КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ МОДИФИКАЦИИ ДЕРЕВЯННЫХ ШПАЛ Российский патент 1998 года по МПК B27K3/50 B27K5/06 

Изобретение относится к полимерным композициям, которые могут быть использованы для пропитки деревянных шпал при их изготовлении и ремонте.

Известна композиция, которая может быть использована для пропитки деревянных шпал, включающая стирол (а. с. СССР N 126562, кл. B 27 K 3/15, 1958).

Недостатком данной композиции является то, что она экологически вредна, а шпалы, обработанные ею, имеют невысокое сопротивление ударным нагрузкам.

Известна также композиция для укрепления древесины, содержащая стирол и малеиновый ангидрид (патент США N 3869432, кл. C 08 C 15/02, 1975).

Ее недостатками являются низкая ударная вязкость отвержденных материалов и экологическая вредность.

Известна композиция, включающая стирол, малеиновый ангидрид и триоксиэтилен- α,ω -диметакрилат (а.с. СССР N 975400, кл. B 27 K 3/50, 1982).

К недостаткам указанного состава относятся необходимость проведения пропитки древесины вакуумным способом или под давлением и невысокое сопротивление отмодифицированной древесины энакопеременным и циклическим нагрузкам.

По технической сущности и достигаемому результату наиболее близкой к предлагаемому техническому решению является композиция, включающая (мас.ч.): полиэфирную смолу - 100, стирол 20-30, этилацетат 25-35, гидроперекись изопропил бензола 1,5-2,5 и пальмитиновую кислоту 0,75-1,25 (а.с. СССР N 1155451, кл. B 27 K 5/06, 1986).

К недостаткам данной композиции можно отнести следующее: высокую вязкость, требующую специальных условий для пропитки древесины; необходимость проводить отверждение в жидком расплаве пальмитиновой кислоты, что требует повышенной температуры; древесина, пропитанная данной композицией, имеет низкие показатели прочности при сжатии; наличие в составе композиции экологически вредных стирола и этилацетата.

Технической задачей настоящего изобретения является создание экологически чистой композиции, способной пропитывать древесину при комнатной температуре и нормальном давлении, отверждаться на воздухе и обеспечивать после отверждения повышения прочности древесины на сжатие и увеличение устойчивости к динамическим деформациям.

Поставленная задача решается за счет того, что в композиции для пропитки деревянных шпал, в качестве реакционноспособного олигомера используют смесь олигоэфирмалеинатфумарата с триоксиэтилен- α,ω -диметакрилатом и дополнительно нонилметакрилат, перекись бензоила при следующем соотношении компонентов (мас.%):
олигоэфирмалеинатфумарат - 75-90
триоксиэтилет- α,ω -диметакрилат - 6-15
нонилметакрилат - 3-8
перекись бензоила - 1-2
В композиции триоксиэтилет- α,ω -диметакрилат, во-первых, является активным растворителем полиэфирной смолы олигоэфирмалеинатфумарата и снижает ее вязкость до значений, обеспечивающих возможность самопроизвольной диффузии жидких компонентов композиции в толщу древесины, что в свою очередь, обеспечивает возможность равномерной пропитки шпалы на необходимую глубину при комнатной температуре без применения внешнего давления и/или вакуумирования. Во-вторых, сополимеризуясь с олигоэфирмалеинатфумаратом, он повышает реакционную способность малеиновых и фумаровых непредельных связей, обеспечивая, тем самым, высокие константы скоростей и большие глубины сеткообразования в реакционных отверждения полиэфирной смолы, т.е. позволяет вести последующую термообработку шпалы, пропитанной модифицирующей ее композицией при малых технологических временных и получать сетчатые структуры, обеспечивающие повышение прочности характеристик древесины. Нонилметакрилат, являясь низковязким монофункциональным веществом, во-первых, снижает вязкость композиции, облегчая пропитку древесины, во-вторых, его количество в композиции таково, что вступая в реакцию с метакриловыми или фумаровыми связями в процессах сеткообразования, он снижает разветвленность узлов сетки, что, не ухудшая, практически, статических прочностных характеристик модифицированной шкалы, значительно повышает ее динамические свойства, например, долговечность при периодических нагружениях. Перекись бензоила, во-первых, хорошо растворяясь в каждом из используемых реакционноспособных компонентах композиции, обеспечивает равномерное и регулярное распределение в объеме образующихся сетчатых структур и, во-вторых, обладая высокой инициирующей активностью, перекрывает ингибирующее действие кислорода воздуха в радикальных реакциях, что позволяет осуществлять процесс отверждения за малые времена при сравнительно низких температурах на воздухе.

На чертеже показана кривая зависимости набухания деревянных шпал от времени при использовании композиции состава N 4 из табл. 1.

Примеры конкретного выполнения изобретения.

