Полиуретановое связующее для армированных минерал-полимерных композитов и способ его получения



Владельцы патента RU 2667178:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ростовский государственный университет путей сообщения" (ФГБОУ ВО РГУПС) (RU)

Изобретение относится к полиуретановому связующему для композиционного материала на основе природного щебня и гравия из плотных горных пород, который может быть использован при строительстве и ремонте откосов железных и автомобильных дорог, берегоукрепительных сооружений, конусов насыпей, подходов к искусственным сооружениям, а также в производстве облицовочных строительных изделий - плиток, блоков, панелей. Полиуретановое связующее, включающее смолу, отвердитель, дегазирующую добавку и наполнитель, в качестве наполнителя содержит поверхностно-модифицированный монтмориллонит - ПММ, в качестве смолы - полиол или полиамин, в качестве отвердителя - изоцианат, в качестве дегазирующей добавки - полиметилалкилсилоксан – ПМАС, и получено приготовлением ПММ путем прививания дидецилдиметиламмоний хлорида к поверхности натриевого монтмориллонита в водном растворе при катионном обмене, введением полученного ПММ по отдельности в смолу и в отвердитель с последующим его диспергированием, смешиванием и гомогенизацией полученных суспензий при перемешивании с ПМАС, при следующем соотношении компонентов, масс. %: полиол или полиамин 54, изоцианат 40, ПММ 5, ПМАС 1. Способ использования указанного выше полиуретанового связующего, включающий введение указанного связующего в щебень или гравий фракции от 5 до 20 мм из расчета 2 кг/м2 обрабатываемой поверхности с равномерным его покрытием при перемешивании с последующим формованием композита и отверждением. Технический результат - повышение прочности материала, повышение адгезии к обработанному слою, повышение износостойкости обработанной поверхности, стабильность прочностных характеристик при частых замерзаниях и оттаиваниях и воздействии осадков. 2 н.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к получению полиуретанового связующего для композиционного материала на основе природного щебня и гравия из плотных горных пород, который может быть использован при строительстве и ремонте откосов железных и автомобильных дорог, берегоукрепительных сооружений, конусов насыпей, подходов к искусственным сооружениям, а также в производстве облицовочных строительных изделий - плиток, блоков, панелей. Кроме того, следует отметить возможность использования предложенного связующего для резиновых и каучуковых фракционированных наполнителей (крошки) при устройстве высокопрочных пористых упруго-эластичных покрытий.

Известен состав связующего для изготовления отделочных материалов с различными заполнителями: вермикулитом, природным дробленым камнем, включающего акриловое соединение (61-72%), в качестве которого используется сополимер бутилакрилата с метилакрилатом с целью повышения адгезионной прочности при воздействии климатических факторов, инициатор отверждения (0,2-0,8%) и олигоэфиракрилат (27,8-38,2%) (А.П. Мерктн, Л.Э. Вительс, В.Ф. Храмов, Г.Д. Казак, С.А. Юрманов. Авторское свидетельство СССР №833782, кл. С04В 26/06, 1979 г.).

Известен способ изготовления композиционного материала для получения искусственного камня, производимого из минерального заполнителя, синтетической смолы и связующего, согласно которому для изготовления искусственного камня используют смешивание от 3 до 10 мас. % сшиваемой смолы матрицы с по меньшей мере 80 мас. % от общей массы композиции кремнистого или известкового минерала в виде частиц и от 0,05 до 5,0 мас. % акрилового фосфата до получения однородной смеси. Помещают полученную смесь в форму и воздействуют на нее вибрацией для уменьшения объема смеси. Затем осуществляют прессование в форме полученной смеси при условиях вакуума до тех пор, пока объем начальной смеси не уменьшится по меньшей мере на 40%, и осуществляют последующее сшивание смолы матрицы (Гахари A. (US). Патент RU №2418677. Опубликовано: 20.05.2011 г.).

