Герметизирующая и гидроизолирующая композиция
Владельцы патента RU 2434922:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) (RU)
Изобретение относится к композиции для герметизации и гидроизоляции строительных сооружений, в частности кровельных покрытий. Композиция содержит, мас.ч.: полисульфидный олигомер 100, диоксид марганца 9-15, мел природный технический дисперсный марки МТД-2 90-150, диатомит 20-30, пластификатор 30-60, дифенилгуанидин 0,2-0,6 и модифицирующая добавка 0,5-1,0. Модифицирующая добавка представляет собой кубовый остаток с температурой кипения не менее 200°С, полученный после отгонки из кубового отхода производства N-метиланилина фракции с температурой кипения до 200°С. Полученная композиция позволяет повысить физико-механические, адгезионные и гидроизоляционные свойства эластомерного материала. 2 табл.
Изобретение относится к полимерным строительным материалам и может быть использовано для изготовления герметизирующих и гидроизоляционных композиций, перерабатываемых методом заливки.
Известен состав для герметизации и склеивания, включающий жидкий тиокол, натрий двухромовокислый, воду, наполнитель, эпоксидную смолу, дифенилгуанидин [Аверко-Антонович Л.А. и др. Полисульфидные олигомеры и герметики на их основе. Л.: Химия, 1983, с.75-78].
Недостатками состава являются высокое водопоглощение, а также низкая скорость отверждения при комнатной температуре и высокая вязкость.
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. С09K 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 [а.с. СССР №1054397, кл. С09K 3/10, опубл. 1983].
Недостатками композиции являются низкие: гидролитическая стабильность, физико-механические свойства и тиксотропность.
Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому результату является герметизирующая композиция, включающая полисульфидный олигомер, диоксид титана, гидрофобизированный мел, аэросил, полиэтиленгликольадипинат, диоксид марганца, стеариновую кислоту, дифенилгуанидин и пластификатор - смесь диоксановых спиртов и их высококипящих эфиров при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Полисульфидный олигомер | 100 |
| Диоксид титана | 79-81 |
| Гидрофобизированный мел | 16-18 |
| Аэросил | 4,3-4,6 |
| Полиэтиленгликольадипинат | 0,7-1,4 |
| Диоксид марганца | 8,8-14,8 |
| Стеариновую кислоту | 0,9-1,5 |
| Дифенилгуанидин | 2,7-4,5 |
| Смесь диоксановых спиртов и их высококипящих эфиров | 9,5-12,5 |
[патент РФ №2064955, кл.6 С09K 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).
Использование в составе прототипа и аналогов изобретения таких гидрофильных веществ, как аэросил, диоксид титана, полиэфир, смеси диоксановых спиртов и их высококипящих эфиров, в значительной степени снижает гидроизоляционные свойства покрытий. Присущая вулканизатам тиоколов гидрофильность полимерной матрицы и наличие вышеназванных компонентов в композиции обуславливает высокое водопоглощение покрытия. Помимо этого комплекс свойств материалов на основе полисульфидных олигомеров существенно зависит от топологической структуры вулканизационной сетки, определяемой типом и содержанием окислителя и ускорителя. Использование в прототипе гидрофобизированного мела существенно ухудшает перерабатываемость композиций.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка состава композиции, обладающей повышенными физико-механическими, адгезионными и гидроизоляционными свойствами.
Техническим результатом является повышение физико-механических, адгезионных и гидроизоляционных свойств покрытия, а также расширение областей применения заявленной композиции.
