способ получения полимерного спортивного покрытия

Формула изобретения

Способ получения полимерного спортивного покрытия, включающий нанесение на жесткое основание композиции, содержащей, мас.ч.:

изоцианатный форполимер	100
смесь мела и негашеной извести в соотношении 5:1	140-430
смесь хлорпарафина, низкомолекулярного полиэтилена
и оксида кальция в соотношении 1:2:0,5	20-50
катализатор	0,05-2,00
низкомолекулярный трехфункциональный спирт	0,5-1,5
хлорпарафин	70-190
пластификатор	20-55,

выдержку ее в течение 20-24 ч, нанесение второго слоя на основе полимерной композиции, содержащей, мас.ч.:

олигодиендиол с молекулярной массой 2000-5000 и
содержанием гидроксильных групп 0,7-1,7%	100
пластификатор	5-30
минеральный наполнитель	90-150
смесь хлорпарафина, низкомолекулярного полиэтилена
и оксида кальция в соотношении 1:2:0,5	10-30
низкомолекулярный трехфункциональный спирт	1-5
полиизоцианат	12-24
катализатор	0,01-1,00
2,4,6-три-третбутилфенол	0,5-1,5
этилсиликат	0,8-1,6,

выдержку ее в течение 20-24 ч и нанесение третьего слоя на основе полимерной композиции, содержащей, мас.ч.:

олигодиендиол с молекулярной массой 2000-5000 и
содержанием гидроксильных групп 0,7-1,7%	100
пластификатор	5-30
минеральный наполнитель	90-150
резиновую крошку фракции 3 и 1 мм
в соотношении 3:1	120-150
полиизоцианат	12-24
низкомолекулярный трехфункциональный спирт	1-5
катализатор	0,01-1,00
2,4,6-три-третбутилфенол	0,5-1,5
этилсиликат	0,8-1,6

с последующей выдержкой в течение 20-24 ч.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к полимерным композициям и может быть использовано для изготовления эластомерных спортивных покрытий.

Известен способ получения композиций для полиуретанового покрытия путем смешения уретанового форполимера с наполнителем, катализатором, полиолом, пластификатором [Патент РФ № 2151160, МКИ 7 C09D 175/04, опубл. 2000].

Недостатком способа является низкий уровень динамических и упруго-гистерезисных показателей.

Известен способ получения композиции для покрытия, включающей олигобутадиендиол, пластификатор, минеральный наполнитель, трехфункциональный низкомолекулярный спирт, полиизоцианат, оловоорганический катализатор, 2,4,6-три-третбутилфенол, этилсиликат [Патент РФ № 2190002, МКИ 7 C09D 175/08, опубл. 2000].

Недостатком способа является низкий уровень динамических и упругогистерезисных показателей.

Наиболее близким является способ получения покрытий на основе изоцианатного полиэфирного форполимера, включающий послойное нанесение на жесткое основание композиции на основе изоцианатного полиэфирного форполимера, при этом сначала наносят композицию при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

изоцианатный полиэфирный форполимер	100
отвердитель	20-28
разбавитель	90-150
трехфункциональный низкомолекулярный спирт	120-150
полиизоцианат	12-24
оловоорганический катализатор	0,01-1,00
2,4,6-три-третбутилфенол	0,5-1,5
этилсиликат	0,8-1,6

выдерживают 20-24 ч, на нее наносят композицию, содержащую, мас.ч.:

смесь полиэфирного и углеводородного
изоцианатных форполимеров в соотношении 1:(0,6-0,8)	100
отвердитель	35-40
резиновая крошка	20-40

вновь выдерживают 20-24 ч и наносят композицию, содержащую, мас.ч.:

полиэфирный форполимер	100
отвердитель	35-40
пигмент	7-10
резиновая крошка фракции 0,2-1,0 мм	10-15

[АС СССР № 1767060, МКИ Е01С 13/00, опубл. 1992].

