ГЕРМЕТИЗИРУЮЩАЯ И ГИДРОИЗОЛИРУЮЩАЯ КОМПОЗИЦИЯ
SEALING AND WATERPROOFING COMPOSITION

Изобретение относится к полимерным строительным материалам и может быть использовано для изготовления герметизирующих и гидроизоляционных композиций, перерабатываемых методом заливки.
Известен состав для герметизации и склеивания, включающий жидкий тиокол, натрий двухромовокислый, воду, наполнитель, эпоксидную смолу, дифенилгуанидин [Аверко-Антонович Л.А. и др. Полисульфидные олигомеры и герметики на их основе. Л.: Химия, 1983, с.75-78].
Недостатками состава являются высокое водопоглощение, а также низкая скорость отверждения при комнатной температуре и высокая вязкость.
Известна композиция для герметизации и склеивания, включающая жидкий тиокол, натрий двухромовокислый, воду, наполнитель, четырехфункциональную эпоксидную смолу и растворитель, являющийся одновременно катализатором отверждения [патент РФ №2058363, кл. С09K 3/10,опубл.1996].
Недостатком композиции является многостадийность технологии получения, низкая жизнеспособность и высокое водопоглощение.
Известна герметизирующая композиция, включающая полисульфидный олигомер, наполнитель, диоксид марганца, аэросил, дифенилгуанидин, эпоксидную диановую смолу, замедлитель вулканизации, пластификатор [а.с. СССР №1054397, кл. С09K 3/10, опубл. 1983].
Недостатками композиции являются низкие: гидролитическая стабильность, физико-механические свойства и тиксотропность.
Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому результату является герметизирующая композиция, включающая полисульфидный олигомер, диоксид титана, гидрофобизированный мел, аэросил, полиэтиленгликольадипинат, диоксид марганца, стеариновую кислоту, дифенилгуанидин и пластификатор - смесь диоксановых спиртов и их высококипящих эфиров при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Полисульфидный олигомер
100
Диоксид титана
79-81
Гидрофобизированный мел
16-18
Аэросил
4,3-4,6
Полиэтиленгликольадипинат
0,7-1,4
Диоксид марганца
8,8-14,8
Стеариновую кислоту
0,9-1,5
Дифенилгуанидин
2,7-4,5
Смесь диоксановых спиртов и их высококипящих эфиров
9,5-12,5
6
[патент РФ №2064955, кл. С09K 3/10, опубл. 1996].
Недостатком данной композиции является недостаточная прочность при растяжении и относительное удлинение, высокое водопоглощение, а также необходимость ступенчатого режима вулканизации (2 стадии).
Использование в составе прототипа и аналогов изобретения таких гидрофильных веществ, как аэросил, диоксид титана, полиэфир, смеси диоксановых спиртов и их высококипящих эфиров, в значительной степени снижает гидроизоляционные свойства покрытий. Присущая вулканизатам тиоколов гидрофильность полимерной матрицы и наличие вышеназванных компонентов в композиции обуславливает высокое водопоглощение покрытия. Помимо этого комплекс свойств материалов на основе полисульфидных олигомеров существенно зависит от топологической структуры вулканизационной сетки, определяемой типом и содержанием окислителя и ускорителя. Использование в прототипе гидрофобизированного мела существенно ухудшает перерабатываемость композиций.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка состава композиции, обладающей повышенными физико-механическими, адгезионными и гидроизоляционными свойствами.
Техническим результатом является повышение физико-механических, адгезионных и гидроизоляционных свойств покрытия, а также расширение областей применения заявленной композиции.
Поставленный технический результат решается использованием композиции, включающей полисульфидный олигомер, пластификатор - смесь диоксановых спиртов и их высококипящих эфиров, диоксид марганца и дифенилгуанидин, наполнитель - мел природный технический дисперсный марки МТД-2, диатомит и дополнительно модифицирующую добавку при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Полисульфидный олигомер
100
Диоксид марганца
9-15
Мел природный технический
дисперсный марки МТД-2
90-150
Диатомит
20-30
Пластификатор
30-60
Дифенилгуанидин
0,2-0,6
Модифицирующая добавка
0,5-1,5
Сущность изобретения заключается в следующем. Использование мела природного технического дисперсного марки МТД-2 позволяет получать композиции с улучшенной перерабатываемостью. Введение диатомита способствует взаимоусилению структурных образований между полимерной матрицей и, как следствие, повышению упруго-прочностных характеристик. В составе композиций на основе полисульфидного олигомера модифицирующая добавка проявляет себя в качестве ускорителя вулканизации и обеспечивает улучшение адгезионных свойств материалов. В сравнении с дифенилгуанидином кубовый отход производства N - метиланилина в меньшей степени ускоряет процесс отверждения композиций, что способствует более высокой конверсии взаимодействующих реакционных центров на поздних стадиях процесса структурообразования эластомера. Сочетание в композиции дифенилгуанидина и кубового отхода производства N-метиланилина приводит к повышению плотности сшивания вулканизатов. Наличие аминогрупп в кубовом отходе производства N-метиланилина обусловливает повышенную прочность соединения материалов с субстратами.
