EPOXIDOVÉ DISPERZE VE STAVEBNICTVÍ

Transkript

1 Vysoké učení technické v Brně Fakulta stavební Ústav stavebního zkušebnictví EPOXIDOVÉ DISPERZE VE STAVEBNICTVÍ MODERNÍ STAVEBNÍ MATERIÁLY CI57 doc. Ing. Michal Stehlík, Ph.D. 2013

2 Úvod do problematiky výroby a vlastností polymerních disperzí I. Polymerní disperze: vodou ředitelné nátěrové hmoty Rozvoj výrobních technologií: Důvody uvedení na trh: 1. Snížení obsahu rozpouštědel v systému, nejnověji nařízení Evropské komise č.1999/13/ec a přílohy 2004/442/EC limituje množství VOC v prvním kroku do 2007, koncově VOC = 0 do Nízká hořlavost systému, ekonomické důvody, jednoduchá údržba zařízení, hygiena práce Výroba disperzí : emulzní polymerace, dispergace polymerů

3 Úvod do problematiky výroby a vlastností polymerních disperzí II. Složení moderní epoxidové disperze E1-M: tavenina pryskyřice E1 reaktivní rozpouštědlo destilovaná voda látka pro tvorbu mikrogelu odpěňovač Proces dispergace: Předmíchání pryskyřice dissolver, ozubený disk, teplota C Přídavek reaktivního ředidla Ochlazení na C Intenzivní míchání + kapky H2O Změna viskozity, W/O na O/W Zjemnění disperze: perlový mlýn, válcové stroje, ultrazvuk Přídavek odpěňovače

4 Úvod do problematiky výroby a vlastností polymerních disperzí III. Disperze - acetátové, akrylátové - alkydové - polyuretanové - epoxidové Epox. disperze - I. typu (1980) obsahují - II. typu rozpouštědla! - III. typu (2010) 0% VOC (eco-friendly compositions) Epoxy 160V55 Tvrdidla pro epoxidové disperzní systémy - vodorozpustné aminy Telalit 1261 event. 1040

5 Úvod do problematiky výroby a vlastností polymerních disperzí IV. Epoxidové pryskyřice (prepolymery) lze rozdělit na tři skupiny: 1. Glycidované pryskyřice - kondenzační reakce bisfenolu A (dianu) + epichlorhydrinu = bisfenol A diglycidylether + 2NaCl + 2H20 2. Epoxidizované oleje 3. Cykloalifatické epoxidy Princip zesíťování prepolymeru epoxidové pryskyřice: porušení epoxidových (ethylenoxidových) skupin aktivním vodíkem: aminy, kyseliny, fenoly, alkoholy - AB Zdroj pryskyřic a dispezí může být i naturální

6 Stárnutí epoxidové disperze, změna vlastností I. Studium změny stability, mechanických a chemických vlastností ep. disperze E 160V55 (III. typ, s emulgátorem) v průběhu víceletého skladování. Porovnání kumulativní (histogram) a diferenciální (křivka) distribuce částic epoxidových disperzí typu E 160V55 (velikost částic je stanovena z Fraunhoferova difrakčního obrazce laboratoře SYNPO a.s. Pardubice) Fotografický záznam filmu E 160V55 op. 1/2010 a 5/2008 (50x zvětšeno, SYNPO a.s.)

7 Stárnutí epoxidové disperze, změna vlastností II. Zaschlý film nové disperze E 160 operace 1/2010 je sice tvrdší, na druhé straně však pružnější a lépe přilnutý ve srovnání s disperzí operace 5/2008. Stupeň zasychání 1-5 je charakterizován typem závaží z hmotnostní škály 1 až 5, které již nevytvoří vtisk do nátěru.

8 Stárnutí epoxidové disperze, změna vlastností III. Hodnocení : bubliny (0 - bez bublin, B2 - ojedinělé bubliny, B3 - bubliny po celé ploše) Změna vzhledu filmu disperze operace 5/2008 a 1/2010 po 60 zmrazovacích cyklech s 3% roztokem NaCl dle ČSN změna Z1 "Stanovení odolnosti povrchu cementového betonu proti působení vody a chemických rozmrazovacích látek

9 Stárnutí epoxidové disperze, změna vlastností IV. Změna mikro a makrostrukturních vlastností disperzí stárnutím: aglomerace jemných částic do útvarů až 50x rozměrnějších změna rozměrů kapilár nedokonalá koalescence a přechod v kompozit III. typu nedostatečný průnik tvrdidla do velkých micel snížení tvrdosti filmu zvětšení nasákavosti filmu přesto relativně účinná ochrana bet. konstrukcí i po dvou letech skladování!