Покрытие, полученное по данному способу, имеет недостаточно высокий комплекс спортивно-технических показателей вследствие низкого уровня динамических и упругогистерезисных свойств.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа получения композиции для спортивного покрытия, обладающего повышенными динамическими и упруго-гистерезисными показателями.

Техническим результатом является повышение динамических и упруго-гистерезисных показателей покрытия, полученного заявляемым способом.

Поставленный технический результат достигается тем, что способ получения полимерного спортивного покрытия включает нанесение на жесткое основание композиции, содержащей, мас.ч.: изоцианатный форполимер 100; смесь мела и негашеной извести в соотношении 5:1 140-430; смесь хлорпарафина, низкомолекулярного полиэтилена и оксида кальция в соотношении 1:2:0,5 20-50; катализатор 0,05-2,00; низкомолекулярный трехфункциональный спирт 0,5-1,5; хлорпарафин 70-190; пластификатор 20-55, выдержку ее в течение 20-24 ч, нанесение второго слоя на основе полимерной композиции, содержащей, мас.ч.: олигобутадиендиол с молекулярной массой 2000-5000 и содержанием гидроксильных групп 0,7-1,7% 100; пластификатор 5-30; минеральный наполнитель 90-150; смесь хлорпарафина, низкомолекулярного полиэтилена и оксида кальция в соотношении 1:2:0,5 10-30; низкомолекулярный трехфункциональный спирт 1-5; полиизоцианат 12-24; катализатор 0,01-1,00; 2,4,6-три-третбутилфенол 0,5-1,5; этилсиликат 0,8-1,6, выдержку в течение 20-24 ч и нанесение третьего слоя полимерной композиции, содержащей, мас.ч.: олигобутадиендиол с молекулярной массой 2000-5000 и содержанием гидроксильных групп 0,7-1,7% 100; пластификатор 5-30; минеральный наполнитель 90-150; резиновую крошку фракции 3 мм и 1 мм в соотношении 3:1 120-150; полиизоцианат 12-24; низкомолекулярный трехфункциональный спирт 1-5, катализатор 0,01-1,00; 2,4,6-три-третбутилфенол 0,5-1,5, этилсиликат 0,8-1,6, с последующей выдержкой в течение 20-24 ч.

В составе первого и второго слоев композиции используют смесь хлорпарафина, низкомолекулярного полиэтилена и оксида кальция, что позволяет повысить динамические показатели покрытия. Использование смеси хлорпарафина, низкомолекулярного полиэтилена и оксида кальция способствует более эффективной диссипации напряжений, возникающих вследствии динамического нагружения покрытия. Введение в состав композиции резиновой крошки, являющейся эластичным наполнителем, позволяет повысить динамические и упругогистерезисные показатели покрытия. Комбинация фракций резиновой крошки способствует более эффективному образованию сплошной фазы эластичного наполнителя.

При осуществлении заявленного изобретения покрытие имеет более высокий уровень динамических и упругогистерезисных показателей.

Как видно из табл.1 и 2, при содержании в первом слое смеси мела и негашеной извести менее 140 мас.ч. снижаются упругопрочностные свойства покрытия. Увеличение содержания смеси мела и негашеной извести в первом слое свыше 430 мас.ч. приводит к уменьшению прочностных показателей.

Использование смеси хлорпарафина, низкомолекулярного полиэтилена и оксида кальция в первом слое в количестве менее 20 мас.ч. приводит к снижению динамических показателей покрытия, а увеличение содержания свыше 50 мас.ч. приводит к снижению прочностных свойств покрытия.

При содержании катализатора в первом слое в количестве менее 0,05 мас.ч. снижается скорость отверждения композиции, а увеличение количества катализатора свыше 2,00 мас.ч. снижается жизнеспособность композиции.

Использование в первом слое низкомолекулярного трехфункционального спирта в количестве менее 0,5 мас.ч. снижает твердость и упругопрочностные показатели покрытия, а увеличение содержания трехфункционального спирта свыше 1,5 мас.ч. снижает относительное удлинение покрытия.

