КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОКРЫТИЙ
COATING COMPOSITION

Изобретение относится к способам получения композиций, предназначенных для изготовления покрытий легкоатлетических беговых дорожек, спортивных залов, игровых площадок, а также термо- и агрессивостойких, кровельных и гидроизоляционных покрытий.
Известна композиция для покрытий, включающая олигобутадиенпипериленуретанизоцианат, олигобутадиенпиперилен, мел, оксид кальция и катализатор уретанообразования. Основой композиции является изоцианатный форполимер, получаемый обработкой гидроксилсодержащего олигобутадиенпиперилена двойным избытком толуилендиизоцианата Т-65 / 35 [А.с. 1514754, МКИ C09D 3/72, 1989]. Вследствие низкой функциональности форполимера покрытия из данной композиции характеризуются низкими динамическими и физико-механическими показателями.
Известна композиция для покрытий на основе сополимера бутадиена и пиперилена с молекулярной массой 1200-3200, глицерина, полиизоцианата, катализатора уретанообразования, резиновой крошки и сополимера бутадиена и пиперилена с молекулярной массой 500-1200 [А.с. 1229214, МКИ C09D 3/72, 1984]. Покрытие из указанной композиции представляет собой композиционный материал, включающий полимерное связующее и эластичный наполнитель. Недостатком такого покрытия является низкая седиментационная устойчивость композиции.
Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому результату является композиция, включающая: олигобутадиендиол, глицерин, минеральный наполнитель, полиизоцианат, оловоорганический катализатор, 2,4,6-три-трет-бутилфенол, этилсиликат, причем она дополнительно содержит полисульфидный олигомер - жидкие тиоколы со среднечисленной молекулярной массой 1700-5500 и вязкостью при 25°C 7,5-50 (Па·с), оксид цинка, диатомит, модифицирующую добавку - 1H, 1H, 11H-тригидроперфторундеканокси-(2Н-гидроксиэтил)-олиго-2-метил-1-оксилиден формулы, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Олигобутадиендиол
100
Глицерин
5-20
Минеральный наполнитель
60-100
Полиизоцианат
14-24
Оловоорганический катализатор
0,01-1,10
2,4,6-три-трет-бутилфенол
0,5-1,5
Этилсиликат
0,8-1,6
Полисульфидный олигомер
5-15
Оксид цинка
10-20
Диатомит
20-30
Модифицирующая добавка
0,2-0,4
[Патент РФ 2452755, МПК C09D 175/14, опубл. 2012]. Недостатком композиции является образование дефектной трехмерной пространственной сетки химических связей при отверждении из-за применения монофункционального, сильно полярного модификатора, содержащего вторичные гидроксильные группы, образующего, наряду с глицерином, короткоцепные, низкомолекулярные звенья. Как следствие, покрытие обладает пониженной термо- и агрессивостойкостью.
Задачей предлагаемого изобретения является получение материала с повышенной термо- и агрессивостойкостью, с сохранением уровня динамических и физико-механических свойств, получаемого из композиции, обладающей повышенной седиментационной устойчивостью на границе "олигомер-наполнитель".
Техническим результатом является увеличение седиментационной устойчивости композиции с повышенной термо- и агрессивостойкостью материала при сохранении уровня динамических и физико-механических свойств покрытия.
