полимерная композиция для покрытий

Формула изобретения

Полимерная композиция для покрытий, включающая полисульфидный олигомер - жидкие тиоколы со среднечисленной молекулярной массой 1700-5500 и вязкостью при 25°С 7,5-50 Па·с, наполнитель - мел гидрофобизированный, пластификатор, диоксид марганца и ускоритель, отличающаяся тем, что в качестве ускорителя она содержит 2,4,6-трис-(диметиламинометил)-фенол, полиэтиленполиамин и глутаральанилин в массовом соотношении 1:1:1 соответственно, дополнительно наполнители технический углерод П-803, оксид цинка, известь-отсев при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Полисульфидный олигомер	100
Диоксид марганца	9-15
Мел гидрофобизированный	40-50
Пластификатор	30-60
Ускоритель	0,3-0,9
Технический углерод П-803	20-25
Оксид цинка	30-40
Известь-отсев	5-10

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к полимерным строительным композициям и может быть использовано для изготовления эластомерных герметизирующих и гидроизоляционных материалов, кровельных и антикоррозионных покрытий.

Известна композиция для герметизации и склеивания, включающая жидкий тиокол, натрий двухромовокислый, воду, наполнитель, четырехфункциональную эпоксидную смолу и растворитель, являющийся одновременно катализатором отверждения [Патент РФ №2058363, кл. С09К 3/10, опубл. 1996].

Недостатком композиции является многостадийность технологии получения, низкая жизнеспособность и высокое водопоглощение.

Известна герметизирующая композиция, включающая полисульфидный олигомер, наполнитель, диоксид марганца, аэросил, дифенилгуанидин, эпоксидную диановую смолу, замедлитель вулканизации, пластификатор [АС СССР №1054397, кл. С09К 3/10, опубл. 1983].

Недостатками композиции являются низкие: гидролитическая стабильность, физико-механические свойства и тиксотропность.

Известна герметизирующая композиция, включающая полисульфидный олигомер, диоксид титана, гидрофобизированный мел, аэросил, полиэтиленгликольадипинат, диоксид марганца, стеариновую кислоту, дифенилгуанидин и пластификатор [Патент РФ №2064955, кл. 6 С09К 3/10, опубл. 1996].

Недостатком данной композиции является недостаточная прочность при растяжении и относительное удлинение, высокое водопоглощение, а также необходимость ступенчатого режима вулканизации (2 стадии).

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сути и достигаемому результату является герметизирующая и гидроизолирующая композиция, включающая полисульфидный олигомер - жидкие тиоколы со среднечисленной молекулярной массой 1700-5500 и вязкостью при 25°С 7,5-50 Па·с, мел гидрофобизированный, пластификатор, диоксид марганца и ускоритель при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Полисульфидный олигомер	100
Диоксид марганца	9-15
Мел гидрофобизированный	90-150
Пластификатор	30-60
Растворитель	1-6
Меркаптобензимидазолят цинка	0,2-0,6

[Патент РФ №2283334, кл. С09К 3/10,опубл. 2006]

Недостатком данной композиции являются невысокие физико-механические свойства и гидролитическая стабильность. Кроме того, необходимость предварительного растворения ускорителя снижает технологичность процесса приготовления композиции.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка состава композиции, обладающей повышенными физико-механическими и гидроизоляционными свойствами.

Техническим результатом является повышение физико-механических свойств и гидроизоляционных характеристик покрытия.

