Нанодиоксид титана. Применение в строительстве

^^^^^^^м 70

к содержанию результате патентного поиска и анализа запатентованных изобретений российских учёных в области способов получения и применения нанодиоксида титана автором выявлены несколько эффективных направлений:

• •    защита фасадов зданий путём обработки водно-дисперсными суспензиями на основе нанодиоксида титана;

• •    производство новых видов защитных самоочищающихся белых и цветных фасадных красок;

• •   производство финишных декоративных штукатурок широкого цве

тового спектра с нанодиоксидом титана.

Пигментный диоксид титана изготавливается сульфатным и хло-ридным способами. В настоящее время он является самым распространенным белым пигментом.

Крупнейшимипроизводителямидиоксидатитанаявляются: DuPont Titanium Technologies, National Titanium Dioxide Co., Ltd. (Cristal), Huntsman Pigments, Tronox, Inc., Kronos Worldwide, Inc., Sachtleben Chemie GmbH, Ishihara Sangyo Kaisha, Ltd.

Диоксид титана применяется в различных сферах промышленности, например, в биотехнологии, фармацевтике и косметической промышленности (губная помада, крема, мази, пудра, зубная паста и т.д.).

Кроме того, диоксид титана используют в лакокрасочной и автомобильной индустрии, в средствах защиты деревьев и даже как катализатор для разложения оксидов азота в тепловых электростанциях. Диоксид титана широко используется в производстве строительных красок.

Из-за высокого показателя преломления диоксид титана также употребляют в производстве перламутровых пигментов. В некоторых областях применения дисперсность диоксида титана до диапазона нано имеет ведущее значение, например, в технологиях получения защитных покрытий многоцелевого применения и сухих строительных финишных смесей.

Водно-дисперсионная композиция

Патент № 2281965

Изобретение относится к области производства лакокрасочных композиций, а именно к водно-дисперсионной композиции холодной и горячей сушки для защиты от атмосферных воздействий различных элементов конструкций.

Пример 1

Водно-дисперсионная композиция включает:

• •    пленкообразующее (44% раствор акрилового полимера в сольвенте «Финндисп RSD 20»);

• •    загуститель (40% акриловый латекс «Полифоб TR-117»);

• •    антифриз (этиленгликоль);

• •    регулятор рН среды (25% водный раствор аммиака);

• •    консервирующую добавку (раствор производных изотиазолинона:

1,2-гидрокси-5,8,11-триоксадодекана, 1,3-бис-(гидроксиметил)-мочевины, 1,6-гидрокси-2,5-диоксигексана – «Парметол А 26»);

• •    пеногасящую добавку (эмульсию сополимера простого эфира и силоксана с фумигированным диоксидом кремния «Фоамекс 825»;

• •    растворитель (воду и дополнительно этиловый спирт).

При определенном соотношении компонентов полученный технический результат: прочность пленки при ударе композиции – 60–63 см; время высыхания до степени 3 при температуре 20±2оС – 3–5 минут, а при температуре 60±5оС – 13–15 секунд.

Пример 2

Данная водно-дисперсионная композиция отличается тем, что в качестве пленкообразующего содержит 44% раствор акрилового полимера в сольвенте «Финндисп RSD20» и дополнительно в качестве растворителя содержит этиловый спирт при следующем соотношении компонентов, мас.%:

44% раствор акрилового полимера в сольвенте «Финндисп RSD20»	50–70
40% акриловый латекс «Полифоб TR-117»	0,2–0,5

Этиленгликоль	2–5
25% водный раствор аммиака	0,05–0,15
Раствор производных изотиазолинона: 1,2-гидрокси-5,8,11-триоксадодекана; 1,3-бис-(гидроксиметил)-мочевины; 1,6-гидрокси-2,5-диоксигексана – «Парметол А 26»	0,1–0,4
Эмульсия сополимера простого эфира и силоксана с фумигированным диоксидом кремния «Фоамекс 825»	0,3–1,0
Вода	18–30
Этиловый спирт	3–10

Изобретение относится к области производства лакокрасочных композиций, а именно к водно-дисперсионной композиции холодной и горячей сушки для защиты конструкций.

Составы этих смесей являются многокомпонентными и сложными для применения.

Новый толчок для расширения области применения диоксида титана обеспечил промышленный выпуск нанодиоксида титана.

Японский производитель TiO2 nano предлагает водную суспензию нанодиоксида титана под маркой nanoYo [1]. NanoYo действует как катализатор химической реакции после распыления на поверхностях объектов. Нанодиоксид титана воздействует на фотокаталитические реакции в присутствии света на исследуемой поверхности nanoYo. При этом имеет место химическая реакция, убиваются и удаляются ароматы, пылевые осадки, вирусы, bacterias, и т. д. Это предотвращает также процессы ржавения.

