Композиция для покрытий

Изобретение относится к полимерным композициям на основе жидких углеводородных каучуков, предназначенных для устройства кровельных и изоляционных покрытий в строительстве. Композиция содержит низкомолекулярный каучук-сополимер изопрена с бутадиеном при соотношении мономеров 20:80 молекулярной массы 3000-3500, с содержанием гидроксильных групп 0,7-1,1 масс.%, полиизоцианат, отход производства поликапроамида, катализатор уретана образования. Композиция может дополнительно содержать компонент для влагопоглощения, наполнитель, пластификатор, растворитель, низкомолекулярный спирт, противостаритель, пигмент, поверхностно-активное вещество. Техническим результатом является понижение водопоглощения и повышение сопротивления старению. 1 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

 

Изобретение относится к полимерным композициям на основе жидких углеводородных каучуков, предназначенных для устройства кровельных и изоляционных покрытий в строительстве.

Известна композиция для покрытий, включающая сополимеры бутадиена и пиперилена с молекулярной массой 1200-3200 и 500-1200, глицерин, полиизоцианат, катализатор уретанообразования и резиновую крошку (патент РФ 1229214, МКИ С 09 D 3/72, 1984).

Недостатком покрытия из данной композиции является достаточно высокое водопоглощение.

Известна композиция для покрытий, включающая низкомолекулярный бутадиенпипериленовый каучук с молекулярной массой 1200-3200, глицерин полиизоцианат, катализатор уретанообразования, гидроксилированную резиновую крошку и оксид кальция (патент РФ 2024564, С 09 D 109/00, 1994).

Недостатком такой композиции является высокое водопоглощение из-за широкого молекулярно-массового распределения и низкой функциональности бутадиенпипериленового каучука.

Известна композиция для покрытий, включающая бутадиенпипериленовый каучук, глицерин, полиизоцианат, катализатор уретанообразования, оксид кальция, мел, противостаритель - продукт полимеризации отхода производства изопрена стадии разложения 4,4-диметилдиоксана-1,3 (патент РФ 1775447, С 09 D 109/00. 1990).

Недостатком данной композиции является повышенное водопоглощение.

Наиболее близким решением к предлагаемому изобретению по технической сущности является композиция для покрытий (патент РФ 2186812, С 09 D 109/00, 2000), включающая сополимер бутадиена с изопреном с соотношением мономеров 70:30, молекулярной массой 4000-5000, содержанием гидроксильных групп 0,75-0,89 масс.%, пластификатор, минеральный наполнитель, трехфункциональный низкомолекулярный спирт, полиизоцианат, катализатор уретанообразования, 2,4,6-три-третбутилфенол и этилсиликат следующего состава, мас.ч.:

Сополимер бутадиена и изопрена	100
Пластификатор	5-30
Минеральный наполнитель	90-150
Трехфункциональный низкомолекулярный спирт	1-5
Полиизоцианат	12-24
Катализатор уретанообразования	0,01-1,0
2,4,6-Три-третбутилфенол	0,5-1,5
Этилсиликат	0,8-1,6

Недостатками данной композиции являются более высокое водопоглощение и более низкая стойкость к старению. Повышенное водопоглощение обусловлено структурой и мономерным составом каучука. Ввиду широкого молекулярно-массового распределения используемого каучука высоко содержание нефункциональных и монофункциональных макромолекул не участвующих в структурообразовании и создающих дефектную сшитую структуру при отверждении композиции.

Задачей предлагаемого технического решения является создание композиции, обладающей пониженным водопоглощением, более высоким сопротивлением старению.

Техническим результатом является понижение водопоглощения и повышение сопротивления старению.