Поставленный технический результат достигается использованием композиции, включающей полисульфидный олигомер - жидкие тиоколы со среднечисленной молекулярной массой 1700-5500 и вязкостью при 25°С 7,5-50 Па·с, наполнитель - мел гидрофобизованный, пластификатор, диоксид марганца и ускоритель, отличающаяся тем, что в качестве ускорителя она содержит - 2,4,6-трис-(диметиламинометил)-фенола, полиэтиленполиамина и глутаральанилина в массовом соотношении 1:1:1 соответственно, дополнительно наполнители технический углерод П-803, оксид цинка, известь отсев при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Полисульфидный олигомер	100
Диоксид марганца	9-15
Мел гидрофобизованный	40-50
Пластификатор	30-60
Ускоритель	0,3-0,9
Технический углерод П-803	20-25
Известь-отсев	5-10
Оксид цинка	30-40

Сущность изобретения заключается в использовании ускорителя, представляющего собой смесь ароматического третичного амина, алифатического амина и азометинового соединения. Такая комбинация, вследствие различной активности атомов азота в указанных соединениях, обеспечивает сильную поляризацию атомов водорода меркаптогрупп полисульфидного олигомера на всех стадиях процесса отверждения. При этом процесс формирования пространственной структуры вулканизатов протекает более плавно и обеспечивает узкое молекулярно-массовое распределение межузловых цепей. В 2,4,6-трис-(диметиламинометил)-феноле метальные группы смещают электронную плотность к третичному атому азота, делая его более подвижным за счет проявления индукционного эффекта. В присутствии диоксида марганца происходит образование комплексной соли 2,4,6-трис-(диметиламинометил)-фенола с вулканизующим агентом с последующим присоединением комплекса к сульфгидрильным группам олигомера. Затем концевой фрагмент диссоциирует с формированием тиоксильного макрорадикала (R-O-S°), который способствует образованию регулярной пространственной структуры в полисульфидном полимере, характеризующейся узким молекулярно-массовым распределением межузловых цепей. Полиэтиленполиамин, молекулы которого обладают высокой кинетической подвижностью, позволяет эффективно осуществлять поляризацию атомов водорода меркаптогрупп в разветвлениях цепи полисульфидного олигомера. Невысокая активность атома азота азометиновых групп глутаральанилина способствует процессу окисления непрореагировавших функциональных групп полисульфидного олигомера на завершающих стадиях структурообразования вулканизатов. Использование смеси третичного амина, алифатического амина и азометинового соединения обеспечивает более плотную упаковку сшитых макромолекул, что влечет за собой уменьшение сорбционной способности вулканизатов и повышение их физико-механических и гидроизоляционных показателей. Кроме того, введение в состав композиции адгезионноактивных аминогрупп приводит к увеличению прочности сцепления покрытия с защищаемым основанием. Применение 2,4,6-трис-(диметиламинометил)-фенола и полиэтиленполиамина, являющихся жидкостью и распределенного в их смеси глутаральанилина, исключает необходимость, как в случае прототипа, предварительного растворения ускорителя. Введение в состав композиции активного наполнителя - технического углерода П-803, обладающего щелочной реакцией водной вытяжки, способствует более эффективному окислению меркаптогрупп полисульфидного олигомера и повышению прочностных свойств покрытия. Сочетание в композиции указанного количества гидрофобизованного мела и технического углерода П-803 обеспечивает достаточное адсорбционное взаимодействие наполнителей с эластомерной матрицей полисульфидного олигомера и повышает агрегативную стабильность и седиментационную устойчивость композиций. Применение оксида цинка, участвующего в процессе окисления, позволяет увеличить глубину превращения меркаптогрупп полисульфидного олигомера, и как следствие, повысить физико-механические свойства покрытия. В присутствии извести-отсева, обладающей сильной щелочной реакцией водной вытяжки, создаются благоприятные условия для отверждения полисульфидных олигомеров. Кроме того, введение извести-отсева позволяет повысить стойкость вулканизатов к водным растворам щелочей.

При осуществлении заявленного изобретения покрытие при длительном контакте с водой в обычных условиях имеет более низкий уровень водопоглощения, высокие физико-механические свойства, высокую гидроизоляционную надежность и адгезию к основанию. Как видно из таблиц 1 и 2, при содержании ускорителя менее 0,3 мас.ч. ухудшаются физико-механические свойства покрытия и гидролитическая стабильность покрытия. Увеличение концентрации ускорителя свыше 0,9 приводит к снижению жизнеспособности составов. Массовое соотношение 1:1:1 соответственно 2,4,6-трис-(диметиламинометил)-фенола, полиэтиленполиамина и глутаральанилина является оптимальным, так как позволяет обеспечить протекание процесса окисления с высокой глубиной превращения меркаптогрупп полисульфидного олигомера. При использовании диоксида марганца в количестве менее 9 мас.ч. уменьшается густота сшивки вулканизата, физико-механические и гидроизоляционные свойства. Использование большего, чем 15 мас.ч., количества вулканизующего агента снижает жизнеспособность композиции.

