КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ВОДО- И ГРЯЗЕОТТАЛКИВАЮЩЕГО ПОКРЫТИЯ НА ПОВЕРХНОСТИ СТЕКОЛ (

КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ВОДО- И ГРЯЗЕОТТАЛКИВАЮЩЕГО ПОКРЫТИЯ НА ПОВЕРХНОСТИ СТЕКОЛ ("ГИДРОФОБ ГОИ") И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ


RU (11) 2211813 (13) C2

(51) 7 C03C17/30 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 17.10.2007 - прекратил действие, но может быть восстановлен 

--------------------------------------------------------------------------------

(14) Дата публикации: 2003.09.10 
(21) Регистрационный номер заявки: 99118537/03 
(22) Дата подачи заявки: 1999.08.25 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 1999.08.25 
(45) Опубликовано: 2003.09.10 
(56) Аналоги изобретения: ПАЩЕНКО А.А. и др. Гидрофобизация. - Киев: Наукова думка, 1973, с.166-172, 239. SU 1270136 A1, 15.11.1986. DE 2456318 A1, 05.06.1975. US 3567570 A, 02.03.1971. СУЙКОВСКАЯ Н.В. Химические методы получения тонких прозрачных пленок. - Л.: Химия, 1971, с.171-178. SU 552315 A, 03.05.1977. 
(71) Имя заявителя: Государственное унитарное предприятие "Всероссийский научный центр "Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова" 
(72) Имя изобретателя: Байгожин Акыл; Михайлов А.В.; Петровский Г.Т. 
(73) Имя патентообладателя: Государственное унитарное предприятие "Всероссийский научный центр "Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова" 
(98) Адрес для переписки: 193171, Санкт-Петербург, ул. Бабушкина, 36, корп.1, ВНЦ ГОИ, патентный сектор, Т.А.Репкиной 

(54) КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ВОДО- И ГРЯЗЕОТТАЛКИВАЮЩЕГО ПОКРЫТИЯ НА ПОВЕРХНОСТИ СТЕКОЛ ("ГИДРОФОБ ГОИ") И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ 
Изобретение относится к оптической и стекольной промышленности, к архитектурным стеклопакетам, транспортным стеклам и другим изделиям из стекла. Техническая задача изобретения - создание стабильного высокопрочного покрытия поверхности стекла для защиты от воздействия влаги и грязи. Композиция для создания водо- и грязеотталкивающего покрытия на поверхности стекол включает раствор полиэтилгидридсилоксана в индифферентном растворителе. Она дополнительно содержит спиртовой раствор комплексообразующего неорганического соединения (КНС) на основе солей металлов Zn, Cd, Al, Ti, Sn, Hf, Zr при следующем соотношении компонентов: полиэтилгидридсилоксан - 3,0-5,0 г на 100 см3 индифферентного растворителя; КНС - 1,0-1,5 г на 100 см3 низшего спирта. Способ изготовления композиции для создания водо- и грязеотталкивающего покрытия на поверхности стекол включает приготовление раствора полиэтилгидридсилоксана в индифферентном растворителе. Затем в сухом стеклянном сосуде растворяют комплексообразующее неорганическое соединение на основе солей металлов Zn, Cd, Al, Ti, Sn, Hf, Zr, взбалтывают до образования эмульсии, соединяют с раствором полиэтилгидридсилоксана и взбалтывают смесь до полной гомогенизации. 2 с. и 3 з.п. ф-лы. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к оптической и стекольной промышленности, архитектурным стеклопакетам, транспортным стеклам и другим изделиям из стекла.
Известны многочисленные данные о гидрофобных составах и покрытиях на основе кремнийорганических мономеров, олигомеров и полимеров [1 - 3]. Почти все они являются хорошими гидрофобизаторами стекла и других материалов. Однако они, обладая достоинствами, имеют и недостатки, а именно: применение алкилхлорсиланов связано с рядом трудностей, так как реакция образования полимерного покрытия протекает с отщеплением хлористого водорода, который вызывает коррозию материалов, в том числе оптических стекол определенного типа и марок, и вреден для человека.
Нанесение покрытий из олигомеров и полимеров менее технологично, требуется термообработка изделия при 100 - 300oС в течение определенного времени в зависимости от состава и строения органосилоксанов.
Рекомендованные катализаторы снижают температуру конденсации силоксанов и время термообработки изделия с покрытием. Однако эти дорогостоящие катализаторы не способствуют стабильности гидрофобных покрытий в процессе эксплуатации изделий в жестких климатических условиях. Существенным недостатком известных гидрофобных покрытий на стеклах является их слабая стойкость при дождевании в течение 2 - 7 часов [2,3].
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ увеличения стойкости гидрофобных кремнийорганических покрытий на стеклах при дождевании, где применяют двухслойное покрытие. Первым слоем на стекло наносят раствор гидролизованного олигомера тетраэтоксисилана в ацетоне, он служит аппретом для закрепления второго гидрофобизирующего слоя из 2-10%-ного раствора полиэтилгидридсилоксана в толуоле [2]. Угол смачивания гидрофобизированной таким способом поверхности снижается со 100 до 87-93o после 300 часов дождевания. Недостатком этого способа является двухстадийность процесса гидрофобизации и длительность срока сушки покрытия до двух суток.
Следует отметить, что средства защиты стекол от дождя (Rainguard), производства США и Франции, имеющиеся в коммерческих магазинах Автосервиса, находят применение. Однако эти средства являются средствами кратковременного действия - не более одной недели.
Задачей изобретения является создание стабильного водо- и грязеотталкивающего покрытия, а также повышение производительности, упрощение и снижение себестоимости технологического процесса гидрофобизации стекла.
Технический результат достигается тем, что предлагается композиция для создания водо- и грязеотталкивающего покрытия на поверхности стекол, включающая связующую и гидрофобизирующую составляющие, в том числе раствор полиэтилгидридсилоксана в индифферентном растворителе, которая в отличие от прототипа дополнительно содержит спиртовой раствор комплексообразующего неорганического соединения (КНС) на основе солей Zn,Cd,Al,Ti,Sn,Hf,Zr при следующем соотношении компонентов:

полиэтилгидридсилоксан - 3-5 г на 100 см3 индифферентного растворителя; КНС - 1,0-1,5 г на 100 см3 низшего спирта, причем на 10 частей раствора полиэтилгидридсилоксана приходится от 0,5 до 1,5 частей раствора КНС.
В качестве индифферентного растворителя выбран бензин или петролейный эфир, а растворителем КНС может быть изопропиловый спирт, или пропиловый спирт, или этиловый спирт.
КНС, образованное из солей металлов III или IV группы, может состоять, по крайней мере, из одной соли, а из солей металлов II группы должно содержать не менее двух разных солей.
Оптимальное содержание активного водорода в полиэтилгидридсилоксане должно быть 1,3 - 1,42%.
Предложенную композицию заявитель называет "Гидрофоб ГОИ".
Предлагается также способ изготовления данной композиции, который включает приготовление растворов связующей и гидрофобизирующей составляющих, в отличие от прототипа создают однородную смесь, для чего в сухом стеклянном сосуде растворяют в индифферентном растворителе полиэтилгидридсилоксан и взбалтывают до образования прозрачности. В таком же сосуде растворяют в низшем спирте комплексообразующее неорганическое соединение на основе солей хлоридов металлов Zn, Cd, Al, Ti,Sh,Hf,Zr и взбалтывают до образования или эмульсии, или прозрачности, соединяют оба полученных раствора и взбалтывают смесь до полной гомогенизации.
Технический результат достигается в соответствии с предложенным составом композиции, когда на 100 см3 индифферентного растворителя используют 3,0-5,0 г полиэтилгидридсилоксана, а на 100 см3 низшего спирта используют 1,0-1,5 г хлорида металла. Время взбалтывания для такого количества состава обычно составляет 2-3 мин, 10-15 мин и 30 мин соответственно по стадиям. При этом на 10 частей первого раствора прибавляют от 0,5 до 1,5 частей второго раствора.
Указанное соотношение составляющих композиции определено многократным опытом и дает воспроизводимость и наилучший технический результат.
Ниже приводятся конкретные примеры по изготовлению состава гидрофобного раствора.
Пример 1. В чистом сухом стеклянном сосуде растворяют 3,0 г полиэтилгидридсилоксана (силикона) в 100 см3 бензина БР-1 или петролейного эфира марки 70-100 и взбалтывают в течение 2-3 минут, образуется прозрачный раствор.
В таком же сосуде растворяют 1,0 или 1,5 г хлорида кадмия или хлорида олова (МХ2) в 100 см3 абсолютированном изопропаноле, или пропаноле, или этаноле, взбалтывают в течение 10 мин и образуется прозрачная жидкость.
К первому раствору добавляют 5-10 см3 второго раствора и снова взбалтывают до полной гомогенизации (30 мин). Смесь постепенно становится коллоидным раствором.
Пример 2. В таком же сосуде, как в примере 1, растворяют 0,5 г силикона в 100 см3 бензина БР-1 или петролейного эфира марки 70-100 и взбалтывают в течение 2-3 мин и образуется прозрачный раствор.
К этому раствору добавляют 10-15 см3 спиртового раствора кадмия хлорида или олова хлорида, приготовленного в примере 1, и снова взбалтывают до полной гомогенизации (30 мин). Смесь из слабо мутного состояния превращается в прозрачный раствор.
Пример 3. Изготавливают раствор силикона, как в примере 1 и 2, т.е 3 или 5 % растворы.
В отдельном стеклянном растворе 1,0 или 1,5 г алюминия хлористого в 100 см3 изопропилового спирта, взбалтывают до полного растворения кристаллов и образуется прозрачная жидкость.
К 3 и 5% растворам силикона добавляют соответственно 5-10 см3 и 10-15 см3 спиртового раствора алюминия хлористого и снова взбалтывают эти растворы до полной гомогенизации.
Пример 4. Изготавливают 3 и 5% растворы силикона, как в примере 1 и 2.
В стеклянном сосуде растворяют 1,0 или 1,5 г циркония хлорокиси или графния хлорокиси в 100 см3 изопропанола или этанола, взбалтывают в течение 2-3 минут и образуется коллоидный раствор.
К 3 и 5% растворам силикона добавляют соответственно 5-10 см3 и 10-15 см3 спиртового раствора циркония хлорокиси или гафния хлорокиси и опять взбалтывают до тех пор, пока растворы не станут прозрачными.
Нанесение покрытий из оптимального состава и их характеристики.
Обрабатываемая поверхность стекла должна быть чистой и сухой. На поверхность наносят растворы, изготовленные в примерах 1-4, с помощью чистой ткани или струйным распылением из пульверизатора. Затем поверхность равномерно протирают тканью круговыми поступательными движениями. Через 2-3 мин повторяют операцию. Отверждение покрытия: при температуре +10oС в течение 120 мин, а при +20oС - 60 минут. После высыхания поверхность протирают сухой чистой тканью.
Угол смачивания капли воды поверхности стекла с покрытиями составляет от 93 до 102o, а без покрытия - 10-15o. Критический угол скатывания капли воды равняется 10-20o.
Следует отметить, что высокий угол смачивания капли воды показывают покрытия на основе силикона и оловохлорида.
Полученное таким способом тонкослойное покрытие испытывалось на влагостойкость по ГОСТ 15151-69, тепло-, морозостойкость и механическую прочность в соответствии с ОСТ 3-1901-85.
После испытаний покрытия сохраняют гидрофобные свойства. Поверхность стекла с покрытием мало пылится и легко чистится от загрязнений чистой мягкой тканью. Покрытия не изменяют оптические свойства стекол и предохраняют химически нестойкие стекла от коррозии под воздействием климатический факторов. Они стойкие к воздействию слабых растворов кислот, щелочей и солевых растворов, а также к воздействию органический растворителей (бензин, спирт, ацетон и др.).
Покрытия обладают высокой механической прочностью и термостойкостью до 250oС, выдерживают перепады температур +60oС.
Таким образом предлагаемая композиция для водо- и грязеотталкивающего покрытия на поверхности стекол и ее изготовление имеют существенные преимущества перед известными составами, а именно: позволяет создать стабильный водо- и грязеотталкивающий слой, а также повысить производительность нанесения, покрытия отверждаются при обычных температурах +10 - +20oС, упрощение и снижение себестоимости технологического процесса гидрофобизации стекол.
Для создания покрытия не требуется специального оборудования. Покрытие нетоксично и экологически безопасно при длительном сохранении на поверхности стекла.
Источники информации

