Эпоксидный полимерраствор

Изобретение относится к способу получения эпоксидного полимерраствора, который может быть использован в строительстве в качестве герметизирующего и гидроизоляционного материала при восстановлении поврежденных участков элементов бетонных и железобетонных конструкций. Полимерраствор содержит следующее соотношение компонентов, мас. ч.: 100 эпоксидной диановой смолы ЭД-20, 15 полиэтиленполиамина, 50 пластификатора, 200 наполнителя. В качестве пластификатора используют отходы производства эпоксидных смол, в качестве наполнителя - отходы производства керамзита. Изобретение позволяет создать эпоксидный полимерраствор с повышенными эксплуатационными свойствами, а также значительно снизить себестоимость получаемого материала. 5 табл., 8 ил.

 

Изобретение используется в строительстве в качестве герметизирующего и гидроизоляционного материала, а также при восстановлении поврежденных участков элементов бетонных и железобетонных конструкций.

За аналог принимался полимерраствор (патент РФ №2022943). Состав полимерной композиции, ч. по массе: смола эпоксидная ЭД-20 - 100, отвердитель полиэтиленполиамин (ПЭПА) – 10...15, наполнитель (отходы производства) – 100...110.

Недостатками данного материала являются:

- высокая стоимость вследствие большого расхода эпоксидного вяжущего;

- хрупкость и невысокая ударная вязкость отвержденного материала.

В качестве прототипа принимался эпоксидно-фенольный полимерраствор (в книге - Соколова Ю.А. Модифицированные эпоксидные клеи и покрытия в строительстве / Ю.А.Соколова, Е.М. Готлиб. - М.: Стройиздат, 1990. - С.130-150). Состав эпоксидно-фенольного полимерраствора, ч. по массе: эпоксидная смола ЭД-20 - 100, фенольная смесь - 100, отвердитель ПЭПА - 10, наполнитель (песок кварцевый молотый) - 400.

Недостатками данного материала являются:

- содержание в составе композиции сложного (замещенного) фенола, что экологически небезопасно, учитывая возможность его выделения;

- необходимость дополнительного помола наполнителя приводит к удорожанию материала.

Была поставлена техническая задача разработать экологически безопасный ремонтно-строительный эпоксидный раствор, обладающий высокими эксплуатационными свойствами и более низкой себестоимостью.

В состав эпоксидного полимерраствора входят: базовый компонент (связующее), наполнитель, пластификатор и отвердитель. В качестве связующего использовали эпоксидно-диановую смолу марки ЭД-20 (ГОСТ 10587-84). Снижение себестоимости было достигнуто за счет использования в качестве компонентов (наполнителя и пластификатора) разрабатываемого эпоксидного раствора утилизируемых отходов промышленных производств. В качестве наполнителя использовали керамзитовую крошку - отходы производства керамзита, пластификатора - маточную смолу эпоксидную (МСЭ-I марки Б) - отходы производства эпоксидных смол ОАО “Котовский ЛКЗ” (г.Котовск, Тамбовская обл.). Отверждение проводили при помощи полиэтиленполиамина (ПЭПА) (ТУ 2413-357-00203447-99) при комнатной температуре и атмосферном давлении.

МСЭ-I (СТП 6-21-700-1.24-93) является технологическими промышленными отходами и представляет собой раствор смеси смол и продуктов дегидрохлорирования в толуол-бутаноле или толуоле, выделенных из маточника от производства эпоксидных смол: ЭД-20, Э-40, Э-05к, Э-23. Маточная смола МСЭ-I должна соответствовать требованиям и нормам, указанным в таблице 1.

