КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ СПОРТИВНЫХ ПОКРЫТИЙ
COMPOSITION FOR SPORTS COATINGS

Изобретение относится к композициям для спортивных покрытий на основе жидких углеводородных каучуков для изготовления покрытий беговых дорожек и спортивных площадок.
Известна композиция для изготовления эластичных покрытий, включающая низкомолекулярный бутадиенпипериленовый каучук, оксид кальция, мел, глицерин, катализатор уретанообразования, полиизоцианат и триэтилбензиламмонийхлорид [патент РФ 2211850 С1, кл.6 C09D 109/00, опубл. 1999].
Широкое распределение по типу функциональности бутадиенпипериленового олигомера обуславливает дефектность трехмерной сетки, образующейся при отверждении полиизоцианатом, что является следствием низкого уровня динамических и физико-механических показателей покрытия.
Известна композиция для покрытий спортивных площадок и гидроизоляционных покрытий, включающая гидроксилсодержащий олигодиендиол - сополимер изопрена и бутадиена, пластификатор, минеральный наполнитель, трехфункциональный низкомолекулярный спирт, катализатор уретанообразования, 2,4,6-три-третбутилфенол, отвердитель полиизоцианат и дополнительно этилсиликат [патент РФ 2186812, C09D 109/00, опубл. 10.08.2002].
Недостатком этих композиций является низкий уровень динамических и физико-механических свойств отвержденных эластомерных покрытий.
Известна композиция для покрытий, включающая олигобутадиендиол, пластификатор, минеральный наполнитель, трехфункциональный низкомолекулярный спирт, оловоорганический катализатор уретанообразования, 2,4,6-три-третбутилфенол, полиизоцианат и этилсиликат [патент РФ 2190002, кл.7 C09D 109/00, опубл. 2002].
Недостатком этих композиций является невысокий уровень динамических и физико-механических свойств.
Наиболее близким решением к предлагаемому изобретению (прототип) является композиция, описанная в способе получения композиции для покрытия [патент РФ 2325418, C09D 175/08, опубл. 27.05.2008, бюл. №15], включающая олигобутадиендиол, пластификатор, минеральный наполнитель, трехфункциональный низкомолекулярный спирт, оловоорганический катализатор уретанообразования, 2,4,6-три-третбутилфенол, полиметиленполифениленполиизоцианат с содержанием изоцианатных групп 29,5-31,0% и полисульфидный олигомер при соотношении компонентов, мас.ч.:
Олигобутадиендиол
100
Пластификатор
5-30
Минеральный наполнитель
90-150
Трехфункциональный низкомолекулярный спирт
1-5
Указанный полиизоцианат
14-24
Оловоорганический катализатор
0,01-1,10
2,4,6-Три-третбутилфенол
0,5-1,5
Полисульфидный олигомер
5-15
Покрытия из данной композиции характеризуются недостаточным уровнем динамических и физико-механических свойств.
Техническим результатом является повышение уровня динамических и физико-механических свойств, стойкости к термоокислительному и световому старению.
Поставленный технический результат достигается тем, что композиция для спортивных покрытий, включающая олигобутадиендиол, пластификатор, минеральный наполнитель, трехфункциональный спирт, полиметиленполифениленполиизоцианат с содержанием изоцианатных групп 29,5-31,0%, оловоорганический катализатор, 2,4,6-три-третбутилфенол, дополнительно содержит модификатор - монтмориллонит, предварительно полученный в результате взаимодействия монтмориллонита и 1,1,5-тригидроперфторпентанола-1 при массовом соотношении, равном 1:1, температуре 70°С, частоте ультразвука 40 кГц и времени 90 мин, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Олигобутадиендиол
100
Пластификатор
5-30
Минеральный наполнитель
80-100
Трехфункциональный низкомолекулярный спирт
1-5
Указанный полиизоцианат
14-24
Оловоорганический катализатор
0,01-1,10
2,4,6-Три-третбутилфенол
0,5-1,5
Модификатор
0,5-1,5
Диацетат-ди-ε-капролактамат меди
0,1-0,5.
