Композиция для покрытий
Владельцы патента RU 2444551:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) (RU)
Изобретение относится к каучуковым покрытиям на основе жидких углеводородных каучуков, предназначенным для устройства покрытий преимущественно для спортивных площадок, полов, кровельных и изоляционных покрытий в строительстве. Композиция содержит низкомолекулярный каучук - сополимер изопрена с бутадиеном при соотношении мономеров 20:80, молекулярной массой 3000-3500, с содержанием гидроксильных групп 0,7-1,1 мас.%, 4,4′-дифенилметандиизоцианат, катализатор уретанообразования дибутилдилаурат олова, глицерин, окисленный изотактический полипропилен молекулярной массы 200000-700000. Техническим результатом является повышение динамических и упругогистерезисных свойств. 2 табл.
Изобретение относится к каучуковым покрытиям на основе жидких углеводородных каучуков, предназначенным для устройства покрытий преимущественно для спортивных площадок, полов, кровельных и изоляционных покрытий в строительстве.
Известна композиция для покрытий, включающая сополимеры бутадиена и пиперилена с молекулярной массой 1200-3200 и 500-1200, глицерин, полиизоцианат, катализатор уретанообразования и резиновую крошку (патент РФ 1229214, МКИ C09D 3/72, 1984). Недостатком покрытия из данной композиции являются низкие динамические и упругогистерезисные свойства.
Известна композиция для покрытий, включающая низкомолекулярный бутадиенпипериленовый каучук молекулярной массой 1200-3200, глицерин, полиизоцианат, катализатор уретанообразования, гидроксилированную резиновую крошку и оксид кальция (патент РФ 2024564, МПК C09D 109/00, 1994).
Недостатком такой композиции являются низкие динамические и упругогистерезисные свойства из-за широкого молекулярно-массового распределения и низкой функциональности бутадиенпипериленового каучука.
Известна композиция для покрытий, включающая бутадиенпипериленовый каучук, глицерин, полиизоцианат, катализатор уретанообразования, оксид кальция, мел, противостаритель - продукт полимеризации отхода производства изопрена - стадии разложения 4,4 диметилдиоксана-1,3 (патент РФ 1775447, МПК C09D 109/00, 1990).
Недостатком данной композиции являются низкие динамические и упругогистерезисные свойства.
Известна композиция для покрытий, включающая сополимер бутадиена с изопреном с соотношением мономеров 70:30, молекулярной массой 4000-5000, содержанием гидроксильных групп 0,75-0,89 мас.%, пластификатор, минеральный наполнитель, трехфункциональный низкомолекулярный спирт, полиизоцианат, катализатор уретанообразования, 2,4,6-три-третбутилфенол и этилсиликат (патент РФ 2186812, МПК C09D 109/00, 2000).
Покрытие из данной композиции имеет низкие динамические и упругогистерезисные свойства.
Наиболее близким решением к предлагаемому изобретению по технической сущности является композиция для покрытия (патент РФ 2266935, МПК C09D 109/00, C09D 175/14, 27.12.2005), включающая низкомолекулярный каучук, полиизоцианат, катализатор уретанообразования в качестве низкомолекулярного каучука содержит гидроксилсодержащий сополимер изопрена с бутадиеном с соотношением мономеров 20:80, средней молекулярной массой 3000-3500, содержанием гидроксильных групп 0,7-1,1 мас.% (ПДИ-1К) при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Сополимер изопрена и бутадиена (ПДИ-1К) | 100 |
| Полиизоцианат | 10-36 |
| Катализатор уретанообразования | 0,001-3,0 |
Композиция дополнительно содержит компоненты влагопоглощения, наполнитель, пластификатор, растворитель, низкомолекулярный спирт, противостаритель, пигмент, поверхностно-активное вещество.
Покрытие из данной композиции имеет недостаточную прочность и деформацию вследствие низкого уровня динамических и упругогистерезисных свойств. Это вызвано дефектностью трехмерной структуры сетки, образующейся при отверждении. Поэтому сформированная при отверждении каучука полимерная сетка имеет значительное количество дефектов в виде свободных концов, не воспринимающих нагрузку при ударных воздействиях. Кроме того, слабое адгезионное взаимодействие на границе раздела полимер-минеральный наполнитель не позволяет получать покрытия с требуемой прочностью.
Задача изобретения - повышение прочности и деформации покрытий.
Техническим результатом является повышение прочности, динамических и упругогистерезисных свойств.