10 Epoxidová disperze dávkovaná do čerstvé betonové záměsi mech. vlastnosti Porovnání vlivu rozdílné adice tří typů epoxidových disperzí (rozpouštědlový II. typ a bezrozp. III.) na mechanické vlastnosti testovaných polymercementových malt receptury I ( předpokládaná pevnost v tlaku 16,0 MPa) a II (pevnost v tlaku 25,0 MPa). Kombinace moderní disperze a tvrdidla (E1-M+T180/D400) vykazuje při 3% adici do záměsové vody připravované cementové malty výrazný nárůst pevností v tlaku a tahu za ohybu testované polymercementové malty, pozor na pokles pevností při 6% adici!

11 Epoxidová disperze dávkovaná do čerstvé betonové záměsi trvanlivostní vlastnosti I. a) Vylepšení fyz.-mech. vlastností betonového recyklátu penetrací jeho povrchu epoxidovou disperzí CHS Epoxy 160V55 (III. typ) + tvrdidlo Telalit 1261 b) Navržení optimální adice epoxidové disperze a silikátových příměsí do betonů z betonového recyklátu pro vylepšení jejich trvanlivostních vlastností Křivka zrnitosti surového recyklátu fy. Dufonev frakce 0-16mm Křivka zrnitosti disperzí penetrovaného recyklátu fy. Dufonev původní frakce 0-16mm, nyní po aglomeraci 4-31,5 mm Neupravený surový recyklát frakce 0-16 mm (vlevo); disperzí penetrovaný a vzájemně aglomerovaný recyklát frakce 4-31,5 mm (vpravo)

12 Epoxidová disperze dávkovaná do čerstvé betonové záměsi trvanlivostní vlastnosti II. Metody stanovení propustnosti TORRENT Receptura R1 Referenční receptura, použito přírodní hrubé kamenivo Olbramovice frakce 8-16 mm Receptura R2 100% hrubého kameniva 8-16 mm nahrazeno surovým recyklátem 0-16 mm, GWT CEM I 42,5 R 300 kg/m 3 CEM I 42,5 R 300 kg/m Bratčice 760 kg/m Bratčice 760 kg/m Tovačov 228 kg/m Tovačov 228 kg/m Olbramovice 912 kg/m surový recyklát 690 kg/m 3 voda 136 kg/m 3 voda 159 kg/m 3 ISAT

13 Epoxidová disperze dávkovaná do čerstvé betonové záměsi trvanlivostní vlastnosti III.

14 Epoxidová disperze dávkovaná do čerstvé betonové záměsi trvanlivostní vlastnosti IV. a): Penetrace povrchu betonového recyklátu sníží nasákavost z 11 % na 5 %, vliv na pevnost betonu z betonového recyklátuje zanedbatelný. b): Adice epoxidové disperze 160V55 silně zvyšuje vzduchovou propustnost povrchové vrstvy betonu s přírodním kamenivem nebo s betonovým recyklátem, převážně však u betonu bez spolupůsobení jemných silikátových příměsí. Tok vody vrstvou nebo plochou betonu s pórovitým betonovým recyklátem výrazně sníží adice disperzní přísady do záměsové vody, a to především u betonu s jemnými silikátovými příměsemi. Dojde k utěsnění betonu. Adice silikátových příměsí v kombinaci s epoxidovou disperzí mírně vylepší tlakové pevnosti betonů s betonovým recyklátem, perspektivně se jeví kombinace 30 % strusky nebo 10 % mikrosiliky s 12 % epoxidové disperze.

15 Film epoxidové disperze chránící povrch betonů I. Hodnocení kvality a odhad životnosti povrchových filmů ze čtyř typů vodou ředitelných ep. disperzí k ochraně betonu a cementových malt před účinky karbonatace. Označení, počet vrstev a složení ochranných disperzních filmů: Nátěr (film) Počet vrstev Typ disperze Typ tvrdidla Typ přídatné látky A 2 CHS Epoxy 200V55 Telalit B 2 DOW XZ XZ C 1 CHS Epoxy 200V55 +1 CHS Epoxy 160V55 D 2 CHS Epoxy 160V55 Telalit Epostyl 216V Epostyl 216V DI-ISO (pentandiol diisobutyrát) DI-ISO (pentandiol diisobutyrát)

16 Film epoxidové disperze chránící povrch betonů II. 12. měsíc uložení vzorků v 98% CO 2 : Fenolftaleinová indikace poškození cem. malt difuzí CO2, vzorky bez ochranného filmu, s filmem typu A, B, C a D, naneseným na trámečcích rec. 1, 2 a 3. a) Nejvyšší míru ochrany cementové malty vykazuje rozpouštědlová epoxidová disperze typu A a kombinace rozpouštědlové + bezrozpouštědlové typu C b) Plnou ochranu kvalitních cementových malt zajišťují shodně všechny testované vodouředitelné epoxidové disperze typu A, B, C a D Urychlení zkoušky na hloubku karbonatace v 98% CO 2 Receptura/typ nátěru-interval obnovy A (roky) B (roky) C (roky) D (roky) Rec Rec Rec Urychlení zkoušky v 98% CO2 oproti reálné atmosféře s 0,03% CO 2 18 y = 0,555x - 0, R 2 = 0, Hloubka karbonatace při urychlené zkoušce v 98%CO 2 (mm)

