в перевернутом положении, крышкой вниз, так чтобы вода покрывала образец.

Пять стаканов, каждый из которых содержал различный герметизирующий состав или одинаковый герметизирующий состав, имеющий различную толщину, помещали вместе на роторный поворотный стол, вращаемый при средней скорости вплоть до 45 об./мин. Поскольку эти испытания были сравнительными, стаканы вращали вместе, создавая, таким образом, относительно круговое движение воды вокруг каждого стакана. Стаканы снимали, когда вода проникала через поверхность герметизирующего состава и достигала нижней части пористого материала. Суммарное время вращения каждого стакана отмечали, считая, что одно вращение воды в стакане воспроизводит один цикл увлажнения или одну волну. Поскольку срок службы до износа листа ПВХ известен, определили коэффициент для числа увлажнений в сутки, так чтобы время испытания можно было сравнивать на основании срока годности до износа герметизирующих составов в месяцах.

Полученные данные указывают на то, что стакан, содержащий полистирол, снимали после 4 суток, и, кроме того, указывает на то, что вода не проникает через поверхность герметизирующего состава в стаканах, содержащих гидрофобные пески по настоящему изобретению, после двух месяцев.

Пример 9.

Прочность гидрофобных композиционных материалов при внешнем давлении.

Способность гидрофобных заполнителей выдерживать давление воды пропорциональна косинусу угла контакта и обратно пропорциональна радиусу капилляров или радиусу просвета между зернами. Следовательно, с целью получения гидрофобного заполнителя, который способен выдерживать высокое

- 36 014318 давление воды без разрушения или потери его гидрофобности, следует использовать заполнитель, имеющий маленький размер частиц (такой, что радиус просвета между зернами минимален), покрытый гидрофобным слоем, с высоким углом контакта.

С целью измерения способности гидрофобных заполнителей выдерживать временное и постоянное давление, было разработано следующее испытание.

В дне широкого и глубокого ведра делали отверстия, которые покрывали пористой тканью, пропускающей воду, но не песок. Ведро наполняли гидрофобным песком.

Носик длинного шприца отрезали, так что получался однородный цилиндр. Площадь поперечного среза шприца выбрали для удобства 1 см². По наружной стороне ведра протягивали резиновые повязки, чтобы сделать ее шероховатой, и наружную поверхность шприца дополнительно покрыли битумной пастой (или любым другим клеевым агентом на неводной основе), чтобы приклеить к нему гидрофобный песок и, таким образом, предотвратить прохождение воды через шприц в гидрофобный песок.

Шприц вставляли в гидрофобный песок в ведре так, чтобы создать расстояние от отрезанного носика до дна ведра, служащее как толщина испытуемого слоя. Шприц прикрепляли к стенкам ведра с двух сторон, так чтобы расстояние до шприца от любой стенки было больше, чем толщина испытуемого слоя, чтобы предотвратить заполнение кратчайшего расстояния водой.

Верхушку поршня расширяли, чтобы обеспечить удерживание на ней грузов, и модифицированный таким образом поршень точно взвешивали.

Затем шприц наполовину наполняли водой и осторожно вставляли в него поршень.

Помещая грузы на верхушку поршня, можно измерять давления длинного пути, а также установить давление выброса.

Такое испытание дает возможность проводить сравнительные испытания способности выдерживать давление воды различными гидрофобными заполнителями, предполагая, что заполнитель является не прессованным. Это предположение можно тщательно проверить для каждого испытуемого типа гидрофобного заполнителя.

В качестве показательного примера вышеописанное испытание проводили с гидрофобным песком, полученным, как описано здесь выше, имеющего размер зерен между 300 и 600 мкм, и гидрофобным порошком, который образует с водой угол контакта 130°С.

Груз 3 кг (включая собственную массу поршня) помещали на поршень на 48 ч. Напор воды оставался неизменным в течение этого периода времени.