Известен способ изготовления искусственного камня, включающий нанесение на подготовленную оснастку тонким слоем связующего на основе светопрозрачной полимерной смолы и наполнителя в виде крошки, отверждение композиции и шлифовку поверхности (Бабалян В.В. (RU), Биндасов Г.В. (RU). Патент RU №2460702. Опубликовано: 10.09.2012 г.). В качестве указанной смолы используют акриловую или ненасыщенную полиэфирную смолу. Наполнитель в виде гранитной или мраморной крошки с размерами фрагментов 1-4 мм укладывают на слой связующего после его отверждения до состояния гелеобразования. После полного отверждения композиции на нее наносят цветную подложку из смеси, содержащей связующее, укладывают материал на основе стекловолокна и пропитывают полиэфирной смолой, а после ее отверждения полируют.

Недостатками указанных выше составов и способов является высокий расход используемых материалов и недостаточные прочность, износостойкость и долговечность композиции. Использование в качестве наполнителя стекловолокна несет в себе недостаток, связанный со снижением прочности при нагреве и охлаждении, а также необходимость введения сравнительно большого объема этого наполнителя (как правило, свыше 40%). Недостатками известных связующих также являются невозможность использования крупного заполнителя. Кроме того, данные связующие характеризуются недостаточной стабильностью прочностных характеристик при воздействии внешних эксплуатационных факторов (изменения температуры, влажности).

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является связующий материал и способ его получения для соединения камня и для заполнения пространства между камнями, керамическими и другими строительными материалами (ДУ Куньвэнь (CN), ДУ Куньву (CN). Патент RU №2532173. Опубликовано: 27.10.2014 г.). Связующий материал содержит, по меньшей мере, 100 масс. ч. высушенной на воздухе ненасыщенной сложнополиэфирной смолы, от 0 до 5 масс. ч. гидрированного касторового масла, от 1 до 20 масс. ч. нанопорошка, выбранного из группы, состоящей из нанопорошков диоксида кремния, карбоната кальция, силиката магния, оксида кальция, оксида алюминия или смеси, от 0 до 100 масс. ч. наполнителя, выбранного из группы, состоящей из микродисперсного диоксида кремния, прозрачного порошка талька или их смеси, и 1 до 15 масс. ч. противоусадочного вещества, выбранного из группы, которую составляют полипропилацетат, сложный полиэфир адипиновой кислоты и пропантриола, поливинилацетат, полиакрилат полистирол, полиэтилен, поливинилхлорид, полиметилметакрилат.

К недостаткам композиции и способа относятся малая прочность получаемого материала, сравнительно низкие эксплуатационные свойства связующего, сам способ получения трудоемок.

Для решения данных проблем перспективным представляется введение в качестве альтернативы традиционным наполнителям композиционных материалов небольшого количества (до 5%) поверхностно-модифицированного минерала группы смектита (монтмориллонита) в состав полиуретанового связующего с целью улучшения комплекса свойств, главным образом, механических.

Монтмориллонит - уникальный природный наноматериал. Уникальность данного минерала, как и ряда других минералов класса слоистых силикатов, обусловлена особенностями их физико-химически свойств, возможностью модифицирования различными методами и комплексами химических соединений, приводящего к образованию регулярных пористых и слоистых структур, обладающих улучшенными характеристиками. Слоистые силикаты обладают ярко выраженными ионно-обменными свойствами, что наряду с малым размером частиц и высокой удельной поверхностью определяет повышенную адсорбционную способность. Модификация слоистых силикатов позволяет направлено осуществлять закрепление на их поверхности различных химических соединений и получать привитые слои с регулируемой толщиной и поверхностной концентрацией привитых агентов. Цель такой модификации заключается в изменении свойств поверхности минерала и увеличении межпакетного пространства, способствующему взаимодействию макромолекул полимера с максимально доступной поверхностью.

