Защитный состав для покрытия и пропитки поверхностей бетонных, металлических, деревянных, пластмассовых и стеклянных конструкционных материалов
Изобретение относится к защитному составу для покрытия и пропитки поверхностей бетонных, металлических, деревянных, пластмассовых и стеклянных конструкционных материалов. Защитный состав содержит полиоксипропилентриол с молекулярной массой 3000-5000, полиизоцианат на основе 4,4′-дифенилметандиизоцианата, дибутилдилаурат олова и растворитель, при этом он дополнительно содержит дифенилолпропан, а в качестве растворителя - диацетил при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: полиоксипропилентриол с молекулярной массой 3000-5000 30-70; полиизоцианат на основе 4,4′-дифенилметандиизоцианата 65-70; дибутилдилаурат олова 0,1-0,2; дифенилолпропан 70-30; диацетил формулы C4H6O2 125 и изотопы углерода 13C. Отношение количества изотопов углерода 13C к общему количеству углерода в защитном составе от 0.005 до 0.5. Технический результат - повышение твердости и прочности покрытий, снижение времени отверждения композиции и улучшение ее экологичности. 18 пр., 1 табл.
Изобретение относится к составам пленкообразующих полиуретановых композиций и может быть использовано в качестве защитного покрытия для дерева, бетона, стекла, металла.
Наибольшее распространение среди составов подобного назначения получили составы на основе метилметакрилата (далее ММА). Эти материалы благодаря низкой вязкости легко проникают в бетон, обеспечивая полученному покрытию высокую прочность (Ю.М. Баженов. Бетонополимеры. М.: Стройиздат, 1983, с.42).
Известно применение сополимеров на основе метакриловой кислоты, бутилакрилата и ММА для покрытия бетонных поверхностей (Заявка 9102703, МКИ C04B 24/24). Подобный состав безусловно придает высокую когезионную прочность формируемому покрытию и атмосферостойкость. Однако использование полимеризованной системы, имеющей значительную вязкость, не обладающей высокими сорбционными свойствами и капиллярозаполняемостью в отношении бетона и других пористых материалов, не сможет обеспечить долговечность и непроницаемость бетону либо другим пористым материалам.
Известна композиция для пропитки бетона (авт.св. СССР 1145008, МКИ C04B 41/63), состоящая из метилметакрилата (82-97,5 мас.ч), инициатора полимеризации (0,5-3,0 мас.ч.) и ацетона (2-15 мас.ч.), обеспечивающая возможность пропитки бетонных поверхностей с 3-4% влажностью. Использование подобной композиции не может обеспечить необходимой жизнеспособности вследствие быстрого набора вязкости и стабильности при хранении, а значит высокой технологичности и эксплуатационных свойств.
Известна композиция для пропитки бетона, включающая керосин, катапин, дополнительно содержит сырое льняное масло и вареное льняное масло при следующем соотношении компонентов, мас.%: керосин 4-6; катапин 2-4; сырое льняное масло 75-84; вареное льняное масло 10-15 (Патент РФ 2494080, МКИ C04B 41/48).
Известна теплостойкая антиобрастающая полимерная композиция для покрытий, включающая полибутилметакрилат, метилметакрилат, модификатор, перекись бензоила, диметиланилин и наполнитель, содержит в качестве модификатора полиизоцианат, в качестве наполнителя - активированную базальтовую чешую, оксид хрома и порошок фторполимера и дополнительно перхлорвиниловую смолу при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: полибутилметакрилат 25-100, метилметакрилат 100-450, полиизоцианат 5-100, перхлорвиниловая смола 10-100, перекись бензоила 3-15, диметиланилин 1-10, активированная базальтовая чешуя 5-500, окись хрома 5-200, порошок фторполимера 5-500 (Патент РФ 2028347, МКИ C09D 133/10).
Известна противокоррозионная композиция для бетона, представленная в работе "Антикоррозионные работы в строительстве" (Вып.5, М., Минмонтажспецстрой СССР, 1988 г., с.12-16). Композиция характеризуется следующим составом: ММА - 75 мас.ч., полиизоцианат - 22 мас.ч.; перекись бензоила - 1,5 мас.ч., диметиланилин - 1,5 мас.ч. и эксплуатационными показателями: прочность бетона после пропитки через 14 суток: 36,2 МПа (при влажности 3%), 34,8 МПа при влажности 6%, 33,2 МПа при влажности 9%.
