Композиция для спортивных покрытий
Владельцы патента RU 2434913:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) (RU)
Изобретение относится к композициям для спортивных покрытий на основе жидких углеводородных каучуков, а именно покрытий беговых дорожек и спортивных площадок. Композиция содержит, мас.ч.: 100 олигобутадиендиола, 5-30 пластификатора, 80-100 минерального наполнителя, 1-5 трехфункционального низкомолекулярного спирта, 14-24 полиметиленполифениленполиизоцианата с содержанием изоцианатных групп 29,5-31,0%, 0,01-1,10 оловоорганического катализатора, 0,5-1,5 2,4,6-три-третбутилфенола, 0,1-0,5 диацетат-ди-ε-капролактамата меди и 0,5-1,5 модификатора. Модификатор представляет собой модифицированный монтмориллонит, полученный взаимодействием монтмориллонита и 1,1,5-тригидроперфторпентанола-1. Изобретение позволяет получать композиции с повышенными динамическими и физико-механическими и показателями, а также стойкостью к термоокислительному и световому старению. 2 табл.
Изобретение относится к композициям для спортивных покрытий на основе жидких углеводородных каучуков для изготовления покрытий беговых дорожек и спортивных площадок.
Известна композиция для изготовления эластичных покрытий, включающая низкомолекулярный бутадиенпипериленовый каучук, оксид кальция, мел, глицерин, катализатор уретанообразования, полиизоцианат и триэтилбензиламмонийхлорид [патент РФ 2211850 С1, кл.6 C09D 109/00, опубл. 1999].
Широкое распределение по типу функциональности бутадиенпипериленового олигомера обуславливает дефектность трехмерной сетки, образующейся при отверждении полиизоцианатом, что является следствием низкого уровня динамических и физико-механических показателей покрытия.
Известна композиция для покрытий спортивных площадок и гидроизоляционных покрытий, включающая гидроксилсодержащий олигодиендиол - сополимер изопрена и бутадиена, пластификатор, минеральный наполнитель, трехфункциональный низкомолекулярный спирт, катализатор уретанообразования, 2,4,6-три-третбутилфенол, отвердитель полиизоцианат и дополнительно этилсиликат [патент РФ 2186812, C09D 109/00, опубл. 10.08.2002].
Недостатком этих композиций является низкий уровень динамических и физико-механических свойств отвержденных эластомерных покрытий.
Известна композиция для покрытий, включающая олигобутадиендиол, пластификатор, минеральный наполнитель, трехфункциональный низкомолекулярный спирт, оловоорганический катализатор уретанообразования, 2,4,6-три-третбутилфенол, полиизоцианат и этилсиликат [патент РФ 2190002, кл.7 C09D 109/00, опубл. 2002].
Недостатком этих композиций является невысокий уровень динамических и физико-механических свойств.
Наиболее близким решением к предлагаемому изобретению (прототип) является композиция, описанная в способе получения композиции для покрытия [патент РФ 2325418, C09D 175/08, опубл. 27.05.2008, бюл. №15], включающая олигобутадиендиол, пластификатор, минеральный наполнитель, трехфункциональный низкомолекулярный спирт, оловоорганический катализатор уретанообразования, 2,4,6-три-третбутилфенол, полиметиленполифениленполиизоцианат с содержанием изоцианатных групп 29,5-31,0% и полисульфидный олигомер при соотношении компонентов, мас.ч.:
| Олигобутадиендиол | 100 |
| Пластификатор | 5-30 |
| Минеральный наполнитель | 90-150 |
| Трехфункциональный низкомолекулярный спирт | 1-5 |
| Указанный полиизоцианат | 14-24 |
| Оловоорганический катализатор | 0,01-1,10 |
| 2,4,6-Три-третбутилфенол | 0,5-1,5 |
| Полисульфидный олигомер | 5-15 |
Покрытия из данной композиции характеризуются недостаточным уровнем динамических и физико-механических свойств.
Техническим результатом является повышение уровня динамических и физико-механических свойств, стойкости к термоокислительному и световому старению.
Поставленный технический результат достигается тем, что композиция для спортивных покрытий, включающая олигобутадиендиол, пластификатор, минеральный наполнитель, трехфункциональный спирт, полиметиленполифениленполиизоцианат с содержанием изоцианатных групп 29,5-31,0%, оловоорганический катализатор, 2,4,6-три-третбутилфенол, дополнительно содержит модификатор - монтмориллонит, предварительно полученный в результате взаимодействия монтмориллонита и 1,1,5-тригидроперфторпентанола-1 при массовом соотношении, равном 1:1, температуре 70°С, частоте ультразвука 40 кГц и времени 90 мин, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Олигобутадиендиол | 100 |
| Пластификатор | 5-30 |
| Минеральный наполнитель | 80-100 |
| Трехфункциональный низкомолекулярный спирт | 1-5 |
| Указанный полиизоцианат | 14-24 |
| Оловоорганический катализатор | 0,01-1,10 |
| 2,4,6-Три-третбутилфенол | 0,5-1,5 |
| Модификатор | 0,5-1,5 |
| Диацетат-ди-ε-капролактамат меди | 0,1-0,5. |
Введение модификатора способствует улучшению перерабатываемости композиций и увеличению адгезионной прочности сцепления с субстратами. Введение диацетат-ди-ε-капролактамата меди приводит к повышению: уровня адгезионного взаимодействия с субстратами, термоокислительной и световой стабильности полиуретанов.