Таблица 1 - Нормативные требования к физико-химическим показателям МСЭ-I
№п.п.	Наименование показателя	Нормы СТП 6-21-700-1.24-93
Марка А	Марка Б
1	Внешний вид	Однородная прозрачная жидкость	Однородная прозрачная жидкость
2	Массовая доля нелетучих в-в,%	45…50	Не более 50
3	Цвет р-ра по йодометрической шкале, мг йода не темнее	7	-
4	Массовая доля эпоксидных групп,%	10…15	4…15
5	Массовая доля иона хлора,%, не более	0,0035	-
6	Массовая доля общего хлора,% не более	0,3	-
7	Чистота раствора смолы	Налив должен быть чистым, допускается наличие един-х примесей, не более 10 шт. на 1 кв. дм	-
8	Усл. вязкость раствора смолы по вискозиметру ВЗ-246 с диам. сопла 4 мм	13…15	Не более 100
9	рН водной вытяжки	6…7	-

Оценку влияния степени наполнения и пластификации на физико-механические свойства эпоксидной смолы ЭД-20 проводили по результатам кратковременных испытаний на сжатие и поперечный изгиб при комнатной (20°С) и повышенных (40 и 60°С) температурах. Расчет состава композитов выполняли в частях по массе (ч. по массе) эпоксидной смолы ЭД-20, массу которой принимали за 100. Результаты испытаний представлены в таблицах 2, 3 и на фиг.1...6.

Таблица 2 - Влияние количества керамзитовой крошки на физико-механические свойства ЭД-20
Кол-во керамзита, ч. по массе	Хар-ка	20°С	40°С	60°С
Сжатие	Изгиб	Сжатие	Изгиб	Сжатие	Изгиб
0	σ,МПа	89,9	56,4	20,8	14,5	7,9	8,6
	Е,МПа	1780	3680	604	492	30,5	404
ε,%	6,9	1,53	10,0	4,05	17,5	6,66
20	σ,МПа	55,8	22,1	34,8	15,2	9,3	8,3
	Е,МПа	1094	2755	630	1052	112,8	785
ε,%	6,4	0,81	9,3	3,22	17,3	6,23
40	σ,МПа	83,3	24,0	36,2	17,3	16,5	12,3
	Е,МПа	1364	3105	734	1458	277	903
ε,%	5,8	0,7	9.01	2,98	17,17	6,01
60	σ,МПа	79,5	31,7	28,5	18,0	10,5	11,6
	Е,МПа	1503	3488	697	1652	338	1125
ε,%	5,3	0,57	8,7	2,89	17,0	5,95
100	σ,МПа	50,4	18,0	16,1	13,6	2,27	8,3
	Е,МПа	1239	2987	526	1108	334	897
ε,%	4,7	0,51	7,5	2,67	16,68	5,46

Таблица 3 - Влияние количества пластификатора МСЭ на физико-механические свойства ЭД-20
Кол-во МСЭ, ч. по массе	Хар-ка	20°С	40°С	60°С
Сжатие	Изгиб	Сжатие	Изгиб	Сжатие	Изгиб
25	σ,МПа	24,6	-	11,9	-	7,2	-
	Е, МПа	853	-	248	-	89,1	-
ε,%	4,98	-	10,2	-	9,9	-
50	σ,МПа	19,2	23,4	7,8	6,19	6,6	4,12
	Е,МПа	741	864,5	67,1	95,2	35,6	61,4
ε,%	4,63	3,99	16,2	4,28	15,8	4,89
75	σ,МПа	12,7	-	6,16	-	4,3	-
	Е,МПа	547	-	56,8	-	28,6	-
ε,%	4,47	-	15,5	-	14,9	-
100	σ,МПа	7.4	14,3	4,13	4,52	2,84	2,45
	Е,МПа	256	445,8	45,4	69,6	25,6	44,8
ε,%	5,64	4,7	14,5	4,81	12,1	5,21
150	σ,МПа	5,64	8,79	4,03	3,98	2,18	2,27
	Е,МПа	152	257,1	34,2	67,6	20,5	39,6
ε,%	7,8	4,97	19,3	5,11	10,8	5,29
200	σ,МПа	2,39	-	2,27	-	2,00	-
	Е,МПа	16,8	-	14,9	-	9,5	-
ε,%	14,6	-	18,1	-	15,9	-
300	σ,МПа	2,05	-	1,66	-	1,27	-
	Е,МПа	8,6	-	6,8	-	6,8	-
ε,%	22,2	-	20,3	-	13,2	-

Проведенные исследования показали, что использование в составе эпоксидного композита отходов керамзита в качестве наполнителя позволяет заменить традиционные наполнители, специально выпускаемые промышленностью, без ухудшения эксплуатационных свойств материала (таблица 2 и фиг.1, 2), что значительно снижает его себестоимость.

