Композиция для покрытий
Владельцы патента RU 2434909:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) (RU)
Изобретение относится к полимерным композициям и может быть использовано для изготовления покрытий беговых дорожек, игровых площадок, спортивных залов, эластомерных герметизирующих и гидроизоляционных материалов, кровельных и антикоррозионных покрытий. Композиция для покрытий включает олигобутадиендиол, минеральный наполнитель, трехфункциональный низкомолекулярный спирт, полиизоцианат, катализатор уретанообразования и 2,4,6-три-третбутилфенол. Минеральный наполнитель дополнительно содержит многофункциональный наполнитель, представляющий собой смесь химически соосажденных карбоната кальция и гидроксида магния. Технический результат - получить покрытия с повышенными динамическими и физико-механическими свойствами. 2 табл.
Изобретение относится к полимерным композициям и может быть использовано для изготовления покрытий беговых дорожек, игровых площадок, спортивных залов, эластомерных герметизирующих и гидроизоляционных материалов, кровельных и антикоррозионных покрытий.
Известна композиция для покрытия, включающая олигобутадиендиол, минеральный наполнитель, трехфункциональный низкомолекулярный спирт, полиизоцианат, оловоорганический катализатор и 2,4,6-три-третбутилфенол, этилсиликат, диатомит, поверхностно-активное вещество и пластификатор [патент РФ 2332435 С1, С09В 175/08 опубл. 2008].
Недостатком композиции является невысокий уровень динамических и физико-механических свойств.
Известна композиция для покрытий, включающая олигобутадиендиол, пластификатор, минеральный наполнитель, трехфункциональный низкомолекулярный спирт, полиизоцианат, оловоорганический катализатор, 2,4,6-три-третбутилфенол и этилсиликат [патент РФ 2190002 С2, кл. 7 C 09 D 109/100, опубл. 2002].
Недостатком композиции является невысокий уровень динамических и физико-механических свойств.
Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности к достигаемому результату является композиция для покрытий, включающая олигодиендиол, пластификатор, минеральный наполнитель, трехфункциональный низкомолекулярный спирт, полиизоцианат, катализатор уретанообразования и 2,4,6-трибутилфенол, при этом она в качестве олигодиендиола содержит сополимер бутадиена и изопрена с соотношением мономеров 70:30 мол.м. 4000-5000, содержанием гидроксильных групп 0,75-0,89 мас.% (ПДИ-1К) и дополнительно содержит этилсиликат, при следующем соотношении компонентов:
| пластификатор | 5-30 |
| минеральный наполнитель | 90-150 |
| трехфункциональный низкомолекулярный спирт | 1-5 |
| полиизоцианат | 12-24 |
| катализатор уретанообразования | 0,01-1,00 |
| 2,4,6-три-третбутилфенол | 0,5-1,5 |
| этилсиликат | 0,8-1,6 |
[патент РФ 2186812 С2, кл. 7 C 09 D 109/00 опубл. 2002].
Покрытие из данной композиции имеет недостаточный комплекс физико-механических свойств, несмотря на дополнительное введение в состав композиции этилсиликата.
Задачей предлагаемого изобретения является получение покрытия с повышенными динамическими и физико-механическими свойствами.
Технический результат - повышение динамических и физико-механических свойств - достигается путем использования композиции, включающей олигобутадиендиол - сополимер бутадиена и изопрена с соотношением мономеров 70:30 мол.м. 4000-5000, содержанием гидроксильных групп 0,7-0,89 мас.%, пластификатор, трехфункциональный низкомолекулярный спирт, полиизоцианат, катализатор уретанообразования, 2,4,6-три-третбутилфенол и минеральный наполнитель, который дополнительно содержит многофункциональный наполнитель, представляющий собой смесь химически соосажденных карбоната кальция и гидроксида магния, содержащий:
| - массовая доля карбоната кальция, %, не менее | 65,0 |
| - массовая доля гидроксида магния, %, не менее | 15,0 |
| - массовая доля железа в пересчете на триоксид железа | |
| (Fe2O3), %, не более | 0,020 |
| - массовая доля хлорида натрия, %, не более | 0,150 |
| - массовая доля летучих веществ при 105°С, %, не более | 0,3 |
при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| олигобутадиендиол | 100 |
| пластификатор | 5-30 |
| трехфункциональный низкомолекулярный спирт | 1-5 |
| полиизоцианат | 14-24 |
| катализатор уретанообразования | 0,01-1,00 |
| 2,4,6-три-третбутилфенол | 0,5-1,5 |
| минеральный наполнитель | 60-90 |
| многофункциональный наполнитель | 100-200 |
Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем.