В качестве олигобутадиендиола в композиции используется сополимер бутадиена и изопрена ПДИ-1К (ТУ 38.103342-88) с соотношением мономеров 70:30; молекулярной массой 4000-5000; содержанием гидроксильных групп, мас.%, 0,75-0,89, и олигодиендиолы с молекулярной массой 2000-5000; индексом полидисперсности 1,20-1,35; вязкостью по Брукфилду, Па·с (25°С), 8,5-22; содержанием концевых гидроксильных групп, %, 0,7-1,7; микроструктурой, %, 1,4-цис 10-15, 1,4-транс 20-25, 1,2-(винил) 60-70; распределением по ОН-группам (РТФ), %: бесфункциональные 2, монофункциональные 6, бифункциональные 92; плотностью, кг/м3: 900-910 (олигодиендиолы Krasol LBH производства фирмы Sartomer).
В качестве пластификатора композиция содержит соединения, используемые в производстве эластомерных материалов на основе диеновых каучуков: алкил(арил)овые эфиры фталевой или фосфорной кислоты, хлорпарафины.
Наполнителями для каучуковой основы служат минеральные порошки средней дисперсности, такие как мел, известь-отсев, каолин, тальк.
2,4,6-Три-третметилфенол представляет собой кристаллический порошок с зелено-желтым оттенком, хорошо растворимый в углеводородах, и имеет следующие характеристики: температура плавления 129-131°С, массовая доля золы - не более 0,05%. Получают путем алкилирования фенола изобутиленом в присутствии катализатора. Торговое название - антиоксидант П-23 (ТУ 6-14-26-77).
В качестве трехфункционального низкомолекулярного спирта в композиции используется глицерин, триэтаноламин или триметилолпропан.
В качестве полиизоцианата в композиции используется полиметиленполифениленполиизоционаты, получаемые фосгенированием продукта конденсации анилина с формальдегидом (ТУ 2224-152-04691277-96). Содержание изоцианатных групп 29,5-31%.
В качестве оловоорганического катализатора применяют октоат олова, дибутилдилауринат олова (ТУ 6-02-818-78), могут использоваться и другие оловоорганические соединения, применяемые для синтеза полиуретанов.
Диацетат-ди-ε-капролактамат меди [Cu(NH(СН2)5С(O))2](ОСОСН3)2 получают при взаимодействии 1 моль диацетата меди и 2 моль ε-капролактама в хлороформе [Ефанова Е.Ю. Катализ реакции ε-капролактама с предельными незамещенными и полифторированными одноатомными спиртами в синтезе олигомеров. Автореферат дис. канд. хим. наук. Волгоград, 2002. - C.11].
В состав композиции могут быть введены добавки, придающие материалу покрытия другие преимущества. В качестве компонента, обеспечивающего снижение расхода композиции на изготовление единицы площади, используется резиновая крошка. Для улучшения внешнего вида в композицию могут быть введены пигменты.
Для изготовления композиции для спортивных покрытий используют смесительное оборудование, обеспечивающее гомогенизацию со степенью перетира твердых частиц не более 100 мкм. Полиизоцианат и катализатор уретанообразования поставляют в комплекте с композицией и добавляют в нее на месте укладки покрытия. Резиновую крошку вмешивают в композицию перед введением отвердителя.
Модификатор представляет собой слоистый алюмосиликат монтмориллонит, обработанный 1,1,5-тригидроперфторпентанолом-1 (химическая формула Н(CF2CF2)2CH2OH).
Пример. Частицы монтмориллонита в количестве 1 г предварительно диспергируют в ультразвуковом поле при частоте 40 кГц в 30 мл этанола в течение 1 ч. Далее к дисперсии частиц глины в этаноле добавляют 1 г 1,1,5-тригидроперфтор-пентанола-1 в 20 мл этанола и продолжают диспергирование частиц еще в течение 30 мин при температуре 70°С. Модифицированный монтмориллонит промывают этанолом (10 мл) до нулевой концентрации 1,1,5-тригидроперфторпентанола-1 в растворе. Затем упаривают остатки этанола из глины и сушат продукт при 100°С.
