Клеевая композиция на основе модифицированной полиуретаном эпоксидной смолы холодного отверждения для фиксации двухслойных покрытий из полиизопреновой резины
ADHESIVE COMPOSITION BASED ON COLD-CURED EPOXY RESIN MODIFIED WITH POLYURETHANE FOR FIXING TWO-LAYER COATINGS MADE OF POLYISOPRENE RUBBER

Изобретение относится к области промышленного и гражданского строительства и предназначено для приклеивания двухслойных спортивных покрытий, изготовленных из полиизопреновой резины, на бетонные, цементно-песчаные и деревянные основания при устройстве спортивных объектов.
В настоящее время при устройстве различных спортивных объектов возрастает применение инновационных двухслойных спортивных покрытий, изготовленных из полиизопреновой резины (например, покрытие Sportflex фирмы «Mondo»).
Нижний подстилающий слой данного покрытия представляет собой специальную направленную ячеистую структуру, которая оптимально поглощает толчки и удары, и разработана в соответствии с биомеханическими требованиями для улучшения результатов атлетов. Ввиду его специфического строения используемый для крепления данного покрытия клей должен иметь высокие адгезионные характеристики, обеспечивающие прочность сцепления покрытия с поверхностью, несмотря на минимальную площадь фиксации ячеистого слоя.
Верхний слой резинового покрытия, обладая высокой гибкостью, дополнительно обеспечивает общий комфорт и поглощение ударов. Для сохранения свойств данного покрытия клеевой слой адгезива, используемого для его фиксации, должен также обладать высокой эластичностью.
Перед авторами изобретения стояла задача получения клеевой композиции, обеспечивающей высокую прочность фиксации, двухслойных спортивных покрытий, изготовленных из полиизопреновой резины, на бетонные, цементно-песчаные и деревянные основания, с прочностью при отслаивании не менее 1500 Н/м, относительным удлинением клеевого слоя не менее 100% и гибкостью до минус 30°С.
Известно большое количество двухкомпонентных полиуретановых клеев холодного отверждения для приклеивания спортивных покрытий, например, Eurocol 140 EUROMIX PU PRO, ВИЛАД-40, Team sport kn 70. Однако применение этих клеев для фиксации двухслойных спортивных покрытий с ячеистой структурой подстилающего слоя ограничено из-за их низкой адгезионной прочности и отсутствия эластичности клеевого шва при отрицательных температурах.
Известна клеевая композиция на полиэфирной и полиизоцианатной основе (Патент RU 2465297, опубл. 27.10.2012), в которой смесь простого полиэфира и блокированного полиизоцианата модифицируется эпоксидной диановой смолой ЭД-20, раствором полисилазана в толуоле и наполнителем (оксид алюминия). Указанная клеевая композиция предназначена для восстановления и ремонта пластиковых элементов автомобиля, при ремонтных работах для заделывания пробоин бензобаков транспортных средств, для склеивания полимерных, металлических, деревянных, стеклянных изделий или для приклеивания изделий из различных материалов. С целью повышения адгезионной прочности, расширения температурного интервала эксплуатации до +230°С полиуретановая клеевая композиция модифицируется эпоксидной диановой смолой ЭД-20. Недостатками данной клеевой композиции являются потребность в предварительном прокаливании компонентов в термошкафу при температуре 100-110°С, для удаления влаги, использование большого количества растворителя (до 20%) и очень низкая жизнеспособность 3-10 мин.
Известна клеевая композиция, включающая препарат DESMOCOL на основе полиуретана, отвердитель и полярный растворитель, кроме того она содержит перхлорвиниловую, эпоксидную смолы и полиамин алифатического ряда в качестве отвердителя (Патент RU 2271377, опубл. 10.03.06). Указанная клеевая композиция предназначена только для склеивания материалов с силоксановым покрытием, капроновых тканей и стеклотканей. Недостатком композиции является также наличие большого количества растворителя в ее составе (до 57%).
Известна клеевая композиция, содержащая эпоксидную диановую смолу, монофункциональные и трехфункциональные олигоэфирэпоксиды, трициклокарбонатполиоксипропилентриол, низкомолекулярную полиамидную смолу, отвердитель аминного типа и наполнитель. (Патент RU 2275405, опубл. 27.04.2006). Указанная клеевая композиция применяется в машиностроении. Также недостатками клеевой композиции являются сложность технологии, требующее предварительное нагревание компонентов в течение 30-40 минут при 70-80°С и недостаточное относительное удлинение клеевого слоя 15-25%.
Известна клеевая композиция, содержащая перхлорвиниловую смолу и органический растворитель дихлорэтан, дополнительно дибуталфталат и модификатор - эпоксидную диановую смолу ЭД-20 и N-нитрозодифениламин (Патент RU 2435820, опубл. 10.12.2011). Указанная клеевая композиция применяется в резиновой промышленности только при склеивании вулканизованной резины между собой.
В результате введения эпоксидной диановой смолы ЭД-20 и N-нитрозодифениламина в клеевую композицию происходит увеличение концентрации полярных групп и образование дополнительных химических связей, которые способствуют увеличению подвижности и гибкости макромолекулы перхлорвиниловой смолы. Этим объясняется повышение прочности при склеивании вулканизованной резины между собой.