Затем нагрузку постепенно увеличивали до тех пор, пока не происходил выброс при 4,6 кг.

Пример 10. Определение количества клейкого слоя.

Материалы заполнителя, которые применимы в гидрофобных композиционных материалах по настоящему изобретению, представляют собой гранулированные или сыпучие материалы, каждый из которых характеризуется различной формой, площадью поверхности, поглощающей способностью, текстурой поверхности и различными другими механическими и химическими характеристиками. Следовательно, различные материалы заполнителя поглощают различные количества клейкого слоя по настоящему изобретению до их полного покрытия.

Поэтому желательно вычислить количество клейкого слоя, необходимое для покрытия конкретного основного материала, как с экономической точки зрения, так и с целью получения гидрофобных композиционных материалов, улучшенных свободными частицами, для которых требуется избыточное количество клейкого слоя, как подробно описано здесь выше (см. пример 5).

С целью определения количества клейкого слоя, которое необходимо до полного покрытия определенного основного материала, разработано следующее испытание.

Сначала испытуемый основной материал просеивают для удаления мелких частиц. Затем отмеренные образцы оставшегося материала точно взвешивают. Затем основной материал покрывают клейким слоем и гидрофобным порошком, как описано здесь выше, причем количество клейкого слоя намного выше, чем при типичных методиках, а количество гидрофобного порошка является стандартным и точно взвешивается. Как описано здесь выше (в примере 5), такие высокие количества клейкого слоя дают в результате гидрофобный песок, имеющий избыток свободных частиц.

Затем полученный гидрофобный композиционный материал подвергают отверждению, а затем снова пропускают через то же сито, как ранее, для удаления образовавшихся свободных частиц. Отмеренные объемы образцов просеянных гидрофобных композиционных материалов точно взвешивают. Массу добавленного гидрофобного порошка вычитают из массы гидрофобного композиционного материала, и полученную в результате массу делят на исходную массу образца. Полученное отношение выражает относительное количество клейкого слоя в композиционном материале.

Далее приведен показательный пример описанного испытания.

Обычный строительный песок просеивали через сито с размером ячейки 200 мкм для удаления мелких частиц. Три образца по 500 см³ каждого взвешивали, получив следующие результаты: образец 1 = 812 г; образец 2 = 836 г; образец 3 = 821 г; средняя масса = 823 г.

Затем этот просеянный песок покрывали 20 г клейкого слоя и 1,5 г гидрофобного порошка на каждые 823 г количества смеси.

- 37 014318

После отверждения песок повторно просеивали, используя то же сито, как выше, для удаления свободных частиц.

Три образца гидрофобного песка снова взвешивали, получив следующие результаты: образец 1 = 818 г; образец 2 = 839,3 г; образец 3 = 832,1 г; средняя масса = 829,8 г.

Вычитанием количества гидрофобного порошка (1,5) получили отношение (829,8-1,5)/823 = 0,64%, выражающее количество клейкого слоя, отложившегося на материале заполнителя в процессе.

Пример 11. Изготовление гидрофобных композиционных материалов, используя клейкий слой на водной основе. Общая методика.

Гидрофобные композиционные материалы, имеющие основной материал и гидрофобный материал, связанный с ним посредством клейкого слоя на водной основе, согласно настоящему изобретению, в целом готовят, как описано ниже.

Высушивание основного материала. Основной материал (как определено здесь выше) высушивают при температуре не ниже 90°С до тех пор, пока уровень его влажности не достигнет значения менее 1% мас./мас. Эту процедуру проводят в закрытом сосуде с мешалкой, оборудованном отсасывающим каналом, снабженным клапаном, обеспечивающим открытие и закрытие. Иначе, предварительно высушенный основной материал помещают в печь с открытым пламенем и нагревают до температуры не ниже 70°С.

