полимерная композиция
Классы МПК: | C08L9/00 Композиции гомополимеров или сополимеров диеновых углеводородов с сопряженными двойными связями C04B26/14 полиэпоксиды C08K13/02 органические и неорганические компоненты |
Автор(ы): | Барабаш Дмитрий Евгеньевич (RU), Волков Виталий Витальевич (RU), Никитченко Анатолий Александрович (RU) |
Патентообладатель(и): | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежское высшее военное авиационное инженерное училище (военный институт) (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2006-04-10 публикация патента:
20.07.2007 |
Изобретение относится к составам мелкозернистых полимерных композиций и эффективно может быть использовано в конструкциях, подверженных значительным эксплуатационным воздействиям и температурным колебаниям, в частности, для ремонта аэродромных и дорожных цементобетонных покрытий, защиты стальных конструкций от коррозии. Полимерная композиция для покрытия цементобетонных и стальных конструкций включает окисленный бутадиен-пипериленовый сополимер с динамической вязкостью 70-140 Пз при температуре 25°С по реовискозиметру Гепплера, с массовым соотношением звеньев бутадиен:пиперилен, равным 58:42, в количестве 13,3 мас.%, эпоксидную смолу ЭД-20 в количестве 4,6 мас.%, полиизоцианат в количестве 1,5 мас.%, кварцевый песок в количестве 66 мас.%, в качестве модифицирующей добавки содержит лапрол в количестве 0,7 мас.%, а в качестве микроармирующего наполнителя - волластонит марки Воксил-100 в количестве 13,9 мас.%. Технический результат состоит в повышении физико-механических характеристик защитных слоев из указанной полимерной композиции, используемой для ремонта аэродромных и дорожных цементобетонных покрытий и защиты стальных конструкций от коррозии, в увеличении адгезии указанной полимерной композиции к стали. 2 табл.
Формула изобретения
Полимерная композиция для покрытия цементобетонных и стальных конструкций, включающая окисленный бутадиен-пипериленовый сополимер с динамической вязкостью 70-140 Пз при температуре 25°С по реовискозиметру Гепплера, с массовым соотношением звеньев бутадиен : пиперилен, равным 58:42, эпоксидную смолу ЭД-20, полиизоцианат, кварцевый песок, заключающаяся в том, что в качестве модифицирующей добавки содержит лапрол, а в качестве микроармирующего наполнителя - волластонит марки Воксил-100 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
указанный окисленный | |
бутадиен-пипериленовый сополимер | 13,3 |
полиизоцианат | 1,5 |
эпоксидная смола ЭД-20 | 4,6 |
лапрол | 0,7 |
кварцевый песок | 66 |
волластонит марки Воксил-100 | 13,9 |
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к составам мелкозернистых полимерных композиций и эффективно может быть использовано в конструкциях, подверженных значительным эксплуатационным воздействиям и температурным колебаниям, в частности, для ремонта аэродромных и дорожных цементобетонных покрытий, защиты стальных конструкций от коррозии.
Известна полимерная композиция, включающая в свой состав эпоксидную и каменноугольную смолы, растворитель, аминный отвердитель, заполнитель и микронаполнитель (Я.И.Швидко, Э.Л.Марьямов. Аэродромные покрытия с применением полимерных материалов. Ремонт и содержание. М.: Транспорт. 1982 г. Стр.12-13, 18-30).
Наиболее близкой по достигаемым результатам и по составу к заявляемому является полимерная композиция-прототип (Патент на изобретение №2117644 «Полимербетонная смесь»), включающая в свой состав, мас.%:
окисленный бутадиен-пипериленовый сополимер | |
с динамической вязкостью 70...140 Пз при | |
температуре 25°С по реовискозиметру Гепплера, | |
с соотношением звеньев бутадиен:пиперилен 58:42 | 9 |
ди(поли)изоцианат | 1 |
эпоксидная смола ЭД-20 | 1 |
кварцевый песок | 27 |
лежалый цемент | 9 |
щебень гранитный | 53 |
Указанный состав имеет высокие эксплуатационные и технологические показатели, позволяющие использовать его в качестве материала для ремонта аэродромных и дорожных покрытий. Вместе с тем, указанный состав обладает достаточно высокой жесткостью при нанесении на подложку и низкими показателями значений относительного удлинения при разрыве, что не позволяет использовать его для защиты стальных конструкций, эксплуатирующихся в условиях значительных температурных перепадов (например, в мостостроении).
Задачей изобретения является повышение физико-механических характеристик защитных слоев из заявляемой полимерной композиции, используемой для ремонта аэродромных и дорожных цементобетонных покрытий и защиты стальных конструкций от коррозии, увеличение адгезии предлагаемого материала к стали.