Известна композиция для покрытий (Патент РФ 2073053, МПК 6 C09D 175/08, 1997), содержащая полиоксипропилентриол, полиизоцианат на основе 4,4′-дифенилметандиизоцианата и этилацетат при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| полиоксипропилентриол с молекулярной массой 3000-5000 | 100 |
| полиизоцианат на основе 4,4′-дифенилметандиизоцианата | 100-200 |
| этилацетат | 100-200 |
Недостатком данной композиции является большое время отверждения композиции и недостаточные прочностные свойства покрытий.
Аналогом является композиция для покрытий, содержащая полиоксипропилентриол с молекулярной массой 3000-5000, полиизоцианат на основе 4,4′-дифенилметандиизоцианата, дибутилдилаурат олова, а в качестве растворителя - смесь этилацетата, бутилацетата и трибутиламина при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| полиоксипропилентриол с молекулярной массой 3000-5000 | 100 |
| полиизоцианат на основе 4,4′-дифенилметандиизоцианата | 100-200 |
| дибутилдилаурат олова | 0.2-0.6 |
| этилацетат | 30-70 |
| бутилацетат | 30-70 |
| трибутиламин | 0.1-0.3 |
(см. RU Патент 2162478, МПК 7 C09D 175/08, 2001 г.).
Недостатком данной композиции является низкая твердость и прочность покрытий, длительность отверждения композиции.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является защитный состав (Патент РФ 2393189) для покрытия и пропитки поверхностей бетонных, металлических, деревянных, пластмассовых и стеклянных конструкционных материалов, содержащий полиоксипропилентриол с молекулярной массой 3000-5000, полиизоцианат на основе 4,4′-дифенилметандиизоцианата, дибутилдилаурат олова и растворитель, при этом он дополнительно содержит дифенилолпропан, а в качестве растворителя - дикетон при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| полиоксипропилентриол с молекулярной массой 3000-5000 | 30-70 |
| полиизоцианат на основе 4,4′-дифенилметандиизоцианата | 65-70 |
| дибутилдилаурат олова | 0,1-0,2 |
| дифенилолпропан | 70-30 |
| дикетон | 125 |
Недостатком прототипа является низкая твердость и прочность покрытий, длительность отверждения композиции.
Задачей изобретения является повышение твердости и прочности покрытий, снижение времени отверждения композиции и улучшение ее экологичности за счет использования в защитном составе изотопов углерода 13C.
Задача решается тем, что защитный состав для покрытия и пропитки поверхностей бетонных, металлических, деревянных, пластмассовых и стеклянных конструкционных материалов, содержащий полиоксипропилентриол с молекулярной массой 3000-5000, полиизоцианат на основе 4,4′-дифенилметандиизоцианата, дибутилдилаурат олова и растворитель, при этом он дополнительно содержит дифенилолпропан, а в качестве растворителя - диацетил формулы C4H6O2 при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| полиоксипропилентриол с молекулярной массой 3000-5000 | 30-70 |
| полиизоцианат на основе 4,4′-дифенилметандиизоцианата | 65-70 |
| дибутилдилаурат олова | 0,1-0,2 |
| дифенилолпропан | 70-30 |
| диацетил формулы C4H6O2 | 125 |
отличается тем, что содержит изотопы углерода 13C, и отношение количества изотопов углерода 13C к общему количеству углерода в защитном составе от 0.005 до 0.5.
Это позволяет существенно повысить твердость и прочность составов для покрытий, существенно сократить время отверждения композиции. Сравнение производилось с таблицей прототипа.
Характеристика веществ, используемых в композиции:
- полиоксипропилентриол торговой марки Лапрол по ТУ 6-05-1513-75, ТУ 6-05-2033-87, ТУ 6-55-62-93;
- полиизоцианат на основе 4,4′-дифенилметандиизоцианата торговой марки Суризон или Суризон П 85 по ТУ 113-03-29-22-84;
- дибутилдилаурат олова, см. Дж.Х. Саундерс, К.К. Фриш. "Химия полиуретанов", М., "Химия", 1968 г., с.211;
- дифенилолпропан по ТУ 2423-172-00203335-2007;
- диацетил по ГОСТ Р 52363-2005.
В настоящее время в Мире изотопы углерода 13C широко применяются в биохимии и медицине для диагностики. В заявке представлены результаты собственных исследований по влиянию изотопов углерода 13C на прочностные характеристики защитных составов и покрытий.
Ранее автор исследовал влияние изотопов углерода 13C на характеристики лекарственных препаратов (См. заявку ЕАПВ на изобретение 201201222. По заявке принято решение о выдаче патента).