Покрытие основного материала клейким слоем на водной основе. Предварительную подготовку смеси клейкого слоя, содержащей клеевой агент на водной основе и воду в отношении от 1: до 99:1, предпочтительно 1:2, проводят в сосуде с мешалкой при температуре 40-90°С примерно в течение 10 мин. Затем клейкую смесь добавляют горячей в сосуд с мешалкой, описанный здесь выше, который содержит сухой основной материал. Полученную в результате смесь сухого основного материала и смеси клейкого слоя смешивают, предпочтительно при 30-60 об./мин, и возможно, дополнительно нагревают, а затем высушивают на барабане, используя внутренне тепло, образованное во время реакции, возможно в сочетании с внешним нагреванием и/или обдувом с целью увеличения скорости высушивания. Эту процедуру продолжают до тех пор, пока содержание воды не достигает 0%, и обычно ее продолжают в течение 30 мин.

В случаях, когда другие добавки добавляют в гидрофобный композиционный материал (например, красящие агенты, абразивный порошок, УФ-устойчивые агенты и т.д., как подробно описано здесь выше), эту добавку добавляют в сосуд с мешалкой на этой стадии, и смешивание продолжают, предпочтительно при 30-60 об./мин, в течение дополнительных 5 мин до получения однородности.

Добавленные материалы должны быть высушены так, чтобы содержание в них влаги было менее чем 1%.

Покрытие основного материала, покрытого клейким слоем на водной основе, гидрофобным порошком. Выбранный гидрофобный материал, как подробно описано здесь выше, добавляют в смесь основного материала. После добавления гидрофобного материала канал отсасывания закрывают, чтобы предотвратить потерю гидрофобного материала. Затем полученную в результате смесь подвергают отверждению в течение времени между 24 ч и 7 сутками в зависимости от выбранного гидрофобного материала с получением готового композиционного материала.

Пример 12. Изготовление гидрофобного песка, имеющего клейкий слой на водной основе.

В качестве показательных примеров клейких слоев на водной основе, которые можно эффективно использовать для связывания гидрофобного материала с основным материалом, были выбраны битумнолатексные клейкие материалы и битумно-полимерные клейкие материалы. Эти клейкие материалы представляют собой клеевые агенты на водной основе, которые известны и обычно продаются как гидроизоляционные пасты. В настоящее время доступны разнообразные битумные клеевые агенты, которые отличаются друг от друга различными физическими и химическими свойствами, такими как температура затвердевания, стабильность в кислой или щелочной среде, простота в использовании и тому подобное.

Показательные примеры гидрофобного песка, имеющего клейкий слой на водной основе и покрытого кальций-стеаратным гидрофобным порошком, полученные, как описано выше, получили согласно методикам, описанным выше, используя в качестве клейкого слоя смесь следующих клеевых агентов с водой: ВПитПсх (Ьу Вйит, 4 Луехйа 51г.. НагГа 15гае1) и Е1а5Юрах (Ьу Рахкаг, А1оп Тауог, ЛГи1а. 15гае1).

Гидрофобность полученных в результате композиционных материалов испытывали, как описано здесь выше, используя тест контактного угла. Наблюдали контактный угол 140°, что ясно указывало на то, что все композиционные материалы, содержащие клейкий слой на водной основе, можно эффективно использовать в различных применениях. Высокие эксплуатационные характеристики, показанные этими гидрофобными композиционными материалами, главным образом связаны с их лучшей силой сцепления после высушивания. Лучшее качество этих вяжущих слоев на водной основе, кроме того, связано с их анионной характеристикой, которая обеспечивает улучшенное улавливание воздуха, что, как обсуждено здесь выше, является большим преимуществом. Предполагают, что анионная природа заставляет частицы стеарата кальция вертикально прилипать к поверхности, посредством чего достигается клеточная структура, которая обеспечивает улавливание воздуха.

Понятно, что некоторые признаки изобретения, которые для ясности описаны в контексте отдель

- 38 014318 ных воплощений, могут быть также предложены в комбинации в одном воплощении. Напротив, различные признаки изобретения, которые для краткости описаны в контексте одного воплощения, могут быть также предложены отдельно или в любой подходящей дополнительной комбинации.