Введение модификатора способствует улучшению перерабатываемости композиций и увеличению адгезионной прочности сцепления с субстратами. Введение диацетат-ди-ε-капролактамата меди приводит к повышению: уровня адгезионного взаимодействия с субстратами, термоокислительной и световой стабильности полиуретанов.
3
В качестве олигобутадиендиола в композиции используется сополимер бутадиена и изопрена ПДИ-1К (ТУ 38.103342-88) с соотношением мономеров 70:30; молекулярной массой 4000-5000; содержанием гидроксильных групп, мас.%, 0,75-0,89, и олигодиендиолы с молекулярной массой 2000-5000; индексом полидисперсности 1,20-1,35; вязкостью по Брукфилду, Па·с (25°С), 8,5-22; содержанием концевых гидроксильных групп, %, 0,7-1,7; микроструктурой, %, 1,4-цис 10-15, 1,4-транс 20-25, 1,2-(винил) 60-70; распределением по ОН-группам (РТФ), %: бесфункциональные 2, монофункциональные 6, бифункциональные 92; плотностью, кг/м: 900-910 (олигодиендиолы Krasol LBH производства фирмы Sartomer).
В качестве пластификатора композиция содержит соединения, используемые в производстве эластомерных материалов на основе диеновых каучуков: алкил(арил)овые эфиры фталевой или фосфорной кислоты, хлорпарафины.
Наполнителями для каучуковой основы служат минеральные порошки средней дисперсности, такие как мел, известь-отсев, каолин, тальк.
2,4,6-Три-третметилфенол представляет собой кристаллический порошок с зелено-желтым оттенком, хорошо растворимый в углеводородах, и имеет следующие характеристики: температура плавления 129-131°С, массовая доля золы - не более 0,05%. Получают путем алкилирования фенола изобутиленом в присутствии катализатора. Торговое название - антиоксидант П-23 (ТУ 6-14-26-77).
В качестве трехфункционального низкомолекулярного спирта в композиции используется глицерин, триэтаноламин или триметилолпропан.
В качестве полиизоцианата в композиции используется полиметиленполифениленполиизоционаты, получаемые фосгенированием продукта конденсации анилина с формальдегидом (ТУ 2224-152-04691277-96). Содержание изоцианатных групп 29,5-31%.
В качестве оловоорганического катализатора применяют октоат олова, дибутилдилауринат олова (ТУ 6-02-818-78), могут использоваться и другие оловоорганические соединения, применяемые для синтеза полиуретанов.
2
5
2
3
2
Диацетат-ди-ε-капролактамат меди [Cu(NH(СН)С(O))](ОСОСН) получают при взаимодействии 1 моль диацетата меди и 2 моль ε-капролактама в хлороформе [Ефанова Е.Ю. Катализ реакции ε-капролактама с предельными незамещенными и полифторированными одноатомными спиртами в синтезе олигомеров. Автореферат дис. канд. хим. наук. Волгоград, 2002. - C.11].
В состав композиции могут быть введены добавки, придающие материалу покрытия другие преимущества. В качестве компонента, обеспечивающего снижение расхода композиции на изготовление единицы площади, используется резиновая крошка. Для улучшения внешнего вида в композицию могут быть введены пигменты.
Для изготовления композиции для спортивных покрытий используют смесительное оборудование, обеспечивающее гомогенизацию со степенью перетира твердых частиц не более 100 мкм. Полиизоцианат и катализатор уретанообразования поставляют в комплекте с композицией и добавляют в нее на месте укладки покрытия. Резиновую крошку вмешивают в композицию перед введением отвердителя.
2
2
2
2
Модификатор представляет собой слоистый алюмосиликат монтмориллонит, обработанный 1,1,5-тригидроперфторпентанолом-1 (химическая формула Н(CFCF)CHOH).