Технический результат достигается тем, что композиция для покрытий, включающая низкомолекулярного каучука сополимер изопрена с бутадиеном при соотношении мономеров 20:80, молекулярной массой 3000-3500, с содержанием гидроксильных групп 0,7-1,1 мас.%, 4,4-дифенилметандиизоцианат, катализатор уретанообразования - дибутиллаурат олова, глицерин, дополнительно содержит окисленный изотактический полипропилен молекулярной массы 200000-700000 при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Низкомолекулярный каучук | 100 |
| 4,4-дифенилметандиизоцианат | 12-36 |
| Окисленный изотактический полипропилен | 5-50 |
| Дибутиллаурат олова | 0,001-0,1 |
| Глицерин | 1-5 |
Ввиду наличия в окисленном изотактическом полипропилене функциональных групп (гидроксильных, карбоксильных, карбонильных и других) повышаются динамические и упругогистерезисные свойства. Кроме того, повышается сопротивление старению, адгезия композиции к различным материалам (бетон, сталь), динамические и физико-механические свойства.
Для получения окисленного изотактического полипропилена (ОИПП) используется лабораторная установка, состоящая из реактора окисления колонного типа, электронагревателя и барботера.
Пример 1. В реактор подают 4,6 г изотактического полипропилена марки НС 205 TF, имеющего следующие характеристики:
| Молекулярная масса, г·моль-1 | 342000 |
| Точка плавления, °С | 165 |
| Вязкость при 24°С, Па·с | 16,19 |
В реактор заливают 14 мл этилбензола и нагревают до температуры окисления в течение одного часа до полного набухания полипропилена. Избыток этилбензола удаляют и в систему вводят 1 мл бензальдегида. Полученную гомогенную систему выдерживают при температуре 160°С и окисляют кислородом воздуха в течение двух часов. Полученный ОИПП массой 8,5 г удаляется из реактора. Он имеет следующие показатели:
| Молекулярная масса, г·моль-1 | 90000 |
| Точка плавления, °С | 146 |
| Вязкость при 24°С, Па·с | 4,8 |
Пример 2. Осуществляется аналогично примеру 1, но в качестве ароматического углеводорода используется толуол и окисление ведется при температуре 140°С в течение трех часов. Полученный ОИПП имеет следующие показатели:
| Молекулярная масса, г·моль-1 | 85500 |
| Точка плавления, °С | 141 |
| Вязкость при 24°С, Па·с | 4,4 |
Пример 3. Осуществляется аналогично примеру 1, но в качестве ароматического углеводорода используется п-ксилол и окисление ведется при температуре 150°С. Полученный ОИПП имеет следующие показатели:
| Молекулярная масса, г·моль-1 | 89000 |
| Точка плавления, °С | 143 |
| Вязкость при 24°С, Па·с | 4,5 |
По результатам ИК-спектроскопии окисленного изотактического полипропилена выявлено наличие интенсивных полос поглощения в областях 3360-3720 и 1670-1725
см-1, что свидетельствует о появлении в спектре окисленного полипропилена гидроксильных, карбонильных и карбоксильных групп.
Низкомолекулярный каучук ПДИ-1К представляет собой сополимер изопрена с бутадиеном с содержанием бутадиена 80% (ТУ 38.103342-88), получаемый полимеризацией в растворе на литиевом катализаторе с использованием регулятора полимеризации триалкилалюминия. Имеет следующие характеристики: молекулярная масса 3000-3500, содержание гидроксильных групп 0,7-1,1 мас.%, вязкость при 25°С 2,9-3,4 Па.с, температура стеклования минус 64°С, плотность 900 кг/м3, доля бифункциональных макромолекул достигает 75%.
В качестве катализатора уретанообразования применяется дибутилдилаурат олова (ТУ 6-02-818-73).
В качестве полизоционата в композиции используется полиметилен-полифенилизоционаты на основе 4,4-дифенилметандиизоцианата (ТУ-6-03-375-75, 113-03-38-106-90, 113-03-603-86, 2224-152-04691277-96).
Для изготовления композиции используют смесительное оборудование, обеспечивающее гомогенизацию полиизоцианата и катализатора в каучуке. Степень перетира твердых частиц не должна превышать 100 мкм. При промышленном использовании композиции полиизоцианат поставляют в комплекте с композицией и вводят в нее непосредственно перед нанесением покрытия.
Изобретение иллюстрируется следующим примером. В смеситель с якорной мешалкой объемом 1 л загружают 300 г низкомолекулярного каучука ПДИ-1К, 60 г полиизоцианата (4,4-дифенилметандиизоцианат), 0,3 г катализатора уретанообразования (дибутилдилаурата олова), 9 г глицерина, 15 г тонкоизмельченного окисленного низкомолекулярного полипропилена, смесь перемешивают 10 минут. Полученную массу наливают на формы и выдерживают при температуре не ниже 20°С в течение 3-5 суток. Состав композиции соответствует примеру 1 в таблице 1.
