PL117181B1 - Method of manufacture of silicone resin water emulsion free of organic solvents intended for waterproofinge soderzhahhejj organicheskikh rastvoritelejj,prednaznachennojj dlja vodoottalkivajuhhego impregnirovanija - Google Patents

Description

Opis patentowy opublikowano: 15.11.1982 Int. Cl.3 C08L 83/04 B01F 17/54 CZY fELNIA Twórcy wynalazku: Pawel Rosciszewski, Dariusz Lachiewicz, Elzbieta Cedzidlo Uprawniony z patentu: Instytut Chemii Przemyslowej, Warszawa (Polska) Sposób otrzymywania wodnej emulsji zywic silikonowych nie zawierajacej rozpuszczalników organicznych przeznaczonej do impregnacji wodoodpornej Przedni/lotem wynalazku jest sposób otrzymywa¬ nia wodnej emulsji zywic silikonowych nie zawie¬ rajacej rOzpuszczalniijków organicznych, przeznaczo¬ nej do impregnacji wodojodpornej materialów po¬ rowatych- zwlaszcza budowlanych.Stosowane coraz powszechniej w budownictwie rózne .porowate materialy krzemianowe odznacza¬ ja sie znaczna chlonnoscia wody, co powoduje ob¬ nizenie ich wlasnosci termoizolacyjnych, a takze prowadzi do erozyjnego niszczenia tych materia¬ lów przy oddzialywaniu róznych czynników at¬ mosferycznych.W celu zwiekszenia wodoodpornosci tych mate¬ rialów stosuje sie, do ich impregnacji^ miedzy innymi caly szereg srodków silikonowych, które pozwalaja uzyskac znaczne obnizenie wodochlon- nosci materialów dochodzace do 9(yYo materialu nieimpregncwaneglo.Do typowych, impregnujacych srodków siliko¬ nowych naleza roztwory zywic metyloiSfiiliikcnowych w rozpuszczalnikach organicznych, kompozycje oparte na olejach imetylowodorosalekonowych oraz roztwory wodne alkilosilikonianów sodu potasu.Ostatnio rozpoczeto stosowanie w budownictwie wielobarwnych farb silikonowych, dajacych po¬ wloki hydrofobowe przepuszczalne dla gazów i pary wodnej.Wymienione wyzej srodki hydrofobowe,, oprócz szeregu zalet posiadaja takze wady, na przyklad, wiele z nich zawiera rozpuszczalniki organiczne 10 15 jak na przyklad srodki i farby rozpuszczalnikowe, a takze emulsje wodne rotztworów zywic silikloino*- wych zname na ptrzyklad z ofcafeu patentowegc polskiego nr 100 38S, sttwajnzajace Hagronenie tok¬ syczne i pozarowe.Dosc szeroko stosowane adkikeiiikbiiaany sodu lub potaisu odJzmaciz&ja sie znapzna alkalicznos¬ cia, co równiez wplywa na ogrannczelnue ich sto¬ sowania jako srodków hydrofobowych zwlaszcza w przypadku delikatnych smatoetriailów wrazliwych na alkalia.Znane sa sposoby otrzymywania stabilnych emulsji wodnych odegów silakonotwych, a zwlasz¬ cza metylosilikonotwych i nietylowodorosilikono- wych o róznych lepkosciach z uzyciem róznych emulgatorów niejonpjwyfch i jotno|wjych jak np. opisane w opisach patentowych polskich 71486, 73 620, 96 268, 98 573. Oleje te sa czystymi ciek¬ lymi polimerami krzemoorganicznymi o gestosci zblizonej do wody i ich emulgowanie jest sto¬ sunkowo latwe a otrzymane emulsje nie zawie¬ raja lotnych i palnych skladników i sa. przez¬ naczone do róznych zastosowan poza budowni¬ ctwem.Znana jest wrazliwosc emulsji silikonowych na temperatury zarówno na obnizone {ponizej 270 K) jak podwyzszone (powyzej 300 K) i dotychczas nie znane byly sposoby ich wygrzewania.Stwierdzono, ze sposobem wedlug wynalazku mozna otrzymac emulsje wodne zywic silikono- 117 181117 181 wych, które nie zawieraja rozpuszczalników or¬ ganicznych i równoczesnie nadaja dobre wlas¬ nosci hydrofobowe impregnowanym materialom.Wymieniony sposób polega na tym, ze do wod¬ nego roztworu emulgatora niejonowego i/lub 5 anionowego tak