Поставленный технический результат решается путем использования композиции, включающей олигобутадиендиол, минеральный наполнитель, полиметиленполифенилполиизоцианат с содержанием изоцианатных групп 29,5-31,0 мас.%, оловоорганический катализатор и 2,4,6-три-трет-бутилфенол, этилсиликат, оксид цинка, диатомит, указанный модификатор -1,1 -бис(4-гидроксифенол)-2,2,3,3-тетрафторпропан, следующей формулы:
при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Олигобутадиендиол
100
Минеральный наполнитель
60-100
Полиметиленполифенилполиизоцианат
10-20
Оловоорганический катализатор
0,01-1,10
2,4,6-три-трет-бутилфенол
0,5-1,5
Этилсиликат
0,8-1,6
Оксид цинка
10-20
Диатомит
20-30
Указанный модификатор
2-3
Сущность способа получения композиции заключается в следующем. В случае применения в составе композиции прототипа нескольких веществ (глицерин и 1H, 1H, 11H-тригидроперфторундеканокси-(2Н-гидроксиэтил)-олиго-2-метил-1-оксилиден), содержащих гидроксильные группы (первичные и вторичные) при взаимодействии с полиметиленполифенилполиизоцианатом в процессе отверждения наблюдается целый ряд параллельных реакций, протекающих с разными скоростями. Данный факт неизбежно приводит к нарушению регулярности пространственной сетки поперечных химических связей и, как следствие, ухудшению всего комплекса свойств эластичного полидиенуретанового материала. В данном случае получения эластичного материала принято решение отказаться от применения в составе композиции глицерина (с различными, по реакционной способности, гидроксильными группами) и монофункционального 1Н, 1Н, 11Н-тригидроперфторундеканокси-(2Н-гидроксиэтил)-олиго-2-метил-1-оксилидена) использовав, вместо них, указанный (бифункциональный) модификатор - 1,1-бис(4-гидроксифенол)-2,2,3,3-тетрафторпропан, содержащий только первичные гидроксильные группы. При отверждении композиции образуется сетчатая структура, содержащая фторированные фрагменты (C-F) в главной цепи полимера, способные эффективно противостоять разрушительному тепловому и атмосферному воздействию на "слабые" участки полидиенуретановой цепи. При смешении компонентов композиции указанный модификатор (с низким значением поверхностного натяжения) улучшает смачиваемость минерального наполнителя олигомером, одновременно являясь удлинителем цепи в реакциях с полиметиленполифенилполиизоцианатом при образовании материала на основе полидиенуретана. Кроме того, указанный модификатор не только является сомономером при синтезе полидиенуретанов, но и, выполняет роль, реакционноспособного противостарителя для полидиенуретановых материалов. Введение в композицию оксида цинка способствует уменьшению негативного воздействия различных атмосферных факторов как в процессе хранения композиции, так и непосредственно при эксплуатации покрытия. Использование диатомита, имеющего в своем составе значительное количество связанной воды (от 3-15 мас.%), обладающего развитой поверхностью и щелочной реакцией водной вытяжки, способствует более эффективному совмещению сыпучих компонентов применяемых при изготовлении данного материала и приводящего к повышению физико-механических свойств покрытия. Применение указанного модификатора - 1,1-бис(4-гидроксифенол)-2,2,3,3-тетрафторпропана, позволяет повысить седиментационную устойчивость композиции за счет увеличения адсорбционного взаимодействия на границе "олигомерное связующее - твердая фаза".
3
В качестве олигобутадиендиола в композиции используются сополимер бутадиена и изопрена ПДИ-1К (ТУ 38.103342-88) с соотношением мономеров 70:30, молекулярной массой 3000-3500; содержанием гидроксильных групп, мас.% 0,75-0,89 и олигобутадиендиолы с молекулярной массой 2000-5000; индексом полидисперсности 1,20-1,35; вязкостью по Брукфилду, (Па·с) (25°C) 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 OH-группам (РТФ), % бесфункциональные 2, монофункциональные 6, бифункциональные 92; плотностью, (кг/м) 900-910 (олигобутадиендиолы Krasol LBH производства фирмы Sartomer).
Минеральными наполнителями композиции служат порошки средней дисперсности, например, мел, известь-отсев, каолин, тальк.
2,4,6-три-трет-бутилфенол представляет собой кристаллический порошок с зелено-желтым оттенком, хорошо растворим в углеводородах, и имеет следующие характеристики: температура плавления 129-131°c, 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).
