ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2248950

ЭПОКСИДНЫЙ ПОЛИМЕРРАСТВОР

ЭПОКСИДНЫЙ ПОЛИМЕРРАСТВОР

Имя изобретателя: Ярцев В.П. (RU); Воронков А.Г. 
Имя патентообладателя: Тамбовский государственный технический университет (ТГТУ)
Адрес для переписки: 392000, г.Тамбов, ул. Советская, 106, ТГТУ, патентный отдел
Дата начала действия патента: 2003.10.31 

Изобретение относится к способу получения эпоксидного полимерраствора, который может быть использован в строительстве в качестве герметизирующего и гидроизоляционного материала при восстановлении поврежденных участков элементов бетонных и железобетонных конструкций. Полимерраствор содержит следующее соотношение компонентов, мас. ч.: 100 эпоксидной диановой смолы ЭД-20, 15 полиэтиленполиамина, 50 пластификатора, 200 наполнителя. В качестве пластификатора используют отходы производства эпоксидных смол, в качестве наполнителя - отходы производства керамзита. Изобретение позволяет создать эпоксидный полимерраствор с повышенными эксплуатационными свойствами, а также значительно снизить себестоимость получаемого материала.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение используется в строительстве в качестве герметизирующего и гидроизоляционного материала, а также при восстановлении поврежденных участков элементов бетонных и железобетонных конструкций.

За аналог принимался полимерраствор (патент РФ №2022943). Состав полимерной композиции, ч. по массе: смола эпоксидная ЭД-20 - 100, отвердитель полиэтиленполиамин (ПЭПА) – 10...15, наполнитель (отходы производства) – 100...110.

Недостатками данного материала являются:

- высокая стоимость вследствие большого расхода эпоксидного вяжущего;

- хрупкость и невысокая ударная вязкость отвержденного материала.

В качестве прототипа принимался эпоксидно-фенольный полимерраствор (в книге - Соколова Ю.А. Модифицированные эпоксидные клеи и покрытия в строительстве / Ю.А.Соколова, Е.М. Готлиб. - М.: Стройиздат, 1990. - С.130-150). Состав эпоксидно-фенольного полимерраствора, ч. по массе: эпоксидная смола ЭД-20 - 100, фенольная смесь - 100, отвердитель ПЭПА - 10, наполнитель (песок кварцевый молотый) - 400.

Недостатками данного материала являются:

- содержание в составе композиции сложного (замещенного) фенола, что экологически небезопасно, учитывая возможность его выделения;

- необходимость дополнительного помола наполнителя приводит к удорожанию материала.

Была поставлена техническая задача разработать экологически безопасный ремонтно-строительный эпоксидный раствор, обладающий высокими эксплуатационными свойствами и более низкой себестоимостью.

В состав эпоксидного полимерраствора входят: базовый компонент (связующее), наполнитель, пластификатор и отвердитель. В качестве связующего использовали эпоксидно-диановую смолу марки ЭД-20 (ГОСТ 10587-84). Снижение себестоимости было достигнуто за счет использования в качестве компонентов (наполнителя и пластификатора) разрабатываемого эпоксидного раствора утилизируемых отходов промышленных производств. В качестве наполнителя использовали керамзитовую крошку - отходы производства керамзита, пластификатора - маточную смолу эпоксидную (МСЭ-I марки Б) - отходы производства эпоксидных смол ОАО “Котовский ЛКЗ” (г.Котовск, Тамбовская обл.). Отверждение проводили при помощи полиэтиленполиамина (ПЭПА) (ТУ 2413-357-00203447-99) при комнатной температуре и атмосферном давлении.

МСЭ-I (СТП 6-21-700-1.24-93) является технологическими промышленными отходами и представляет собой раствор смеси смол и продуктов дегидрохлорирования в толуол-бутаноле или толуоле, выделенных из маточника от производства эпоксидных смол: ЭД-20, Э-40, Э-05к, Э-23. Маточная смола МСЭ-I должна соответствовать требованиям и нормам, указанным в таблице 1.

