Композиция для покрытий
Владельцы патента RU 2558890:
Федеральное государственное бюджетное 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 полов, кровельных и изоляционных покрытий в строительстве. Композиции для покрытий включает низкомолекулярный каучук-сополимер бутадиена с изопреном при соотношении мономеров 20:80 молекулярной массой 3000-3500 с содержанием гидроксильных групп 0,7-1,1 мас.%, наполнитель, глицерин, полиизоцианатный отвердитель полиметиленполифенилполиизоциа-нат, катализатор уретанообразования дибутилдилауринат олова и поверхностно-активное вещество, при этом в качестве наполнителя используют шунгит, а в качестве поверхностно-активного вещества соединение, выбранное из ряда: 1H,1H,7H-перфторгептоксиметилоксиран, стеарат 1H,1H,11H-тригидроперфторундеканола. Техническим результатом изобретения является получение покрытия с повышенными прочностными свойствами. 2 табл.
Изобретение относится к каучуковым покрытиям на основе жидких углеводородных каучуков, предназначенным для устройства покрытий преимущественно для полов, кровельных и изоляционных покрытий в строительстве.
Известна композиция для покрытий, включающая продукт сополимеризации стирола с гидроксилсодержащим олигодиеновым каучуком, предварительно полученным в среде пластификатора в присутствии перекисного инициатора; полиизоцианат, глицерин, катализатор уретанообразования - дибутилдилауринат олова, отличающаяся тем, что в качестве каучука используют продукт сополимеризации стирола с гидроксилсодержащим олигодиеновым каучуком, предварительно полученный в среде пластификатора в присутствии перекисного инициатора [патент РФ 2494130, C09D 109/00, C09D 175/14, опубл. 27.09.2013]. Недостатком композиции является трудоемкость синтеза связующего композиции.
Известна композиция для покрытий, включающая низкомолекулярный гидроксилсодержащий каучук, полиизоцианат, катализатор уретанообразования - дибутилдилаурат олова, глицерин, нефтеполимерную смолу, полученную путем полимеризации фракции жидких продуктов пиролиза прямогонных бензинов с пределами выкипания от 130-140°C при нагревании в присутствии инициатора α,α′-диоксибензилпероксида [патент РФ 2470972, C09D 175/14, C09D 109/00, опубл. 27.12.2012], а также композиция для покрытий на основе низкомолекулярного гидроксилсодержащего каучука, включающая продукт сополимеризации низкомолекулярного гидроксилсодержащего бутадиен-изопренового каучука ПДИ-1К с жидкими продуктами пиролиза прямогонных бензинов с пределами выкипания от 130-190°C при их массовом соотношении 1:(0,3:1), полученный в растворе толуола в присутствии инициатора - α,α′-диоксибензилпероксида, полиизоцианат, катализатор уретанообразования - дибутилдилаурат олова, глицерин [патент РФ 2470970, C09D 175/14, C09D 109/00, опубл. 27.12.2012]. Недостатками данного состава являются высокая трудоемкость процесса синтеза нефтеполимерной смолы и непостоянство ее состава.
Известна композиция для покрытий, содержащая низкомолекулярный каучук, оксид кальция, мел, глицерин, полиизоцианат, катализатор уретанообразования, триэтиламмонийхлорид [патент РФ 221.1850, C09D 109/00, опубл. 10.03.2003]. Недостатками отвержденного материала является невысокий уровень физико-механических свойств покрытий.
Известна композиция, включающая низкомолекулярный бутадиенпипереленовый каучук, оксид кальция, мел, глицерин, полиизоцианат, катализатор уретанообразования, стеариновую кислоту [Патент РФ 2169749, C09D 109/00, опубл. 27.06.2001]. Недостатком материала на основе этой композиции является невысокий уровень прочностных характеристик.
Известна композиция, включающая низкомолекулярный каучук-сополимер изопрена с бутадиеном при соотношении мономеров 20:80, молекулярной массы 3000-3500, с содержанием гидроксильных групп 0,7-1,1 мас.%, полиизоцианат, отход производства поликапроамида, катализатор уретанообразования. Композиция дополнительно может содержать компонент для влагопоглощения, наполнитель, пластификатор, растворитель, низкомолекулярный спирт, противостаритель пигмент, поверхностно-активное вещество [патент РФ 2268279, C09D 175/14, C08L 15/00, опубл. 20.01.2006]. Недостатком материала, полученного из этой композиции, является невысокий уровень физико-механических свойств.