Технический результат достигается тем, что композиция для покрытий, включающая низкомолекулярный каучук, полиизоцианат, катализатор уретанообразования, отличающаяся тем, что она содержит в качестве низкомолекулярного каучука сополимер изопрена с бутадиеном при соотношении мономеров 20:80, молекулярной массой 3000-3500, с содержанием гидроксильных групп 0,7-1,1 мас.%, и композиция дополнительно содержит отходы производства поликапроамида при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Низкомолекулярный каучук	100
Полиизоцианат	10-36
Отходы производства поликапроамида	0,5-40
Катализатор уретанообразования	0,001-3,0

Композиция для покрытий дополнительно содержит компонент для влагопоглощения, наполнитель, пластификатор, растворитель, низкомолекулярный спирт, противостаритель, пигмент, поверхностно-активное вещество.

Сущность изобретения заключается в использовании в качестве основы композиции низкомолекулярного гидроксилсодержащего каучука ПДИ-1К с узким молекулярно-массовым распределением, следовательно, более высокой функциональностью и более совершенным распределением по типу функциональности, в частности меньшим содержанием не- и монофункциональных макромолекул за счет более высокой доли бифункциональных макроцепей. Благодаря этому обеспечивается более плотная и однородная сетка отвержденной композиции для покрытий, что обуславливает снижение водопоглощения. Отходы производства поликапроамида представляют собой низкомолекулярные примеси, отделяемые экстракцией горячей водой из полимера с последующим выпариванием полученного раствора. Это смесь олигокапроамидов (89-94%), циклических олигомеров (1-3%) и ε-капролактама (5-8%).

Ввиду наличия в отходах производства поликапроамида полярных групп (аминных, амидных, карбоксильных) повышаются сопротивление старению, адгезия композиции к различным материалам (бетон, сталь). Полиизоцианат, вступая в реакцию с аминными и амидными группами отходов, образует дополнительные сшивки, тем самым улучшая показатель водопоглощения. Однако применение более 40 мас.ч. отходов производства поликапроамида в композиции приводит к резкому снижению физико-механических свойств.

Введение катализатора уретанообразования менее 0,001 мас.ч. нецелесообразно ввиду продолжительного времени отверждения композиции для покрытий. Увеличение более 3,0 мас.ч. снижает время жизнеспособности композиции.

Уменьшение количества полиизоцианата менее 10 мас.ч. приводит к образованию слабосшитой структуры и образованию гелеобразного продукта. Увеличение свыше 36 мас.ч. нецелесообразно из-за склонности к вспениванию при отверждении.

Низкомолекулярный каучук ПДИ-1К представляет собой сополимер изопрена с бутадиеном с содержанием бутадиена 80% (ТУ 38. 103342-88), получаемый полимеризацией в растворе на литиевом катализаторе с использованием регулятора полимеризации триалкилалюминия. Имеет следующие характеристики: молекулярная масса 3000-3500, содержание гидроксильных групп 0,7-1,1 мас.%, вязкость при 25°С 2,9-3,4 Па.с, температура стеклования минус 64°С, плотность 900 кг/м³, доля бифункциональных макромолекул достигает 75%.

В качестве полиизоцианата в композиции используются полиметилен-полифенилизоцианаты 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, воратекс СД-100 фирмы Нунстман Полиуретан, Бельгия с содержанием изоцианатных групп 29-32%.

В качестве катализатора уретанообразования применяют третичные амины или металлорганические соединения, например триэтиламин (ГОСТ 9966-85), диметилбензиламин (ТУ 6-09-2974-78), дибутилдилаурат олова (ТУ 6-02-818-73).

В качестве реологических модификаторов применяют поверхностно-активные вещества, например олеиновую или стеариновую кислоты или органополисилоксановые модификаторы с формулой:

где R₁ - алкильные, арильные, алкоксигруппы с числом атомов углерода до 6;

R₂ - водород, алкильные, арильные группы с числом атомов углерода до 6;

n выбирают таким образом, чтобы молекулярная масса органополисилоксана равнялась 200-2000, например, полиэтилсилоксановая жидкость ПЭС-5; тетраэтоксисилан (ТУ 6-00-5763445-14-90), этилсиликат-32 (ТУ 6-02-895-86); этилсиликат-40 (ГОСТ 26371-84), представляющие собой этиловые эфиры отокремниевой кислоты и их смеси с олигоэтоксисилоксанами с массовой долей двуокиси кремния 25-42%, плотностью 0,93-1,07 г/см³.

