ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2211850

КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОКРЫТИЙ

КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОКРЫТИЙ

Имя изобретателя: Огрель А.М.; Лукьяничев В.В.; Соловьева Ю.В. 
Имя патентообладателя: Волгоградский государственный технический университет
Адрес для переписки: 400131, г.Волгоград, пр-т Ленина, 28, ВолгГТУ, нач. отдела интеллектуальной собственности Н.Н. Кондратьевой
Дата начала действия патента: 2001.12.06 

Изобретение относится к композициям для изготовления эластомерных покрытий в спортивных сооружениях и устройства наливных гидроизоляционных покрытий. Композиция содержит, мас.ч.: низкомолекулярный бутадиенпипериленовый каучук 100, оксид кальция 10-15, мел 30-60, глицерин 3-5, катализатор уретанообразования 0,01 - 1,00, полиизоцианат 12-28 и триэтилбензиламмонийхлорид 0,25-1,00. Технический результат - получение покрытий со стабильными физико-механическими свойствами за счет повышения седиментационной устойчивости композиции.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к композициям на основе гидроксилсодержащих жидких каучуков, предназначенных для изготовления эластомерных покрытий в спортивных сооружениях и устройства наливных гидроизоляционных покрытий.

Композиции данного типа относятся к двухупаковочным. Покрытие получают непосредственно на месте применения путем смешения двух компонентов. Первый представляет собой суспензию наполнителей и целевых добавок в жидком каучуке. Второй - отвердитель изоцианатной природы.

Важно, чтобы в процессе хранения и транспортировки композиция (компонент 1) была седиментационно устойчива. Оседание наполнителей и других порошкообразных ингредиентов с образованием плотноупакованной твердой фазы приводит к получению покрытий с неудовлетворительными свойствами.

Известна композиция для покрытий, включающая бутадиенпипериленовый каучук, оксид кальция, мел, глицерин, полиизоцианат, катализатор уретанообразования и продукт полимеризации отхода производства изопрена на стадии разложения 4,4-диметилдиоксана (см. А.с. 1775447, МКИ С 09 D 109/00, 1992). Композиция имеет низкую седиментационную устойчивость.

Известна композиция для покрытий, включающая низкомолекулярный бутадиенпипериленовый каучук, пластификатор, минеральный наполнитель, трехфункциональный низкомолекулярный спирт, катализатор уретанообразования, полиизоцианат и 2,4,6-три-третбутилфенол (см. Патент РФ 2131898, МКИ С 09 D 109/00, 1999). Недостатком композиции является неудовлетворительная седиментационная устойчивость.

Наиболее близким решением к предлагаемому изобретению является гидроизоляционная композиция для покрытий (см. Патент РФ 2169749, МКИ С 09 D 109/00, 2001), включающая низкомолекулярный бутадиенпипериленовый каучук, оксид кальция, мел, глицерин, полиизоцианат, катализатор уретанообразования и стеариновую кислоту при следующем соотношении компонентов, мас.ч:

  • Низкомолекулярный бутадиенпипериленовый каучук - 100

  • Оксид кальция - 10-15

  • Мел - 30-60

  • Глицерин - 3-5

  • Полиизоцианат - 12-28

  • Катализатор уретанообразования - 0,01-1,50

  • Стеариновая кислота - 1-3

Данная композиция не обладает агрегативной стабильностью и седиментационной устойчивостью. Последнее обусловлено слабым взаимодействием на границе раздела гидрофобный олигомер - гидрофильный наполнитель. При выдержке суспензии межфазное натяжение возрастает вследствие адсорбции на твердой поверхности глицерина и части полифункциональных фракций олигомера. В результате в процессе хранения композиции происходит оседание мела и оксида кальция. При этом образуется плотный осадок, повторное диспергирование которого на существующем оборудовании технологически затруднено. Нарушение заданного рецептурного состава приводит к тому, что после отверждения композиции получаемое покрытие не отвечает предъявляемым требованиям, в частности по твердости и прочности.

Техническим результатом является получение покрытий со стабильными воспроизводимыми физико-механическими характеристиками за счет создания композиции, сохраняющей седиментационную устойчивость при транспортировке и длительном хранении.

