КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОКРЫТИЙ
COMPOSITION FOR COATS, SUMMARY

Изобретение относится к композициям для покрытий на основе жидких каучуков, предназначенным для устройства покрытий спортивных площадок, полов, кровельных и изоляционных покрытий в строительстве.
Известна композиция для покрытий, включающая низкомолекулярный гидроксилсодержащий каучук - сополимер изопрена и бутадиена, полиизоцианат, катализатор уретанообразования. Дополнительно композиция может содержать влагопоглотитель, наполнитель, пластификатор, низкомолекулярный спирт, пигмент, алкилфенольный противостаритель и реологическую добавку (патент РФ 2268279, C09D 175/14. Опубл. 27.11.2006, Бюл. №2).
Известна композиция для покрытий, включающая олигодиендиол - сополимер изопрена и бутадиена, пластификатор, 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 низкая прочность отвержденных эластомерных покрытий.
Известна композиция для покрытий, включающая олигобутадиендиол, пластификатор, минеральный наполнитель, трехфункциональный низкомолекулярный спирт, катализатор уретанообразования, 2,4,6-три-третбутилфенол, полиизоцианат и этилсиликат (патент РФ 2190002, C09D 175/08. Опубл. 27.09.2002).
Недостатком данной композиции является низкая прочность эластомерного материала для покрытий.
Наиболее близким решением к предлагаемому изобретению (прототип) является композиция (патент РФ 2285026, C09D 175/14. Опубл. 10.10.2006, Бюл. №28), включающая изоцианатный отвердитель - полиизоцианат, катализатор уретанообразования и основу, гидроксилсодержащий полибутадиеновый каучук с молекулярной массой 2100 и содержанием гидроксильных групп 1,2-1,9%, или молекулярной массой 3000-3200 и содержанием гидроксильных групп 0,88-1,36%, или молекулярной массой 5000-5300 и содержанием гидроксильных групп 0,6-0,8% при соотношении компонентов, мас.ч.:
Указанный гидроксилсодержащий полибутадиеновый каучук
100
Изоцианатный отвердитель-полиизоцианат
10-36
Катализатор уретанообразования
0,001-3,0
Дополнительно композиция может содержать:
Влагопоглотитель (оксид кальция, гипс, цемент)
5-20
Наполнитель (мел, тальк, известь-отсев, каолин)
50-250
Пластификатор
20-100
Низкомолекулярный спирт с не менее чем с двумя
гидроксильными группами или компонент АФ-2
1-8
Алкилфенольный противостаритель
0,5-2,0
Пигмент
0,5-10,0
Модификатор реологических свойств - ПАВ
0,5-5,0
Покрытия из данной композиции характеризуются недостаточным уровнем прочностных свойств. Это связано с тем, что используемый полиизоцианатный отвердитель на основе дифенилметандиизоцианата недостаточно совместим с углеводородным бутадиеновым каучуком - полимерной основой композиции. При смешении каучуковой неполярной основы и полярного ароматического полиизоцианата не удается получить гомогенную систему. Полиизоцианат - как отвердитель - оказывается недостаточно эффективен, что снижает степень отверждения и приводит к снижению уровня прочностных свойств покрытия.
Техническим результатом является повышение уровня прочностных свойств, прежде всего прочности покрытия.
Поставленный технический результат достигается тем, что композиция для покрытий, включающая изоцианатный отвердитель, катализатор уретанообразования и каучуковую основу из низкомолекулярного гидроксилсодержащего каучука, пластификатора, наполнителя, противостарителя и пигмента, в качестве изоцианатного отвердителя содержит форполимер, полученный взаимодействием 4,4'-дифенилметандиизоцианата и олигодиендиола молекулярной массой 2000-2200, содержанием гидроксильных групп 1,2-1,9% при соотношении изоцианатных и гидроксильных групп 2:1 с содержанием изоцианатных групп в форполимере 4,0-5,0% при следующем соотношении компонентов каучуковой основы, мас.ч.:
Низкомолекулярный гидроксилсодержащий каучук
100
Пластификатор
60-190
Наполнитель
100-480
Противостаритель
1-2
Пигмент
1-10
и дополнительно 3,3'-дихлор-4,4'-диаминодифенилметан при следующем соотношении компонентов композиции, мас.ч.:
Каучуковая основа
100
Указанный изоцианатный отвердитель
26-44
3,3'-дихлор-4,4'-диаминодифенилметан
1-2
Катализатор уретанообразования
0,01-0,1
Композиция может содержать реологические добавки, улучшающие смачиваемость, диспергируемость, снижающие вязкость и улучшающие технологические свойства композиции, например, поверхностно-активные вещества, олеиновую или стеариновую кислоту, органосилоксановые модификаторы.