При содержании в первом слое хлорпарафина в количестве менее 70 мас.ч. ухудшается перерабатываемость композиций, а увеличение содержания хлорпарафина свыше 190 мас.ч. приводит к снижению прочностных показателей покрытия и к выпотеванию хлорпарафина.

Использование в первом слое пластификатора в количестве менее 20 мас.ч. ухудшает перерабатываемость композиции, а увеличение содержания пластификатора свыше 55 мас.ч. приводит к снижению прочностных показателей покрытия.

При содержании во втором и третьем слоях пластификатора в количестве менее 5 мас.ч. ухудшается перерабатываемость композиции, а увеличение содержания пластификатора свыше 30 мас.ч. приводит к снижению прочностных показателей покрытия.

Использование во втором и третьем слоях минерального наполнителя в количестве менее 90 мас.ч. снижает твердость, динамические и прочностные свойства покрытия, а увеличение содержания свыше 150 мас.ч. снижает перерабатываемость композиции.

При содержании во втором слое смеси хлорпарафина, низкомолекулярного полиэтилена и оксида кальция в количестве менее 10 мас.ч. снижает динамические свойства покрытия, а увеличение содержания свыше 30 мас.ч. приводит к снижению прочностных показателей.

Использование во втором и третьем слое низкомолекулярного трехфункционального спирта в количестве менее 1 мас.ч. приводит к снижению твердости и прочностных показателей покрытия, а увеличение содержания свыше 5 мас.ч. приводит к снижению гидролитической стабильности покрытия.

При содержании во втором и третьем слоях полиизоцианата в количестве менее 12 мас.ч. снижаются упругопрочностные и динамические свойства покрытия, а увеличение количества полиизоцианата свыше 24 мас.ч. приводит к снижению относительного удлинения.

Использование во втором и третьем слоях катализатора в количестве менее 0,01 мас.ч. приводит к снижению скорости отверждения композиции, при увеличении содержания катализатора более 1,00 мас.ч. снижается жизнеспособность композиции.

При содержании во втором и третьем слоях 2,4,6-три-третбутилфенола в количестве менее 0,5 мас.ч. снижается стойкость покрытия к атмосферному старению, увеличение содержания 2,4,6-три-третоугилфенола свыше 1,5 мас.ч. экономически нецелесообразно.

Использование во втором и третьем слоях этилсиликата в количестве менее 0,8 мас.ч. приводит к снижению динамических и упругогистерезисных свойств покрытия, увеличение содержания этилсиликата более 1,6 мас.ч. экономически нецелесообразно.

В качестве изоцианатного форполимера используются форполимеры марок СКУ-ПФЛ-100 (ТУ 2226-03-50612932-2005) (содержание NCO групп 5,5%) - продукт взаимодействия политетрагидрофурана с 2,4-толуилендиизоцианатом, ТРИФОР-М (ТУ 38.43708-91) (содержание NCO групп 2,5%) - продукт взаимодействия полиоксипропиленгликоля с 2,4-толуилендиизоцианатом, АДВ-17 (ТУ 2226-023-22736960-96) (молекулярная масса 1200, содержание NCO групп 5,9%, функциональность 2) - продукт взаимодействия полиоксипропиленгликоля с 2,4-толуилендиизоцианатом, СКУ-ПГТГ-4503 (молекулярная масса 4700, содержание NCO групп 2,6%, функциональность 3) - продукт взаимодействия полиокситетраметиленгликоля с 2,4-толуилендиизоцианатом.

В качестве олигобутадиендиола используются олигобутадиендиолы - продукты, полученные анионной полимеризацией бутадиена на комплексном катализаторе и имеющие следующие свойства: молекулярная масса 2000-5000; индекс полидисперсности 1,20-135; вязкость по Брукфилду, Па*с (25°С) 8,5-22; содержание концевых гидроксильных групп, % 0,7-1,7; микроструктура, %: 1,4-цис 10-15, 1,4-транс 20-25, 1,2-(винил) 60-70; распределение по типу функциональности, %: бесфункциональные 2, монофункциональные 6, бифункциональные 92; плотность, кг/м³ 900-910.