Хотя изобретение описано в связи с его конкретными воплощениями, очевидно, что многие альтернативы, модификации и варианты будут понятны специалистам в данной области техники. Соответственно, следует принимать все такие альтернативы, модификации и варианты включенными в сущность изобретения и широкий объем прилагаемой формулы изобретения. Все публикации, патенты и патентные заявки, упомянутые в данном описании, включены здесь в описание в их полном объеме путем ссылки до той степени, как если бы каждая индивидуальная публикация, патент или патентная заявка были конкретно и индивидуально указаны как включенные здесь путем ссылки. Кроме того, цитирование или идентификацию любой ссылки в данной заявке не следует рассматривать как допущение, что такая ссылка доступна в качестве предшествующего уровня техники для настоящего изобретения.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Гидрофобный композиционный материал, содержащий сыпучий основной материал, частицы которого покрыты гидрофобным порошком, где указанный гидрофобный порошок содержит по меньшей мере один несвободный химический элемент с присоединенной к нему углеводородной цепью, и указанный гидрофобный порошок связан с частицами указанного сыпучего основного материала клейким слоем на водной основе.
2. Гидрофобный композиционный материал по п.1, где указанная углеводородная цепь содержит по меньшей мере 10 атомов углерода.
3. Гидрофобный композиционный материал по п.1 или 2, где указанная углеводородная цепь ковалентно присоединена к указанному по меньшей мере одному несвободному химическому элементу.
4. Гидрофобный композиционный материал по любому из пп.1-3, где указанная углеводородная цепь представляет собой остаток жирной кислоты, имеющий по меньшей мере 12 атомов углерода.
5. Гидрофобный композиционный материал по п.4, где указанная жирная кислота выбрана из группы, состоящей из стеариновой кислоты, лауриновой кислоты, миристиновой кислоты, пальмитиновой кислоты, олеиновой кислоты, линоленовой кислоты и арахидоновой кислоты.
6. Гидрофобный композиционный материал по любому из пп.1-5, где указанный по меньшей мере один несвободный химический элемент выбран из группы, состоящей из металлического элемента, металлоида и переходного металлического элемента.
7. Гидрофобный композиционный материал по любому из пп.1-6, где указанный по меньшей мере один несвободный химический элемент выбран из группы, состоящей из магния, кальция, алюминия, цинка, натрия, бария, циркония, марганца, титана, ванадия, хрома, железа и их комбинаций.
8. Гидрофобный композиционный материал по любому из пп.1-7, где указанный гидрофобный порошок имеет средний размер частиц в интервале от 0,02 до 50 мкм.
9. Гидрофобный композиционный материал по любому из пп.1-8, где указанный гидрофобный порошок имеет площадь поверхности в интервале от 1 до 60 м²/г.
10. Гидрофобный композиционный материал по любому из пп.1-9, где указанный основной материал представляет собой гранулированный материал.
11. Гидрофобный композиционный материал по любому из пп.1-10, где указанный основной материал выбран из группы, состоящей из песка, гравия, шлака, порцелланита, доломита, фарфора, базальта, кварцевого песка, угольной золы, мела, цеолита, монтморрилонита, агапултита, флинта, бентонита, перлита, слюды, древесной стружки, ореховой скорлупы, опилок и их комбинаций.
12. Гидрофобный композиционный материал по любому из пп.1-11, где указанный основной материал имеет средний размер частиц в интервале от 25 мм до 5 мкм.
13. Гидрофобный композиционный материал по любому из пп.1-12, где указанный основной материал представляет собой кварцевый песок.
14. Гидрофобный композиционный материал по любому из пп.1-13, где указанный клейкий слой содержит пленкообразующий агент.
15. Гидрофобный композиционный материал по п.14, где указанный пленкообразующий агент представляет собой пленкообразующий полиуретан.
16. Гидрофобный композиционный материал по любому из пп.1-15, где указанный клейкий слой дополнительно содержит клеевой агент, включающий летучий углеводород, имеющий по меньшей мере 12 атомов углерода.
17. Гидрофобный композиционный материал по п.16, где указанный клеевой агент выбран из группы, состоящей из жидкого асфальта, парафинового воска, пчелиного воска, ланолинового воска, льняного масла и их комбинаций.
18. Гидрофобный композиционный материал по любому из пп.1-15, где указанный клейкий слой содержит клеевой агент на водной основе.
19. Гидрофобный композиционный материал по любому из пп.16-18, где содержание указанного