Основной задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение адгезии и прочности полиуретанового связующего соединения, применяемого при изготовлении армированных минерал-полимерных композитов на основе природного щебня и гравия из плотных горных пород.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявленного изобретения, является повышение прочности получаемого композиционного материала в изделиях из природного щебня и гравия, повышение адгезии к обработанному слою, повышение износостойкости обработанной поверхности, стабильность прочностных характеристик при частых замерзаниях и оттаиваниях и воздействии осадков, а также упрощении способа его получения и, как следствие, экономической выгоды.

Указанный технический результат достигается созданием полиуретанового связующего, включающего смолу (полиол или полиамин), изоцианатный отвердитель, дегазирующую добавку (полиметилалкилсилоксан) и поверхностно-модифицированный монтмориллонит (ПММ), полученного приготовлением ПММ путем прививания дидецилдиметиламмоний хлорида к поверхности натриевого монтмориллонита в водном растворе при катионном обмене, введением полученного ПММ по отдельности в смолу и в отвердитель с последующим его диспергированием, смешиванием и гомогенизацией полученных суспензий при перемешивании с ПМАС при следующем соотношении компонентов, масс. %: полиол или полиамин 54, изоцианат 40, ПММ 5, ПМАС 1.

Способ использования полиуретанового связующего по п. 1, включающий введение указанного связующего в щебень или гравий фракции от 5 до 20 мм из расчета 2 кг/м2 обрабатываемой поверхности для с равномерным его покрытием при перемешивании с последующим формованием композита и отверждением.

Пример исполнения способа.

С использованием натриевой формы монтмориллонита готовится раствор в дистиллированной воде в соотношении 1:100 с целью диспергирования минерала. Полученный раствор помещается на магнитную мешалку с постоянной скорость вращения магнитного якоря равной 1500 об/мин при комнатной температуре. Диспергация раствора осуществляется в течение 12 часов. К полученному раствору добавляется дидецилдиметиламмоний хлорид количестве равном 1 емкости катионного обмена (ЕКО). Осуществляется медленное введение модификатора в диспергированный раствор с одновременным уменьшением скорости вращения магнитного якоря до 1000 об/мин. Время проведения процедуры составляет 24 часа. Полученная суспензия подвергается центрифугированию для отделения от побочных продуктов реакции. Центрифугирование осуществляется в течении 15 минут с максимальной скоростью вращения 22000 об/мин и повторяется 3-5 раз до вымывания остатков хлора из раствора. Для проверки наличия хлора в растворе используется тест с применением AgN3. Полученный после отделения побочных продуктов образец высушивается при температуре 60°С в течение 12 часов. Высушенный продукт измельчается и фасуется в стандартную тару для сбора проб. После чего 5 порошкообразного ПММ вводят по отдельности в смолу (54 мас. %) и в отвердитель (40 мас. %) и перемешивают посредством механической верхнеприводной мешалки в течение 2 часов со скорость 50 с-1 до получения однородной смеси. Затем полученная однородная масса помещается в ультразвуковую ванну на 3 минуты для дополнительной гомогенизации с добавлением дегазирующей добавки (1 мас. %), в качестве которой используется полиметилалкилсилоксаны (в том числе, модифицированные простыми полиэфирами). Нанопорошок ПММ действует как тиксотропное вещество и диспергируется при перемешивании, не склонен к быстрой агрегации. Полученную смесь, выливают в емкость, в которой находится щебень, однородно перемешивают и осуществляют формование любым традиционным методом (в зависимости от формы производимых изделий). Заполненные емкости оставляют в течение 24 часов при нормальных условиях до полного завершения реакции полимеризации. Затем твердый продукт вынимают из формы.

Для подтверждения достижения заявляемого технического результата, с использованием полученного полиуретанового связующего изготавливались и подвергались испытанию образцы композита, показатели качества которого приведены в табл. 1 (средние значения для серий из 5 образцов на каждый вид испытаний). Образцы изготовлены в форме блоков с размерами 100×100×400 мм путем утрамбовки предварительно промытого и высушенного щебня фракции 5-20 мм по ГОСТ 8267-93 в соответствующих разборных формах.