3
Этилсиликат (ТУ 6-02-895-86) представляет собой смесь эфиров ортокремниевой кислоты. Является продуктом реакции этилового спирта с четыреххлористым кремнием. Имеет следующие характеристики: плотность, (кг/м)-955-990; массовая доля диоксида кремния, % - 31-34; массовая доля тетраэтоксисилана, % 50-60; оптическая плотность при длине волны 600 нм -0,3-0,4.
В качестве изоцианантного компонента в композиции используется полиметиленполифенилполиизоцианаты, получаемые фосгенированием продукта конденсации анилина с формальдегидом (ТУ 2224-152-04691277-96). Содержание изоцианатных групп 29,5-31 мас.%.
В качестве оловоорганического катализатора применяют октоат олова, дибутилдилауринат олова (ТУ 6-02-818-78), могут использоваться и другие оловоорганические соединения, применяемые для синтеза полиуретанов.
Оксид цинка (ГОСТ 202-84) используется в качестве отвердителя и наполнителя.
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.
В качестве указанного модификатора использовался - 1,1-бис(4-гидроксифенол)-2,2,3,3-тетрафторпропан (температура плавления 158-159°C). Является продуктом полученным при взаимодействии фенола с 2,2,3,3-тетрафторпропаналем.
Реакция проводилась в растворителе (трифторметил-2-хлорбензоле) при отношении: два с половиной эквивалента фенола на один эквивалент альдегида. Данная реакция протекает в достаточно мягких условиях и катализируется не только соляной кислотой, но и катионообменной смолой (сульфированная полистирольная смола) [США 3388097, НПК 528/191, 1968г.], [Т. Зинке., "Uber die Einwirkung von Brom und von Chlor auf Phenol: Substitutionsproducte, Pseudobromide und Pseudochloride". Justus Liebigs Annalen der Chemie V 343; p. 75-99, 1905].
В состав композиции могут быть введены добавки, придающие материалу покрытия другие преимущества. В качестве компонента, обеспечивающего снижение расхода композиции на изготовление единицы площади покрытия, используется резиновая крошка. Для улучшения внешнего вида в композицию могут быть введены пигменты.
Для изготовления композиции используется смесительное оборудование, обеспечивающее получение гомогенной суспензии наполнителя в объеме композиции со степенью перетира твердых частиц не более 100 мкм. Полиметиленполифенилполиизоцианат, оксид цинка и оловоорганический катализатор поставляют в комплекте с композицией и добавляют в нее на месте укладки покрытия. Резиновую крошку вмешивают в композицию перед введением отвердителя.
Состав и свойства композиции приведены в таблицах 1 и 2.
Пример 1. Введение компонентов композиции осуществляют следующим образом. В смеситель с якорной мешалкой объемом 1 л загружают 100 г олигобутадиендиола Krasol с молекулярной массой 2000 и содержанием гидроксильных групп 1,7 %, 2 г указанного модификатора, 50 г мела, 10 г извести-отсева, 0,1 г октоата олова, 0,5 г 2,4,6-три-трет-бутилфенола, 0,8 г этилсиликата, 30 г диатомита. Смешение компонентов проводят в течение 3 часов. В полученную смесь добавляют 10 г резиновой крошки и перемешивают в течение 30 минут, а затем добавляют 20 г полиметиленполифенилполиизоцианата, 20 г оксида цинка и вновь перемешивают в течение 8 мин. Полученную массу заливают в формы и выдерживают 20-25 суток при температуре 18-25°C.
Аналогичным образом готовятся композиции по примерам 2-10.