dobranego, aby napiecie po¬ wierzchniowe jego wodnego roztworu bylo zbli¬ zone do napiecia powierzchniowego roztworów zywic silikonowych, dodaje sie roztwór malo -czasteczkowej zywicy silikonowej, szybkoschna- 10 cej o wysokim stopniu usieciowania w kompo¬ zycji rozpuszczalników organicznych tworzacych z woda mieszanine azeotropowa, emulguje sie, a nastepnie odpedza sie rozpuszczalniki organiczne na TOb$jtze" azeotropowej destylacji pod obnizonym is cisiieftiem w temperaturze ponizej 320 K przy intensywnym mieszaniu.W sposobie tym stosuje sie jako zywice siliko¬ nowe — zywice alkilo i lub alkilo-arylosillikono- we maloczasteczkowe szybkoschnace o stosunku 20 molowym R/Si w zakresie od 1,0 do 1,3 naj¬ korzystniej 1,05 do 1,20, a zwlaszcza zywice me- tylosiiikonowe lub metyiofenylasilikoinoiwej przy czym stosunek molowy CH3/Si jest nie mniejszy niz 0,85. Zywice te zawieraja dodatkowo reaktyw- 21 ne grupy silanolowe w ilosci nie mniejszej niz 0,20%. Roztwór takiej zywicy przygotowuje sie w rozpuszczalnikach organicznych przy czym ge¬ stosc tego roztworu lezy w ponizej 1,2 g/ml, naj¬ korzystniej wynosi 0,995 do 1,008 g/ml. 30 Jako rozpuszczalniki stosuje sie kompozyc¬ je rozpuszczalników organicznych tworzacych z woda mieszaniny azeotropowe o zawartosci wody powyzej 10% wagowych, zwlaszcza weglo¬ wodory aromatyczne jak toluen tworzacy azeo- ci trop o zawartosci ok. 18% wody i ksyleny two¬ rzace azeotropy o zawartosci wody okolo 40%.Jako emulgatory stosuje sie produkty addycji tlenku etylenu do alkinofenoli o stopniu zoksy- etylowania od 2 do 25, do alkoholi tluszczowych 40 do estrów pentaerytrytu i/lub siarczany wyzszych alkoholi tluszczowych w kompozycji z woda tak dobrane, aby napiecie powierzchniowe ich wod¬ nych roatwotróiw bylo ponizaj 40rriN/im rjajkorzyis- tniej 28—35 mN/m. Stosunek emulgatorów do zy- 45 wicy silikonowej utrzymuje sie w granicach od 0,1 do 20%, najkorzystniej od 2 do 10% wago¬ wych.Proces uwalniania emulsji od rozpuszczalników organicznych prowadzi sie na drodze azeotropowej 50 destylacji, podczas dobrego mieszania, pod obni¬ zonym cisnieniem ponizej 13 kPa, korzystnie po¬ nizej 3 kPa i w temperaturze ponizej 320 K, ko¬ rzystnie ponizej 310 K do czasu calkowitego za¬ niku fazy organicznej w destylacie i osiagniecia 55 wlasciwej gestosci. u Otrzymane emulsje wedlug wynalazku nie za¬ wieraja rozpuszczalników organicznych i chara¬ kteryzuja sie: dosc wysoka stabilnoscia nie roz¬ warstwiajac sie podczas co najmniej 30 minuto- 60 wego wirowania na wirówce laboratoryjnej przy okolo 3500 obr/min, duzym stopniem dyspersji i jednorodnoscia przy wymiarach ziarn emulsji ponizej 2 ^m, obnizeniem wodochlonnosci im¬ pregnowanych nia materialów po wyschnieciu (od- 65 parowaniu wody i wygrzaniu w temperaturach po¬ wyzej 373 K w ciagu kilku godzin, zaleznie od ro¬ dzaju materialu i sposobu impregnacji, co najmniej o 80% w stosunku do materialów nieimpregnowa¬ nych. Tak otrzymana emulsja zywicy silikonowej jest niepalna i nie stwarza zagrozenia wybucho¬ wego.Emulsja wodna zywicy silikonowej nie zawiera¬ jaca rozpuszczalników organicznych przeznaczona jest przede wszystkim do impregnacji wodood¬ pornej w wytwórniach prefabrykatów, materialów o znacznej wodochlonnosci, gdzie ze wzgledów zdrowotnych i pozarowych nie mozna stosowac srodków hydrofobowych zawierajacych palne i toksyczne rozpuszczalniki, a zwlaszcza w pra¬ cach wymagajacych podwyzszonych temperatur.Emulsja ta moze zostac wykorzystana takze jako grunt pod farby elewacyjne, jako