Поставленный технический результат решается использованием композиции, включающей полисульфидный олигомер, пластификатор - смесь диоксановых спиртов и их высококипящих эфиров, диоксид марганца и дифенилгуанидин, наполнитель - мел природный технический дисперсный марки МТД-2, диатомит и дополнительно модифицирующую добавку при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Полисульфидный олигомер | 100 |
| Диоксид марганца | 9-15 |
| Мел природный технический | |
| дисперсный марки МТД-2 | 90-150 |
| Диатомит | 20-30 |
| Пластификатор | 30-60 |
| Дифенилгуанидин | 0,2-0,6 |
| Модифицирующая добавка | 0,5-1,5 |
Сущность изобретения заключается в следующем. Использование мела природного технического дисперсного марки МТД-2 позволяет получать композиции с улучшенной перерабатываемостью. Введение диатомита способствует взаимоусилению структурных образований между полимерной матрицей и, как следствие, повышению упруго-прочностных характеристик. В составе композиций на основе полисульфидного олигомера модифицирующая добавка проявляет себя в качестве ускорителя вулканизации и обеспечивает улучшение адгезионных свойств материалов. В сравнении с дифенилгуанидином кубовый отход производства N - метиланилина в меньшей степени ускоряет процесс отверждения композиций, что способствует более высокой конверсии взаимодействующих реакционных центров на поздних стадиях процесса структурообразования эластомера. Сочетание в композиции дифенилгуанидина и кубового отхода производства N-метиланилина приводит к повышению плотности сшивания вулканизатов. Наличие аминогрупп в кубовом отходе производства N-метиланилина обусловливает повышенную прочность соединения материалов с субстратами.
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 таблицы 1 и 2 при содержании дифенилгуанидина менее 0,2 мас.ч. ухудшаются физико-механические свойства покрытия и гидростабильность покрытия. Увеличение концентрации ускорителя выше 0,6 мас.ч. приводит к снижению жизнеспособности составов.
При использовании диоксида марганца в количестве менее 9 мас.ч. уменьшается густота сшивки вулканизата, физико-механические и гидроизоляционные свойства. Использование большего 15 мас.ч. количества вулканизующего агента снижает жизнеспособность композиции.
При содержании мела менее 90 мас.ч. ухудшаются стоимостные показатели композиции. Увеличение содержания мела выше 150 мас.ч. приводит к снижению прочностных показателей и увеличивает сорбционную способность 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 диатомита менее 20 мас.ч. снижаются прочностные свойства материала. Использование диатомита в количестве более 30 мас.ч. приводит к ухудшению перерабатываемости композиций.
Использование модифицирующей добавки в количестве менее 0,5 мас.ч. приводит к снижению адгезионной прочности соединения с субстратами. При увеличении содержания модифицирующей добавки свыше 1,5 мас.ч. снижаются упруго-прочностные свойства.
В качестве полисульфидного олигомера используются жидкие тиоколы марок I, II и НВБ-2, со среднечисленной ММ 1700-5500, содержанием SH-групп 1,6-4,3% (ГОСТ 12812-80). Вязкость тиоколов при 25°С составляет 7,5-50 Па·с. Вулканизующий агент - диоксид марганца (ГОСТ 4470-79). Ускоритель вулканизации - дифенилгуанидин. В качестве пластификатора используется смесь диоксановых спиртов и их высококипящих эфиров. Смесь диоксановых спиртов и их высококипящих эфиров получается из флотореагента-оксаля (крупнотоннажного отхода производства изопрена), выпускаемого по ТУ 38 103429-88, и представляет собой его фракцию, выкипающую до 90% при температуре 150-155°С при давлении 6-10 мм рт.ст. Смесь диоксановых спиртов и их высококипящих эфиров имеет следующие физико-химические характеристики:
| Эфирное число, мг КОН/г | 1,5-4,0 |
| Плотность, г/см3 | 1,080-1,105 |
| Массовая доля летучих веществ | 0,5-0,6 |
| Температура вспышки, °С | 130-140 |
| Температура застывания, °С | 40-50 |
| Содержание примесей: следы диметилдиоксана | |
| Показатель преломления | 1,467 |
| Динамическая вязкость при 20°С, Па·с | 0,55 |
| Температура начала кипения, °С | 40-50 |
Наполнитель - мел природный технический дисперсный марки МТД-2 (ТУ-5743-008-05120542-96).
