Композиция для формирования поверхностного слоя полиуретановых покрытий
COMPOSITION FOR FORMING OF THE POLYURETHANE COATINGS SURFACE LAYER

Изобретение относится к композициям, применяемым для формирования защитно-декоративного слоя на поверхности оснований, получаемых из резиновой крошки и связующего уретанового типа, которые могут быть использованы в строительстве при формировании эластичных спортивных площадок и кровельных покрытий.
Известны полиуретанобразующие композиции на основе гидроксилсодержащего полибутадиенового каучука с молекулярной массой 2100-5300 и содержанием гидроксильных групп 0,6-1,9 масс. % (патент RU №2285026, МПК C09D 175/14, C08L 15/00, 2006) и на основе гидроксилсодержащего низкомолекулярного каучука - сополимера бутадиена и изопрена с соотношением мономеров, равным 80:20, со средней молекулярной массой 3000-3500 и содержанием гидроксильных групп 0,7-1,1 масс. % (патент RU №2268279, МПК C09D 175/14, C08L 15/00, 2006). Композиции отверждаются под действием изоцианатного отвердителя - полиизоцианата, и содержат катализатор уретанообразования, влагопоглотитель, наполнитель, пластификатор, трехфункциональный низкомолекулярный спирт, противостаритель, пигмент и поверхностно-активное вещество.
Общим недостатком материалов на основе данных композиций является недостаточная прочность и низкая стойкость к термоокислительному, озонному и ультрафиолетовому старению.
Наиболее близкой является уретановая пленкообразующая композиция, состоящая из смеси изоцианат-полиольных форполимеров (патент ЕР 0573206, МПК C08G 18/48, C08G 18/12, 1993), полученных в результате взаимодействия олиэфирполиолов с полиизоцианатами. Композиция может содержать диолы, триолы, амины, аминоспирты, тиолы и другие функциональные компоненты и их смеси.
К причине, препятствующей достижению требуемого технического результата при использовании композиции, выбранной за прототип, относится то, что отвержденному материалу присущи низкая стойкость к термоокислительному и озонному старению, недостаточные физико-механические показатели в целом. Под действием атмосферных факторов происходят необратимые изменения, приводящие к частичной или полной потере основных свойств и к снижению срока эксплуатации материала.
Задачей изобретения является разработка пленкообразующей уретановой композиции для формирования защитного слоя.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение физико-механических показателей материала поверхностного слоя, его озоностойкости и стойкости к термоокислительной деструкции.
Технический результат достигается в композиции для формирования поверхностного слоя полиуретановых покрытий, включающей изоцианат-полиольный уретановый форполимер, при этом композиция дополнительно содержит растворитель этилацетат, полиизоцианат Desmodur 44V20L, глицерин, дибутилдилаурат олова и ирганокс, а в качестве основы композиция содержит уретановый каучук СКУ-8Тб и/или СКУ-8А, при следующем соотношении компонентов, масс. ч.:
Уретановый каучук
100
Этилацетат
100-240
Полиизоцианат
4-16
Глицерин
3-7
Дибутилдилаурат олова
0.5
Ирганокс
2
Композиция для формирования поверхностного слоя полиуретановых покрытий характеризуется тем, что дополнительно содержит 3 масс. ч. пигмента в расчете на 100 масс. ч. уретанового каучука.
Сущность изобретения заключается в использовании пленкообразующей композиции, из которой можно формировать поверхностный слой спортивных покрытий лакокрасочными методами, а ее состав обеспечивает отвержденному материалу повышенную атмосферостойкость и улучшенные физико-механические характеристики в целом. Достигаемый эффект обусловлен образующейся пленкообразующей системой - высокомолекулярных уретановых каучуков, которые затрудняют процессы окисления в полимере.
В композиции использовались уретановый вальцуемый каучук СКУ-8Тб (ТУ 38.103468-80), молекулярная масса 200000, продукт поликонденсации сложных полиэфиров с диизоцианатами. Или уретановый вальцуемый каучук СКУ-8А (ТУ 38.103209-77), молекулярная масса 120000, продукт поликонденсации сложных полиэфиров с диизоцианатами, или их смеси, которые обеспечили повышенную износостойкость, прочность, высокую термоокислительную стабильность и озоностойкость материала.
В качестве растворителя могут быть использованы полярные растворители сложноэфирного типа, например этилацетат, бутилацетат и др.
В качестве полиизоцианата (ПИЦ) в композиции использовался Desmodur 44V20L - жидкий продукт, коричневого цвета, представляющий собой смесь 4,4'-дифенилметандиизоцианата с его изомерами и гомологами более высокой функциональности. Изготовитель Covestro AG (Германия). Массовая доля дифенилметандиизоцианата 50%; массовая доля изоцианатных групп 31.5%. Вязкость при 25°С - 198 мПа⋅с
В качестве катализатора уретанообразования использовался дибутилдилаурат олова (ТУ 6-02-818-73). Возможно использование октолата олова и других оловоорганических катализаторов, применяемых в химии полиуретанов.
В роли низкомолекулярного трехфункционального спирта выступает глицерин.
