Композиция для спортивных покрытий
Владельцы патента RU 2425855:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) (RU)
Изобретение относится к композициям для спортивных покрытий на основе жидких углеводородных каучуков для изготовления покрытий беговых дорожек, кровельных, гидроизоляционных покрытий бассейнов, покрытий полов и спортивных площадок. Композиция для спортивных покрытий включает олигобутадиендиол, пластификатор, минеральный наполнитель, трехфункциональный низкомолекулярный спирт, полиметиленполифениленполиизоцианат с содержанием изоцианатных групп 29,5-31,0%, оловоорганический катализатор, 2,4,6-три-третбутилфенол, полисульфидный олигомер, изоцианатный форполимер, ароматический диамин, представляющий собой смесь 2,4- и 2,6-изомеров 3,5-диметилтиотолуилендиамина в соотношении 80:20, диатомит, технический углерод П-803 и стабилизатор светового старения 2-(2'-гидрокси-3',5'-диизопентилфенил)бензатриазол. Технический результат - повышение динамических и физико-механических показателей покрытий. 2 табл.
Изобретение относится к композициям для спортивных покрытий на основе жидких углеводородных каучуков для изготовления покрытий беговых дорожек, кровельных, гидроизоляционных покрытий бассейнов, покрытий полов и спортивных площадок.
Известна композиция для изготовления эластичных покрытий, включающая низкомолекулярный бутадиенпипериленовый каучук, оксид кальция, мел, глицерин, катализатор уретанообразования, полиизоцианат и триэтилбензиламмонийхлорид [патент РФ 2211850 С1, Кл.6 C09D 109/00, опубл. 1999].
Широкое распределение по типу функциональности бутадиенпипериленового олигомера обуславливает дефектность трехмерной сетки, образующейся при отверждении полиизоцианатом, что является следствием низкого уровня динамических и физико-механических показателей покрытия.
Известна композиция для покрытий спортивных площадок и гидроизоляционных покрытий, включающая гидроксилсодержащий олигодиендиол - сополимер изопрена и бутадиена, пластификатор, минеральный наполнитель, трехфункциональный низкомолекулярный спирт, катализатор уретанообразования, 2,4,6-три-третбутилфенол, отвердитель полиизоцианат и дополнительно этилсиликат [патент РФ 2186812, С09D 109/00, опубл. 10.08.2002].
Недостатком этих композиций является низкий уровень динамических и физико-механических свойств отвержденных эластомерных покрытий.
Известна композиция для покрытий, включающая олигобутадиендиол, пластификатор, минеральный наполнитель, трехфункциональный низкомолекулярный спирт, оловоорганический катализатор уретанообразования, 2,4,6-три-третбутилфенол, полиизоцианат и этилсиликат [патент РФ 2190002, Кл.7 С09D 109/00, опубл. 2002].
Недостатком этих композиций является невысокий уровень динамических и физико-механических свойств.
Наиболее близким решением к предлагаемому изобретению (прототип) является композиция, описанная в способе получения композиции для покрытия [патент РФ 2325418, С09D 175/08, опубл. 27.05.2008, бюл.№15], включающая олигобутадиендиол, пластификатор, минеральный наполнитель, трехфункциональный низкомолекулярный спирт, оловоорганический катализатор уретанообразования, 2,4,6-три-третбутилфенол, полиметиленполифениленполиизоцианат с содержанием изоцианатных групп 29,5-31,0% и полисульфидный олигомер при соотношении компонентов, мас.ч.:
| Олигобутадиендиол | 100 |
| Пластификатор | 5-30 |
| Минеральный наполнитель | 90-150 |
| Трехфункциональный низкомолекулярный спирт | 1-5 |
| Указанный полиизоцианат | 14-24 |
| Оловоорганический катализатор | 0,01-1,10 |
| 2,4,6-три-третбутилфенол | 0,5-1,5 |
| Полисульфидный олигомер | 5-15 |
Покрытия из данной композиции характеризуются недостаточным уровнем динамических и физико-механических свойств.
Техническим результатом является повышение уровня динамических и физико-механических свойств композиций.