ИК-спектр ν, см-1: С-Н (ν 2854-2956 см-1), C-F (ν 1366-1024 см-1), ОН 1,1,5-тригидроперфторпентанола-1 (ν 3550-3658 см-1).
Изобретение иллюстрируется следующим примером 1 (состав 1, табл.1).
Пример 1. В смеситель с якорной мешалкой объемом 0,5 л загружают 100 г олигобутадиендиола ПДИ-1К, 70 г мела, 10 г извести-отсева, 5 г дибутилфенилфосфата, 5 г триметилолпропана, 0,1 г октоата олова, 0,5 г 2,4,6-три-третбутилфенола, 0,5 г модификатора - монтмориллонита, содержащего 10,28 мас.% 1,1,5-тригидроперфторпентанола-1 и 0,1 г диацетат-ди-ε-капролактамата меди. Смешение компонентов проводят в течение 30 мин. В полученную смесь добавляют 10 г резиновой крошки, 24 г полиизоцианата и вновь перемешивают в течение 8 мин. Полученную смесь заливают в формы и выдерживают 20-25 суток при температуре 18-25°С.
Аналогичным образом готовятся композиции состава 2-10 по примеру 1.
Состав всех исследуемых композиций приведен в таблице 1. Свойства образцов покрытий из композиций приведены в таблице 2.
Образцы покрытия испытывали по ГОСТ 263-75, ГОСТ-275-75, ГОСТ-6950-73, ГОСТ-2678-88 и методами (Кувшинский Е.В., Сидорович Е.А. Маятниковый эластомер КС // Журнал теоретической физики, 1957, т.26, с.878-886. Сидорович. Е.А., Кувшинский Е.В. Изучение ударного сжатия резин // Физика твердого тела. 1961, т.3.11, с.3487-3494; и Медведев В.П. Разработка эластомерных покрытий для спортивных сооружений на основе анализа взаимодействия элементов в системе «опорно-двигательный аппарат спортсмена - покрытие». Дисс. канд. техн. наук. Волгоград, 1989 г.). Показатели, характеризующие светостойкость пенополиуретанов, регистрировались для образцов, подвергнутых фотооблучению лампой ДРТ-400.
| Таблица 1 | |||||||||||
| Состав композиции для спортивных покрытий | |||||||||||
| Наименование компонентов | Состав, мас.ч. | Прототип, патент РФ 2325418 | |||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | ||
| ПДИ-1К | 100 | 100 | - | - | - | - | - | - | 100 | - | 100 |
| Krasol LBH | - | - | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | - | 100 | - |
| Пластификатор | 5 | 15 | 20 | 20 | 30 | 40 | 15 | 2,5 | 15 | 20 | 20 |
| Минеральный наполнитель: | |||||||||||
| Мел | 70 | - | - | 80 | 100 | 170 | - | - | - | 120 | - |
| Известь-отсев | 10 | - | - | 10 | - | - | - | - | - | 20 | - |
| Каолин | - | 100 | - | - | - | - | 120 | - | 100 | - | - |
| Тальк | - | - | 100 | - | - | - | - | 60 | - | - | 120 |
| Трехфункциональный низкомолекулярный спирт | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0,5 | 3 | 6 | 4 | 2 | 3 |
| Полиизоцианат | 24 | 20 | 16 | 16 | 14 | 16 | 10 | 28 | 20 | 16 | 16 |
| Оловоорганический катализатор: | |||||||||||
| Октоат олова | 0,1 | - | - | - | 0,05 | - | 1,10 | 0,15 | - | - | - |
| Дибутилдилауринат олова | - | 0,01 | 0,08 | 1,10 | - | 0,005 | - | - | 0,01 | 0,06 | 0,03 |
| 2,4,6-три-третбутилфенол | 0,5 | 1,0 | 1,5 | 1,0 | 0,5 | 1,0 | 0,25 | 2,0 | 1,0 | 1,0 | 1,5 |
| Резиновая крошка | 10 | - | - | - | 10 | - | - | - | - | - | - |
| Пигмент красный С | - | 5 | - | 5 | - | - | - | - | 5 | 5 | - |
| Полисульфидный олигомер | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | 10 |
| Модификатор | 0,5 | 1,0 | 0,8 | 1,4 | 1,5 | 1,5 | 1,0 | 0,5 | 1,5 | 3,0 | - |
| Диацетат-ди-ε-капролактамат меди | 0,1 | 0,4 | 0,5 | 0,3 | 0,5 | 0,5 | 0,1 | 0,01 | 0,3 | 2,0 | - |
| Примечание: | |||||||||||
| 1. В качестве пластификатора в примерах 1 и 6 используется дибутилфенилфосфат, в примерах 2, 8 используется диоктилфталат, в остальных примерах и прототипе - хлорпарафин ХП-470 | |||||||||||