dodatki do róznych farb emulsyjnych oraz jako srodki hyd¬ rofobowe do materialów izolacyjnych zwlaszcza pochodzenia krzemianowego.Istote wynalazku obrazuja nastepujace przyk¬ lady: P r z y kl a d I. Do 50 czesci wagowych 60% roztworu toluenowego z dodatkiem butanolu zy¬ wicy metylosilikonowej o stosunku molowym grup CH3/Si=l,08 dodano 30 czesci wagowych ksylenu* uzyskujac roztwór o gestosci 1,005 g/ml i na¬ pieciu powierzchniowym 30mN/m. Otrzymany roztwór dodawano porcjami, przy intensywnym mieszaniu mieszadlem o 600 obr/min i w tem¬ peraturze okolo 293 K, do roztworu skladajacego sie z 40 czesci wagowych wody destylowanej i 4 czesci wagowych oksyetylowanego oktylofenolu o stopniu zoksyetylowania 22, którego gestosc wy¬ nosi 1,006 g/ml, a napiecie powierzchniowe 35 mN/m. Po wymieszaniu roztworów mieszanine emulgowano przez trzykrotne przepuszczenie przez mlyn koloidalny przy regulowanym rozstawie tarcz w temperaturze 298—308 K. Otrzymana emulsje rozcienczono powoli 80 czesciami wago¬ wymi wody przy intensywnym mieszaniu, a na¬ stepnie dyspergowano przez ponowne przepusz¬ czenie emulsji przez mlyn koloidalny w tem¬ peraturze ponizej 310 K.Z otrzymanej emulsji oddestylowano pod próznia azeotropowo rozpuszczalniki organiczne. Proces zatezania emulsji przebiegal przy podcisnieniu okolo 3,5 kPa i w temperaturze od 293 K do 308 K.Proces prowadzono na zestawie destylacyjnym umozliwiajacym ocene ilosciowa zawartosci fazy organicznej w otrzymanym azeotropie. Destylacje prowadzono do zaniku fazy organicznej w naczy¬ niu przelewowym. Otrzymano okolo 301% wodna emulsje zywicy metylosilikonowej nie zawierajaca rozpuszczalników organicznych. Gestosc wynosila 1,065 g/ml i lepkosc 4,7 mPa.s. Emulsja charakte¬ ryzowala sie wysoka stabilnoscia nie rozwarstwia¬ jac sie podczas 30 minutowego wirowania na wirówce laboratoryjnej przy okolo 3500 obr/min.Emulsja obserwowana pod mikroskopem przy powiekszeniu 500 X byla dosc jednorodna a wy¬ miary ziarn emulsji byly ponizej 2 \im.Otrzymana emulsja nie wykazuje temperatury zaplonu tzn. pary nad ciecza sa niewybuchowe.117 5 Wodochlonnosc betonu komórkowego impregnowa¬ nego przez zanurzanie w ciagu 40 minut w emul¬ sji rozcienczonej do $Yo i wysuszeniu w tem¬ peraturze 393 K w ciagu 4 godzin obniza sie o 85% w stosunku do betonu komórkowego nie- 5 impregnowanego i badanego w tych samych wa¬ runkach (przez wazenie ksztaltek po 24 godzinach zanurzenia w wodzie).Przyklad II. Do roztworu skladajacego sie 10 z 70 czesci wagowych wody destylowanej i 3 czesci wagowych siarczanowanego alkoholu laury- lowego, którego gestosc wynosila 1,003 g/ml, a napiecie powierzchniowe 27 mN/m, dodawano szybko mieszajac 150 czesci wagowych 40°/o roz- 15 tworu zywicy metylofenylosilikonowej o stosunku grup CH3/Si=0,90 i C6H5/Si=0,30 w mieszaninie toluenu i ksylenu z dodatkiem izopropanolu o ge¬ stosci 1,002 g/ml a napieciu powierzchniowym 26 mN/m. Po wymieszaniu kompozycje emulgo- 20 wano przy pomocy homogenizatora laboratoryj¬ nego stosujac 14 000 obr/min. Emulsje rozciencza¬ no powoli 50 czesciami wagowymi wody, a na¬ stepnie homogenizowano przy uzyciu tego samego mieszadla z szybkoscia 14 000 obr/min, w ciagu 25 6 min.Otrzymana emlusje poddano azeotropowemu od¬ pedzaniu rozpuszczalników organicznych na zes¬ tawie laboratoryjnym do destylacji prózniowej 30 wyposazonym .