В данной заявке подтверждено, что использование изотопов углерода 13C повышает сопротивляемость молекул к окислительному воздействию радикалов, позволяет существенно повысить твердость и прочность составов для покрытий, существенно сократить время отверждения композиции.
Способы производства стабильного высокообогащенного нерадиоактивного изотопа углерода-13 широко применяются в российской и мировой промышленности. Хорошо отработаны способы получения изотопа углерода-13 методом газовой диффузии через пористые перегородки, диффузии в потоке пара, термодиффузии, а также методом дистилляции, изотопного обмена, центрифугирования, электролиза, генной инженерии и др. Краткая характеристика этих методов приведена в источнике / Разделение изотопов. Физическая энциклопедия. http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_physics/1071/ИЗОТОПОВ /.
В Московской государственной академии тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова отрабатывают современные нанотехнологии получения и включения атомов стабильных изотопов углерода 13C в молекулы различной структуры. В академии получают молекулы изотопномеченых соединений с различными уровнями изотопного обогащения - от долей процентов до ста процентов изотопов в веществе. Работы ведутся в интересах медицинской диагностики. В источнике / Нанотехнология и включение атомов дейтерия 2H, углерода 13С, азота 15N и кислорода 18O в молекулы аминокислот и белков. http://samlib.ru/o/oleg_w_m/cdocumentsandsettingsolegmosinmoidokumentynanotehnologijaiwkljuchenieatomowdejterija2hrtf.shtml/ приведено 165 ссылок на иностранные источники информации по изотопному обогащению различных веществ.
В свою очередь, автор активно участвовал в работах по изотопному обогащению углеводородов. Обогащение реагентов изотопами углерода 13C (замещение изотопов углерода 12C на изотопы углерода 13C) осуществляли в кавитационном реакторе конструкции профессора Кормилицына В.И. (Московский Энергетический Институт - технический университет).
Реактор был изготовлен по методике, приведенной в источнике / Р.Ф. Ганиев, В.И. Кормилицын, Л.И. Украинский. Волновая технология приготовления альтернативных видов топлив и эффективность их сжигания. - М.: Научно-издательский центр «Регулярная и хаотическая динамика», 2008. - 116 с. / Скорость течения в реакторе, по длине канала, изменялась от 10 м/с до 50 м/с.
На фиг.36 заявки ЕАПВ на изобретение 201200343 представлена схема кавитационного реактора для изотопного обогащения различных смесей, в частности углеводородных реагентов. Реактор расположен в установке, которая содержит насос 6НК-6х1, обеспечивающий максимальный расход 90 м3/час, напор 125 м при мощности электродвигателя 75кВт, частоте оборотов ротора электродвигателя и колеса насоса 2950 об/мин. Дополнительно установка содержит емкости для реагентов и измерительные приборы (чертежи реактора, а именной фиг.36, 37 и 38, представлены в опубликованной заявке ЕАПВ на изобретение 201200343).
Схема установки представлена на фиг.38 заявки ЕАПВ на изобретение 201200343.
Кавитационный реактор 1 (см. фиг.36 заявки ЕАПВ на изобретение 201200343) выполнен в виде плоского сопла Лаваля с телами кавитации 2-9 в канале 10.
На фиг.37 заявки ЕАПВ на изобретение 201200343 представлено поперечное сечение кавитационного реактора. Канал реактора в области тел кавитации разделяется на несколько каналов. Например, тела кавитации 5 и 6 разделяют канал на более мелкие каналы 13, 14 и 15. Снаружи канал ограничивают стенки 16 и 17, а также две крышки 11 и 12.
На фиг.36 стрелками 18 показано направление движения реагента на входе в реактор, стрелкой 19 показано направление движения реагента на выходе из реактора.
В стенке 16 выполнены каналы 24 и 25 для подачи в зоны кавитации двуокиси углерода.
Установка работает следующим образом. Углеводородный реагент из емкости 28 с помощью насоса 26 прокачивается через реактор 27 и поступает обратно в емкость 28. Падение давления на реакторе контролируется манометрами 29 и 30. Температура реагента контролируется по термометру 31. Подогрев реагента в емкости осуществляют нагревателем 32.
При работе реактора углеводородный реагент движется по каналу кавитатора в направлении 18. При обтекании тел кавитации поток разделяется на несколько потоков. За телами кавитации возникают области кавитации. В частности, за телами (если смотреть по направлению движения реагента) кавитации 2, 3 и 4 располагаются зоны кавитации 20, 21, 22 и 23. При входе в область кавитации реагент «закипает», возникают кавитационные пузырьки, при выходе из области кавитации кавитационные пузырьки схлопываются. При этом в области (в месте) схлопывания кавитационного пузырька наблюдается повышение давления до нескольких тысяч атмосфер и повышение температуры до тысячи и более градусов Цельсия. Через каналы 24 и 25 в поток подается двуокись углерода таким образом, чтобы газ попал в зоны кавитации.