Поставленный технический результат достигается тем, что композиция для спортивных покрытий, включающая олигобутадиендиол, пластификатор, минеральный наполнитель, трехфункциональный спирт, полиметиленполифениленполиизоцианат с содержанием изоцианатных групп 29,5-31,0%, оловоорганический катализатор, 2,4,6-три-третбутилфенол, полисульфидный олигомер, дополнительно содержит изоцианатный форполимер, ароматический диамин, представляющий собой смесь 2,4- и 2,6-изомеров 3,5-диметилтиотолуилендиамина в соотношении 80:20, диатомит, технический углерод П-803 и стабилизатор светового старения 2-(2'-гидрокси-3',5'-диизопентилфенил)бензатриазол при следующем соотношении компонентов, мас.ч:
| Олигобутадиендиол | 100 |
| Пластификатор | 5-30 |
| Минеральный наполнитель | 80-100 |
| Трехфункциональный низкомолекулярный спирт | 1-5 |
| Указанный полиизоцианат | 14-24 |
| Оловоорганический катализатор | 0,01-1,10 |
| 2,4,6-три-третбутилфенол | 0,5-1,5 |
| Полисульфидный олигомер | 5-15 |
| Изоцианатный форполимер | 10-30 |
| Указанный ароматический диамин | 3-6 |
| Диатомит | 5-15 |
| Технический углерод П-803 | 5-10 |
| 2-(2'-гидрокси-3',5'-диизопентилфенил)бензатриазол | 0,5-1,5 |
Введение в состав композиции дополнительного связующего - изоцианатного форполимера, имеющего большое количество кинетически подвижных эфирных связей, обеспечивает эффективную диссипацию напряжений в полимерной матрице при динамическом нагружении. Использование указанного ароматического диамина способствует повышению глубины превращения функциональных групп изоцианатного форполимера. Заявленное количество изоцианатного форполимера и ароматического диамина определяет оптимальное соотношение сшитых и линейных цепей в полиуретанах, вследствие чего получаемые материалы обладают улучшенными динамическими и физико-механическими свойствами. Присутствие диатомита приводит к появлению структурных образований, способствующих сохранению заданного уровня свойств в процессе эксплуатации спортивного покрытия. Наличие адгезионноактивных групп на поверхности технического углерода П-803 способствует увеличению адгезионного взаимодействия твердой фазы с полимерной матрицей, что приводит к улучшению физико-механических и динамических свойств материалов. Введение стабилизатора светового старения обеспечивает повышенную устойчивость спортивного покрытия в условиях эксплуатации.
В качестве олигобутадиендиола в композиции используется сополимер бутадиена и изопрена ПДИ-1К (ТУ 38.103342-88) с соотношением мономеров 70:30; молекулярной массой 4000-5000; содержанием гидроксильных групп, мас.% 0,75-0,89 и олигодиендиолы с молекулярной массой 2000-5000; индексом полидисперсности 1,20-1,35; вязкостью по Брукфилду, Па/с (25°С) 8,5-22; содержанием концевых гидроксильных групп, % 0,7-1,7; микроструктурой, % 1,4-цис 10-15, 1,4-транс 20-25, 1,2-(винил) 60-70; распределением по ОН-группам (РТФ), % бесфункциональные 2, монофункциональные 6, бифункциональные 92; плотностью, кг/м3 900-910 (олигодиендиолы Krasol LBH производства фирмы Sartomer).
В качестве пластификатора композиция содержит соединения, используемые в производстве эластомерных материалов на основе диеновых каучуков: алкил(арил)овые эфиры фталевой или фосфорной кислоты, хлорпарафины.
Наполнителями для каучуковой основы служат минеральные порошки средней дисперсности, такие как мел, известь-отсев, оксид кальция, каолин, тальк.
2,4,6-три-третметилфенол представляет собой кристаллический порошок с зелено-желтым оттенком, хорошо растворимым в углеводородах и имеет следующие характеристики: температура плавления 129-131°С, массовая доля золы - не более 0,05%. Получают путем алкилирования фенола изобутиленом в присутствии катализатора. Торговое название - антиоксидант П-23 (ТУ 6-14-26-77).