Известны композиции для защитно-декоративных покрытий на основе синтетического латекса с использованием фосфатного связующего и шунгита в качестве наполнителя [патент РФ 2035481, C09D 1/00, C09D 109/00, C04B 28/34, опубл. 20.05.1995; патент РФ 2035480, C09D 1/00, C09D 109/00, C04B 28/34, опубл. 20.05.1995]. Однако прочностные свойства данных композиций не позволяют использовать их для устройства покрытий преимущественно для полов, кровельных и изоляционных покрытий в строительстве.
Наиболее близкой к предлагаемой, по технической сущности и достигаемому результату является композиция, включающая низкомолекулярный каучук-сополимер изопрена с бутадиеном при соотношении мономеров 20:80, молекулярной массы 3000-3500, с содержанием гидроксильных групп 0,7-1,1 мас.%, полиизоцианат, катализатор уретанообразования. Композиция дополнительно может содержать компонент для влагопоглощения, наполнитель, пластификатор и/или растворитель, низкомолекулярный спирт или аминофенольный компонент, алкинфенольный противостаритель, пигмент, компоненты, улучшающие реологические свойства или органосилоксановые модификаторы [патент РФ 2268279, C09D 175/14, C08L 15/00, опубл. 20.01.2006].
Полимерный материал на основе этой композиции характеризуется высокой истираемостью, однако покрытие обладает низким сопротивлением при раздире. Это обусловлено тем, что применяемые в составе композиции наполнители являются инертными, между ними и связующим возникают слабые адсорбционные взаимодействия, уровень которых недостаточен для создания материалов с высоким сопротивлением при раздире. Кроме этого, применяемые в основе композиции-прототипа органополисилоксановые модификаторы в концентрации более 0,10% от общей массы способствуют пенообразованию, что негативно сказывается на структуре отвержденного материала, и соответственно, на прочности.
Задачей изобретения является создание композиции для покрытий с улучшенными прочностными характеристиками.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение покрытия с повышенными прочностными свойствами.
Технический результат достигается путем использования композиции для покрытий, включающей низкомолекулярный каучук-сополимер бутадиена с изопреном при соотношении мономеров 20:80, молекулярной массой 3000-3500, с содержанием гидрокеильных групп 0,7-1,1 мас. %, наполнитель, глицерин, полиизоцианатный отвердитель полиметиленполифенилполиизоцианат, катализатор уретанообразования дибутилдилауринат олова и поверхностно-активное вещество, при этом в качестве наполнителя используют шунгит, а в качестве поверхностно-активного вещества применяют соединение, выбранное из ряда: 1Н,1Н,7Н-перфторгептоксиметилоксиран, стеарат 1Н,1Н,11Н-тригидроперфторундеканола, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Низкомолекулярный каучук | 100 |
| Шунгит | 60-80 |
| Полиметиленполифенилполиизоцианат | 12-30 |
| Дибутилдилауринат олова | 0,01-1,10 |
| Глицерин | 2-4 |
| Поверхностно-активное вещество | 0,7-1,2 |
Сущность изобретения заключается в использовании фторорганических поверхностно-активных веществ, имеющих ряд преимуществ перед углеводородными поверхностно-активными веществами, обусловленных сверхнизким поверхностным натяжение их водных и неводных растворов, высокой поверхностной активностью при минимальных концентрациях и стойкостью в агрессивных средах. Снижение поверхностного натяжения низкомолекулярного каучука способствует снижению эффекта агломерации ввиду обеспечения высокого уровня смачиваемости частиц наполнителя низкомолекулярным каучуком, что приводит к увеличению адсорбционного взаимодействия между низкомолекулярным каучуком и частицами дисперсного наполнителя - шунгита.
Введение шунгита в заявляемой композиции обеспечивает технический результат по увеличению прочностных характеристик материалов покрытия благодаря увеличению толщины адсорбционного слоя на границе раздела низкомолекулярный каучук - шунгит, а также химическому взаимодействию гидроксильных групп наполнителя с изоцианатными группами полиизоцианатного отвердителя.