Парогазовая смесь, полученная в реакторе совместно с жидким реагентом, поступает в емкость 28. Далее парогазовая смесь по трубопроводу 33 поступает в сепаратор с пористой перегородкой, где парогазовые смеси с 13C и 12C разделяются.
В экспериментах реактор работал от нескольких часов до нескольких суток. Установлена прямая зависимость степени обогащения парогазовой смеси и реагента изотопом 13C от времени работы кавитационного реактора.
Контроль количества изотопов углерода 13C осуществлялся масс-спектроскопией высокого разрешения.
В результате экспериментов было достигнуто существенное обогащение реагента изотопом углерода 13C.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами конкретного выполнения.
Пример 1 (Патент РФ 2162478)
В емкость загружают компоненты при следующем соотношении, мас.ч.:
| полиоксипропилентриол с молекулярной массой 3000 | 100 |
| полиизоцианат на основе 4,4′-дифенилметандиизоцианата | 200 |
| дибутилдилаурат олова | 0.2 |
| этилацетат | 50 |
| бутилацетат | 50 |
| трибутиламин | 0.1 |
перемешивают в течение 2 часов и наносят на рабочую поверхность.
Пример 2 (по заявляемому объекту)
Композицию для покрытий получают путем смешения компонентов при следующем соотношении, мас.ч.:
| полиоксипропилентриол с молекулярной массой 3600 | 30 |
| полиизоцианат на основе 4,4′-дифенилметандиизоцианата | 68 |
| дибутилдилаурат олова | 0.2 |
| дифенилолпропан | 70 |
| диацетил формулы C4H6O2 | 125 |
после перемешивания смесь наносят на рабочую поверхность.
Пример 3
Композицию получают аналогично примеру 2, но используют полиоксипропилентриол с ММ 3000.
Пример 4
Композицию получают аналогично примеру 2, но используют полиоксипропилентриол с ММ 5000.
Примеры 5, 8
Композицию получают аналогично примеру 2, но при другом соотношении полиоксипропилентриола и дифенилолпропана.
Примеры 6, 9
Композицию получают аналогично примеру 3, но при другом соотношении полиоксипропилентриола и дифенилолпропана.
Примеры 7, 10
Композицию получают аналогично примеру 4, но при другом соотношении полиоксипропилентриола и дифенилолпропана.
В примере 1 изотопы углерода 13C отсутствовали.
В примере 2 отношение количества изотопов углерода 13C к общему количеству углерода в защитном составе 0.005.
В примере 3 отношение количества изотопов углерода 13C к общему количеству углерода в защитном составе 0.005.
В примере 4 отношение количества изотопов углерода 13C к общему количеству углерода в защитном составе 0.01.
В примере 5 отношение количества изотопов углерода 13C к общему количеству углерода в защитном составе 0.01.
В примере 6 отношение количества изотопов углерода 13C к общему количеству углерода в защитном составе 0.1.
В примере 7 отношение количества изотопов углерода 13C к общему количеству углерода в защитном составе 0.2.
В примере 8 отношение количества изотопов углерода 13C к общему количеству углерода в защитном составе 0.2.
В примере 9 отношение количества изотопов углерода 13C к общему количеству углерода в защитном составе 0.5.
В примере 10 отношение количества изотопов углерода 13C к общему количеству углерода в защитном составе 0.5.
Композицию по примерам 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 получают аналогично примерам 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 соответственно, при использовании 0.1 мас.ч. дибутилдилаурата олова.
Время отверждения композиции основано на способности покрытий в процессе отверждения удерживать на своей поверхности бумагу, определяют по ГОСТ 19003-73.
Прочность пленки при растяжении - это максимальное напряжение, которое может выдержать пленка, не разрушаясь, определяют по ГОСТ 18299-72.
Относительную твердость покрытий (в уд. ед.) определяют по маятниковому прибору марки МЭ-3 по ГОСТ 5233-67.
Данные по примерам приведены в таблице.