В качестве полисульфидного олигомера (ПСО) используется жидкие тиоколы марок I, II и НВБ-2, характеризуемые среднечисленной молекулярной массой 1700-5500; среднечисленной функциональностью 2,22-2,68; содержанием SH-групп 1,6-4,3; вязкостью Па/с (25°С) 7,5-50 (ГОСТ 12812-80, ТУ 38.50309-93).
Диатомит (ТУ 5761-001-25310144-99) - представляет собой легкие пористые породы от белого до желтовато-серого цвета со средней плотностью, колеблющейся в пределах от 0,15 до 0,6 г/см3. Диатомит на 96% состоит из водного кремнезема (опала) общей формулы SiO2·nH2O).
Технический углерод П-803 представляет собой однородный порошок черного цвета: печной, малоактивный, полученный при термоокислении разложенного жидкого углеводородного сырья с низкими показателями дисперсности и средними показателями структурности (ГОСТ 78885-86).
2-(2'-гидрокси-3',5'-диизопентилфенил)бензатриазол молекулярной массой 351,59, представляет собой светло-желтый порошок (Тпл=83°С), растворимый в бензоле, толуоле, гексане, ограничено растворимый в ацетоне, этаноле, метаноле и не растворимый в воде. Получаемый диазотированием 2-нитроанилина, сочетанием полученного диазосоединения с 2,4-диизопентилфенолом с последующим восстановлением азокрасителя. Торговое название стабилизатор светового старения. Продукт фирмы Ciba-Geiry (Швецария).
В качестве трехфункционального низкомолекулярного спирта в композиции используется глицерин, триэтаноламин или триметилолпропан.
В качестве полиизоцианата в композиции используется полиметиленполифениленполиизоцианаты, получаемые фосгенированием продукта конденсации анилина с формальдегидом (ТУ 2224-152-04691277-96). Содержание изоцианатных групп 29,5-31%.
В качестве оловоорганического катализатора применяют октоат олова, дибутилдилауринат олова (ТУ 6-02-818-78), могут использоваться и другие оловоорганические соединения, применяемые для синтеза полиуретанов.
В качестве изоцианатного форполимера применяют форполимер марки «Трифол-М», СКУ-ПФЛ-10 О, СКУ-ППТ-45 03, АДВ-17. В качестве ароматического диамина в композиции используют смесь 2,4- и 2,6-изомеров 3,5-диметилтиотолуилендиамина в соотношении 80:20, марки Etacure 300.
В состав композиции могут быть введены добавки, придающие материалу покрытия другие преимущества. В качестве компонента, обеспечивающего снижение расхода композиции на изготовление единицы площади, используется резиновая крошка, для улучшения внешнего вида в композицию могут быть введены пигменты.
Для изготовления композиции для спортивных покрытий используют смесительное оборудование, обеспечивающее гомогенизацию со степенью перетира твердых частиц не более 100 мкм. Полиизоцианат и катализатор уретанообразования поставляют в комплекте с композицией и добавляют в нее на месте укладки покрытия. Резиновую крошку вмешивают в композицию перед введением отвердителя.
Изобретение иллюстрируется следующим примером 1 (состав 1, табл.1).
Пример 1. В смеситель с якорной мешалкой объемом 0,05 л загружают 15 г полисульфидного олигомера, 5 г трехфункционального низкомолекулярного спирта и перемешивают в течение 10 мин. Полученную смесь выгружают в стакан и выдерживают в течение 30 мин. Одновременно в смеситель с якорной мешалкой объемом 1 л загружают 100 г олигобутадиендиола ПДИ-1К, 70 г мела, 10 г извести - отсева, 5 г дибутилфенилфосфата, 0,1 г октоата олова, 0,5 г 2,4,6-три-третбутилфенола, 10 г изоцианатного форполимера марки «Трифор-М»,3 г ароматического диамина, 15 г диатомита, 8 г технического углерода П-803 и 0,5 г 2-(2'-гидрокси-3',5'-диизопентилфенил)бензатриазола.
Смешение компонентов проводят в течение 30 мин, а затем добавляют выдержанную смесь полисульфидного олигомера и трехфункционального низкомолекулярного спирта и перемешивают еще в течение 10 мин. В полученную смесь добавляют 10 г резиновой крошки, 24 г полиизоцианата и вновь перемешивают в течение 8 мин. Полученную смесь заливают в формы и выдерживают 20-25 суток при температуре 18-25°С.