- 39 014318 клеевого агента составляет примерно от 0,1 до 50 мас.% указанного клейкого слоя.
20. Гидрофобный композиционный материал по любому из пп.1-19, где указанный гидрофобный порошок дополнительно содержит гидрофобную белую сажу.
21. Гидрофобный композиционный материал по п.20, где содержание указанной гидрофобной белой сажи составляет от 1 до 99 мас.% указанного гидрофобного порошка.
22. Гидрофобный композиционный материал по любому из пп.1-21, где содержание указанного клейкого слоя составляет примерно от 0,5 до 7 мас.% гидрофобного композиционного материала.
23. Гидрофобный композиционный материал по любому из пп.1-22, где содержание указанного гидрофобного порошка составляет примерно от 0,1 до 5 мас.% гидрофобного композиционного материала.
24. Гидрофобный композиционный материал по любому из пп.1-23, дополнительно содержащий по меньшей мере одну добавку, выбранную из группы, состоящей из красящего агента, УФ-устойчивого агента, отбеливающего агента и абразивного агента.
25. Гидрофобный композиционный материал по п.24, где содержание указанного красящего агента составляет примерно от 0,1 до 2 мас.% гидрофобного композиционного материала.
26. Гидрофобный композиционный материал по п.24 или 25, где содержание как указанного УФустойчивого агента, так и указанного отбеливающего агента составляет примерно от 0,01 до 2 мас.% гидрофобного композиционного материала.
27. Способ получения гидрофобного композиционного материала, при котором наносят клейкий слой на частицы сыпучего основного материала;

затем покрывают указанные частицы основного материала гидрофобным порошком, где указанный гидрофобный порошок включает по меньшей мере один несвободный химический элемент с присоединенной к нему углеводородной цепью, получая таким образом гидрофобный композиционный материал, где указанный клейкий слой связывает указанный гидрофобный порошок с указанными частицами основного материала, где указанный клейкий слой содержит пленкообразующий агент и указанное нанесение включает смешивание указанного основного материала с клейкой смесью, содержащей указанный пленкообразующий агент и летучий растворитель, удаление всего указанного летучего растворителя из смеси указанного основного материала и указанной клейкой смеси с получением в результате частиц указанного основного материала с нанесенным на них указанным клейким слоем.
28. Способ по п.27, дополнительно включающий высушивание указанного основного материала перед указанным нанесением.
29. Способ по п.27 или 28, дополнительно включающий высушивание указанного основного материала перед указанным смешиванием.
30. Способ по любому из пп.27-29, дополнительно включающий после указанного покрытия отверждение указанного гидрофобного композиционного материала.
31. Способ по любому из пп.27-30, где указанное удаление указанного летучего растворителя проводят путем испарительного нагревания.
32. Способ по любому из пп.27-31, где указанное удаление указанного летучего растворителя проводят при комнатной температуре.
33. Способ по любому из пп.27-32, где указанный летучий растворитель представляет собой органический растворитель, имеющий температуру кипения в интервале примерно от 80 до 200°С.
34. Способ по любому из пп.27-33, дополнительно включающий перед указанным покрытием смешивание указанного основного материала с добавкой, выбранной из группы, состоящей из красящего агента, УФ-устойчивого агента, отбеливающего агента и абразивного агента.
35. Способ по любому из пп.27-34, дополнительно включающий перед указанным покрытием смешивание указанных частиц основного материала, на которые нанесен указанный клейкий слой, с добавкой, выбранной из группы, состоящей из красящего агента, УФ-устойчивого агента, отбеливающего агента и абразивного агента.
36. Способ по любому из пп.27-35, где указанный основной материал представляет собой гранулированный материал.
37. Способ по любому из пп.27-36, где указанный основной материал выбран из группы, состоящей из песка, гравия, шлака, каолина, доломита, фарфора, базальта, кварцевого песка, угольной золы, мела, цеолита, монтморрилонита, агапултита, флинта, бентонита, перлита, слюды, древесной стружки, ореховой скорлупы, опилок и их комбинаций.
38. Способ по любому из пп.27-36, где средний размер частиц указанного основного материала находится в интервале от 25 мм до 5 мкм.
39. Способ по любому из пп.27-38, где указанный основной материал представляет собой кварцевый песок.
40. Способ по любому из пп.27-39, где указанная клейкая смесь дополнительно содержит клеевой агент, включающий в себя летучий углеводород, имеющий по меньшей мере 12 атомов углерода.
41. Способ по п.40, где указанный клеевой агент выбран из группы, состоящей из жидкого асфаль