Испытания проведены в соответствии со стандартными методиками. Прочность при изгибе определена с использованием испытательной машины по ГОСТ 28840-90 по трехточечной схеме, при которой образцы укладывают на испытательную машину таким образом, чтобы их боковая грань, контактирующая со стенкой формы при изготовлении, оказалась внизу. Для исключения точечного контакта щебенок образца с роликами испытательной машины между ними и образцом укладывают пластинки. Адгезионную прочность определена с использованием устройства одноосного растяжения методом разрушения образцов произвольной формы встречными сферическими инденторами по ГОСТ 21153.3-85.

Для оценки устойчивости композита к колебаниям температуры и воздействии воды, испытания по определению прочности при изгибе выполнены на образцах, подвергнутых циклическому воздействию температуры 50°С в течение 2 часов с последующим охлаждением до комнатной температуры (общее количество циклов - 25), на образцах, подвергнутых циклическому воздействию температуры -60°С в течение 2 часов с последующим нагревом до комнатной температуры (общее количество циклов - 25), а также на образцах, выдержанных в дистиллированной воде в течение 28 суток. Результаты испытаний композиционного материала с добавлением и без добавлением ПММ в полиуретановое связующее представлены в табл. 1.

Таким образом, композиционный материал, получаемый по данному изобретению (составу и способу), обеспечивает высокую прочность сцепления обработанного слоя, повышенную износостойкость обработанной поверхности, стабильность прочностных характеристик при воздействии эксплуатационных факторов - частых замерзаниях и оттаиваниях, а также длительного воздействия воды. Связующий материал имеет хорошую проникающую способность и хорошую способность высыхания на воздухе. После добавления отвердителей он имеет достаточную текучесть для покрытия обрабатываемой поверхности щебня или гравия.

Получаемые композитные материалы характеризуются простотой изготовления, отсутствием токсичности, пожаробезопасны и имеют улучшенные декоративных свойств за счет прозрачности связующего.

Все вышесказанное обуславливает перспективу широкого применения предложенного полиуретанового связующего и композиционного материала из щебня и гравия, полученного на его основе, в следующих областях строительства:

- устройство откосов автомобильных дорог или конусов насыпей подходов к мостовым сооружениям при строительстве (реконструкции) или укреплении существующих конструкций и при ремонте автомобильных дорог и искусственных сооружений;

- устройство волногасящих элементов конструкций берегоукрепительных сооружений, а также в производстве облицовочных строительных изделий (плиток, блоков, панелей);

- устройство бесшовных монолитных покрытий на упруго-эластичных подложках, а также прочих основаниях, подвергающихся механическим деформациям;

- в качестве связующего для резиновых и каучуковых фракционированных наполнителей (крошки) при устройстве высокопрочных пористых упруго-эластичных покрытий.

1. Полиуретановое связующее, включающее смолу, отвердитель, дегазирующую добавку и наполнитель, отличающееся тем, что в качестве наполнителя содержит поверхностно-модифицированный монтмориллонит - ПММ, в качестве смолы - полиол или полиамин, в качестве отвердителя - изоцианат, в качестве дегазирующей добавки - полиметилалкилсилоксан – ПМАС, и получено приготовлением ПММ путем прививания дидецилдиметиламмоний хлорида к поверхности натриевого монтмориллонита в водном растворе при катионном обмене, введением полученного ПММ по отдельности в смолу и в отвердитель с последующим его диспергированием, смешиванием и гомогенизацией полученных суспензий при перемешивании с ПМАС, при следующем соотношении компонентов, масс. %:

полиол или полиамин 54

изоцианат 40

ПММ 5

ПМАС 1

2. Способ использования полиуретанового связующего по п. 1, включающий введение указанного связующего в щебень или гравий фракции от 5 до 20 мм из расчета 2 кг/м2 обрабатываемой поверхности с равномерным его покрытием при перемешивании с последующим формованием композита и отверждением.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к отверждаемым органополисилоксановым композициям, способу их приготовления и применению для изготовления искусственных камней. Отверждаемая композиция для изготовления формованных изделий, содержащая (А1) смоляной компонент, состоящий из по меньшей мере одной органополисилоксановой смолы, которая состоит из звеньев приведенной формулы, компонент (А1) имеет среднемассовую молекулярную массу Mw от 500 до 11000 г/моль и среднечисленную молекулярную массу Mn от 500 до 5000 г/моль, а также полидисперсность (Mw/Mn) от 1 до 5, (А2) кремнийорганический компонент, состоящий из по меньшей мере одного кремнийорганического соединения, которое состоит из звеньев приведенной формулы, и (Б) по меньшей мере один наполнитель.

