КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОКРЫТИЙ
COATING COMPOSITION

Изобретение относится к композициям на основе жидких углеводородных каучуков для изготовления покрытий спортивных площадок, полов, кровельных и гидроизоляционных покрытий.
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 (см. патент РФ 2186812, С09D 109/00. Опубл. 10.08.2002).
Известна композиция для покрытий, включающая низкомолекулярный гидроксилсодержащий каучук - сополимер изопрена и бутадиена, полиизоцианат, катализатор уретанообразования, влагопоглотитель, наполнитель, пластификатор, низкомолекулярный спирт, пигмент, алкилфенольный противостаритель и реологическую добавку (см. патент РФ 2268279, С09D 175/14. Опубл. 27.11.2006, бюл. №2).
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 (см. патент РФ 2190002, С09D 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 (см. патент РФ 2285026, С09D 175/14. Опубл. 10.10.2006, бюл. №28), включающая изоцианатный отвердитель - полиизоцианат, катализатор уретанообразования и основу, гидроксилсодержащий полибутадиеновый каучук микроструктуры, %): 10-18 1,4 -цис, 18-28 транс-1,4, 58-70 1,2-звеньев 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 неоднородной структурой каучука, что влияет на реакционную способность, совместимость каучука с изоцианатным отвердителем, плотность поперечного сшивания, характер релаксационных процессов и спектр времени релаксации продуктов отверждения.
Техническим результатом настоящего изобретения является повышение уровня прочностных свойств, прежде всего прочности покрытия.
Поставленный технический результат достигается тем, что композиция для покрытий, включающая изоцианатный отвердитель - полиизоцианат, катализатор уретанообразования и основу - гидроксилсодержащий полибутадиеновый каучук, отличается тем, что используют каучук микроструктуры, %: 1,4-транс 10-15 и 1,2-звеньев 85-90, молекулярной массой 1250-3200 и содержанием гидроксильных групп 0,82-2,36% при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Указанный гидроксилсодержащий полибутадиеновый каучук
100
Изоцианатный отвердитель - полиизоцианат
12-46
Катализатор уретанообразования
0,01-1
Композиция может дополнительно содержать 1-12 мас.ч. низкомолекулярного трехфункционального спирта.
Сущность изобретения заключается в использовании в качестве основы композиции гидроксилсодержащего полибутадиенового каучука с однородной структурой, содержание 1,2-звеньев достигает 85-90% при незначительном количестве (10-15%) 1,4-транс и отсутствии 1,4-цис звеньев.
Однородная микроструктура цепей каучука повышает гибкость межузловых блоков в сшитых эластомерах, повышает совместимость с изоцианатным отвердителем, что способствует повышению степени сшивания, улучшает морфологию структуры сшитого полимера, сужает диапазон и разброс времени релаксации напряжения за счет уменьшения разнообразия структур и видов релаксационных переходов. Все это способствует повышению прочности за счет перераспределения напряжений, устранению перенапряжений и равномерному перераспределению напряжений на большее число цепей и сегментов.
Гидроксилсодержащий полибутадиеновый каучук получен анионной полимеризацией методом «живых цепей», в настоящее время применяется в качестве пленкообразующего в лакокрасочной промышленности и как модифицирующая добавка в композициях на основе твердых каучуков, химическая структура[http://www.Nisso PB.com.]:
Свойства зависят от молекулярной массы каучука:
Маркировка
G-1000
G-2000
G-3000
Средняя молекулярная масса каучука
1250-1650
1800-2200
2600-3200
Микроструктура, %:
1,2-винил, min
85
85
90
1,4-транс, max
15
15
10
Вязкость при 45°С по Брукфельду, Па*с
3-10
8-25
25-45
Гидроксильное число, %
2,06-2,36
1,06-1,67
0,88-0,94
Плотность при 25°С, г/см<sup>3</sup>
0,88
0,88
0,88
В качестве изоцианатного отвердителя используются полиизоцианаты, в частности полиметиленфенилизоцианаты на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата (ТУ-6-03-375-75, 113-03-38-106-90, 113-03-603-86, 2224-152-04691277-96), или их импортные аналоги: десмодур, супрасек 5005, милионат MR200 и другие с содержанием изоцианатных групп 29-32%.
В качестве катализатора уретанообразования применяют металлоорганические соединения или третичные амины, например дибутилдилауринат олова (ТУ-6-02-818-73), октоат олова, диметилбензиламин (ТУ-6-09-2974-78) и другие оловоорганические и аминосоединения, применяемые в химии полиуретанов.