В состав композиции могут быть введены компоненты, не влияющие на предусматриваемый технический результат, но придающие материалу покрытия другие преимущества. Например, облегчающие диспергирование и сокращающие время смещения, в частности стеариновая, олеиновая кислоты, органический разбавитель (уайт-спирит).

Для изготовления композиции используют смесительное оборудование, обеспечивающее гомогенизацию полиизоцианата и катализатора в каучуке, диспергирование порошкообразных наполнителей и пигментов, растворение каучука в пластификаторе либо пластификатора, противостарителей и добавок в каучуке. Степень перетира твердых частиц не должна превышать 100 мкм. При промышленном использовании композиции полиизоцианат поставляют в комплекте с композицией и вводят в нее непосредственно перед нанесением покрытия.

Изобретение иллюстрируется следующим примером. В смеситель с якорной мешалкой объемом 1 л загружают 300 г низкомолекулярного каучука ПДИ-1К, 60 г полиизоцианата, 0,3 г катализатора уретанообразования (дибутилдилаурата олова), 15 г тонкоизмельченного отхода производства поликапроамида, смесь перемешивают 10 минут. Полученную массу наливают на формы и выдерживают при температуре не ниже 20°С в течение 3-5 суток. Состав композиции соответствует примеру 1 в таблице 1.

Композиции, включающие наполнители и другие добавки, в соответствии с формулой изобретения готовят следующим образом: в смеситель загружают рецептурное количество каучука, отхода производства поликапроамида, наполнителя, пигментов, противостарителей, компонента влагопоглощения. Массу перемешивают в течение 2 часов, добавляют пластификатор, растворитель, низкомолекулярный спирт и катализатор уретанообразования и вновь перемешивают 20 минут. Затем в смеситель вводят полиизоцианат и перемешивают 10 минут. После наносят на формы для отверждения. Аналогичным образом готовится композиция по прототипу.

Испытания материала покрытия проводят по ГОСТ 263-93, ГОСТ 270-75, ГОСТ 426-66.

Свойства полученных образцов покрытий приведены в таблице 2.

Из данных таблицы 2 видно, что применение в качестве связующего низкомолекулярного каучука заявленного сополимера изопрена с бутадиеном в комплексе с отходами производства поликапрамида, полиизоцианатом и катализатором уретанообразования обеспечивает получение покрытия с пониженным водопоглощением и более высоким сопротивлением старению, чем у прототипа. Комбинация с наполнителем, компонентом влагопоглощения и органополисилоксановыми модификаторами способствует усилению эффекта снижения водопоглощения. Также покрытия имеют более высокие физико-механические показатели по сравнению с прототипом.

Покрытия из составов 14-16 имеют худшие показатели свойств, что связано с отклонением содержания компонентов композиции от оптимальных.

Таким образом, заявленная композиция для покрытий обладает пониженным водопоглощением и повышенным сопротивлением старению.

Таблица 1
Наименование компонентов	Состав, мас.ч.	Прототип пат. РФ 2186812
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16
1. Сополимер изопрена и бутадиена с соотношением мономеров 20:80, мол. массой 3000-3500	100	100	100	100	100	100	100	100	100	100	100	100	100	100	100	100
2. Сополимер изопрена и бутадиена с соотношением мономеров 30:70, мол. массой 4000-5000																	100
3. Наполнитель:
мел				150	150	150	150			200	180	150	150	280		100	90
каолин								100							100
барит									250
4. Пластификатор
хлорпарафин ХП-470				80	80		80			90	90	80		120
диоктилфталат													30				30
уайт-спирит								10		5	5
масло Нетоксол									100
масло МП						90
5. Низкомолекулярный спирт:
глицерин			1	3	3	3	3	3		4		3		3	3	10
триметилолпропан									2		3						1
триэтанроламин													3
6. Полиизоцианат	20	20	20	22	24	26	32	22	36	22	22	36	16	40	10	9	12
7. Влагопоглотитель
оксид кальция		5	20	10		10	10	10		15			10	10	10	10
цемент					10						10