- dodatkowo w trójkat Perkina umozliwiajacy ocene zawartosci fazy organicznej w destylacie.Proces zatezenia emulsji przebiega przy pod¬ cisnieniu okolo 2 kPa i w temperaturze od 293 do 303 K do zaniku fazy organicznej w trójkacie Perkina.Otrzymano 35% wodna emulsje zywicy metylo¬ fenylosilikonowej nie zawierajacej rozpuszczalni- 40 ków organicznych o gestosci 1,07 g/ml i lepkosci 12 sekund wedlug kubka Forda nr 4.Otrzymana emulsja charakteryzuje sie wysoka stabilnoscia, nie rozwarstwiajac sie podczas 60 minutowego wirownika na wirówce laboratoryjnej tó przy okolo 3500 obr/min, duzym stopniem dys¬ persji i jednorodnoscia przy wymiarach ziarn emulsji ponizej 2 ^m. Elementy gipsowe impreg¬ nowane ta emulsja (rozcienczona woda do ste¬ zenia 4%) przez malowanie pedzlem i wygrzanie 50 w ciagu 45 minut w temperaturze 398 K obni¬ zaja wodochlonnosc po zanurzeniu w wodzie w ciagu 24 godzin o okolo 80% w stosunku do elementów nie impregnowanych. Emulsja jest nie¬ palna — pary nad ogrzewana próbka emulsji nie 55 zapalaja sie. 6 PL

Claims (5)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób otrzymywania wodnej emulsji zywic silikonowych nie zawierajacej rozpuszczalników organicznych, przeznaczonej do impregnacji wo¬ doodpornej materialów porowatych zwlaszcza bu¬ dowlanych, polegajacy na emulgowaniu roztwo¬ rów zywic silikonowych w rozpuszczalnikach orga¬ nicznych, wobec wody i emulgatorów, znamienny tym, ze najpierw przygotowuje sie roztwór o ge¬ stosci ponizej 1,2 g/ml najkorzystniej 0,955 do 1,008 g/ml w rozpuszczalnikach organicznych ma- loczasteczkowej szybkoschnacej zywicy alkilo- i/lnub — aikiioarylobilakamawej o stosuiniku molo¬ wym R/Si w zakresie 1,0 do 1,3 najkorzystniej 1,05 do 1,20, a zwlaszcza zywicy metylosilikono- wej lub metylofenylosilikonowej o stosunku mo¬ lowym CH3Si nie mniejszym niz 0,85, zawierajacy dodatkowo reaktywne grupy silanolowe w ilosci nie mniejszej niz 0,20%, a nastepnie roztwór ten emulguje sie dodajac go do wodnego roztworu emulgatora niejonowego i/lub anionowego tak dob¬ ranego, aby napiecie powierzchniowe jego roz¬ tworu wodnego bylo zblizone do napiecia powierz¬ chniowego roztworów stosowanych zywic siliko¬ nowych, a potem odpedza sie rozpuszczalniki or¬ ganiczne na drodze azeotropowej destylacji pod obnizonym cisnieniem w temperaturze ponizej 320 K przy intensywnym mieszaniu.
2. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze stosuje sie kompozycje rozpuszczalników organicz¬ nych tworzacych z woda mieszanin^ azeotropowe o zawartosci wody powyzej KP/t zwlaszcza we¬ glowodory aromatyczne jak toluen tworzacy aze- otrop o zawartosci okolo 18*/o wody i ksyleny tworzace azeotropy o zawartosci wody okolo 40%.
3. 3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze jako emulgatory stosuje sie produkty addycji tlen¬ ku etylenu do alkilofenoli (o stopniu zoksyetylowa- nia od 2 do 25), do alkoholi tluszczowych, do estrów pentaerytrytu i/lub siarczany wyzszych alkoholi tluszczowych w kompozycji z woda tak dobrane, aby napiecie powierzchniowe ich wodnych roztwo¬ rów bylo ponizej 40 mN/m, najkorzystniej 28—35 mN/m.
4. 4. Sposób wedlug zastrz. 1 znamienny tym, ze stosunek emulgatorów do zywicy silikonowej utrzymuje sie w granicach od 0,1 do 20% naj¬ korzystniej od 2 do 10%.
5. 5. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze proces azeotropowego odpedzenia rozpuszczalni¬ ków organicznych z emulsji prowadzi sie pod¬ czas intensywnego mieszania przy podcisnieniu ponizej 13 kPa, korzystnie ponizej 3 kPa i w tem¬ peraturze ponizej 320 K, korzystnie ponizej 310 K do czasu calkowitego zaniku fazy organicznej w destylacie i osiagniecia wlasciwej gestosci. i PL