Для приготовления композиции использовали:
- отвердитель - полиизоцианаты с массовой долей NCO-групп в пределах 30...35% и условной вязкостью при 20°С не более 60 с, например полиизоцианаты марок П45-25, ПМ 50-25 по ТУ 2472-002-72311668-2004;
- стабилизаторы фенольного типа для производства синтетических каучуков: стирилированный дифениламин ВТС-150 (ТУ 38.103613-86) или ВС-З0А (ТУ 38.40367-87);
- бутадиен-пипериленовый сополимер марки СКДП-Н (ТУ 38.103242-82);
- жидкий масляно-талловый сиккатив СЖ1П-35 (ТУ-205-2966756-09-93);
- эпоксидную смолу ЭД-20;
- песок кварцевый фракционированный;
- простой полиэфир (лапрол) марки ПЭС-3003 с молекулярной массой М=3000, вязкостью при 25°С не более 450...550 МПа*с по ТУ 2226-022-10488057-95, содержащий реакционноспособные гидроксильные группы (гидроксильное число 51,0...56,0). Указанный полиэфир выпускают в промышленных масштабах. Для расширения сырьевой базы предлагаемой композиции возможно также использование иных полиэфиров молекулярной массой в пределах от 1000 до 5000, вязкостью при 25°С в пределах 300...550 МПа*с, гидроксильным числом в пределах 50...60, например лапрол 2102 по ТУ 2226-411-05761784-95 с молекулярной массой М=2000, вязкостью при 25°С не более 300...400 МПа*с, гидроксильное число 50...56;
- микроармирующий наполнитель - волластонит марки Воксил-100 производства ООО «Ладога Хим» с содержанием частиц размером 10 мкм - 90...97 мас.%, размером 20 мкм - 3...10 мас.%.
Для получения связующего заявляемой композиции производили окисление бутадиен-пипериленового сополимера марки СКДП-Н в присутствии кислорода воздуха при температуре 95...110°С в течение 4...6 часов. Окисление производили при атмосферном давлении при постоянном перемешивании мешалкой с числом оборотов 40...60 в минуту.
В качестве катализатора процесса окисления использовали масляно-талловый сиккатив из расчета 1...3% от массы сополимера.
Стабилизатор вводили после остывания смеси до 50...60°С при перемешивании в течение 4...5 минут.
Затем в смесь вводили лапрол и после перемешивания в течение 4...5 минут эпоксидную смолу и отвердитель - полиизоцианат.
Кварцевый песок и микроармирующий наполнитель - волластонит марки Воксил-100 смешивали и порционно вводили в приготовленное связующее. Влажность кварцевого песка и волластонита не должна превышать 5% по массе.
Составы смесей в % по массе указаны в табл.1. Основные физико-механические характеристики заявляемого материала представлены в табл.2.
Составы 1, 2, 3, 4 приведены для обоснования выбора компонентов в оптимальном составе. Состав 5 - прототип, состав 4 - оптимальный.
Анализ данных, представленных в таблицах 1 и 2, позволяет сделать вывод о том, что задача изобретения достигается при соотношении компонентов смеси, указанных в составе 4.
Наличие в заявляемом составе лапрола увеличивает адгезию защитных слоев к стальной подложке, а микроармирующий наполнитель - волластонит марки Воксил-100 за счет игольчатой формы зерен, с ярко выраженной пространственно-геометрической анизотропностью, способствует увеличению величины относительного удлинения предлагаемого материала без снижения прочности на разрыв.
Кроме того, отмечено, что помимо увеличения значений адгезии и величины относительного удлинения при разрыве возросла морозостойкость.
Таблица 1 Составы материалов | |||||
Компоненты | Составы материалов, мас.% | ||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
Окисленный каучук СКДП-Н | 9 | 12,5 | 14 | 13,3 | 9 |
Песок кварцевый | 78 | 68 | 55 | 66 | 27 |
Цемент лежалый | - | - | - | - | 9 |
Полиизоцианат | 1,1 | 1,2 | 1,8 | 1,5 | 1 |
Смола ЭД-20 | 5,5 | 3,2 | 5,5 | 4,6 | 1 |
Лапрол | 0,2 | 0,8 | 0,5 | 0,7 | - |
Волластонит «Воксил-100» | 6,2 | 14,3 | 23,2 | 13,9 | - |
Щебень гранитный | - | - | - | - | 53 |
Таблица 2 Физико-механические характеристики полимерных композиций | |||||
Физико-механическая характеристика | Составы | ||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
Прочность на растяжение при разрыве, МПа | 8,5 | 8,6 | 8,8 | 9,2 | 8,6 |
Адгезия к бетону*, МПа | >1,6 | >1,6 | >1,6 | >1,6 | >1,6 |
Адгезия к бетону**, МПа | >1,6 | >1,6 | >1,6 | >1,6 | >1,6 |
Адгезия к стали, МПа | 3,31 | 3,29 | 3,36 | 3,42 | 3,32 |
Коэффициент химстойкости к воде | 0,9 | 0,91 | 0,93 | 0,92 | 0,91 |
Относительное удлинение при разрыве, % | 22,1 | 19,5 | 18,2 | 15,9 | 7,0 |
Морозостойкость, циклов | 400 | 430 | 440 | 450 | 400 |
* - нормальные температурно-влажностные условия, отрыв по бетону ** - выдерживание в авиационном топливе в течение 50 сут., отрыв по бетону |
Класс C08L9/00 Композиции гомополимеров или сополимеров диеновых углеводородов с сопряженными двойными связями
Класс C08K13/02 органические и неорганические компоненты