17 Referenční adhezivo typ II. Lepidla na bázi epoxidové disperze ke spojování silikátových povrchů I. Prověření použitelnosti a otestování vlastností moderních vodou ředitelných bezrozpouštědlových disperzních lepidel určených k lepení silikátových staviv. Přehled adheziv a penetrací, jejich účel při testu přídržnosti Označení adheziva a penetrace v textu - typ Výrobní označení adheziva a penetrace I. Lepidlo L1 lepidlo pro stavební aplikace složka A II. III. IV. Lepidlo Flexkleber elastické lepidlo Penetrace CHS Epoxy 160V55- epoxidová disperze Lepidlo pro lepení terčů složka A pryskyřice Výrobní označení tvrdidla Lepidlo L1 složka B Poměr mísení adhezivo:tvrdidlo / / : (event. voda) Účel při testu přídržnosti 100 : 7 testované disperzní adhezivo - 5 / : 1,4 referenční silikátové adhezivo Telalit : 9 / : 109 penetrace povrchu cihel a betonu před nanesením adheziva Lepidlo pro lepení terčů složka B tvrdidlo 2 : 1 lepidlo pro stanovení přídržnosti k podkladu DYNA Z 15 odtrhová zkouška Testované adhezivo typ I.

18 Lepidla na bázi epoxidové disperze ke spojování silikátových povrchů II. Porušení obou adherendů v tahu při testu přídržnosti adheziva typu I. Pórobeton - nebezpečí rychlého odvodnění adheziva během koalescence Porušení adheziva typu II. v tahu (selhání koheze) Domácí dvousložkové ep. disperzní lepidlo L1 lze doporučit pro provádění kontaktních spojů nasákavých materiálů, resp. nasákavého nenasákavého při teplotě nad bodem mrazu. Disperzní lepidlo L1 najde uplatnění např. při progresivní metodě suchého zdění přesných cihelných bloků nebo při sanačních úpravách všech druhů konstrukcí, a to i vlhkých.

19 Lepidla na bázi epoxidové disperze ke spojování silikátových povrchů III. - doplňková aplikace referenčního adheziva č. 2 (epoxidová pryskyřice E520)

20 Předpokládaný vývoj v oblasti vodou ředitelných disperzních hmot na bázi epoxidů Změna objemu výroby nátěrových hmot danými technologiemi mezi léty : Zpracování NH v roce 1994 Zpracování NH v roce 2004 PPramen 65% RNH 2% IRNH 13% WBNH 13% HSNH 7% PNH 53%RNH 3% IRNH 22% WBNH 12% HSNH 10% PNH RNH - rozpouštědlové nátěrové hmoty - pokles výroby z 65 % na 53 % IR - radiačně vytvrzované nátěrové hmoty WBNH - vodou ředitelné nátěrové hmoty (water born) výrazný růst z 13 % na 22 % HSNH - vysokosušinové nátěrové hmoty (high solids) mírný pokles z 13 % na 12 % PNH - práškové nátěrové hmoty Vývoj do roku 2010: a) Omezení koncentrace pomocných rozpouštědel (tzv. VOC), dosaženo u disperzí III. typu b) Vývoj epoxidových disperzí s nízkou hodnotou epoxidového indexu (nejsou zařazovány do látek zdraví škodlivých např. CHS EPOXY 160V55) Současný výzkum: a) Nové typy dispergovatelných pojiv založených na epoxidových novolacích, epoxyesterech, hybrydních reaktoplastech, silikonepoxidových pryskyřicích b) Uplatnění nanočástic v základní pryskyřici (snížení hořlavosti pojiva, zvýšení houževnatosti). Nové typy disperzí budou dražší, použití pro speciální účely.

21 Závěr a poděkování Současné užití epoxidových disperzí a jejich pozitiva Vodný dispergens umožňuje: modifikaci betonů přímým vmícháním epoxidové disperze do záměsové vody, tvorbu ochranných filmů z disperze na suché i vlhké anorganické povrchy, spojování nasákavých anorganických adherendů lepením, penetraci nasákavého kameniva s cílem zlepšení jeho fyzikálně mechanických vlastností, vhodné chování ekologické i zajištění bezpečnosti práce. Vodný dispergens představuje riziko při: překročení doby skladovatelnosti, teplotách pod bodem mrazu. Poděkování: Děkuji za pozornost. Ing. Jiří Novák, CSc., SYNPO a.s. Pardubice Ohama, Y Cement and Concrete Composites, 20, 2-3, s. 186 cs.wikipedia.org, google.cz, ČSU, MPO