С введением пластификатора происходит снижение вязкости связующего и улучшаются условия переработки состава. Однако снижаются прочность и жесткость композита как при комнатной, так и при повышенных температурах испытания (таблица 3 и фиг. 3, 4).

Исходя из критерия минимальной стоимости полимерраствора при сохранении высоких физико-механических характеристик в качестве граничных условий было выбрано содержание пластификатора в количестве 50 и 100 ч. по массе ЭД-20. Введение пластификатора свыше 100 ч. по массе нецелесообразно вследствие значительного снижения прочностных характеристик композитов. Результаты испытаний представлены в таблице 4 и на фиг. 5...8.

Таблица 4 - Влияние количества наполнителя и пластификатора на физико-механические свойства ЭД-20

Состав композита, ч. по массе	Хар-ка	20°С	40°С	60°С
Сжатие	Изгиб	Сжатие	Изгиб	Сжатие	Изгиб
МСЭ-100	Керамзит	400	σ,МПа	6,6	6,8	2,89	4,0	2,08	3,00
			Е,МПа	217	645	33,1	205	24,6	62,3
		ε,%	3,49	1,06	8,60	2,02	8,4	4,82
		350	σ,МПа	8,3	9,7	3,93	4,76	2,26	2,66
			Е,МПа	272	792	44,2	253	32,8	54,2
		ε,%	3,72	1,23	8,9	2,28	6,92	4,91
		300	σ,МПа	11,1	7,3	5,69	4,52	4,13	2,57
			Е,МПа	307	580	56,9	143	39,4	51,2
ε,%	3,59	1,26	10,03	3,15	10,5	5,01
МСЭ-50	Керамзит	250	σ,МПа	16,3	14,9	8,9	5,59	6,3	3,35
			Е,МПа	702	1635	57,8	214	41,4	67,6
		ε,%	3,25	0,93	15,2	2,61	15,3	4,96
		200	σ,МПа	24,7	16,6	12,5	7,05	8,69	3,45
			Е,МПа	819	1440	80,9	252	48,2	67,6
		ε,%	4,04	1,16	15,7	2,92	18,1	5,11
		150	σ,МПа	23,7	15,0	11,4	5,98	8,14	3,10
			Е,МПа	792	1230	87,4	180	51,4	60,6
ε,%	4,08	1,23	13,3	3,32	15,9	5,12

Из приведенных зависимостей (фиг. 5…8) видно, что наилучшим комплексом физико-механических показателей обладает состав, содержащий 50 ч. по массе пластификатора МСЭ и 200 ч. по массе наполнителя.

Авторами предлагается следующий состав полимерраствора, ч. по массе:

- эпоксидная смола ЭД-20 - 100;

- отвердитель ПЭПА - 15;

- пластификатор (маточная смола эпоксидная МСЭ-I) - 50;

- наполнитель (отходы производства керамзита) - 200±25.

Предлагаемый эпоксидный полимерраствор обладает:

- более низкой себестоимостью по сравнению с аналогом за счет использования в своем составе отходов производства;

- удовлетворительными физико-техническими характеристиками (таблица 5);

- экологической безопасностью.

Полимерраствор, включающий эпоксидную диановую смолу, аминный отвердитель, минеральный наполнитель и пластификатор, отличающийся тем, что он содержит в качестве минерального наполнителя керамзитовую крошку - отходы производства керамзита, а в качестве пластификатора - маточную смолу эпоксидную - отходы производства эпоксидных смол при следующем содержании компонентов, ч. по массе:

Эпоксидная диановая смола ЭД-20 100

Полиэтиленполиамин 15

Пластификатор (отходы производства эпоксидных смол) 50

Наполнитель (отходы производства керамзита) 200