Изобретения относятся к области строительства и производства строительных материалов и могут быть использованы при производстве кирпича, тротуарной плитки и других мелкоштучных изделий, устройстве оснований, в том числе оснований дорог.

Изобретение относится к области ремонта и содержания покрытий в автодорожной отрасли и может быть применено при ремонте асфальтобетонных дорожных покрытий, изготовленных из различных асфальтобетонов.

Изобретение относится к способу набухания способных к набуханию полимерных микросфер. Способ набухания способных к набуханию полимерных микросфер включает изготовление вяжущего состава или вяжущего продукта, содержащего состав, содержащий (i) приведение водной суспензии, содержащей ненабухшие, способные к набуханию полимерные микросферы, в контакт с паром, непосредственно до и/или во время изготовления вяжущего состава; (ii) необязательно предварительное смачивание набухших полимерных микросфер; и (iii) включение набухших полимерных микросфер в вяжущий состав, где набухшие полимерные микросферы имеют средний диаметр, который составляет от 40 до 216 мкм, и водная суспензия необязательно дополнительно содержит добавку для вяжущего состава, и ненабухшие, способные к набуханию полимерные микросферы имеют средний диаметр, который составляет 100 мкм или меньше.

Настоящее изобретение относится к жаростойким бетонам. Состав для изготовления хромомагнезитового жаростойкого бетона, включающий связующее, хромомагнезитовый заполнитель, тонкомолотые наполнители и воду, содержит в качестве связующего коллоидный полисиликат натрия с силикатным модулем 6.5, полученный путем введения в 20%-ный водный раствор силиката натрия 16%-ного гидрозоля диоксида кремния при их соотношении 1:1,6, перемешивании при 100°C в течение 3,0 ч с выдержкой не более 0,5 ч, и в качестве тонкомолотого наполнителя – тонкомолотый хромомагнезит и тонкомолотый лом периклазохромитовых изделий при следующем соотношении компонентов, мас.%: хромомагнезитовый заполнитель фракции 0,18-7 мм 60-80, тонкомолотый хромомагнезит Sуд=2500-3000 см2/г 8-16, коллоидный нанодисперсный полисиликат натрия 5-12.5, тонкомолотый лом периклазохромитовых изделий Sуд=2500-3000 см2/г 7-11.5, вода из расчета В/Т 0.12-0.14.
Изобретение относится к производству сухих строительных смесей с пониженным пылеобразованием за счет использования в качестве супрессивного средства изоляционного масла и может быть использовано в строительстве и промышленности строительных материалов для изготовления сухих строительных смесей (ССС), кладочных и штукатурных растворов, а также составов для устройства полов, стяжек, заделки стыков, щелей и т.п.

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при изготовлении строительных изделий и конструкций из самоуплотняющегося бетона.

Настоящее изобретение относится к области строительных материалов, а именно к изготовлению модифицированных строительных растворов, и может быть использовано при строительстве кирпичных зданий для кирпичной кладки, в том числе лицевой кладки стен, для которой актуально применение решений, предупреждающих образование высолов на поверхности стен.

Изобретение относится к технологии приготовления с добавками суперпластификаторов бетонных смесей, используемых преимущественно при бетонировании монолитных бетонных и железобетонных конструкций.