Введение в композицию МФН позволяет получать дополнительное сшивание эластомерной матрицы за счет образования солевых связей, увеличение хемоадсорбционного взаимодействия между олигомером и частицами МФН.
В качестве олигобутадиендиола в композиции используют 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.
Минеральными наполнителями служат порошки средней дисперсности, например мел, известь-отсев, каолин, тальк.
В качестве низкомолекулярного трехфункционального спирта в композиции используется глицерин, триэтаноламин или триметилолпропан.
2,4,6-три-третбутилфенол представляет собой кристаллический порошок, хорошо растворимый в углеводородах и имеющий температуру плавления 129-131°С, массовую долю золы не более 0,05%. Этот продукт производится с помощью реакции алкилирования фенола изобутиленом в присутствии катализатора под торговым названием антиоксидант П-23 (ТУ 6-14-26-77).
В качестве полиизоцианата в композиции используются 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 пластификатора композиция содержит соединения, используемые в производстве эластомерных материалов на основе диеновых каучуков алкил-(арил)овые эфиры фталевой или фосфорной кислоты, хлорпарафины.
В состав композиции дополнительно включен многофункциональный наполнитель (СТО 00203275-225-2008) следующего состава:
| - массовая доля карбоната кальция, %, не менее | 65,0 |
| - массовая доля гидроксида магния, %, не менее | 15,0 |
| - массовая доля железа в пересчете на триоксид железа | |
| (Fe2O3), %, не более | 0,020 |
| - массовая доля хлорида натрия, %, не более | 0,150 |
| - массовая доля летучих веществ при 105°С, %, не более | 0,3 |
| - насыпная плотность, г/см3 | 0,4-0,9 |
| - маслоемкость, г/100 г продукта, не более | 40, |
способный сообщить композиту повышение динамических и физико-механических свойств из-за образования дополнительных солевых связей.
В состав композиции могут быть введены добавки, придающие материалу покрытий другие преимущества. В качестве компонента, обеспечивающего снижение расхода композиции на изготовление единицы площади покрытия, используется резиновая крошка.
Для улучшения внешнего вида в композицию могут быть введены пигменты.
Для изготовления композиции используется смесительное оборудование, обеспечивающее получение гомогенной суспензии наполнителей в объеме композиции со степенью перетира твердых частиц не более 100 мкм. Полиизоцианат, оловоорганический катализатор поставляют в комплекте с композицией и добавляют в нее на месте укладки покрытия. Резиновую крошку вмешивают в композицию перед введением отвердителя.
Состав и свойства композиции приведены в таблицах 1 и 2.
Пример 1
В смеситель с якорной мешалкой объемом 1 л загружают 50 г ПДИ-1К, 50 г мела, 10 г извести-отсева, 1 г глицерина, 0,1 г катализатора, 0,5 г 2,4,6-три-третбутилфенола и 100 г МФН.
Смешение компонентов проводят в течение 20 минут, после чего в суспензию добавляют еще 50 г сополимера, 5 г пластификатора и продолжают смешивать в течение 10 минут. Затем в смесь добавляют 10 г резиновой крошки, 24 г полиизоцианата и вновь перемешивают в течение 8 минут. Полученную массу заливают в формы и выдерживают 20-25 суток при температуре 20-25°С.
Пример по прототипу готовится аналогичным образом.
Образцы покрытия испытывают по ГОСТ 263-75, ГОСТ 270-75, ГОСТ 6950-73, ГОСТ 2678-88. Динамический модуль упругости и тангенс угла механических потерь определяют методом однократного ударного сжатия на маятниковом эластометре (см. Кувшинский Е.В., Сидорович Е.А., Маятниковый эластометр КС. // Журнал теоретической физики, 1957, т.26, 4, с.878-886. Сидорович Е.А., Кувшинский Е.В. Изучение ударного сжатия резин. // Физика твердого тела, 1961, т.3, 11, с.3487-3494). Испытания на отскок мяча выполняют по DIN 18035, часть 6, путем определения отношения высоты отскока мяча от покрытия по сравнению с бетонным полом.
Аналогичным образом готовятся композиции по примерам 1-10.
Состав и свойства композиций для покрытий приведены в таблицах 1 и 2.
На основании данных таблиц 1 и 2 можно сделать следующие выводы: при введении пластификатора менее 5 мас.ч. ухудшаются технологические свойства композиции, т.е. ее перерабатываемость, снижаются динамические и физико-механические свойства покрытия. Использование большего, чем 30 мас.ч., количества пластификатора приводит к снижению прочностных свойств покрытия.
Содержание трехфункционального низкомолекулярного спирта ниже 1 мас.ч. приводит к снижению динамических свойств покрытия, а при концентрации спирта свыше 5 мас.ч. наблюдается утрата прочностных качеств материала, снижается твердость и утрачивается способность к отверждению.