Технический результат, повышение прочности, достигается за счет того, что в отличие от известной композиции предлагаемая композиция содержит в качестве изоцианатного отвердителя форполимер, полученный взаимодействием 4,4'-дифенилметандиизоцианата и олигодиендиола молекулярной массой 2000-2200, содержанием гидроксильных групп 1,2-1,9% при соотношении изоцианатных и гидроксильных групп 2:1 с содержанием изоцианатных групп в форполимере 4-5% в сочетании с дополнительным сшивающим агентом 3,3'-дихлор-4,4'-диаминодифенилметаном (МОСА).
Бутадиеновая природа основной цепи изоцианатного форполимера отвердителя и диеновые молекулярные цепи каучуковой композиции позволяют достигнуть полной совместимости изоцианатного отвердителя и основы. В результате при смешении повышается гомогенность композиции, повышается эффективность сшивания. Кроме того, более высокая молекулярная масса гибкой диеновой цепи между изоцианатными группами в молекуле отвердителя позволяет перемещаться узлам сетки, возникающим при реакции гидроксильных групп каучука, аминогрупп 3,3'-дихлор-4,4'-диаминодифенилметана и изоцианатных групп отвердителя. При этом за счет большой гибкости межузловых диеновых цепей происходит их ориентация и упрочнение отвержденного эластомера. Сочетание изоцианатного форполимера и 3,3'-дихлор-4,4'-диаминодифенилметана приводит к образованию дополнительных узлов сшивания без утраты высокоэластичности и повышению прочности.
Кроме того, повышение прочности обеспечивается благодаря использованию в качестве каучуковой основы композиции из каучука, пластификатора, наполнителя, пигмента и противостарителя, в которой все компоненты предварительно диспергированы до гомогенного состояния до момента введения изоцианатного форполимера, катализатора уретанообразования и 3,3'-дихлор-4,4'-диаминодифенилметана как сшивающего агента и до начала структурообразования в композиции.
Каучуковая основа представляет собой - суспензию порошкообразных наполнителей, пластификаторов, пигментов, противостарителей в жидких углеводородных гидроксилсодержащих каучуках. Каучуковую основу композиции для покрытий выпускают серийно по ТУ 5775-004-22474 224-96 - мастика полиуретановая; по ТУ 5775-001-34702 890-99 - композиция диенуретановая «Спортлайн»; по ТУ 2513-560-22462037-98 - композиция «Эластур».
В качестве низкомолекулярного гидроксилсодержащего каучука используют ПДИ-1К, Красол. ПДИ-1К жидкий сополимер изопрена с бутадиеном с соотношением изопрена и бутадиена 20:80, содержанием гидроксильных групп 0,7-1,1%. Красол - жидкий бутадиеновый каучук молекулярной массой от 2000 до 5000, содержанием гидроксильных групп 0,6-1,9%.
Для получения изоцианатного форполимера используют низкомолекулярный гидроксилсодержащий каучук Красол LBH-2000. Изоцианатный форполимер получают по следующей методике: навеску 200 г каучука с содержанием 1,2-1,9% гидроксильных групп помещают в колбу, нагревают до 80°C при перемешивании, выдерживают при этой температуре под вакуумом при остаточном давлении не выше 10 мм рт.ст. 60 минут, вводят 35,2-41,9 г 4,4'-дифенилметандиизоцианата и выдерживают при 80°C при перемешивании в течение 2 часов. Полученный форполимер сливают и охлаждают.
В качестве пластификатора каучуковая основа содержит соединения, используемые в производстве эластомерных материалов на основе диеновых каучуков: алкил(арил)овые эфиры фталевой или фосфорной кислоты, хлорпарафины. Например, хлорпарафин ХП-470, масло «Нетоксол», дибутилфталат.
Наполнителями для каучуковой основы служат резиновая крошка, минеральные порошки, такие как мел, известь-отсев, оксид кальция каолин, тальк, негашеную известь и др.
В качестве противостарителя каучуковая основа включает преимущественно неокрашивающие фенольные или фосфорорганические соединения, например 2,6-дитретбутил-4-метилфенол (агидол-1), 2,4,6-тритретбутилфенол, 2,2-метилен-бис-(4-метил-6-третбутилфенол) (продукт 2246).
Пигментами для каучуковой основы служат оксиды железа, хрома, цинка, титана и других элементов, органические азо- и фталоцианиновые пигменты, фталоцианиновый зеленый, фталоцианиновый синий, железоокисный красный, железоокисный желтый, крон желтый, крон лимонный, желтый светопрозрачный, красный 4С, красный 5С.