При осуществлении заявленного изобретения покрытие при длительном контакте с водой в обычных условиях имеет более низкий уровень водопоглощения, высокие физико-механические свойства, высокую гидроизоляционную надежность и адгезию к основанию.
Как видно из таблицы 1 и 2 при содержании дифенилгуанидина менее 0,2 мас.ч. ухудшаются физико-механические свойства покрытия и гидростабильность покрытия. Увеличение концентрации ускорителя выше 0,6 мас.ч. приводит к снижению жизнеспособности составов.
При использовании диоксида марганца в количестве менее 9 мас.ч. уменьшается густота сшивки вулканизата, физико-механические и гидроизоляционные свойства. Использование большего 15 мас.ч. количества вулканизующего агента снижает жизнеспособность композиции.
При содержании мела менее 90 мас.ч. ухудшаются стоимостные показатели композиции. Увеличение содержания мела выше 150 мас.ч. приводит к снижению прочностных показателей и увеличивает сорбционную способность покрытия.
Использование пластификатора в количестве менее 30 мас.ч. снижает равномерность распределения компонентов состава и затрудняет переработку смесей из-за высокой вязкости. Увеличение содержания пластификатора свыше 60 мас.ч. снижает прочностные и гидроизоляционные свойства.
При содержании диатомита менее 20 мас.ч. снижаются прочностные свойства материала. Использование диатомита в количестве более 30 мас.ч. приводит к ухудшению перерабатываемости композиций.
Использование модифицирующей добавки в количестве менее 0,5 мас.ч. приводит к снижению адгезионной прочности соединения с субстратами. При увеличении содержания модифицирующей добавки свыше 1,5 мас.ч. снижаются упруго-прочностные свойства.
В качестве полисульфидного олигомера используются жидкие тиоколы марок I, II и НВБ-2, со среднечисленной ММ 1700-5500, содержанием SH-групп 1,6-4,3% (ГОСТ 12812-80). Вязкость тиоколов при 25°С составляет 7,5-50 Па·с. Вулканизующий агент - диоксид марганца (ГОСТ 4470-79). Ускоритель вулканизации - дифенилгуанидин. В качестве пластификатора используется смесь диоксановых спиртов и их высококипящих эфиров. Смесь диоксановых спиртов и их высококипящих эфиров получается из флотореагента-оксаля (крупнотоннажного отхода производства изопрена), выпускаемого по ТУ 38 103429-88, и представляет собой его фракцию, выкипающую до 90% при температуре 150-155°С при давлении 6-10 мм рт.ст. Смесь диоксановых спиртов и их высококипящих эфиров имеет следующие физико-химические характеристики:
Эфирное число, мг КОН/г
1,5-4,0
Плотность, г/см<sup>3</sup>
1,080-1,105
Массовая доля летучих веществ
0,5-0,6
Температура вспышки, °С
130-140
Температура застывания, °С
40-50
Содержание примесей: следы диметилдиоксана
Показатель преломления
1,467
Динамическая вязкость при 20°С, Па·с
0,55
Температура начала кипения, °С
40-50
Наполнитель - мел природный технический дисперсный марки МТД-2 (ТУ-5743-008-05120542-96).
3
2
2
Диатомит (ТУ 5761-001-25310144-99) представляет собой легкие пористые породы от белого до желтовато-серого цвета. Средняя плотность диатомита колеблется в пределах от 0,15 до 0,6 г/см. Диатомит на 96% состоит из водного кремнезема (опала) общей формулы SiO·nHO.
Модифицирующая добавка представляет собой кубовый остаток с температурой кипения не менее 200°С, полученный после отгонки из кубового отхода производства N-метиланилина (стадия выделения товарного N-метиланилина) фракции с температурой кипения до 200°С. Модифицирующая добавка представляет собой смесь, состоящую из более чем 100 веществ, в том числе, мас.%:
N-метиланилина
3-5
N-циклогексиламин
15-20
м-толуидин
1-3
N-(3-толил)бензамид
10-13
Смесь веществ с Т<sub>кип</sub> до 240°С/4 мм рт.ст.
51-29
Высокомолекулярные смолистые вещества
20-30
Доля аминогрупп в составе модифицирующей добавки 4-6 мас.% Модифицирующая добавка представляет собой подвижную жидкость от темно-коричневого до черного цвета с характерным запахом.
Для изготовления композиции используется смесительное оборудование, обеспечивающее получение гомогенной суспензии компонентов смеси. Смесь наносится равномерным слоем на основание и выдерживается до полного отверждения при 15-25°С в течение 7-10 суток.