	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	Прототип
гипс									10			10
8. Катализатор уретанообразования	0,1	0,25	0,25	0,5	1,0	0,5	0,5	3,0	0,001	0,5	1,0	1,0	0,05	3,5	0,001	0,0005	0,01
9. Отход производства поликапроамида	1	10	10	5	10	20	40	10	5	10	15	2	0,5	5	1	50
10. Пигмент						5	1	0,5	10	5		5
11. Противостаритель:
2,6-Дитретбутил-4-метилфенол					1			2
продукт 2246						1				0,5
2,4,6-Тритретбутил-фенол																	1,5
12.Органополисилоксановые модификаторы					1	1		0,5	5	1,5	1			6
13. Этилсиликат																	1,0
Примечания: 1. В составах 1-4, 6, 7, 9, 10, 13, 15, 16 и в прототипе использован дибутиллаурат олова, в составе 5,11,14 -диметилбензиламин, в составе 8,12 - триэтиламин. 2. В составах 9, 10 использован пигмент железнокислый, в составе 7 - пигмент красный марки 4С, в составах 6, 12 - оксид хрома, в составе 8 - фталоциановый синий. 3. В составах 1-4 и прототипе использовался полиизоцианат на основе 4, 4-дифенилметандиизоцианата, в составах 5-7 использовался десмодур, в составах 8-10 - супрасек 5005, в составах 11-16 - Воратекс СД-100. 4. В составе 8 использована полиэтилсилоксановая жидкость ПЭС-5, в составе 11 - тетраэтоксисилан, в составе 10 - этилсиликат 32, в составе 9, 14 - этилсиликат 40, в составе 5 - стеариновая кислота, в составе 6 - олеиновая кислота.

Таблица 2
Наименование показателей	Свойства	Прототип пат. РФ 2186812
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16
Твердость по Шору А, у.е.	42	47	50	63	66	61	47	70	73	70	65	75	62	38	53	10	42
Условная прочность, кг/см2	8	9	9	15	16	14	8	23	21	17	17	20	22	8	12	2	8
Эластичность по отскоку, %	40	53	58	45	45	44	40	45	35	36	40	40	42	30	32	8	30
Коэффициент старения по прочности	0,88	0,90	0,92	0,96	0,96	0,97	0,88	0,95	0,88	0,95	0,96	0,98	0,90	0,7	0,83	0,5	0,88
Водопоглощение, %	0,8	0,8	1,0	0,98	1,0	1,2	2,0	1,1	1,0	1,0	1,0	0,96	1,1	2,0	2,2	2,5	2,6

1. Композиция для покрытий, включающая низкомолекулярный каучук, полиизоцианат, катализатор уретанообразования, отличающаяся тем, что она содержит в качестве низкомолекулярного каучука сополимер изопрена с бутадиеном при соотношении мономеров 20:80 молекулярной массы 3000-3500, с содержанием гидроксильных групп 0,7-1,1 мас.%, и композиция дополнительно содержит отходы производства поликапроамида при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Низкомолекулярный каучук	100
Полиизоцианат	10-36
Отходы производства поликапроамида	0,5-40
Катализатор уретанообразования	0,001-3,0

2. Композиция для покрытий по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит компонент для влагопоглощения, наполнитель, пластификатор, растворитель, низкомолекулярный спирт, противостаритель, пигмент, поверхностно-активное вещество.