Пример. Частицы монтмориллонита в количестве 1 г предварительно диспергируют в ультразвуковом поле при частоте 40 кГц в 30 мл этанола в течение 1 ч. Далее к дисперсии частиц глины в этаноле добавляют 1 г 1,1,5-тригидроперфтор-пентанола-1 в 20 мл этанола и продолжают диспергирование частиц еще в течение 30 мин при температуре 70°С. Модифицированный монтмориллонит промывают этанолом (10 мл) до нулевой концентрации 1,1,5-тригидроперфторпентанола-1 в растворе. Затем упаривают остатки этанола из глины и сушат продукт при 100°С.
-1
-1
-1
-1
ИК-спектр ν, см: С-Н (ν 2854-2956 см), C-F (ν 1366-1024 см), ОН 1,1,5-тригидроперфторпентанола-1 (ν 3550-3658 см).
Изобретение иллюстрируется следующим примером 1 (состав 1, табл.1).
Пример 1. В смеситель с якорной мешалкой объемом 0,5 л загружают 100 г олигобутадиендиола ПДИ-1К, 70 г мела, 10 г извести-отсева, 5 г дибутилфенилфосфата, 5 г триметилолпропана, 0,1 г октоата олова, 0,5 г 2,4,6-три-третбутилфенола, 0,5 г модификатора - монтмориллонита, содержащего 10,28 мас.% 1,1,5-тригидроперфторпентанола-1 и 0,1 г диацетат-ди-ε-капролактамата меди. Смешение компонентов проводят в течение 30 мин. В полученную смесь добавляют 10 г резиновой крошки, 24 г полиизоцианата и вновь перемешивают в течение 8 мин. Полученную смесь заливают в формы и выдерживают 20-25 суток при температуре 18-25°С.
Аналогичным образом готовятся композиции состава 2-10 по примеру 1.
Состав всех исследуемых композиций приведен в таблице 1. Свойства образцов покрытий из композиций приведены в таблице 2.
Образцы покрытия испытывали по ГОСТ 263-75, ГОСТ-275-75, ГОСТ-6950-73, ГОСТ-2678-88 и методами (Кувшинский Е.В., Сидорович Е.А. Маятниковый эластомер КС // Журнал теоретической физики, 1957, т.26, с.878-886. Сидорович. Е.А., Кувшинский Е.В. Изучение ударного сжатия резин // Физика твердого тела. 1961, т.3.11, с.3487-3494; и Медведев В.П. Разработка эластомерных покрытий для спортивных сооружений на основе анализа взаимодействия элементов в системе «опорно-двигательный аппарат спортсмена - покрытие». Дисс. канд. техн. наук. Волгоград, 1989 г.). Показатели, характеризующие светостойкость пенополиуретанов, регистрировались для образцов, подвергнутых фотооблучению лампой ДРТ-400.
Таблица 1
Состав композиции для спортивных покрытий
Наименование компонентов
Состав, мас.ч.