Таким образом, совместное использование в предлагаемой клеевой композиции в качестве модификатора эпоксидной диановой смолы ЭД-20 и N-нитрозодифениламина в указанных пределах позволяет повысить прочность при склеивании изделий из вулканизованной резины на основе различных каучуков, что обусловлено участием данного модификатора в повышении адгезионных свойств клея.
Таким образом, из представленных композиций ни одна из систем не используется для фиксации покрытий из полиизопреновой резины.
Целью данного изобретения является получение клеевой композиции, обеспечивающей высокую прочность фиксации, двухслойных спортивных покрытий, изготовленных из полиизопреновой резины, на бетонные, цементно-песчаные и деревянные основания, с прочностью при отслаивании не менее 1500 Н/м, относительным удлинением клеевого слоя не менее 100% и гибкостью до минус 30°С.
В связи с недостаточными адгезионными характеристиками полиуретановых клеев к двухслойному покрытию из полиизопреновой резины, и отмеченным в указанных патентах эффектом повышения адгезионных характеристик к различным материалам, в частности резиновых покрытий, при использовании эпоксидной смолы, в качестве связующего для изготовления клея был выбран эпоксидно-полиуретановый полимер. Использование не модифицированной эпоксидной смолы не позволяет получить клеевой состав с требуемым относительным удлинением и гибкостью клеевого слоя.
Решение поставленной задачи достигается предлагаемым клеевым составом, содержащим отверждаемую эпоксидно-полиуретановую смолу на основе эластифицированного диглицидилового эфира бисфенола-A/F с эпоксидным эквивалентом 374-416 г/моль, наполнитель, реологическую добавку, диспергатор, пигмент и отвердитель на основе модифицированного циклоалифатического полиамина, при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:
- эластифицированный диглицидиловый эфир бисфенола-A/F - 30,0-32,0;
- диспергирующая добавка - 0,5-0,6;
- минеральный наполнитель - 53,0-55,0;
- реологическая добавка - 0,5-0,7;
- пигмент - 0,5-0,9;
- растворитель - 1,5-2,3;
- циклоалифатический полиамин - 9,9-10,5
Эластифицированный диглицидиловый эфир бисфенола-A/F представляет собой смолу марки D.E.R 3911 (компания OLIN).
Диспергирующая добавка представляет собой раствор высокомолекулярного блок-сополимера с пигмент-афинными группами марки DISPERBYK 163 (компании BYK Chemie)
Минеральный наполнитель представляет собой карбонат кальция, со средним размером частиц 5-7 мкм.
Реологическая добавка представляет собой пирогенный диоксид кремния марки Aerosil R 202 (компания Evonik)
Пигмент органической и неорганической природы, для получения необходимого цвета клеевого слоя (например, сажа, красный железооксидный и т.д.).
Отвердитель представляет собой циклоалифатический полиамин марки D.E.H. 4723 (компания OLIN).
Предлагаемый клеевой состав получают, как описано ниже.
В жидкую смолу добавляют диспергирующий агент. Полученную смесь механически перемешивают при скорости 5 м/с в течение 10 минут. В качестве оборудования для перемешивания используется 2-х валовый диссольвер с фрезой и рамной мешалкой. Далее к смеси добавляют пигмент, наполнитель, реологическую добавку и производят перемешивание в течение 30 минут при скорости 11 м/с. Для снижения вязкости возможно введение растворителя.
Изобретение поясняется следующим примером.
Пример №1.
Для получения компаунда красно-коричневого цвета с прочностью при отслаивании не менее 2100 Н/м и относительным удлинением не менее 100% смешивают 320 г смолы на основе эластифицированного диглицидилового эфира бисфенола-A/F с эпоксидным эквивалентом 374-416 г/моль и 6 г диспергирующей добавки DISPERBYK 163.
Смешивание проводят с помощью верхнеприводного перемешивающего устройства с фрезой диаметром 6 см при скорости вращения фрезы 1600 об/мин в течение 10 мин. Затем к смеси добавляют 541 г порошка карбоната кальция, со средним размером частиц 5-7 мкм, 9 г порошка красного железо оксидного пигмента и 7 г реологической добавки на основе пирогенного диоксида кремния Aerosil R 202. Перемешивание продолжают при скорости вращения фрезы 3600 об/мин в течение 30 минут. В конце процесса перемешивания добавляют 18 г ксилола для снижения вязкости смеси и продолжают перемешивание в течение 10 минут при скорости вращения фрезы 1600 об/мин.
По окончании процесса в готовую смесь вводится 99 г циклоалифатического полиамина.
Проведено сравнение заявленного изобретения с двухкомпонентными полиуретановыми клеями, рекомендуемыми для фиксации спортивных покрытий. Данные представлены в таблице.
Получаемый клей предназначен для фиксации двухслойных спортивных покрытий, из полиизопреновой резины с ячеистой структурой внутреннего слоя, а также может найти применение для фиксации листов из резиновой и каучуковой (EPDM) крошки, виниловых покрытий, спортивных ПВХ-покрытий на бетонные, цементно-песчаные и деревянные основания при устройстве спортивных объектов.