Диатомит (ТУ 5761-001-25310144-99) представляет собой легкие пористые породы от белого до желтовато-серого цвета. Средняя плотность диатомита колеблется в пределах от 0,15 до 0,6 г/см3. Диатомит на 96% состоит из водного кремнезема (опала) общей формулы SiO2·nH2O.
Модифицирующая добавка представляет собой кубовый остаток с температурой кипения не менее 200°С, полученный после отгонки из кубового отхода производства N-метиланилина (стадия выделения товарного N-метиланилина) фракции с температурой кипения до 200°С. Модифицирующая добавка представляет собой смесь, состоящую из более чем 100 веществ, в том числе, мас.%:
| N-метиланилина | 3-5 |
| N-циклогексиламин | 15-20 |
| м-толуидин | 1-3 |
| N-(3-толил)бензамид | 10-13 |
| Смесь веществ с Ткип до 240°С/4 мм рт.ст. | 51-29 |
| Высокомолекулярные смолистые вещества | 20-30 |
Доля аминогрупп в составе модифицирующей добавки 4-6 мас.% Модифицирующая добавка представляет собой подвижную жидкость от темно-коричневого до черного цвета с характерным запахом.
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 по ГОСТ 2678-80, прочность сцепления с бетоном по ГОСТ 265789-85, время жизнеспособности по ГОСТ 12812-80. Реологические свойства композиций определялись на ротационном вискозиметре «РПЭ-1м» при скорости сдвига 1 с-1 с использованием измерительной ячейки «цилиндр-цилиндр» при (23±2°С). Плотность эффективных и химических поперечных связей определяли методом Клаффа-Глединга по модулю сжатия набухших и ненабухших образцов [Gluff F.S., Gladding M.K., Parisor R. A new method for measuring the degree of crosslinking in elastomers. - J. Polim. Sci. 1960. v.45. № e. - p.341-345].
Состав и свойства герметизирующей и гидроизоляционной композиции приведены в табл.1 и 2.
Пример 1. В шаровую мельницу объемом 500 см3 загружают 100 г полисульфидного олигомера, 30 г пластификатора, 90 г мела природного технического дисперсного марки МТД-2, 20 г диатомита, 0,5 г модифицирующей добавки и 0,2 г дифенилгуанидина. Мельницу включают и проводят диспергирование в течение 3-5 часов. В полученную массу добавляют 9 г диоксида марганца, перемешивают еще 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 2-8, состав которых указан в таблице 1, а свойства - в таблице 2.
Как видно из таблицы 2, наилучшие показатели имеют композиции состава по примерам 1-4.
Пример по прототипу. 100 мас.ч. полисульфидного олигомера смешивают с 79 мас.ч. диоксида титана, с 16 мас.ч. гидрофобизированного мела, с 4,3 мас.ч. аэросила, с 0,7 мас.ч. полиэтиленгликольадипината, с 8,8 мас.ч. диоксида марганца, с 0,9 мас.ч. стеариновой кислоты, с 2,7 мас.ч. дифенилгуанидина и 9,5 мас.ч. диоксановых спиртов и их высококипящих эфиров при комнатной температуре до образования однородной массы. Вулканизацию проводят в две стадии: при 20°С 24 часа и 70°С 24 часа.
Таким образом, предлагаемая композиция обеспечивает получение эластомерного материала с повышенными гидроизоляционными, физико-механическими и адгезионными свойствами. Композиция может использоваться для создания герметизирующих, гидроизолирующих и кровельных покрытий. Достаточная тиксотропность состава и свойства покрытия позволяют применять композицию для герметизации вертикальных примыканий бетонных оснований.