| 2. В качестве трехфункционального низкомолекулярного спирта в примерах 3, 5 и прототипе используется триэтаноламин, в примере 1 - триметилолпропан, в остальных глицерин | |||||||||||
| 3. Молекулярная масса/содержание гидроксильных групп (%) олигобутадиендиола Krasol LBH по примерам составляет 3 и прототипе - 3000/1,3; 4,6,10 - 4000/0,85; 5 - 5000/0,70; 7 - 5000/0,56; 8 - 1500/2,30 |
| Таблица 2 | |||||||||||
| Свойства композиций для спортивных покрытий | |||||||||||
| Наименование показателей | Значения показателей | Прототип, патент РФ 2325418 | |||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | ||
| Твердость по Шору А, усл.ед. | 68 | 64 | 56 | 64 | 59 | 43 | 34 | 52 | 58 | 60 | 56 |
| Условная прочность при разрыве, кгс/см2 | 3,3 | 3,2 | 3,0 | 3,3 | 3,1 | 1,4 | 0,6 | 2,3 | 3,3 | 2,7 | 3,3 |
| Относительное удлинение, % | 205 | 190 | 210 | 205 | 210 | 100 | 270 | 34 | 185 | 180 | 220 |
| Эластичность по отскоку, % | 54 | 48 | 53 | 45 | 42 | 34 | 28 | 42 | 45 | 48 | 49 |
| Динамический модуль упругости, МПа | 6,9 | 6,5 | 6,8 | 6,3 | 6,4 | 2,7 | 2,9 | 5,8 | 5,9 | 5,5 | 5,9 |
| Тангенс угла механических потерь | 0,103 | 0,100 | 0,103 | 0,106 | 0,105 | 0,310 | 0,300 | 0,344 | 0,113 | 0,117 | 0,108 |
| Декремент затухания колебательной системы «образец-боек», с-1 | 135 | 142 | 134 | 151 | 130 | 236 | 241 | 232 | 245 | 253 | 220 |
| Отношение времени релаксации к времени удара, τ/Т | 0,98 | 0,96 | 1,22 | 1,15 | 1,77 | 1,45 | 1,52 | 1,53 | 1,58 | 1,49 | 1,39 |
| Коэффициент старения по прочности при растяжении (термоокислительное старение при 60°С в течение 60 сут) | 0,80 | 0,81 | 0,83 | 0,85 | 0,89 | 0,70 | 0,79 | 0,65 | 0,71 | 0,80 | 0,77 |
| Коэффициент старения по прочности при растяжении (световое старение при 60°С в течение 60 сут) | 0,75 | 0,79 | 0,81 | 0,84 | 0,86 | 0,64 | 0,80 | 0,60 | 0,65 | 0,75 | 0,62 |
При содержании модификатора менее 0,5 мас.ч. ухудшается перерабатываемость композиций и снижается прочность соединения покрытия с субстратами. Увеличение содержания модификатора свыше 1,5 мас.ч. приводит к снижению скорости отверждения композиций.
Использование в композиции диацетат-ди-ε-капролактамата меди в количестве менее 0,1 мас.ч. приводит к снижению светостойкости покрытий. При содержании диацетат-ди-ε-капролактамата меди свыше 0,5 мас.ч. снижается жизнеспособность композиций.
Таким образом, заявленная композиция обеспечивает получение покрытий с более высоким комплексом динамических, физико-механических характеристик и повышенной стойкостью к термоокислительному и световому старению. Повышение комплекса свойств покрытий достигается благодаря использованию модификатора в сочетании с диацетат-ди-ε-капролактаматом меди.
Композиция для спортивных покрытий, включающая олигобутадиендиол, пластификатор, минеральный наполнитель, трехфункциональный спирт, полиметиленполифениленполиизоцианат с содержанием изоцианатных групп 29,5-31,0%, оловоорганический катализатор, 2,4,6-три-третбутилфенол, отличающаяся тем, что дополнительно включает диацетат-ди-ε-капролактамат меди и модификатор - монтмориллонит, предварительно полученный в результате взаимодействия монтмориллонита и 1,1,5-тригидроперфторпентанола-1 при массовом соотношении, равном 1:1, температуре 70°С, частоте ультразвука 40 кГц и времени 90 мин при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Олигобутадиендиол | 100 |
| Пластификатор | 5-30 |
| Минеральный наполнитель | 80-100 |
| Трехфункциональный низкомолекулярный спирт | 1-5 |
| Указанный полиизоцианат | 14-24 |
| Оловоорганический катализатор | 0,01-1,10 |
| 2,4,6-три-третбутилфенол | 0,5-1,5 |
| Модификатор | 0,5-1,5 |
| Диацетат-ди-ε-капролактамат меди | 0,1-0,5 |