-1
Испытания отвержденных образцов проводят по известным методикам: условная прочность и относительное удлинение в момент разрыва по ГОСТ 270-75, твердость по ГОСТ 263-75, водопоглощение по ГОСТ 2678-80, прочность сцепления с бетоном по ГОСТ 265789-85, время жизнеспособности по ГОСТ 12812-80. Реологические свойства композиций определялись на ротационном вискозиметре «РПЭ-1м» при скорости сдвига 1 с с использованием измерительной ячейки «цилиндр-цилиндр» при (23±2°С). Плотность эффективных и химических поперечных связей определяли методом Клаффа-Глединга по модулю сжатия набухших и ненабухших образцов [Gluff F.S., Gladding M.K., Parisor R. A new method for measuring the degree of crosslinking in elastomers. - J. Polim. Sci. 1960. v.45. № e. - p.341-345].
Состав и свойства герметизирующей и гидроизоляционной композиции приведены в табл.1 и 2.
3
Пример 1. В шаровую мельницу объемом 500 см загружают 100 г полисульфидного олигомера, 30 г пластификатора, 90 г мела природного технического дисперсного марки МТД-2, 20 г диатомита, 0,5 г модифицирующей добавки и 0,2 г дифенилгуанидина. Мельницу включают и проводят диспергирование в течение 3-5 часов. В полученную массу добавляют 9 г диоксида марганца, перемешивают еще в течение 5 мин, затем заливают в форму. Композицию выдерживают до полного отверждения в течение 7-10 суток при 25°С.
Аналогичным способом готовятся композиции по примерам 2-8, состав которых указан в таблице 1, а свойства - в таблице 2.
Как видно из таблицы 2, наилучшие показатели имеют композиции состава по примерам 1-4.
Пример по прототипу. 100 мас.ч. полисульфидного олигомера смешивают с 79 мас.ч. диоксида титана, с 16 мас.ч. гидрофобизированного мела, с 4,3 мас.ч. аэросила, с 0,7 мас.ч. полиэтиленгликольадипината, с 8,8 мас.ч. диоксида марганца, с 0,9 мас.ч. стеариновой кислоты, с 2,7 мас.ч. дифенилгуанидина и 9,5 мас.ч. диоксановых спиртов и их высококипящих эфиров при комнатной температуре до образования однородной массы. Вулканизацию проводят в две стадии: при 20°С 24 часа и 70°С 24 часа.
Таким образом, предлагаемая композиция обеспечивает получение эластомерного материала с повышенными гидроизоляционными, физико-механическими и адгезионными свойствами. Композиция может использоваться для создания герметизирующих, гидроизолирующих и кровельных покрытий. Достаточная тиксотропность состава и свойства покрытия позволяют применять композицию для герметизации вертикальных примыканий бетонных оснований.
Таблица 1
Компоненты композиции
Содержание компонентов в композиции, мас.ч. по примерам
Прототип
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Полисульфидный олигомер
100
100
100
100
100
100
100
100
100
Диоксид титана
-
-
-
-
-
-
-
-
80
Мел гидрофобизированный
-
-
-
-
-
-
-
-
17
Мел природный технический дисперсный марки МТД-2
90
110
130
150
70
70
170
170
17
Аэросил
-
-
-
-
-
-
-
-
4,5
Полиэфир
-
-
-
-
-
-
-
-
1,0
Диоксид марганца
9
11
13
15
7
17
7
9
11,8
Стеариновая кислота
-
-
-
-
-
-
-
-
1,2
Дифенилгуанидин
0,2
0,4
0,4
0,6
0,1
0,6
0,4
0,8
3,6
Смесь диоксановых спиртов и их высококипящих эфиров
30
40
50
60
20
80
40
80
11
Диатомит
20
25
25
30
5
30
30
40
-
Модифицирующая добавка
0,5
1,0
0,7
1,5
0,2
0,5
1,0
3,0
-
Таблица 2
Показатель
Пример
Прототип
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Вязкость (23±2°С), Па·с
190
191
186
195
190
186
200
200
172
Жизнеспособность, мин
125
114
114
113
137
108
113
104
110
Твердость по Шору А, усл.ед.
57
59
59
63
54
62
57
62
54
Условная прочность при растяжении, МПа
2,38
2,49
2,50
2,56
2,09
2,48
2,32
2,42
1,14
Относительное удлинение, %
323
336
332
332
356
342
313
321
310
Относительное остаточное удлинение после разрыва, %
3
3
3
2
6
4
4
5
6
Сопротивление раздиру, кН/м
1,4
1,4
1,4
1,5
1,2
1,3
1,3
1,3
1,2
Прочность сцепления с бетоном, МПа
0,73
0,74
0,76
0,85
0,73
0,74
0,70
0,71
0,61
Водопоглощение, мас.%
При 23+2°С
Через 1 сут
1,3
1,3
1,2
1,2
2,1
1,4
1,3
1,3
2,6
Через 120 сут
16,2
16,5
16,4
16,3
17,7
16,9
16,7
16,4
25,2
Плотность эффективных цепей υ·10<sup>4</sup>, моль/см<sup>3</sup>
2,9
2,8
2,9
2,7
2,2
2,5
2,4
2,4
1,80