| Таблица 1 | |||||||||
| Компоненты композиции | Содержание компонентов в композиции, мас.ч. по примерам | Прототип | |||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | |
| Полисульфидный олигомер | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| Диоксид титана | - | - | - | - | - | - | - | - | 80 |
| Мел гидрофобизированный | - | - | - | - | - | - | - | - | 17 |
| Мел природный технический дисперсный марки МТД-2 | 90 | 110 | 130 | 150 | 70 | 70 | 170 | 170 | 17 |
| Аэросил | - | - | - | - | - | - | - | - | 4,5 |
| Полиэфир | - | - | - | - | - | - | - | - | 1,0 |
| Диоксид марганца | 9 | 11 | 13 | 15 | 7 | 17 | 7 | 9 | 11,8 |
| Стеариновая кислота | - | - | - | - | - | - | - | - | 1,2 |
| Дифенилгуанидин | 0,2 | 0,4 | 0,4 | 0,6 | 0,1 | 0,6 | 0,4 | 0,8 | 3,6 |
| Смесь диоксановых спиртов и их высококипящих эфиров | 30 | 40 | 50 | 60 | 20 | 80 | 40 | 80 | 11 |
| Диатомит | 20 | 25 | 25 | 30 | 5 | 30 | 30 | 40 | - |
| Модифицирующая добавка | 0,5 | 1,0 | 0,7 | 1,5 | 0,2 | 0,5 | 1,0 | 3,0 | - |
| Таблица 2 | |||||||||
| Показатель | Пример | Прототип | |||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | |
| Вязкость (23±2°С), Па·с | 190 | 191 | 186 | 195 | 190 | 186 | 200 | 200 | 172 |
| Жизнеспособность, мин | 125 | 114 | 114 | 113 | 137 | 108 | 113 | 104 | 110 |
| Твердость по Шору А, усл.ед. | 57 | 59 | 59 | 63 | 54 | 62 | 57 | 62 | 54 |
| Условная прочность при растяжении, МПа | 2,38 | 2,49 | 2,50 | 2,56 | 2,09 | 2,48 | 2,32 | 2,42 | 1,14 |
| Относительное удлинение, % | 323 | 336 | 332 | 332 | 356 | 342 | 313 | 321 | 310 |
| Относительное остаточное удлинение после разрыва, % | 3 | 3 | 3 | 2 | 6 | 4 | 4 | 5 | 6 |
| Сопротивление раздиру, кН/м | 1,4 | 1,4 | 1,4 | 1,5 | 1,2 | 1,3 | 1,3 | 1,3 | 1,2 |
| Прочность сцепления с бетоном, МПа | 0,73 | 0,74 | 0,76 | 0,85 | 0,73 | 0,74 | 0,70 | 0,71 | 0,61 |
| Водопоглощение, мас.% | |||||||||
| При 23+2°С | |||||||||
| Через 1 сут | 1,3 | 1,3 | 1,2 | 1,2 | 2,1 | 1,4 | 1,3 | 1,3 | 2,6 |
| Через 120 сут | 16,2 | 16,5 | 16,4 | 16,3 | 17,7 | 16,9 | 16,7 | 16,4 | 25,2 |
| Плотность эффективных цепей υ·104, моль/см3 | 2,9 | 2,8 | 2,9 | 2,7 | 2,2 | 2,5 | 2,4 | 2,4 | 1,80 |
Герметизирующая и гидроизоляционная композиция, включающая полисульфидный олигомер, пластификатор - смесь диоксановых спиртов и их высококипящих эфиров, наполнитель, диоксид марганца и дифенилгуанидин, отличающаяся тем, что в качестве наполнителя содержит мел природный технический дисперсный марки МТД-2, диатомит и дополнительно модифицирующую добавку, представляющую собой кубовый остаток с температурой кипения не менее 200°С, полученный после отгонки из кубового отхода производства N-метиланилина фракции с температурой кипения до 200°С, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Полисульфидный олигомер | 100 |
| Диоксид марганца | 9-15 |
| Мел природный технический | |
| дисперсный марки МТД-2 | 90-150 |
| Диатомит | 20-30 |
| Пластификатор | 30-60 |
| Дифенилгуанидин | 0,2-0,6 |
| Модифицирующая добавка | 0,5-1,5 |