Прототип, патент РФ 2325418
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
ПДИ-1К
100
100
-
-
-
-
-
-
100
-
100
Krasol LBH
-
-
100
100
100
100
100
100
-
100
-
Пластификатор
5
15
20
20
30
40
15
2,5
15
20
20
Минеральный наполнитель:
Мел
70
-
-
80
100
170
-
-
-
120
-
Известь-отсев
10
-
-
10
-
-
-
-
-
20
-
Каолин
-
100
-
-
-
-
120
-
100
-
-
Тальк
-
-
100
-
-
-
-
60
-
-
120
Трехфункциональный низкомолекулярный спирт
5
4
3
2
1
0,5
3
6
4
2
3
Полиизоцианат
24
20
16
16
14
16
10
28
20
16
16
Оловоорганический катализатор:
Октоат олова
0,1
-
-
-
0,05
-
1,10
0,15
-
-
-
Дибутилдилауринат олова
-
0,01
0,08
1,10
-
0,005
-
-
0,01
0,06
0,03
2,4,6-три-третбутилфенол
0,5
1,0
1,5
1,0
0,5
1,0
0,25
2,0
1,0
1,0
1,5
Резиновая крошка
10
-
-
-
10
-
-
-
-
-
-
Пигмент красный С
-
5
-
5
-
-
-
-
5
5
-
Полисульфидный олигомер
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
10
Модификатор
0,5
1,0
0,8
1,4
1,5
1,5
1,0
0,5
1,5
3,0
-
Диацетат-ди-ε-капролактамат меди
0,1
0,4
0,5
0,3
0,5
0,5
0,1
0,01
0,3
2,0
-
Примечание:
1. В качестве пластификатора в примерах 1 и 6 используется дибутилфенилфосфат, в примерах 2, 8 используется диоктилфталат, в остальных примерах и прототипе - хлорпарафин ХП-470
2. В качестве трехфункционального низкомолекулярного спирта в примерах 3, 5 и прототипе используется триэтаноламин, в примере 1 - триметилолпропан, в остальных глицерин
3. Молекулярная масса/содержание гидроксильных групп (%) олигобутадиендиола Krasol LBH по примерам составляет 3 и прототипе - 3000/1,3; 4,6,10 - 4000/0,85; 5 - 5000/0,70; 7 - 5000/0,56; 8 - 1500/2,30
Таблица 2
Свойства композиций для спортивных покрытий
Наименование показателей
Значения показателей
Прототип, патент РФ 2325418
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Твердость по Шору А, усл.ед.
68
64
56
64
59
43
34
52
58
60
56
Условная прочность при разрыве, кгс/см<sup>2</sup>
3,3
3,2
3,0
3,3
3,1
1,4
0,6
2,3
3,3
2,7
3,3
Относительное удлинение, %
205
190
210
205
210
100
270
34
185
180
220
Эластичность по отскоку, %
54
48
53
45
42
34
28
42
45
48
49
Динамический модуль упругости, МПа
6,9
6,5
6,8
6,3
6,4
2,7
2,9
5,8
5,9
5,5
5,9
Тангенс угла механических потерь
0,103
0,100
0,103
0,106
0,105
0,310
0,300
0,344
0,113
0,117
0,108
Декремент затухания колебательной системы «образец-боек», с<sup>-1</sup>
135
142
134
151
130
236
241
232
245
253
220
Отношение времени релаксации к времени удара, τ/Т
0,98
0,96
1,22
1,15
1,77
1,45
1,52
1,53
1,58
1,49
1,39
Коэффициент старения по прочности при растяжении (термоокислительное старение при 60°С в течение 60 сут)
0,80
0,81
0,83
0,85
0,89
0,70
0,79
0,65
0,71
0,80
0,77
Коэффициент старения по прочности при растяжении (световое старение при 60°С в течение 60 сут)
0,75
0,79
0,81
0,84
0,86
0,64
0,80
0,60
0,65
0,75
0,62
При содержании модификатора менее 0,5 мас.ч. ухудшается перерабатываемость композиций и снижается прочность соединения покрытия с субстратами. Увеличение содержания модификатора свыше 1,5 мас.ч. приводит к снижению скорости отверждения композиций.
Использование в композиции диацетат-ди-ε-капролактамата меди в количестве менее 0,1 мас.ч. приводит к снижению светостойкости покрытий. При содержании диацетат-ди-ε-капролактамата меди свыше 0,5 мас.ч. снижается жизнеспособность композиций.
Таким образом, заявленная композиция обеспечивает получение покрытий с более высоким комплексом динамических, физико-механических характеристик и повышенной стойкостью к термоокислительному и световому старению. Повышение комплекса свойств покрытий достигается благодаря использованию модификатора в сочетании с диацетат-ди-ε-капролактаматом меди.