Настоящее изобретение относится к жидкой диспергирующей композиции для гипса, содержащей (A) особый сополимер поликарбоновой кислоты, особое азотсодержащее соединение, такое как особый алкиламин, и воду, и имеющей pH 7,0 или более и 13,0 или менее при 20°C, к гипсовой суспензии, содержащей указанную диспергирующую композицию, и к способу получения гипсовой суспензии, а также к применению указанной жидкой композиции в качестве диспергатора.

Изобретение относится к области транспортного строительства и может быть использовано в качестве состава для устройства различных конструктивных слоев транспортных сооружений, в частности автомобильных дорог, например конструкций дорожного покрытия, откосов земляного полотна, укрепленных обочин, конусов насыпей мостовых сооружений, оснований дорог, оголовков водопропускных труб, парковок автомобильного транспорта, газонов, укрепленных щебнем, а также аэродромов, промышленных и строительных площадок.

Настоящее изобретение относится к смоляной смеси, строительному раствору, двухкомпонентной системе строительного раствора и применению строительного раствора из реактивной полимерной смолы для химического упрочнения.

Настоящее изобретение относится к способу получения смол из сложных виниловых эфиров уретана, применяемых в качестве связующего средства в радикально отверждаемых смоляных смесях, а также композициях строительных растворов.

Группа изобретений относится к получению поверхности. Технический результат - возможность нанесения покрытия на цементные поверхности с высоким уровнем влажности.

Изобретение относится к строительству и животноводству, к резинотехнической промышленности, к области утилизации отходов производства резинотехнических изделий и отслуживших резинотехнических изделий медицинского и бытового назначения, например автомобильных покрышек, и может быть использовано в производстве напольных резино-полимерных плит, в частности, для животноводческих помещений.
Настоящая группа изобретений обеспечивает полиуретановые композиции, основанные на кремнии. Полиуретановая композиция, основанная на кремнии, получаемая посредством реагирования ингредиентов, содержащих полиизоцианат, водный силикат и гидратируемый алюмосиликат, выбранный из метакаолина, летучей золы и их смесей, полиол и необязательно инертный наполнитель.

Настоящее изобретение относится к искусственному мрамору, имеющему светопроницаемую аморфную фактуру. Описан искусственный мрамор, имеющий светопроницаемую аморфную фактуру, содержащий матрицу и компонент фактуры, где упомянутый компонент фактуры имеет удельную плотность от приблизительно 1,6 до приблизительно 2,0 и содержит отвержденную смоляную композицию, образующую компонент фактуры (А), содержащую связующее и акриловый полимеризуемый мономер, где упомянутое связующее содержит галогенированный уретанакрилат, галогенированный эпоксиакрилат или их сочетание, где упомянутая смоляная композиция, образующая компонент фактуры (А), содержит от приблизительно 50 до приблизительно 90 весовых частей связующего и от приблизительно 10 до приблизительно 50 весовых частей акрилового полимеризуемого мономера на основе общего веса смоляной композиции, образующей компонент фактуры (А), где упомянутая смоляная композиция, образующая компонент фактуры (А), далее содержит неорганический наполнитель в количестве 30 весовых частей или менее на основе 100 весовых частей смеси связующего и акрилового полимеризуемого мономера для обеспечения хорошей светопроницаемости, где указанная матрица образована из взвеси, которая является смесью растворенного полиакрилата и акрилового мономера.
Изобретение относится к строительству, а именно к способу получения дорожных покрытий для улиц, дорог и других поверхностей транспортных сооружений. .

Изобретение относится к мраморной крошке, способу ее получения и искусственному мрамору, получаемому с ее использованием. .
Изобретение относится к строительству, а именно к изготовлению пластиковых стержней из минеральных волокон, пропитанных связующим, которые могут использоваться в качестве арматуры строительного назначения для армирования трехслойных стеновых конструкций, монолитных железобетонных и сборных конструкций, в конструктивных элементах зданий в виде отдельных стержней, для армирования грунта оснований зданий и сооружений и т.д.

Техническое решение относится к производству строительных материалов, а именно к способам изготовления известняковых строительных материалов, и может быть использовано для изготовления стеновых материалов.
Наверх