В качестве катализатора уретанообразования используют третичные амины или металлорганические соединения, обычно применяемые в химии полиуретанов, например диметилбензиламин, дибутилдилауринат олова, октоат олова и др.
Полученный технический результат - повышение прочности покрытия при использовании изоцианатного диенового форполимера отвердителя и каучуковой основы в сочетании с 3,3'-дихлор-4,4'-диаминодифенилметаном как сшивающим агентом - не является очевидным, так как анализ известных решений не дает оснований предполагать, что сочетание указанных компонентов должно приводить к повышению прочности отвержденных продуктов.
Для изготовления композиций для покрытий используют смесительное оборудование, обеспечивающее гомогенизацию изоцианатного форполимера, катализатора уретанообразования и сшивающего агента - 3,3'-дихлор-4,4'-диаминодифенилметана в каучуковой композиции.
Каучуковая основа готовится предварительно путем смешения и диспергирования в каучуке всех компонентов: порошкообразных наполнителей, пластификаторов, противостарителей, пигментов. При промышленном использовании компоненты диспергируют в каучуке до степени перетира не выше 100 мкм в шаровой мельнице. Изоцианатный форполимер, 3,3'-дихлор-4,4'-диаминодифенилметан и катализатор уретанообразования поставляются в комплекте с каучуковой основой и вводятся в нее непосредственно перед приготовлением композиции для покрытия и ее нанесением на основание.
Изобретение иллюстрируется следующим примером.
Навеску нагретой каучуковой основы 200 г, 2 г 3,3'-дихлор-4,4'-диаминодифенилметана, помещают в смеситель, обеспечивающий равномерное перемешивание или стакан для ручного перемешивания шпателем. Перемешивают в течение 5 минут до однородного состояния, вводят навеску 52 г изоцианатного форполимера, 0,2 г катализатора и вновь перемешивают 5 минут. (Состав соответствует №1 в таблице 1). Полученную смесь наливают на плоские формы и выдерживают до полного отверждения при комнатной температуре. Контроль отверждения по показателю твердости. Время отверждения при 20-25°C 3-5 суток, по истечении которых твердость образцов перестает изменяться. Аналогичным образом готовятся композиции других составов. Композиция по прототипу готовится при комнатной температуре путем последовательного введения и смешения каучука со всеми компонентами. Состав всех исследованных композиций приведен в таблице 1. Свойства образцов покрытий из композиций приведены в таблице 2. Испытания полученных образцов проводились по известным стандартным методикам.
Из данных таблицы 2 видно, что заявленная композиция обеспечивает получение покрытий с более высоким комплексом прочностных характеристик. Повышается прочность, удлинение при разрыве, твердость и эластичность. Повышение комплекса прочностных свойств достигается благодаря использованию каучуковой основы и предлагаемого изоцианатного отвердителя форполимера в сочетании с 3,3'-дихлор-4,4'-диаминодифенилметаном.
Уменьшение количества изоцианатного форполимера приводит к снижению прочности из-за значительного отклонения соотношения NCO:OH от эквимолекулярности и снижения плотности сшивания. При больших количествах форполимера прочность также снижается.
Количество и природа пигмента не оказывают влияния на механические свойства покрытий, изменяют лишь цвет и интенсивность окраски.
Количество 3,3'-дихлор-4,4'-диаминодифенилметана - сшивающего агента так же, как и количество изоцианатного форполимера оказывает существенное влияние на свойства покрытий. При малом содержании 3,3'-дихлор-4,4'-диаминодифенилметана снижается степень сшивания, при большом содержании необходимо увеличивать количество форполимера, что приводит к повышению плотности сшивания, повышению жесткости и снижению прочности.
Катализатор уретанообразования регулирует жизнеспособность и скорость отверждения, не влияя на свойства покрытия.
Увеличение степени наполнения каучуковой основы создает трудности при смешении и формировании монолитной структуры покрытия из-за большой доли сухих компонентов. Смешение затрудняется также при малых количествах пластификаторов, а верхний предел пластификаторов ограничивается совместимостью с полимерами.
Противостаритель мало влияет на свойства отвержденных покрытий, обычно используют в пределах 1-2 мас.ч. Меньшие количества снижают стойкость к термоокислительному старению, а большие дозировки могут привести к ухудшению прочности из-за возможной дезактивации изоцианатных групп форполимера гидроксильными группами противостарителя.
Таким образом, преимуществом покрытий из предлагаемой композиции является повышение прочности, эластичности, твердости и относительного удлинения.