При содержании мела менее 40 мас.ч. снижаются тиксотропные свойства композиции. Увеличение содержания мела свыше 50 мас.ч. приводит к ухудшению перерабатываемости композиции, снижению прочностных показателей и увеличению сорбционной способности покрытия.

Использование пластификатора в количестве менее 30 мас.ч. снижает равномерность распределения компонентов состава и затрудняет переработку смесей из-за высокой вязкости. Увеличение содержания пластификатора свыше 60 мас.ч. снижает прочностные и гидроизоляционные свойства.

При содержании технического углерода П-803 менее 20 мас.ч. снижаются прочностные свойства покрытия. Увеличение содержания технического углерода П-803 свыше 25 мас.ч. ухудшает перерабатываемость композиции.

Использование оксида цинка в количестве менее 30 мас.ч. снижает прочностные свойства покрытий. Увеличение содержания оксида цинка свыше 40 мас.ч. снижает время жизнеспособности и перерабатываемость композиции.

При содержании извести-отсева менее 5 мас.ч. снижаются прочностные свойства материалов. Увеличение содержания извести-отсева свыше 10 мас.ч. приводит к снижению гидролитической стабильности покрытия.

В качестве полисульфидного олигомера используются жидкие тиоколы, со среднечисленной молекулярной массой 1700-5500 (ГОСТ 12812-80). Вязкость тиоколов при 25°С составляет 7,5-50 Па*с. Вулканизующий агент - диоксид марганца (ГОСТ 4470-79). Ускоритель вулканизации - смесь 2,4,6-трис-(диметиламинометил)-фенола (ТУ 6-09-4136-75), полиэтиленполиамина (ТУ 602-594-70) и глутаральанилина. Глутаральанилин получают методом конденсации анилина с глутаровым альдегидом. Температура плавления глутаральанилина 112-114°С Молекулярная масса, выч./найд. 276 у.е. Элементный состав, % вычислено/найдено: С - 81,6/8,5, Н - 7,20/7,17, N - 11,18/10,50. Структурная формула глутаральанилина:

Известно применение глутаральанилина в качестве ингредиента резиновых смесей полифункционального действия [Новопольцева О.М. Диссертация канд. техн. наук: 02.00.06; защищена 26.09.1994. - Волгоград. ВолгГТУ].

Наполнитель - мел гидрофобизированный (ТУ 21-143-84), полученный осаждением водной суспензии в присутствии растительных жирных кислот. В качестве пластификатора используются соединения совместимые с тиоколовыми олигомерами, например флотореагент-оксаль (ТУ 38 103429-88) и хлорпарафин ХП-470 (ТУ 6-01-16-90). В качестве наполнителя использовались - технический углерод П-803 (ГОСТ 7885-86), оксид цинка (ГОСТ 204-84), известь-отсев (отход производства обожженной извести) (ТУ 5744-191-05763458-94).

Для изготовления композиции используется смесительное оборудование, обеспечивающее получение гомогенной суспензии компонентов смеси. Смесь наносится равномерным слоем на основание и выдерживается до полного отверждения при 15-25°С в течение 7-10 суток.

Испытания отвержденных образцов проводят по известным методикам: условная прочность и относительное удлинение в момент разрыва по ГОСТ 270-75, твердость по ГОСТ 263-75, водопоглощение и прочность сцепления с бетоном по ГОСТ 26578-85, время жизнеспособности по ГОСТ 12812-80. Состав и свойства полимерной композиции для покрытия приведены в табл.1 и 2.