Пример по прототипу. В смеситель с якорной мешалкой объемом 1 л загружают 100 г олигобутадиендиола Krasol с молекулярной массой 2000 и содержанием гидроксильных групп 1,7 %, 5 г глицерина, 15 г полисульфидного олигомера - тиокола марки I, 0,2 г модифицирующей добавки, 50 г мела, 10 г извести-отсева, 0,1 г октоата олова, 0,5 г 2,4,6-три-третбутилфенола, 0,8 г этилсиликата, 30 г диатомита. Смешение компонентов проводят в течение 3 часов. В полученную смесь добавляют 10 г резиновой крошки и перемешивают в течение 30 минут, а затем добавляют 24 г полиизоцианата, 20 г оксида цинка и вновь перемешивают в течение 8 мин. Полученную смесь заливают в формы и выдерживают 20-25 суток при температуре 18-25°C.
Образцы покрытия испытывают: физико-механические свойства по ГОСТ 263-75, ГОСТ 275-75, ГОСТ 6950-73, ГОСТ 2678-88, набухание в агрессивных средах определяли по ГОСТ 2678-80, динамический модуль упругости и тангенс угла механических потерь определяют методом однократного ударного сжатия на маятниковом эластометре [Кувшинский Е.В., Сидорович Е.А. Маятниковый эластометр КС // Журнал теоретической физики, 1957. Т. 26 4, с. 878-886. Сидорович Е.А., Кувшинский Е.В. Изучение ударного сжатия резин // Физика твердого тела. 1961 Т. 3. 11, с. 3487-3494], испытания на отскок мяча выполняют по DIN 18035, часть 6 путем определения отношения высоты отскока мяча от покрытия по сравнению с бетонным полом. Исследование поведения материалов при повышенных температурах проводилось методом дифференциально-термического анализа (на приборе «Паулик-Паулик-Эрдей» при скорости нагрева 10°C/мин в интервале температур 20-1000°C). Определение седиментационной устойчивости композиций проводили по ГОСТ 10772-78.
Как видно из таблицы 1 и 2 при содержании полиметиленполифенилполиизоцианата менее 10 мас.ч. снижаются прочностные свойства покрытия. Превышение содержания полиметиленполифенилполиизоцианата свыше 20 мас.ч. приводит к вспениванию композиции.
Использование меньшего, чем 0,01 мас.ч. оловоорганического катализатора приводит к снижению скорости отверждения композиции. При содержании катализатора уретанообразования более 1,10 мас.ч. снижается жизнеспособность композиций.
При концентрации минерального наполнителя менее 60 мас.ч. снижаются прочностные свойства материала покрытия. Использование большего, чем 100 мас.ч. количества наполнителя приводит к снижению относительного удлинения отвержденного материала.
При содержании 2,4,6-три-трет-бутилфенола менее 0,5 мас.ч. снижается стойкость покрытия к атмосферному старению. Использование 2,4,6-три-трет-бутилфенола в количестве более 1,5 мас.ч. приводит к снижению стойкости покрытия к атмосферному воздействию.
Использование этилсиликата в количестве менее 0,8 мас.ч. приводит к снижению динамических показателей покрытия. При применение большего, чем 1,6 мас.ч. количества этилсиликата снижаются прочностные свойства покрытия.
При концентрации оксида цинка менее 10 мас.ч. снижаются прочностные свойства материала покрытия. Использование большего, чем 20 мас.ч. количества оксида цинка приводит к снижению относительного удлинении отвержденного материала.
Использование диатомита в количестве менее 20 мас.ч. приводит к снижению твердости покрытия. При концентрации диатомита более 30 мас.ч. снижаются прочностные свойства покрытия.