Указанный технический результат достигается использованием композиции, включающей низкомолекулярный бутадиенпипериленовый каучук, оксид кальция, мел, глицерин, катализатор уретанообразования, полиметиленполифенилполиизоцианат и триэтилбензиламмонийхлорид при следующем соотношении компонентов, маc.ч.:

  • Низкомолекулярный бутадиенпипериленовыи каучук - 100

  • Оксид кальция - 10-15

  • Мел - 30-60

  • Глицерин - 3-5

  • Катализатор уретанообразования - 0,01-1,00

  • Полиметиленполифенилполиизоцианат - 12-28

  • Триэтилбензиламмонийхлорид - 0,25-1,00

Сущность изобретения заключается в следующем

Бутадиенпипериленовый каучук имеет широкое распределение по молекулярной массе и функциональности. Причем с ростом молекулярной массы фракций и разветвленности в них увеличивается содержание гидроксильных групп. Благодаря такому строению каучук может адсорбироваться ОП-группами на нескольких частицах твердой фазы, связывая их между собой, что способствует флокуляции и ускорению оседания. Конкурентная адсорбция триэтилбензиламмонийхлорида на активных центрах твердой поверхности препятствует этому процессу. Кроме того, ориентация адсорбционного слоя наружу бензильными фрагментами, близкими по энергии когезии диеновым группам основной цепи каучука, способствует максимальной лиофилизации твердой фазы по отношению к низкомолекулярному каучуку. Сбалансированность гидрофильных и гидрофобных свойств триэтилбензиламмонийхлорида обеспечивает получение агрегативно стабильных и седиментационно устойчивых композиций.

Триэтилбензиламмонийхлорид используется в промышленности в качестве катализатора межфазного переноса при получении оксикислот, карбенов и алкилкетонов. Получают взаимодействием хлористого бензила с триэтиламином (ТУ 057-63458-146-92). Представляет собой кристаллическое вещество с температурой плавления 45oС, содержание свободных аминов не более 4,0%, гидрохлоридов аминов не более 6,5%. Вязкость 45%-ного раствора в этаноле при 20oС 0,02-0,03 ПаЧс.

В качестве низкомолекулярного бутадиенпипериленового каучука используется жидкий каучук СКДП-Н (ТУ 38-103242-82), синтезируемый радикальной сополимеризанией мономеров в массе под действием гидропероксида изопропилбензола. Среднечисленная ММ = 1200-3200, среднемассовая MM = 4800-6000, содержание гидроксильных групп 0,75-1,10%, соотношение бутадиена и пиперилена (по массе) 50:50.

В качестве катализатора уретанообразования применяются диметилбензиламин (ТУ 84-585-75), дибутилдилауринат олова (ТУ 6-02-818-78); могут использоваться и другие соединения, в частности, третичные амины и металлоорганические производные, применяемые для синтеза полиуретанов.

В качестве полиизоцианата в композиции используются полиметиленполифенилполиизоцианаты, получаемые фосгенированием продукта конденсации анилина с формальдегидом (ТУ 2224-152-04691277-96). Содержание изоцианатных групп 29,5-31%.

Для изготовления композиции используется смесительное оборудование, обеспечивающее получение гомогенной суспензии порошкообразных компонентов в жидком каучуке со степенью перетира твердых частиц (по "Клину") не более 60 мкм.

В смеситель загружают низкомолекулярный бутадиенпипериленовый каучук, триэтилбензиламмонийхлорид, оксид кальция, мел, глицерин и катализатор уретанообразования. Процесс смешения осуществляют до получения степени перетира твердых компонентов композиции не более 60 мкм. Покрытие получают отверждением композиции полиизоцианатом.

Седиментационную устойчивость оценивали по следующей методике. Композиция сразу после изготовления заливалась в цилиндры объемом 100 см3. Цилиндры выдерживали при температуре 45±2oС в течение 30 либо 60 суток. По истечении заданного времени выдержки отбирался верхний слой композиции в количестве 40 мл. Пробу растворяли в уайт-спирите и центрифугировали раствор до полного отделения твердой фазы, содержание которой определяли взвешиванием. Далее рассчитывали количество твердой фазы j, оставшейся в отобранном слое:



где Х0 - содержание наполнителей в свежеприготовленной композиции, мас. %;

X1 - содержание наполнителей в отобранном слое после выдержки композиции, мас.%.

Одновременно определяли физико-механические свойства покрытий, полученных отверждением отобранного слоя композиции с помощью полиизоцианата.