1. Милс Р.Н., Льюис Ф.М. Силиконы. М.: Химия, 1964, стр. 192.
2. Пащенко А. А. , Воронков М.Г. и др. Гидрофобизация. Киев: Наукова думка, 1973, стр. 166-172.
3. Соболевский М.В., Музовская О.А. и др. Свойства и области применения кремнийорганических продуктов. М.: Химия, 1975, стр. 189-196. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


1. Композиция для создания водо- и грязеотталкивающего покрытия на поверхности стекол, включающая раствор полиэтилгидридсилоксана в индифферентном растворителе, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит спиртовой раствор комплексообразующего неорганического соединения (КНС) на основе солей металлов Zn, Cd, Al, Ti, Sn, Hf, Zr при следующем соотношении компонентов: полиэтилгидридсилоксан - 3,0-5,0 г на 100 см3 индифферентного растворителя; КНС - 1,0-1,5 г на 100 см3 низшего спирта, причем на 10 ч. раствора полиэтилгидридсилоксана приходится от 0,5 до 1,5 ч. раствора КНС.
2. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве индифферентного растворителя выбран бензин или петролейный эфир, а растворителем КНС является изопропиловый спирт, или пропиловый спирт, или этиловый спирт.
3. Композиция по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что КНС состоит, по крайней мере, из одной соли металла III или IV группы Периодической таблицы, а КНС из солей металлов только II группы Периодической таблицы содержит не менее двух разных солей.
4. Композиция по п. 1, или 2, или 3, отличающаяся тем, что полиэтилгидридсилоксан содержит 1,3-1,42% активного водорода.
5. Способ изготовления композиция для создания водо- и грязеотталкивающего покрытия на поверхности стекол, включающий приготовление раствора полиэтилгидридсилоксана в индифферентном растворителе, отличающийся тем, что в сухом стеклянном сосуде растворяют в низшем спирте комплексообразующее неорганическое соединение на основе солей металлов Zn, Cd, Al, Ti, Sn, Hf, Zr, взбалтывают до образования эмульсии, соединяют с раствором полиэтилгидридсилоксана и взбалтывают смесь до полной гомогенизации, причем на 100 см3 индифферентного растворителя используют 3,0-5,0 г полиэтилгидридсилоксана, а на 100 см3 низшего спирта используют 1,0-1,5 г КНС, при этом на 10 ч. первого раствора прибавляют от 0,5 до 1,5 ч. второго раствора.