Низкомолекулярный каучук в составе заявляемой композиции представляет собой сополимер бутадиена с изопреном с содержанием бутадиена 80% (ТУ 38.103342-88). Имеет следующие характеристики: молекулярная масса 3000-3500, содержание гидроксильных групп 0,7-1,1 мас.%, вязкость при 25°C 2,9-3,4 Па*с. Могут быть использованы и другие марки гидроксилсодержащих каучуков с молекулярной массой 2500-3500 и содержанием гидроксильных групп 0,7-1,1%
В качестве полиизоцианатного отвердителя в композиции используют полиметиленполифенилполиизоцианат, получаемый фосгенированием продукта конденсации анилина с формальдегидом (ТУ 2224-152-04691277-96). Содержание изоцианатных групп 29,5-31 мас.%.
В качестве катализатора уретанообразования применяют дибутилдилауринат олова (ТУ 6-02-818-78) или другие оловоорганические соединения, применяемые для синтеза полиуретанов.
Глицерин (ГОСТ 6259-75) - низкомолекулярный трифункциональный спирт, который выполняет функцию агента разветвления цепи.
Используют шунгит, имеющий следующий химический состав (мас.%): SiO2 (57), TiO2 (0,2), Ai2O3 (4,0), FeO (2,5), MgO (1,2), CaO (0,3), Na2O (0,2), K2O (1,5), S (1,2), C (30,0), H2O крис.(1,7) [http://shungitnpk.ru/].
В качестве фторорганических поверхностно-активных веществ используют:
- стеарат 1H,1H,11H-тригидроперфторундеканола [А.с. СССР №729173, опубл. 08.04.1980].
- 1H,1H,7H-перфторгептоксиметилоксиран [Brey M.L., Tarrant P. The preparation and properties of some vinyl and glycidyl fluoroetliers // J. Am. Chem. Soc. - 1957. - V.79. - N.24, p.6533-6536]:
Для изготовления композиции используют смесительное оборудование, обеспечивающее получение гомогенной суспензии порошкообразных компонентов в каучуке со степенью перетира твердых частиц не более 60 мкм. Смесь наносят равномерным слоем на форму и выдерживают до полного отверждения при 23±2°C в течение 5-10 суток.
Испытания отвержденных образцов проводят по известным методикам: условную прочность и относительное удлинение в момент разрыва по ГОСТ 270-75, твердость по ГОСТ 363-93, эластичность по отскоку ГОСТ 27110-86.
Состав композиции для покрытий и ее свойства приведены в табл.1 и 2 соответственно.
Пример 1. В шаровую мельницу с фарфоровыми мелящими телами объемом 500 см3 загружают 100 г олигомера, 1,2 г фторорганических поверхностно-активных веществ, 60 г шунгита, 2 г глицерина и 0,01 г дибутилдилаурината олова. Мельницу включают и проводят диспергирование в течение 3-5 часов до достижения степени перетира по клину 60 мкм. Полученную массу выгружают в стакан, добавляют 14 г полиизоцианата, перемешивают вручную в течение 3 минут, затем заливают в форму. Композицию выдерживают до полного отвердения в течение 5-10 суток при 23±2°C.
Примеры 2-8 готовят аналогично примеру 1 с использованием загрузок согласно таблице 1.