Состав и свойства композиции приведены в таблицах 1 и 2.

Пример. В шаровую мельницу с фарфоровыми мелящими телами объемом 2 л загружают 500 г бутадиенпипериленового каучука, 5 г триэтилбензиламмонийхлорида, 50 г тонкоизмельченного оксида кальция, 300 г мела, 15 г глицерина и 5 г диметилбензиламина. Мельницу включают и проводят диспергирование в течение 3-5 часов до достижения степени перетира по "Клину" не менее 60 мкм. Часть полученной композиции в количестве 175 г отбирают в стакан, добавляют 12 г полиметиленполифенилполиизоцианата, перемешивают вручную и затем заливают в форму. Оставшуюся массу заливают в 6 цилиндров объемом 100 мл для проведения испытаний на седиментационную устойчивость.

Твердость (ГОСТ 263-75), прочность при растяжении и относительное удлинение при разрыве (ГОСТ 270-75) определяют после отверждения композиции при 25±3oС по истечении 10 суток.

Аналогичным образом готовятся и испытываются композиции по остальным примерам и прототипу (табл. 1 и 2).

Как видно из данных таблиц, при использовании менее 0,25 мас.ч. триэтилбензиламмонийхлорида композиция имеет низкую седиментационную устойчивость. Композиция, включающая свыше 1,0 мас.ч. данной добавки, склонна к пенообразованию при отверждении.

При содержании оксида кальция более 15 мас.ч. ухудшаются деформационные свойства покрытия.

Снижение концентрации оксида кальция менее 10 мас.ч. приводит к нарушению монолитности покрытия вследствие вспенивания реакционной массы в процессе отверждения.

Увеличение содержания мела свыше 60 мас.ч. вызывает уменьшение прочности покрытия. Снижение концентрации мела менее 30 мас.ч. также сопровождается падением прочностных показателей.

Использование глицерина в составе композиций менее 3 мас.ч. нецелесообразно из-за снижения физико-механических показателей покрытия. С увеличением содержания глицерина более 5 мас.ч. нарушается монолитность образцов вследствие вспенивания композиции.

Аналогичным образом влияет дозировка полиизоцианата. При его содержании менее 12 мас.ч. покрытие характеризуется низкими физико-механическими показателями. Увеличение концентрации полиизоцианата свыше 28 мас.ч. приводит к образованию пор в отвержденной композиции.

Интервал концентрации катализатора уретанообразования определяет жизнеспособность реакционной массы. При его содержании свыше 1,0 мас.ч. композиция имеет малое время гелеобразования и склонна к вспениванию. При концентрации катализатора менее 0,01 мас.ч. существенно снижается скорость отверждения композиции.

Из представленных данных следует, что свойства композиции, выбранной в качестве прототипа, в процессе выдержки при повышенной температуре значительно изменяются относительно первоначальных из-за седиментации частиц твердой фазы. По истечении 60 суток содержание наполнителей в верхних слоях уменьшается на 39-50%. Это приводит к получению покрытий с нестабильными физико-механическими показателями. В частности, твердость и прочность снижаются на 44-61%. Состав композиций по примерам 1-5 обеспечивает получение покрытий с более воспроизводимыми свойствами. Так, в аналогичных условиях, изменение физико-механических показателей отвержденных образцов не превышает 22% при седиментации наполнителей в пределах 18-20%.

Композиции, полученные по примерам 6-8, вне заявленных пределов имеют низкую седиментационную устойчивость, либо недостаточный уровень физико-механических свойств.

Таким образом, преимуществом предлагаемой композиции является увеличение продолжительности срока хранения, обеспечивающее стабильность комплекса свойств покрытий.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Композиция для покрытия, включающая низкомолекулярный бутадиенпипериленовый каучук, оксид кальция, мел, глицерин, катализатор уретанообразования и полиметиленполифенилполиизоцианат, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит триэтилбензиламмонийхлорид при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:

  • Низкомолекулярный бутадиенпипериленовый каучук - 100

  • Оксид кальция - 10-15

  • Мел - 30-60

  • Глицерин - 3-5

  • Катализатор уретанообразования - 0,01-1,00

  • Полиметиленполифенилполиизоцианат - 12-28

  • Триэтилбензиламмонийхлорид - 0,25-1,00

Версия для печати
Дата публикации 10.05.2007гг


вверх