При изготовлении композиции использовались следующие сырьевые материалы: олигоэфирмалеинатфумарат - продукт олигоконденсации ангидрида о-фталевой и малеиновой кислот с диэтиленгликолем, полученный по ВТУ 30-14366-65, с вязкостью при 20^oC=1600-1800 спз; триоксиэтилен- α,ω -диметакрилат - продукт олигоконденсации триоксиэтиленгликоля и метакрилового ангидрида, полученный по ТУ 6-01-845-73, с вязкостью 4,8-7,9 спз; нонилметакрилат - продукт взаимодействия нонилового спирта и метакриловой кислоты; перекись бензоила - технический продукт (соответствует ТУ 12-10-303-64).

Композицию готовят, сливая в резервуар и перемешивая компоненты (конкретные примеры составов приведены в табл. 1) в произвольном порядке их введения за исключением перекиси, которую вводят в последнюю очередь, непосредственно перед использованием композиции. Время смешения 8-10 мин при комнатной температуре. В полученную таким образом композицию погружают деревянную шпалу и выдерживают ее в течение 20-120 мин. За это время в шпалу проникает от 10 до 40% по весу композиции. Точное время пропитки определяют по кривой набухания (чертеж), при расчете количества композиции, необходимого для введения в шпалу. После пропитки шпалу вынимают из резервуара, дают стечь избытку жидкости с ее поверхности и помещают в термостат, разогретый до температуры 50-80^oC и выдерживают в нем в течение 20-30 мин. Затем шпалу вынимают из термостата и после остывания проводят физико-механические испытания. Аналогичным образом готовят и испытывают образцы с композицией по прототипу. Для последних термообработку проводят в расплаве пальмитиновой кислоты. Результаты испытаний приведены в табл. 1 и 2.

Пример 1 из табл. 1 характеризует свойства немодифицированной древесины, пример 14 из этой же таблицы - свойства древесной шпалы согласно прототипу. Примеры 2-5 отражают физико-механические свойства шпалы при соотношении компонентов композиции согласно изобретению и при 15% ее содержания в древесине. Можно видеть, что прочность при сжатии σoсж

, измеренная без предварительного нагружения, для шпалы, модифицированной предлагаемой композицией, в 2-4 раза больше аналогичного показателя для немодифицированной древесины и лишь незначительно его превосходит для шпалы по прототипу. Иная ситуация в случае периодических нагружений. Величина предельной прочности при сжатии σ1сж , измеренная при проведении 1000 циклов "нагружение-нагрузка" при величине нагрузки P=100 кг/см², в 2-5 раз выше для шпал, модифицированных предлагаемой композицией, чем композицией по прототипу. Прочность на сжатие после 10000 циклов σ10сж , в случае композиции по изобретению превосходит аналогичный показатель по прототипу в 10 раз и более. Предел прочности при статическом изгибе σoи у шпал, модифицированных композициями по прототипу и согласно изобретению, примерно одинаков, тогда как прочность при изгибе σуи у объектов согласно изобретению в 2 раза выше. Таким образом, приведенные примеры показывают, что модификация деревянных шпал предлагаемой композицией по сравнению с известной имеет свои преимущества в случае динамических испытаний, которые отражают реальные условия эксплуатации деревянных железнодорожных шпал. Примеры 6-10 показывают свойства модифицированной древесины при запредельных значениях дозировок компонентов в композиции. Примеры 11-13 характеризуют свойства шпалы при исключении из состава композиции хотя бы одного из компонентов.

Из примеров видно, что изменение соотношений компонентов, указанных в формуле изобретения или же исключение одного из них, не позволяет решить поставленной задачи, т. к. хотя по динамическим показателям, за некоторым исключением, свойства шпал, модифицированных предлагаемой композицией, и остаются выше, чем у шпал модифицированных известной композицией, но по показателям, измеренным в статическом режиме она остается на уровне или уступает последней.

В табл. 2 приведены физико-механические характеристики шпал при разном содержании в них модифицирующей композиции. Видно что нижний предел количества композиции в шпале определяется комплексом физико-механических показателей, а верхний - главным образом экономической целесообразностью.

Композиция предназначена для пропитки деревянных шпал при их изготовлении и ремонте. Композиция содержит реакционно-способный олигомер, в качестве которого используют смесь олигоэфирмалеинатфумарата с триоксиэфилен-α.ω-диметакрилатом и дополнительно нонилметакрилат и перекись бензоила. Данная композиция экологически чиста и способна пропитывать древесину при комнатной температуре, нормальном давлении и отверждаться на воздухе. При этом древесина приобретает повышенную прочность на сжатие и устойчивость к динамическим деформациям. 2 табл., 1 ил.

Композиция для модификации деревянных шпал, содержащая реакционноспособный олигомер и растворитель, отличающаяся тем, что она в качестве реакционноспособного олигомера содержит олигоэфирмалеинатфумарат, в качестве растворителя - триоксиэтилен-α,ω-диметакрилат и дополнительно нонилметакрилат и перекись бензоила при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Олигоэфирмалеинатфумарат - 75 - 90
Триоксиэтилен-α,ω-диметакрилат - 6 - 15
Нонилметакрилат - 3 - 8
Перекись бензоила - 1 - 2