В качестве низкомолекулярного трехфункционального спирта используется глицерин, триэтаноламин, триметилолпропан, полиэфир лапрол 373 (ТУ-2226-024-1048857-95), получаемый конденсацией глицерина и окиси пропилена.
Для изготовления композиции для покрытий используют смесительное оборудование, обеспечивающее равномерное распределение полиизоцианата и катализатора уретанообразования в каучуке и получение гомогенной смеси.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1. В смеситель с якорной мешалкой объемом 1 л загружают 100 г каучка, 18 г полиизоцианата, перемешивают 5 мин, затем добавляют катализатор уретанообразования 0,01 г и перемешивают еще 1 минуту.
Полученную смесь наносят на плоские формы и выдерживают при температуре не ниже 20°С в течение 3-5 суток.
Аналогичным образом готовятся композиции состава 2, 3, 13-17 по примеру 1.
Пример 4. В смеситель с якорной мешалкой объемом 1 л загружают 100 г каучука, 15 г полиизоцианата и 1 г низкомолекулярного трехфункционального спирта, перемешивают 5 мин, затем добавляют катализатор уретанообразования 0,01 г и перемешивают еще 1 минуту.
Полученную смесь наносят на плоские формы и выдерживают при температуре не ниже 20°С в течение 3-5 суток.
Аналогичным образом готовятся композиции состава 4-12 по примеру 2.
Состав и свойства всех исследуемых композиций приведены в таблице 1.
Образцы покрытия испытывали по ГОСТ 263-93, ГОСТ-270-75.
Таблица 1
Состав и свойства композиций для покрытий
Наименование компонентов и показателей свойств
Состав мас.ч.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Прототип пат. РФ 2285026
1. Гидроксилсодержащий полибутадиеновый каучук молекулярной массой
1250
2100
100
3200
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
2. Гидроксилсодержащий полибутадиеновый каучук молекулярной массой 3000 марки Krasol
100
3. Полиизоцианат
18
18
12
15
22
17
27
34
22
38
26
46
21
17
21
10
12
52
12
4. Катализатор уретанообразования
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
1
0,5
2
0,001
0,1
5. Низкомолекулярный трехфункциональный спирт:
глицерин
1
1
2
2
2
3
3
4
4
триэтаноламин
4,8
лапрол 373
8
12
16
Условная прочность при разрыве, кгс/см<sup>2</sup>
17
17
15
15
18
17
20
25
24
20
23
20
20
22
25
8
10
8
12
Относительное удлинение, %
160
160
280
140
120
150
120
110
130
90
120
80
200
130
120
240
110
80
100
Твердость по Шору А, усл. ед.
55
54
50
49
55
50
56
65
57
60
57
60
46
63
65
38
42
46
44
Примечания: 1. В составах 1-8, 15-18 и прототипе использовался полиизоцианат на основе дифенилметандиизоцианата, в составах 9,10- десмодур 44120; в составах 11,12 - супрасек 5005; в составах 13,14 - милионат MR-200.
2. В составах 1-8,18 и прототипе использовался дибутилдилауринат олова (ДБДЛО); в составах 9-13 - октоат олова; в составах 14-17 -диметилбензиламин.
Из данных таблицы 1 видно, что использование в качестве основы композиции заявленного гидроксилсодержащего полибутадиена в комплексе с полиизоцианатом и катализатором уретанообразования позволяет повысить прочность покрытий. Дополнительное введение низкомолекулярного трехфункционального спирта приводит к еще большему повышению прочности. Указанные добавки выполняют функцию агентов разветвления цепи и повышают тем самым степень сшивания.
Композиции для покрытий составов 16-18 обладают меньшей прочностью, что связано с отклонением содержания компонентов от оптимальных количеств.
Содержание полиизоцианата менее 12 мас.ч. приводит к снижению уровеня комплекса прочностных свойств из-за значительного отклонения соотношения NCO:OH от стехиометрического и снижению плотности сшивания. При больших количествах полиизоцианата более 46 мас.ч. прочностные свойства также снижаются вследствие избытка изоцианатных групп, склонности к вспениванию и повышения жесткости отвержденного продукта.
Аналогичным образом влияет количество низкомолекулярного трехфункционального спирта, при больших количествах свыше 12 мас.ч. нарушается стехиометрическое равновесие в сторону недостатка отвердителя.
Количество катализатора уретанообразования практически не оказывает влияния на физико-механические характеристики и регулирует лишь скорость отверждения композиций.
Таким образом, преимуществом покрытий из предлагаемой композиции является более высокая прочность, что способствует повышению срока службы.