Как видно из примеров конкретного исполнения, заявленная композиция позволяет повысить твердость и прочность покрытий в 1.3-1.4 раза, сократить время отверждения композиции в 1.5-2 раза и улучшить ее экологичность за счет снижения количества вводимого полиизоцианата в 2.8-3 раза.
| Таблица | ||||||
| Состав (мас.ч.) и свойства композиции |
1 (Патент РФ 2162478) | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Полиоксипропилен-триол | 100 | 30 | 30 | 30 | 50 | 50 |
| Полиизоцианат | 200 | 68 | 70 | 65 | 68 | 70 |
| Этилацетат | 50 | |||||
| Бутилацетат | 50 | |||||
| Дибутилдилаурат олова | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 |
| Трибутиламин | 0.1 | |||||
| Диацетил формулы C4H6O2 | 125 | 125 | 125 | 125 | 125 | |
| Дифенилолпропан | 70 | 70 | 70 | 50 | 50 | |
| Время отверждения, ч | 1,5-2 | 0.7 | 0.7 | 0.6 | 0.6 | 0.6 |
| Твердость покрытий, уд.ед. | 0.48 | 0.75 | 0.75 | 0.8 | 0.8 | 0.8 |
| Прочность пленки при растяжении, МПа | 51 | 85 | 87 | 89 | 90 | 90 |
| Таблица продолжение | ||||
| Состав (мас.ч.) и свойства композиции | 7 | 8 | 9 | 10 |
| Полиоксипропилентриол | 50 | 70 | 70 | 70 |
| Полиизоцианат | 65 | 68 | 70 | 65 |
| Этилацетат | ||||
| Бутилацетат | ||||
| Дибутилдилаурат олова | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 |
| Трибутиламин | ||||
| Диацетил формулы C4H6O2 | 125 | 125 | 125 | 125 |
| Дифенилолпропан | 50 | 30 | 30 | 30 |
| Время отверждения, ч | 0.6 | 0.6 | 0.6 | 0.6 |
| Твердость покрытий, уд.ед. | 0.8 | 0.8 | 0.8 | 0.8 |
| Прочность пленки при растяжении, МПа | 90 | 90 | 90 | 90 |
| Таблица продолжение | ||||
| Состав (мас.ч.) и свойства композиции | 11 | 12 | 13 | 14 |
| Полиоксипропилентриол | 30 | 30 | 30 | 50 |
| Полиизоцианат | 68 | 70 | 65 | 68 |
| Этилацетат | ||||
| Бутилацетат | ||||
| Дибутилдилаурат олова | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 |
| Трибутиламин | ||||
| Диацетил формулы C4H6O2 | 125 | 125 | 125 | 125 |
| Дифенилолпропан | 70 | 70 | 70 | 50 |
| Время отверждения, ч | 1-1.5 | 0.7 | 0.7 | 0.7 |
| Твердость покрытий, уд.ед. | 0.63 | 0.8 | 0.8 | 0.85 |
| Прочность пленки при растяжении, МПа | 68 | 90 | 90 | 90 |
| Таблица продолжение | ||||
| Состав (мас.ч.) и свойства композиции | 15 | 16 | 17 | 18 |
| Полиоксипропилентриол | 50 | 50 | 70 | 70 |
| Полиизоцианат | 70 | 65 | 68 | 70 |
| Этилацетат | ||||
| Бутилацетат | ||||
| Дибутилдилаурат олова | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 |
| Трибутиламин | ||||
| Диацетил формулы C4H6O2 | 125 | 125 | 125 | 125 |
| Дифенилолпропан | 50 | 50 | 30 | 30 |
| Время отверждения, ч | 0.7 | 0.7 | 0.7 | 0.7 |
| Твердость покрытий, уд.ед. | 0.85 | 0.85 | 0.85 | 0.85 |
| Прочность пленки при растяжении, МПа | 90 | 92 | 92 | 92 |
Защитный состав для покрытия и пропитки поверхностей бетонных, металлических, деревянных, пластмассовых и стеклянных конструкционных материалов, содержащий полиоксипропилентриол с молекулярной массой 3000-5000, полиизоцианат на основе 4,4′-дифенилметандиизоцианата, дибутилдилаурат олова и растворитель, при этом он дополнительно содержит дифенилолпропан, а в качестве растворителя - диацетил при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| полиоксипропилентриол с молекулярной массой 3000-5000 | 30-70 |
| полиизоцианат на основе 4,4′-дифенилметандиизоцианата | 65-70 |
| дибутилдилаурат олова | 0,1-0,2 |
| дифенилолпропан | 70-30 |
| диацетил формулы C4H6O2 | 125, |
отличающийся тем, что защитный состав выполнен таким образом, что содержит изотопы углерода 13C, и отношение количества изотопов углерода 13C к общему количеству углерода в защитном составе от 0.005 до 0.5.