NanoYo при распылении на стекле окна также уменьшает степень проникновения ультрафиолетового излучения солнца, предотвращая выцветание мебели в помещении, подвергающейся воздействию солнечного света.

NanoYo безопасна при соприкосновении с человеком, поскольку это – неполярные молекулы.

                        ( к содержанию

В.П. КУЗЬМИНА Нанодиоксид титана. Применение в строительстве

NanoYo имеет наименьшие частицы 2~5 нм в сравнении с мировыми производителями. Она прозрачна и невидима человеческим глазом.

Смесь и способ введения, по меньшей мере, одного ультрадисперсного активного компонента в жидкую водную систему

Патент № 2281959

Пример 1

Смесь, предназначенная для введения в жидкую водную систему и содержащая, по меньшей мере, один ультрадисперсный активный компонент (применяющийся для последующего растворения и диспергирования в жидкой водной системе), отличается тем, что содержит целлюлозосодержащие растительные волокна. Данные волокна присутствуют в смеси в количестве от 2 до 18 мас.%, они предварительно химически или физически обработаны способом термомеханической обработки, способом хемотермомеханической обработки или способом экстрагирования целлюлозы при низком давлении. Вышеуказанные волокна имеют среднюю длину в диапазоне от 20 до 350 мкм, а смесь, их содержащая, находится в мелкозернистой форме, размером от 0,5 мм до нескольких мм.

Пример 2

Смесь по примеру 1 отличается тем, что она дополнительно содержит добавки, которые улучшают действие активных компонентов и/ или свойства активных компонентов в смеси.

Пример 3

Смесь по примеру 1 отличается тем, что жидкая водная система является водой.

Пример 4

Смесь по примеру 1 отличается тем, что ультрадисперсные активные компоненты представляют собой:

• •    клей для обоев (включающий простой эфир целлюлозы, простой эфир крахмала);

В.П. КУЗЬМИНА Нанодиоксид титана. Применение в строительстве

• •    загуститель (включающий простой эфир крахмала с добавками полимера и без);

• •    клей для покрытия стен (включающий растворимые в холодной воде крахмалы);

• •    дисперсный порошок;

• •    систему на основе цемента, являющуюся массой для выравнивания, клеем для керамической плитки;

• •    клей для напольных покрытий;

• •    шпаклевку, в частности, на основе гипса или аналогичную эстрих-систему.

Пример 5

Смесь по примеру 1 характеризуется следующим составом:

• •    от 40 до 95 мас.%, по меньшей мере, одного растворимого в воде или набухающего в воде полисахарида;

• •    от 0,1 до 20 мас.%, по меньшей мере, одного целлюлозосодержащего растительного волокна, предварительно обработанного способом термомеханической обработки, способом хемотермомеханической обработки или способом экстрагирования целлюлозы при низком давлении;

• •    от 0 до 45 мас.%, по меньшей мере, одного редиспергируемого дисперсного порошка из полностью синтетического полимера;

• •    от 1 до 15 мас.%, по меньшей мере, одной добавки, такой как средство против слеживания, наполнитель, регулятор рН, краситель.

Пример 6

Смесь по примеру 1 отличается тем, что мелкозернистая форма является гранулированной или окомкованной.

Пример 7

Способ введения смеси, содержащей, по меньшей мере, один уль-традисперсный активный компонент, в жидкую водную систему отличается тем, что активные компоненты смешивают с целлюлозосодержащими растительными волокнами, которые имеют среднюю длину в диапазоне от 20 до 350 мкм и присутствуют в смеси в количестве от 2 до 18 мас.%. Данные волокна предварительно обрабатывают химически или физически способом термомеханической обработки, способом

В.П. КУЗЬМИНА Нанодиоксид титана. Применение в строительстве хемотермомеханической обработки или способом экстрагирования целлюлозы при низком давлении. Смесь с целлюлозосодержащими растительными волокнами переводят в мелкозернистую форму, имеющую размер от 0,5 мм до нескольких мм, и так вводят в жидкую водную систему.

Пример 8

Способ по примеру 7 отличается тем, что данная смесь дополнительно содержит добавки, которые улучшают действие активных компонентов и/или свойства активных компонентов в смеси.

Пример 9

Способ по примеру 7 отличается тем, что жидкая водная система является водой.

Пример 10

Способ по примеру 7 отличается тем, что ультрадисперсные активные компоненты представляют собой:

• •    клей для обоев (включающий простой эфир целлюлозы, простой эфир крахмала);

• •    загуститель (включающий простой эфир крахмала с добавками полимера и без);

• •    клей для покрытия стен (включающий растворимые в холодной воде крахмалы);

• •    дисперсный порошок;

• •    систему на основе цемента, являющуюся массой для выравнивания, клеем для керамической плитки;

• •    клей для напольных покрытий;

• •    шпаклевку, в частности, на основе гипса или аналогичную эстрих-систему.