Пример 1. В шаровую мельницу объемом 500 см ³, в указанной последовательности, загружают 100 г полисульфидного олигомера, 30 г пластификатора (в данном примере хлорпарафин ХП-470), 40 г мела гидрофобизированного, 20 г технического углерода П-803, 30 г оксида цинка, 5 г извести-отсева, 0,1 г 2,4,6-трис-(диметиламинометил)-фенола, 0,1 г полиэтиленполиамина и 0,1 г глутаральанилина. Мельницу включают и проводят смешение в течение 3-5 часов. Полученную массу выгружают в стакан, добавляют 9 г диоксида марганца, перемешивают в смесителе в течение 5 мин, затем заливают в форму. Композицию выдерживают до полного отверждения в течение 7-10 суток при 25°С.

Аналогичным способом готовятся композиции по примерам 2-10, состав которых указан в таблице 1, а свойства - в таблице 2.

Как видно из таблицы 2, наилучшие показатели имеют композиции состава по примерам 1-6.

Таблица 1
Компоненты композиции		Содержание компонентов в композиции, мас.ч. по примерам																			Прототип
		1	2		3		4		5		6		7		8		9		10		11
Полисульфидный олигомер		100	100		100		100		100		100		100		100		100		100		100
Мел гидрофобизированный		40	40		40		50		50		40		50		20		80		50		150
Диоксид марганца		9	11		13		15		15		10		7		18		15		11		15
Меркаптобензимидазолят цинка		-	-		-		-		-		-		-		-		-		-		0,6
Флотореагент-оксаль		-	-		50		60		50		-		20		-		-		50		60
Хлорпарафин ХП-470		30	40		-		-		-		40		-		80		60		-		-
Растворитель		-	-		-		-		-		-		-		-		-		-		6
Ускоритель		0,3	0,6		0,6		0,9		0,4		0,4		0,1		1,4		0,4		0,2		-
Технический углерод П-803		20	25		25		20		25		20		20		10		35		25		-
Оксид цинка		30	40		30		40		40		50		20		40		30		60		-
Известь-отсев		5	5		10		10		5		10		2		20		5		10		-
Таблица 2
Показатель	Пример																			Прототип
	1	2		3		4		5		6		7		8		9		10		11
Жизнеспособность, мин	140	130		140		130		100		100		150		150		110		100		110
Твердость по Шору А, усл. ед.	63	65		62		66		70		74		55		55		72		75		60
Условная прочность при растяжении, МПа	2,66	2,74		2,65		2,74		2,79		2,78		2,43		2,25		2,68		2,61		2,52
Относительное удлинение, %	370	380		410		420		410		390		340		270		330		340		330
Прочность сцепления с бетоном, МПа	0,74	0,77		0,83		0,80		0,79		0,78		0,68		0,77		0,75		0,73		0,65
Водопоглощение при 23+2°С через 120 сут, мас.%	16,3	16,2		16,9		16,7		16,5		16,0		17,5		17,2		17,0		16,8		17,1

Пример по прототипу. В шаровую мельницу объемом 500 см³ загружают 100 г полисульфидного олигомера, 60 г флотореагента-оксаль, 150 г гидрофобизированного мела и 0,6 г меркаптобензимидазолята цинка, предварительно растворенного в 6 г растворителя. Мельницу включают и проводят диспергирование в течение 3-5 часов. Полученную массу выгружают в стакан, добавляют 15 г диоксида марганца, перемешивают вручную в течение 5 мин, затем заливают в форму. Композицию выдерживают до полного отверждения в течение 7-10 суток при 25°С.

Таким образом, предлагаемая композиция обеспечивает получение эластомерного материала с повышенными гидроизоляционными и физико-механическими свойствами. Композиция может использоваться для создания герметизирующих, гидроизолирующих, кровельных и антикоррозионных покрытий. Достаточная тиксотропность состава и свойства покрытия позволяют применять композицию для герметизации вертикальных примыканий бетонных и металлических оснований.