Аналогичным образом готовятся композиции состава 2-10 по примеру 1.
Состав всех исследуемых композиций приведен в таблице 1. Свойства образцов покрытий из композиций приведены в таблице 2. Образцы покрытия испытывали по ГОСТ 263-75, ГОСТ-275-75, ГОСТ-6950-73, ГОСТ-2678-88 и методами (Кувшинский Е.В., Сидорович Е.А. Маятниковый эластомер КС // Журнал теоретической физики, 1957, Т. 26, с.878-886. Сидорович. Е.А., Кувшинский Е.В. Изучение ударного сжатия резин // Физика твердого тела. 1961, Т.3.11, с. 3487-3494) и (Медведев В.П. Разработка эластомерных покрытий для спортивных сооружений на основе анализа взаимодействия элементов в системе «опорно-двигательный аппарат спортсмена-покрытие» дис.канд. техн. наук, Волгоград, 1989 г.).
Из данных таблицы 2 видно, что заявленная композиция обеспечивает получение покрытий с более высоким комплексом динамических и физико-механических характеристик. Повышение комплекса прочностных свойств достигается благодаря использованию изоцианатного форполимера в сочетании с ароматическим диамином и диатомита.
Как видно из таблиц 1 и 2, при содержании изоцианатного форполимера менее 10 мас.ч. покрытие имеет пониженный уровень комплекса свойств из-за значительного отклонения соотношения NCO:OH от эквимолекулярности и снижения плотности сшивания. При больших количествах форполимер более 30 мас.ч. свойства также снижаются вследствие избытка изоцианатных групп групп, склонности к вспениванию и повышению жесткости отвержденного продукта.
Количество ароматического диамина (Etacure 300) - также как и количество изоцианатного форполимера оказывает существенное влияние на свойства покрытий. При содержании Etacure 300 менее 3 мас.ч. снижается степень сшивания, не достигается эффект повышения динамических и физико-механических свойств.
Уменьшение и увеличение степени наполнения диатомита и технического углерода П-803 от заявленных пределов приводит к снижению уровня свойств спортивных покрытий из-за недостаточного количества структурных образований, полученных при отверждении.
При уменьшении количества стабилизатора светового старения от заявленных пределов его присутствие не обеспечивает повышенную устойчивость спортивного покрытия в условиях эксплуатации, а при увеличении его количества использование стабилизатора экономически не целесообразно.
Таким образом, преимуществом использования предлагаемой композиции является повышение динамических и физико-механических характеристик спортивных покрытий.
Композиция для спортивных покрытий, включающая олигобутадиендиол, пластификатор, минеральный наполнитель, трехфункциональный низкомолекулярный спирт, полиметиленполифениленполиизоцианат с содержанием изоцианатных групп 29,5-31,0%, оловоорганический катализатор, 2,4,6-три-третбутилфенол, полисульфидный олигомер, отличающаяся тем, что дополнительно содержит изоцианатный форполимер, ароматический диамин, представляющий собой смесь 2,4- и 2,6-изомеров 3,5-диметилтиотолуилендиамина в соотношении 80:20, диатомит, технический углерод П-803 и стабилизатор светового старения 2-(2'-гидрокси-3',5'-диизопентилфенил)бензатриазол при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Олигобутадиендиол | 100 |
| Пластификатор | 5-30 |
| Минеральный наполнитель | 80-100 |
| Трехфункциональный низкомолекулярный спирт | 1-5 |
| Указанный полиизоцианат | 14-24 |
| Оловоорганический катализатор | 0,01-1,10 |
| 2,4,6-три-третбутилфенол | 0,5-1,5 |
| Полисульфидный олигомер | 5-15 |
| Изоцианатный форполимер | 10-30 |
| Указанный ароматический диамин | 3-6 |
| Диатомит | 5-15 |
| Технический углерод П-803 | 5-10 |
| 2-(2'-гидрокси-3',5'-диизопентилфенил)бензатриазол | 0,5-1,5 |