Пример 11

Способ по примеру 7 отличается тем, что смесь переводят в мелкозернистую гранулированную или окомкованную форму.

Данный способ введения ультрадисперсного активного компонента в сухом виде в сухие строительные смеси, затворяемые водой, пригоден также для введения нанодиоксида титана [2].

В августе–сентябре 2010 года американские компании совместно с фирмой НИТОЛ (г. Усолье-Сибирское) начали строительство завода на территории компании НИТОЛ. Работа над проектированием уже ведётся.

Проект предусматривает строительство уникального производства, не имеющего аналога в мире, так как диоксид титана будет выпускаться в наноразмере. Гости особо подчеркнули, что производство новейшей технологии не нанесёт вред экологии, о чём побеспокоились разработчики. Таким образом, Россия начнёт промышленный выпуск собственного нанодиоксида титана [3].

Нанодиоксид титана широко применяется в современной строительной технике [4]. В Риме возведена в 2003 г. церковь Dives in Misericordia («Щедрый в милосердии») по проекту американского дизайнера Ричарда Мейера, а осуществить его замысел помогла итальянская компания Centro Technico di Gruppo. Для строительства этого объекта специалисты компании выбрали цемент, изготовленный ими по новой нанотехнологии TX Active®. В его состав входят наночастицы диоксида титана (TiO2).

Благодаря фотокатализу поверхность из такого цемента может сама собой очищаться. Происходит это так: когда солнечные лучи касаются стен здания, диоксид титана, входящий в их состав, действует как катализатор и ускоряет химические реакции. Загрязнения самой различной природы – бактерии, споры бактерий, плесень – которыми покрыты стены любого здания, просто разлагаются на воду, кислород и соли в присутствии катализатора.

Еще один экспериментальный проект – Большой национальный театр в Пекине. Его автор – француз Поль Андрё.

Стеклянная поверхность купола этого объекта всегда прозрачна, т.к. покрыта тонкой пленкой из катализатора TiO2, благодаря которому под действием фотокатализа купол самоочищается.

В Сочи как подарок к будущей Олимпиаде построили мост из углепластика. Он особенно красив вечером, когда включена подсветка. Мост городу подарила компания ООО «НТИЦ АпАТэК-Дубна», которая производит конструкции из композитных материалов: углестеклопла-стика с добавками углеродных волокон, трубок, наномеди. В прозрачных поручнях моста есть включения наноалмазов, его износостойкое покрытие содержит углеродные волокна и нанокарбиды, а в состав ма ( к содержанию

В.П. КУЗЬМИНА Нанодиоксид титана. Применение в строительстве териалов основного каркаса входят нанотрубки и медь. Медные нанопорошки придают им огнестойкость, углеродные трубки уменьшают деформацию, возникающую при остывании материала [4].

Гиредмет ГНЦ РФ, ОАО, предлагает нанокристаллический диоксид титана, производимый по оригинальной технологии низкотемпературного синтеза наноразмерного порошка диоксида титана (структура анатазная, рутильная или рентгеноаморфная) со средним размером частиц от 10 до 100 нм. Содержание основных примесей, масс.%: SiO2 – 0,002; Fe – 0,001; Al – 0,001; V – 0,001 [5]. Светочувствительные TiO2-фотокатализаторы для самоочистительных стекол и фасадной плитки (фотокаталитическая и гидролитическая активность покрытия диоксида титана) открывают новые возможности для эксплуатации и сохранения уникальных стеклянных куполов магазинов ГУМ, ЦУМ, Киевского, Казанского и других вокзалов, а также простых функциональных остеклений переходов над шоссейными магистралями Москвы и других городов.

Уважаемые коллеги!

При использовании материала данной статьи просим делать библиографическую ссылку на неё:

Кузьмина В. П. Нанодиоксид титана. Применение в строительстве // Нанотехнологии в строительстве: научный Интернет-журнал. М.: ЦНТ «НаноСтроительство». 2011, Том 3, № 4. C. 70–79. URL: magazine/nb/ (дата обращения: ______________).

Dear colleagues!

The reference to this paper has the following citation format:

Kuzmina V. P. Application of nanotitanium dioxide in construction. Nanotechnologies in Construction: A Scientific Internet-Journal, Moscow, CNT «NanoStroitelstvo». 2011, Vol. 3, no. 4, pp. 70–79. Available at: http://www. (Accessed _____________).

(In Russian).