Аналогичным образом готовятся другие композиции по прототипу, составы которых приведены в таблице 1.
Испытания материала покрытия проводят по ГОСТ 263-93, ГОСТ 270-75, ГОСТ 426-66.
Свойства полученных образцов покрытий приведены в таблице 2.
Из данных таблицы 2 видно, что применение в качестве связующего низкомолекулярного каучука сополимера изопрена с бутадиеном в комплексе с окисленным изотактическим полипропиленом, полиизоцианатом (4,4-дифенилметандиизоцианатом), глицерином и катализатором уретанообразования (дибутилдилауратом олова) обеспечивает получение покрытия с более высокой прочностью и деформацией, чем у прототипа. Покрытия из составов 7-10 имеют худшие показатели свойств, что связано с отклонением содержания компонентов композиции от оптимальных.
Применение более 50 мас.ч. окисленного изотактического полипропилена в композиции приводит к резкому снижению физико-механических свойств, менее 5 мас.ч. не оказывает влияния на свойства композиции.
Введение катализатора уретанообразования менее 0,001 мас.ч. нецелесообразно ввиду продолжительного времени отверждения композиции для покрытий. Увеличение более 0,1 мас.ч. снижает время жизнеспособности композиции.
Уменьшение количества полиизоцианата менее 12 мас.ч. приводит к образованию слабосшитой структуры и образованию гелеобразного продукта. Увеличение свыше 36 мас.ч. нецелесообразно из-за склонности к вспениванию при отверждении.
Таким образом, заявленная композиция для покрытий обладает повышенными динамическими и упругогистерезисными свойствами.
| Таблица 1 | |||||||||||
| Наименование компонентов | Состав, мас.ч. | Прототип пат. РФ 2266935 | |||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | ||
| 1. Сополимер изопрена и бутадиена с соотношением мономеров 20:80, мол. массой 3000-3500 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 2. Наполнитель: мел | 150 | ||||||||||
| 3. Пластификатор: хлорпарафин ХП-470 | 80 | ||||||||||
| 4. Низкомолекулярный спирт: глицерин | 3 | 2 | 5 | 3 | 3 | 1 | 7 | 0,5 | 3 | 4 | 1 |
| 5. Полиизоцианат: 4,4-дифенилметанд иизоцианат | 20 | 15 | 36 | 30 | 25 | 12 | 40 | 8 | 15 | 20 | 20 |
| 6. Влагопоглотитель: цемент | 10 | ||||||||||
| 7. Катализатор уретанообразования: дибутил-дилаурат олова | 0,1 | 0,01 | 0,1 | 0,01 | 0,01 | 0,1 | 0,001 | 0,01 | 0,0001 | 0,2 | 0,5 |
| 8. Отход производства поликапроамида | 35 | ||||||||||
| 9. Окисленный изотактический полипропилен | 5 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 55 | 60 | 65 | 3 | |
| 10. Противостаритель: 2,6-Дитретбутил-4-метилфенол | 1 |
| Таблица 2 | |||||||||||
| Наименование показателей | Свойства | Прототип пат. РФ 2266935 | |||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | ||
| 1. Твердость по Шору А, у.е. | 64 | 59 | 66 | 67 | 69 | 56 | 53 | 30 | 35 | 40 | 56 |
| 2. Условная прочность, кг/см2 | 18 | 17 | 19 | 19 | 20 | 14 | 10 | 12 | 8 | 5 | 12 |
| 3. Относительное удлинение при разрыве, % | 95 | 140 | 110 | 90 | 85 | 120 | 70 | 65 | 60 | 55 | 60 |
| 4. Эластичность по отскоку, % | 45 | 44 | 40 | 53 | 45 | 42 | 50 | 30 | 45 | 32 | 42 |
Композиция для покрытий, включающая низкомолекулярный каучук в виде сополимера изопрена с бутадиеном при соотношении мономеров 20:80 молекулярной массы 3000-3500, с содержанием гидроксильных групп 0,7-1,1 мас.%, 4,4′-дифенилметандиизоцианат, катализатор уретанообразования - дибутилдилаурат олова, глицерин, отличающаяся тем, что композиция дополнительно содержит окисленный изотактический полипропилен молекулярной массы 200000-700000 при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Низкомолекулярный каучук | 100 |
| 4,4′-Дифенилметандиизоцианат | 12-36 |
| Окисленный изотактический полипропилен | 5-50 |
| Дибутилдилаурат олова | 0,001-0,1 |
| Глицерин | 1-5 |