Использование полиизоцианата в количестве, меньшем, чем 14 мас.ч., приводит к потере прочности композита из-за образования слабосшитой структуры и образованию гелеобразного продукта, а превышение его содержания свыше 24 мас.ч. влечет за собой вспенивание материала при отверждении.
Ввод в композицию катализатора уретанообразования меньше, чем 0,01 мас.ч. приводит к снижению скорости отверждения материала. В свою очередь превышение дозировки катализатора свыше 1,0 мас.ч. влечет сокращение жизнеспособности.
Применение менее 0,5 мас.ч. 2,4,6-три-третбутилфенола снижает стойкость покрытия к атмосферному воздействию, концентрация данного вида фенола свыше 1,5 мас.ч. также интенсифицирует процессы старения.
| Таблица 1 | |||||||||||
| Наименование ингредиентов | Состав, мас.ч. | Прототип пат. 2186812 | |||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | ||
| Олигобутадиендиол ПДИ-1К | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| Минеральный наполнитель | |||||||||||
| - мел | 50 | - | - | 75 | 80 | 100 | - | - | - | 75 | - |
| - известь-отсев | 10 | - | - | 15 | - | - | - | - | - | 15 | - |
| - каолин | - | 90 | - | - | - | - | 100 | - | 90 | - | 100 |
| - тальк | - | - | 90 | - | - | - | - | 50 | - | - | - |
| - МФН | 100 | 125 | 150 | 175 | 200 | 225 | 80 | 150 | 150 | 150 | - |
| Пластификатор | 5 | 10 | 15 | 20 | 30 | 40 | 2,5 | 10 | 10 | 15 | 15 |
| Трехфункциональный низкомолекулярный спирт | 1 | 5 | 3 | 4 | 3 | 4 | 0,05 | 5 | 6 | 5 | 4 |
| Дибутилдилауринат олова | - | 0,01 | 0,1 | 1,0 | - | 0,005 | - | - | 0,5 | 1,2 | 0,01 |
| Октоат олова | 0,1 | - | - | - | 0,05 | - | 0,10 | 0,15 | - | - | - |
| 2,4,6-три-третбутилфенол | 0,5 | 1,0 | 1,5 | 1,0 | 0,5 | 1,0 | 0,25 | 2,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 |
| Полиизоцианат | 24 | 20 | 16 | 16 | 14 | 16 | 10 | 28 | 20 | 16 | 20 |
| Этилсиликат | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | 1,0 |
| Резиновая крошка | 10 | - | - | - | 10 | - | - | - | - | - | - |
| Пигмент красный С | - | 5 | - | 5 | - | - | - | - | 5 | 5 | 5 |
Оптимальная концентрация минерального наполнителя лежит в пределах 60-90 мас.ч. Как увеличение, так и снижение дозировок в сравнении с оптимальными приводит к падению эксплуатационных характеристик композиции.
Увеличение количества МФН свыше 200 мас.ч. создает трудности при формировании монолитной однородной структуры образца из-за высокой вязкости.
Выход дозировок МФН в композиции за пределы оптимальных (100-200 мас.ч.) в ту или другую стороны снижает эксплуатационные качества покрытия.
Таким образом, предлагаемая композиция позволяет получать эластичные покрытия с улучшенными динамическими и физико-механическими характеристиками по сравнению с прототипом.
Композиция для покрытий, включающая олигобутадиендиол - сополимер бутадиена и изопрена с соотношением мономеров 70:30 молекулярной массой 4000-5000, содержанием гидроксильных групп 0,7-0,89 мас.%, пластификатор, минеральный наполнитель, трехфункциональный низкомолекулярный спирт, полиизоцианат, катализатор уретанообразования и 2,4,6-три-третбутилфенол, отличающаяся тем, что минеральный наполнитель дополнительно содержит многофункциональный наполнитель, представляющий собой смесь химически соосажденных карбоната кальция и гидроксида магния, содержащий:
| массовая доля карбоната кальция, % | не менее 65,0 |
| массовая доля гидроксида магния, % | не менее 15,0 |
| массовая доля железа в пересчете на триоксид железа | |
| (Fe2O3), % | не более 0,020 |
| массовая доля хлорида натрия, % | не более 0,150 |
| массовая доля летучих веществ при 105°С, % | не более 0,3 |
при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| олигобутадиендиол | 100 |
| пластификатор | 5-30 |
| трехфункциональный низкомолекулярный спирт | 1-5 |
| полиизоцианат | 14-24 |
| катализатор уретанообразования | 0,01-1,00 |
| 2,4,6-три-третбутилфенол | 0,5-1,5 |
| минеральный наполнитель | 60-90 |
| многофункциональный наполнитель | 100-200 |