В качестве противостарителя композиция включает ирганокс (Irganox 1010). Химическое название: пентаэритритол тетракис(3-(3,5-ди-третбутил-4-гидроксифенил)пропионат (номер CASE 6683-19-8).
Композиция может содержать пигменты, которыми могут служить оксиды железа, хрома, цинка, титана и других элементов, органические азо- и фталоцианиновые пигменты, например, фталоцианиновый зеленый, фталоцианиновый синий, железоокисный красный, железоокисный желтый, крок желтый, крок лимонный, желтый светопрочный, красный 4С, красный 5С. Наличие красителя не влияет на свойства материала и определяет только его цвет.
Для изготовления композиций используется смесительное оборудование, обеспечивающее получение гомогенного раствора каучука, противостарителя и пигмента в среде сложноэфирного каучука. Вследствие того, что каучук СКУ-8А обладает меньшей молекулярной массой, чем СКУ-8ТБ, представляется возможным использовать растворы СКУ-8А с более высокой концентрацией.
Количества растворителя являются оптимальными в заявляемых пределах для создания оптимальных концентраций растворителя для каждого из каучуков. Увеличение количества растворителя нецелесообразно, а уменьшение - не обеспечит требуемую гомогенизацию и густоту смеси.
Содержание катализатора уретанообразования определяется необходимым временем жизнеспособности композиции.
ПИЦ и глицерин поставляют в комплекте с композицией и добавляют его расчетное количество непосредственно на месте формирования покрытия.
Примеры составов заявленных композиций для формирования поверхностного слоя полиуретановых покрытий представлены в таблице 1.
Пример приготовления композиции
В смесительном оборудовании (например, смесителе с якорной мешалкой или шаровой мельнице, диссольвере и т.д.) изготавливают требуемое количество композиции в соответствии с каждой из рецептур, приведенных в таблице 1. Состав по примеру 4 - содержит заграничные соотношения минимальному порогу концентраций ПИЦ и глицерина.
Для приготовления композиции гомогенизируют уретановый каучук, противостаритель и этилацетат, взятые в соответствии с рецептурой. В процессе реализации рецептуры с использованием пигмента, его также вводят в смесительное оборудование. При достижении необходимой степени гомогенизации состав выгружают из смесителя.
Непосредственно перед формированием покрытия к полученному составу добавляют соответствующее рецептуре количество катализатора, ПИЦ и глицерина. Смесь перемешивают в течение 10 минут и выливают в формы для изготовления образцов. Выдерживают при температуре не ниже чем 15°С в течение 3-5 суток.
Испытания отвержденных материалов проводили согласно ГОСТ 263-93 «Резина. Метод определения твердости по Шору А», ГОСТ 270-75 «Резина. Метод определения упругопрочностных свойств при растяжении». Исследование термоокислительной стабильности покрытий осуществлялось с помощью дифференциально-сканирующей калориметрии (DSC) в режиме регистрации времени индукционного окисления OIT (калориметр Netzsch DSC 204 F1 Phoenix с системой Intracooler). Образцы, взвешенные с точностью до четвертого знака, помещали в открытые алюминиевые тигли. Нагрев до температуры испытания осуществляли со скоростью 10 К/мин в условиях постоянной продувки инертным газом (аргон). По достижении температуры испытания подачу инертного газа прекращали и начинали подавать кислород со скоростью 50 мл/мин [ISO 11357-6]. Все данные фиксировались и обрабатывались с использованием специализированного ПО Netzsch Proteus 6 в режиме регистрации OIT.
Исследование сопротивления воздействия озону проводили на автоматизированном комплексе ТОМ-1000, согласно известной методике («ТОМ-1000» - установка для определения озоностойкости промышленных вулканизатов и резинокордных композитов / О.О. Тужиков, С.В. Медников, В.Ф. Желтобрюхов, О.В. Ольшанский, Л.И. Инжинова // Проблемы шин и резинокордных композитов: сб. матер. Семнадцатого симпозиума, 16-20 октября 2006 г. / Науч. - техн. центр "НИИШП". - М., 2006. - Т.2. - С. 200-202; Исследование озоностойкости вулканизатов в условиях плоского напряженного состояния / О.О. Тужиков, С.В. Медников, В.Ф. Желтобрюхов, О.В. Ольшанский // Инновационные технологии в обучении и производстве: матер. V всерос. н.-пр. конф., Камышин, 4-6 дек. 2008 г. В 3 т. Т. 1 / КТИ (филиал) ВолгГТУ [и др.]. - Камышин, 2008. - С. 120-123; Патент RU 2320972, МПК G01N 3/12, G01N 3/18, опубл. 27.03.2008).
Свойства исследованных образцов представлены в таблице 2. Композиция по прототипу была приготовлена по примеру С1 патента ЕР 0573206.
Таким образом, композиция для формирования поверхностного слоя полиуретановых покрытий на основе уретанового каучука СКУ-8Тб и/или СКУ-8А, включающая этилацетат, полиизоцианат, глицерин, дибутилдилаурат олова и ирганокс, при заявленном соотношении компонентов обеспечивает повышенные физико-механические показатели материала поверхностного слоя, его озоностойкость и стойкость к термоокислительной деструкции.