Таблица 1 - Нормативные требования к физико-химическим показателям МСЭ-I
№п.п. Наименование показателя Нормы СТП 6-21-700-1.24-93
Марка А Марка Б
1 Внешний вид Однородная прозрачная жидкость Однородная прозрачная жидкость
2 Массовая доля нелетучих в-в,% 45…50 Не более 50
3 Цвет р-ра по йодометрической шкале, мг йода не темнее 7 -
4 Массовая доля эпоксидных групп,% 10…15 4…15
5 Массовая доля иона хлора,%, не более 0,0035 -
6 Массовая доля общего хлора,% не более 0,3 -
7 Чистота раствора смолы Налив должен быть чистым, допускается наличие един-х примесей, не более 10 шт. на 1 кв. дм -
8 Усл. вязкость раствора смолы по вискозиметру ВЗ-246 с диам. сопла 4 мм 13…15 Не более 100
9 рН водной вытяжки 6…7 -

Оценку влияния степени наполнения и пластификации на физико-механические свойства эпоксидной смолы ЭД-20 проводили по результатам кратковременных испытаний на сжатие и поперечный изгиб при комнатной (20°С) и повышенных (40 и 60°С) температурах. Расчет состава композитов выполняли в частях по массе (ч. по массе) эпоксидной смолы ЭД-20, массу которой принимали за 100. Результаты испытаний представлены в таблицах 2, 3 и на фиг.1...6.

Таблица 2 - Влияние количества керамзитовой крошки на физико-механические свойства ЭД-20
Кол-во керамзита, ч. по массе Хар-ка 20°С 40°С 60°С
Сжатие Изгиб Сжатие Изгиб Сжатие Изгиб
0 s,МПа 89,9 56,4 20,8 14,5 7,9 8,6
Е,МПа 1780 3680 604 492 30,5 404
О,% 6,9 1,53 10,0 4,05 17,5 6,66
20 s,МПа 55,8 22,1 34,8 15,2 9,3 8,3
Е,МПа 1094 2755 630 1052 112,8 785
О,% 6,4 0,81 9,3 3,22 17,3 6,23
40 s,МПа 83,3 24,0 36,2 17,3 16,5 12,3
Е,МПа 1364 3105 734 1458 277 903
О,% 5,8 0,7 9.01 2,98 17,17 6,01
60 s,МПа 79,5 31,7 28,5 18,0 10,5 11,6
Е,МПа 1503 3488 697 1652 338 1125
О,% 5,3 0,57 8,7 2,89 17,0 5,95
100 s,МПа 50,4 18,0 16,1 13,6 2,27 8,3
Е,МПа 1239 2987 526 1108 334 897
О,% 4,7 0,51 7,5 2,67 16,68 5,46

 
Таблица 3 - Влияние количества пластификатора МСЭ на физико-механические свойства ЭД-20
Кол-во МСЭ, ч. по массе Хар-ка 20°С 40°С 60°С
Сжатие Изгиб Сжатие Изгиб Сжатие Изгиб
25 s,МПа 24,6 - 11,9 - 7,2 -
Е, МПа 853 - 248 - 89,1 -
О,% 4,98 - 10,2 - 9,9 -
50 s,МПа 19,2 23,4 7,8 6,19 6,6 4,12
Е,МПа 741 864,5 67,1 95,2 35,6 61,4
О,% 4,63 3,99 16,2 4,28 15,8 4,89
75 s,МПа 12,7 - 6,16 - 4,3 -
Е,МПа 547 - 56,8 - 28,6 -
О,% 4,47 - 15,5 - 14,9 -
100 s,МПа 7.4 14,3 4,13 4,52 2,84 2,45
Е,МПа 256 445,8 45,4 69,6 25,6 44,8
О,% 5,64 4,7 14,5 4,81 12,1 5,21
150 s,МПа 5,64 8,79 4,03 3,98 2,18 2,27
Е,МПа 152 257,1 34,2 67,6 20,5 39,6
О,% 7,8 4,97 19,3 5,11 10,8 5,29
200 s,МПа 2,39 - 2,27 - 2,00 -
Е,МПа 16,8 - 14,9 - 9,5 -
О,% 14,6 - 18,1 - 15,9 -
300 s,МПа 2,05 - 1,66 - 1,27 -
Е,МПа 8,6 - 6,8 - 6,8 -
О,% 22,2 - 20,3 - 13,2 -

Проведенные исследования показали, что использование в составе эпоксидного композита отходов керамзита в качестве наполнителя позволяет заменить традиционные наполнители, специально выпускаемые промышленностью, без ухудшения эксплуатационных свойств материала (таблица 2 и фиг.1, 2), что значительно снижает его себестоимость.