| Таблица 1 | |||||||||
| Состав композиции для покрытий | |||||||||
| Наименование компонентов | Состав, мас.ч | Пример №11 прототипа | |||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | ||
| Сополимер изопрена и бутадиена с соотношением мономеров 20:80, мол. массой 3000-3500 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| Наполнитель: | |||||||||
| - мел | - | - | - | - | - | - | - | - | 120 |
| - шунгит | 60 | 80 | 70 | 70 | 80 | 60 | 90 | 50 | - |
| Резиновая крошка | - | - | - | - | - | - | - | - | 60 |
| Хлорпарафин ХП-470 | - | - | - | - | - | - | - | - | 60 |
| Глицерин | 2 | 4 | 3 | 2 | 3 | 3 | 5 | 1 | 4 |
| Полиизоцианатный отвердитель | 14 | 30 | 21 | 12 | 25 | 18 | 33 | 8 | 24 |
| Оксид кальция | - | - | - | - | - | - | - | - | 10 |
| Катализатор уретанообразвания | 0,01 | 0,01 | 0,6 | 0,7 | 0,3 | 1,1 | 0,005 | 1,2 | 3 |
| Оксид кальция | - | - | - | - | - | - | - | - | 10 |
| 2,4,6-тритрет-бутилфенол | - | - | - | - | - | - | - | - | 1 |
| Пигмент | - | - | - | - | - | - | - | - | 0,5 |
| Поверхностно-активное вещество | 1,2 | 1 | 1 | 0,7 | 1,2 | 0,9 | 0,3 | 1,4 | 0,5 |
| Примечание: | |||||||||
| В качестве указанных поверхностно-активных веществ, применяемых в примерах: | |||||||||
| 3,5,8-стеарат 1H,1H,11H-тригидроперфторундеканол; | |||||||||
| 1,2,4,6,7-1H,1H,7H-перфторгептоксиметилоксиран. |
| Таблица 2 | |||||||||
| Свойства композиции для покрытий | |||||||||
| Показатели покрытия | Значения показателей | Пример №11 прототипа | |||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | ||
| Условная прочность при разрыве, МПа | 2,2 | 2,4 | 2,0 | 2,7 | 1,9 | 2,1 | 1,6 | 1,4 | 2,7 |
| Прочность при раздире, кН/м | 11,0 | 11,5 | 11,1 | 13,5 | 10,0 | 11,8 | 7,0 | 8,7 | 4,0 |
| Относительное удлинение, % | 77 | 74 | 75 | 68 | 85 | 70 | 90 | 94 | 100 |
| Твердость по Шору А, усл.ед. | 64 | 65 | 64 | 70 | 62 | 67 | 58 | 56 | 63 |
| Эластичность по отскоку, % | 44 | 43 | 44 | 36 | 40 | 46 | 50 | 48 | 42 |
Из данных таблицы 2 видно, что композиции 7 и 8 характеризуются пониженными упруго-прочностными показателями, это связано с неравномерностью распределения шунгита в полимерной матрице (пример 7), а также с низкой жизнеспособностью композиции (пример 8), что обусловлено высокой концентрацией катализатора уретанообразования.
Уменьшение количества полиизоцианатного отвердителя менее 12 мас.ч. приводит к образованию слабосшитой структуры и образованию гелеобразного продукта. Увеличение выше 30 мас.ч. нецелесообразно из-за склонности к вспениванию при отверждении.
Увеличение содержания шунгита свыше 80 мас.ч. создает трудности при формировании монолитной однородной структуры образцов из-за высокой вязкости.
Использование меньше чем 0,01 мас.ч. дибутидилаурината олова приводит к снижению скорости отверждения композиции. При содержании катализатора уретанообразования более 1,10 мас.ч. снижается жизнеспособность композиции.
Уменьшение или увеличение дозировок глицерина снижает твердость и прочность полимеров и может привести к утрате способности к отверждению.
Использование в составе композиции менее 0,7 мас.ч. и более 1,2 мас.ч. фторорганических поверхностно-активных веществ приводит к снижению прочностных характеристик отвержденных материалов.
Таким образом, преимуществом покрытий из предлагаемой композиции является более высокая прочность при раздире, что служит повышению срока службы.
Композиция для покрытий, включающая низкомолекулярный каучук-сополимер бутадиена с изопреном при соотношении мономеров 20:80 молекулярной массой 3000-3500 с содержанием гидроксильных групп 0,7-1,1 мас.%, наполнитель, глицерин, полиизоцианатный отвердитель полиметиленполифенилполиизоцианат, катализатор уретанообразования дибутилдилауринат олова и поверхностно-активное вещество, отличающаяся тем, что в качестве наполнителя используют шунгит, а в качестве поверхностно-активного вещества применяют соединение, выбранное из ряда: 1Н,1Н,7Н-перфторгептоксиметилоксиран, стеарат 1Н,1Н,11Н-тригидроперфторундеканола, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Низкомолекулярный каучук | 100 |
| Шунгит | 60-80 |
| Полиметиленполифенилполиизоцианат | 12-30 |
| Дибутилдилауринат олова | 0,01-1,10 |
| Глицерин | 2-4 |
| Поверхностно-активное вещество | 0,7-1,2 |