В качестве полиизоцианата в композиции используются полиметилен-полифенил-полиизоцианаты, получаемые фосгенированием продукта конденсации анилина с формальдегидом (ТУ 2224-152-04691277-96). Содержание изоцианатных групп 25,9-31,0%.

В качестве катализатора применяются октоат олова, дибутилдилауринат олова (ТУ 6-02-818-78); могут использоваться и другие оловоорганические соединения, применяемые для синтеза полиуретанов.

В качестве пластификатора композиция содержит алкил(арил)овые эфиры фталевой или фосфорной кислоты, например дибутилфталат.

Этилсиликат (ТУ 6-02-895-86) представляет собой смесь эфиров ортокремневой кислоты. Является продуктом реакции этилового спирта с четыреххлористым кремнием. Имеет следующие характеристики: плотность, кг/м³ 995-990; массовая доля диоксида кремния, % 31-34; массовая доля тетраэтоксисилана, % 50-60; оптическая плотность при длине волны 600 нм 0,3-0,4.

Наполнителями в композиции служат порошки средней степени дисперсности, например: мел, известь-отсев, каолин, тальк.

В качестве низкомолекулярного трехфункционального спирта в композиции используют глицерин, триэтаноламин или триметилолпропан.

2,4,6-три-третбутилфенол представляет собой кристаллических порошок с зелено-желтым оттенком, хорошо растворим в углеводородах и имеет следующие характеристики: температура плавления 129-131°С, массовая доля золы не более 0,03%, массовая доля воды не более 0,05%. Получают путем алкилирования фенола изобутиленом в присутствии катализатора. Торговое название - антиоксидант П-23 (ГОСТ 6-14-26-77).

В качестве хлорпарафина используют хлорпарафины марок ХП-52 и ХП-470 (ТУ 6-01-5-63-94).

В качестве низкомолекулярного полиэтилена используют низкомолекулярный полиэтилен НМПЭ (ТУ 2211-042-05742686-2003).

Оксид кальция представляет собой порошкообразный продукт (ТУ 2131-037-00204872-98).

Резиновую крошку, являющуюся эластичным наполнителем, получают из вулканизатов этиленпропиленового тройного каучука (СКЭПТ).

Для изготовления композиции используется смесительное оборудование, обеспечивающее получение гомогенной суспензии наполнителя в олигомере со степенью перетира твердых частиц не более 1000 мкм.

Образцы покрытия испытывают по ГОСТ 263-75, ГОСТ 275-75, ГОСТ 6950-73, ГОСТ 2678-88. Условную прочность и деформацию при растяжении определяют на разрывной машине РТ-250 М-2 при скорости движения подвижного зажима 100 мм/мин. Образцы в виде двухсторонних лопаток с длиной рабочего участка 25 мм и шириной 20 мм вырубают штанцевым ножом на вырубном прессе. За результат испытаний принимают среднее арифметическое значение при измерении показателей шести образцов. Динамический модуль упругости и тангенс угла механических потерь определяют методом однократного ударного сжатия на маятниковом эластомере (см. Кувшинский Е.В., Сидорович Е.А. Маятниковый эластомер КС // Журнал теоретической физики, 1975. Т.264. С 878-886.; Сидорович Е.А., Кувшинский Е.В. Изучение ударного сжатия резин // Физика твердого тела. 1961. Т3. 11, С.3487-3494).

Испытания на отскок мяча выполняют по DIN 18035 (часть 6) путем отношения высоты отскока мяча от покрытия по сравнению с бетонным полом.

Состав композиции и свойства покрытия, полученного по предлагаемому способу, приведены в табл.1 и 2.

Пример 1 (состав 1, табл.1, 2.).