С введением пластификатора происходит снижение вязкости связующего и улучшаются условия переработки состава. Однако снижаются прочность и жесткость композита как при комнатной, так и при повышенных температурах испытания (таблица 3 и фиг. 3, 4).

Исходя из критерия минимальной стоимости полимерраствора при сохранении высоких физико-механических характеристик в качестве граничных условий было выбрано содержание пластификатора в количестве 50 и 100 ч. по массе ЭД-20. Введение пластификатора свыше 100 ч. по массе нецелесообразно вследствие значительного снижения прочностных характеристик композитов. Результаты испытаний представлены в таблице 4 и на фиг. 5...8.

Таблица 4 - Влияние количества наполнителя и пластификатора на физико-механические свойства ЭД-20

Состав композита, ч. по массе Хар-ка 20°С 40°С 60°С
Сжатие Изгиб Сжатие Изгиб Сжатие Изгиб
МСЭ-100 Керамзит 400 s,МПа 6,6 6,8 2,89 4,0 2,08 3,00
Е,МПа 217 645 33,1 205 24,6 62,3
О,% 3,49 1,06 8,60 2,02 8,4 4,82
350 s,МПа 8,3 9,7 3,93 4,76 2,26 2,66
Е,МПа 272 792 44,2 253 32,8 54,2
О,% 3,72 1,23 8,9 2,28 6,92 4,91
300 s,МПа 11,1 7,3 5,69 4,52 4,13 2,57
Е,МПа 307 580 56,9 143 39,4 51,2
О,% 3,59 1,26 10,03 3,15 10,5 5,01
МСЭ-50 Керамзит 250 s,МПа 16,3 14,9 8,9 5,59 6,3 3,35
Е,МПа 702 1635 57,8 214 41,4 67,6
О,% 3,25 0,93 15,2 2,61 15,3 4,96
200 s,МПа 24,7 16,6 12,5 7,05 8,69 3,45
Е,МПа 819 1440 80,9 252 48,2 67,6
О,% 4,04 1,16 15,7 2,92 18,1 5,11
150 s,МПа 23,7 15,0 11,4 5,98 8,14 3,10
Е,МПа 792 1230 87,4 180 51,4 60,6
О,% 4,08 1,23 13,3 3,32 15,9 5,12

Из приведенных зависимостей (фиг. 5…8) видно, что наилучшим комплексом физико-механических показателей обладает состав, содержащий 50 ч. по массе пластификатора МСЭ и 200 ч. по массе наполнителя.

Авторами предлагается следующий состав полимерраствора, ч. по массе:

- эпоксидная смола ЭД-20 - 100;

- отвердитель ПЭПА - 15;

- пластификатор (маточная смола эпоксидная МСЭ-I) - 50;

- наполнитель (отходы производства керамзита) - 200±25.

Предлагаемый эпоксидный полимерраствор обладает:

- более низкой себестоимостью по сравнению с аналогом за счет использования в своем составе отходов производства;

- удовлетворительными физико-техническими характеристиками (таблица 5);

- экологической безопасностью.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Полимерраствор, включающий эпоксидную диановую смолу, аминный отвердитель, минеральный наполнитель и пластификатор, отличающийся тем, что он содержит в качестве минерального наполнителя керамзитовую крошку - отходы производства керамзита, а в качестве пластификатора - маточную смолу эпоксидную - отходы производства эпоксидных смол при следующем содержании компонентов, ч. по массе:

  • Эпоксидная диановая смола ЭД-20 100

  • Полиэтиленполиамин 15

  • Пластификатор (отходы производства эпоксидных смол) 50

  • Наполнитель (отходы производства керамзита) 200

Версия для печати
Дата публикации 07.05.2007гг


вверх