- 40 014318 та, парафинового воска, пчелиного воска, ланолинового воска, льняного масла и их комбинаций.
42. Способ по любому из пп.27-41, где средний размер частиц указанного гидрофобного порошка находится в интервале от 0,02 до 50 мкм.
43. Способ по любому из пп.27-42, где указанный гидрофобный порошок имеет площадь поверхности в интервале от 1 до 60 м²/г.
44. Способ по любому из пп.27-43, где указанный гидрофобный порошок дополнительно содержит гидрофобную белую сажу.
45. Способ по п.44, где содержание указанной гидрофобной белой сажи составляет от 1 до 99 мас.% указанного гидрофобного порошка.
46. Способ по пп.27-45, где содержание указанного клейкого слоя составляет примерно от 0,5 до 7 мас.% от указанного гидрофобного композиционного материала.
47. Способ по любому из пп.27-46, где содержание указанного гидрофобного порошка составляет примерно от 0,1 до 5 мас.% от указанного гидрофобного композиционного материала.
48. Способ получения гидрофобного композиционного материала, при котором наносят клейкий слой на частицы сыпучего основного материала;

затем покрывают указанные частицы основного материала гидрофобным порошком, где указанный гидрофобный порошок включает по меньшей мере один несвободный химический элемент с присоединенной к нему углеводородной цепью, получая таким образом гидрофобный композиционный материал, где указанный клейкий слой связывает указанный гидрофобный порошок с указанными частицами основного материала, где указанный клейкий слой содержит клеевой агент на водной основе и указанное нанесение включает смешивание указанного основного материала с водной клейкой смесью, содержащей указанный клеевой агент на водной основе и водный растворитель, удаление всего указанного водного растворителя из указанной смеси указанного основного материала и указанной клейкой смеси с получением в результате частиц указанного основного материала с нанесенным на них указанным клейким слоем.
49. Способ по п.48, где концентрация указанного клеевого агента на водной основе в указанной водной клейкой смеси находится в интервале примерно от 1 до 99 мас.%.
50. Способ по п.48 или 49, где указанный водный растворитель представляет собой воду.
51. Способ по любому из пп.48-50, где удаление указанного водного растворителя проводят барабанной сушкой.
52. Способ по любому из пп.48-51, дополнительно включающий перед указанным покрытием смешивание указанных частиц основного материала с нанесенным на них указанным клейким слоем с добавкой, выбранной из группы, состоящей из красящего агента, УФ-устойчивого агента, отбеливающего агента и абразивного агента.