Таблица 1
Наименование компонентов
Состав, мас.ч
Прототип пат.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
2452755
Олигобутадиендиол:
ПДИ-1К
-
-
100
100
-
-
-
-
-
-
-
Krasol LBH
100
100
-
-
100
100
100
100
100
100
100
Минеральный наполнитель:
-мел
50
80
90
100
80
50
-известь-отсев
10
-
-
20
-
-
-
-
-
20
10
-каолин
-
100
-
-
-
-
100
-
100
-
-
-тальк
-
-
100
-
-
-
-
60
-
-
-
Глицерин
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
5
Полисульфидный олигомер
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
15
Указанный модификатор
2
2
2
3
3
3
1,0
1,5
3,5
3,5
0,2
Октоат олова
0,1
0,01
-
-
0,05
-
0,10
-
-
-
0,1
Дибутилдилауринат олова
-
-
0,03
1,10
-
0,05
-
0,15
0,01
1,5
-
2,4,6-три-трет-бутилфенол
0,5
1,0
1,5
1,0
0,5
1,0
0,25
2,0
1,0
1,0
0,5
Этилсиликат
0,8
1,3
1,6
0,9
1,4
0,8
0,4
2,5
1,5
1,6
0,8
Резиновая крошка
10
-
10
-
10
-
-
-
-
-
10
Пигмент зеленый М
-
5
-
7
-
-
-
-
5
5
-
Полиметиленполифенилполиизоцианат
20
18
16
14
10
20
6
8
20
25
24
Оксид цинка
20
15
15
10
10
20
5
25
15
20
20
Диатомит
30
20
30
25
20
25
15
5
50
40
30
Примечание:
1. Молекулярная масса / содержание гидроксильных групп (%) олигобутадиендиола Krasol LBH по примерам составляет: в примере 1, 2 и прототипе - 2000 / 1,70; в примере 5, 6, 10 - 4000 / 0,85; в примере 7 - 5000 / 0,70; в примере 8, 9 - 1500 / 2,30; в примере 3,4- ПДИ-1К- 3000 / 0,8.
2. В качестве указанного модификатора в примерах 1-10 используется 1,1-бис(4-гидроксифенол)-2,2,3,3-тетрафторпропан, в прототипе модифицирующая добавка - 1Н,1Н,11Н-тригидроперфторундеканокси-(2Н-гидроксиэтил)-олиго-2-метил-1-оксилиден.
3. В качестве пластификатора в прототипе использовался глицерин.
Таблица 2
Показатели покрытия
Значения показателей
Прототиппат. 2452755
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Количество твердой фазы в пробе, %
96
94
92
90
86
85
75
79
86
83
90
Твердость по Шору А, усл.ед.
80
79
78
73
54
70
57
54
64
58
79
Условная прочность, МПа
3,4
3,2
2,8
2,0
1,4
1,8
1,0
1,6
1,8
1,5
3,4
Относительное удлинение, %
220
215
205
210
235
215
245
210
215
200
225
Эластичность по отскоку, %
60
56
52
48
36
42
34
33
44
41
59
Динамический модуль упругости, МПа
6.8
6,0
5,6
5,8
3,5
4,6
2,2
3,2
3,8
3,6
6,8
Тангенс угла механический потерь
0,081
0,092
0,104
0,117
0,163
0,138
0,172
0,176
0,131
0,142
0,094
Отскок баскетбольного мяча, %
124
120
115
108
86
102
80
100
112
114
125
Отскок теннисного мяча, %
122
117
116
113
80
ПО
60
103
ПО
112
123
Водопоглощение, %
0,8
0,95
1,3
1,7
2,6
2,0
3,2
3,5
3,7
3,9
-
Набухание в кислой среде, %
0,8
1,0
1,4
1,9
2,7
2,4
3,0
3,9
4,0
3,4
-
Набухание в щелочной среде, %
1,0
1,3
1,5
1,8
2,4
2,0
2,8
3,0
2,6
2,4
-
Температура до начала потери массы, °C
300
295
270
265
230
260
235
210
195
215
-
При концентрации указанного модификатора менее 2 мас.ч. снижается термо- и агрессивостойкость, физико-механические и динамические свойства материала, а также седиментационная устойчивость композиции. Использование большего, чем 3 мас.ч. количества модификатора приводит к увеличению расхода изоцианатного компонента.
Таким образом, предлагаемая композиция характеризуется повышенной седиментационной устойчивостью и позволяет получать термо- и агрессивостойкие эластичные покрытия с сохранением уровня динамических и физико-механических характеристик, по сравнению с прототипом.