Приготовление композиции для первого слоя покрытия осуществляется следующим образом. В шаровую мельницу загружают 70 мас.ч. хлорпарафина, 20 мас.ч. дибутилфталата, 160 мас.ч. смеси мела и негашеной извести, 50 мас.ч. смеси хлорпарафина, низкомолекулярного полиэтилена и оксида кальция в соотношении 1:2:0,5, 0,5 мас.ч. триметилолпропана, смесь диспергируют в течение 240 мин до степени перетира частиц 50 мкм, после чего перегружают в смеситель с якорной мешалкой. Далее при перемешивании в нее последовательно вводят 100 мас.ч. изоцианатного форполимера, 0,05 мас.ч. дибутилдилаурината олова. Реакционная масса гомогенизируется в течение 5 мин. Затем композицию наносят на бетонное основание. Отверждение осуществляется в течение 20-24 ч при температуре 18-25°С.

Приготовление композиции для второго слоя осуществляют следующим образом. В смеситель с якорной мешалкой загружают 50 мас.ч. олигобутадиендиола с молекулярной массой 2000 и содержанием гидроксильных групп 1,7%, 70 мас.ч. мела, 20 г каолина, 1 г триметилолпропана, 0,05 мас.ч. диметилбензиламина, 0,8 мас.ч. этилсиликата, 30 мас.ч. смеси хлорпарафина, низкомолекулярного полиэтилена и оксида кальция в соотношении 1:2:0,5 и 0,5 мас.ч. 2,4,6-три-третбутилфенола. Смешение компонентов проводят в течение 20 мин, после чего в суспензию добавляют еще 50 мас.ч. олигобутадиендиола, 5 мас.ч. дибутилфталата и продолжают смешение в течение 10 мин. Затем в смесь добавляют 12 г полиизоцианата и вновь перемешивают в течение 8 мин. Полученную массу наносят на отвержденный первый слой и выдерживают в течение 20-24 ч при температуре 18-25°С.

Приготовление композиции для третьего слоя осуществляют следующим образом. В смеситель с якорной мешалкой загружают 50 мас.ч. олигобутадиендиола с молекулярной массой 2000 и содержанием гидроксильных групп 1,7%, 70 мас.ч. мела, 20 г каолина, 1 г триметилолпропана, 0,05 мас.ч. диметилбензиламина, 0,8 мас.ч. этилсиликата и 0,5 мас.ч. 2,4,6-три-третбуилфенола. Смешение компонентов проводят в течение 20 мин, после чего в суспензию добавляют еще 50 мас.ч. олигобутадиендиола, 5 мас.ч. дибутилфталата и продолжают смешение в течение 10 мин. Затем в смесь добавляют 120 мас.ч. резиновой крошки, 12 г полиизоцианата и вновь перемешивают в течение 8 мин. Полученную массу наносят на отвержденный второй слой и выдерживают в течение 20-24 ч при температуре 18-25°С.

Таблица 2
Показатель	Значения показателя по примерам	Прототип
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Твердость по Шору А, усл.ед.	64	75	64	72	67	52	71	63	72	72	65
Условная прочность, МПа	2,7	2,9	2,8	2,8	2,8	1,0	2,7	2,8	2,3	2,7	2,6
Деформация, мм	63	58	62	60	59	75	59	60	47	40	47
Эластичность по отскоку	53	54	52	53	52	45	53	51	48	41	48
Динамический модуль по упругости, МПа	5,6	5,8	5,7	5,8	5,6	4,7	5,7	5,8	4,8	4,3	5,3
Тангенс угла механических потерь	0,109	0,105	0,106	0,105	0,107	0,195	0,115	0,107	0,162	0,184	0,112
Отскок баскетбольного мяча, %	117	119	118	116	117	70	112	117	87	84	110
Отскок теннисного мяча, %	115	118	116	114	116	69	110	116	85	80	110

Таким образом, заявляемый способ обеспечивает получение покрытия с повышенными динамическими и упругогистерезисными показателями. Композиция может быть использована для создания спортивных покрытий беговых дорожек, теннисных кортов, спортивных площадок.