МНОГОСЛОЙНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ СТРОИТЕЛЬНЫХ СООРУЖЕНИЙ И КОНСТРУКЦИЙ Российский патент 1998 года по МПК B32B11/04 B32B27/06 B32B27/32 E04D5/10 E04D5/12 

Изобретение относится к полимерным материалам, в частности содержащим вторичные полимеры, и может найти применение в промышленности производства материалов для защиты различных строительных сооружений и конструкций, преимущественно в производстве гидроизоляционных материалов, кровельных материалов, напольных покрытий, то есть для защиты фундаментов, крыш, полов различных строительных сооружений.

В настоящее время производится и используется в промышленном и индивидуальном строительстве большое количество защитных материалов (гидроизоляционных, кровельных и напольных покрытий) на основе органических компонентов. Как правило, кровельные, гидроизоляционные и напольные органические материалы имеют ряд преимуществ перед традиционными, выполненными из неорганических материалов, по эксплуатационным характеристикам (значительно легче, проще в укладке, привлекательный внешний вид) и имеют более низкую стоимость. Однако для их производства используется дефицитное и дорогостоящее органическое и полимерное сырье, а сами материалы в большинстве случаев непригодны к вторичной переработке.

Известно, что в последнее время в связи с увеличением использования полимерных материалов резко возрастает количество вторичных полимеров (отходов производства и потребления полимеров и полимерных изделий). Так, доля полимеров в общем объеме муниципальных отходов составляет в развитых странах до 15 мас.%, а в России в крупных городах до 7 мас.%. При этом объемы вторичной переработки полимеров значительно отстают от объемов накопления полимерных отходов из-за того, что большая часть вторичных полимеров не может конкурировать с первичными по критериям "цена-качество". Это приводит к резкому возрастанию степени загрязнения окружающей среды недеструктирующими в естественных условиях полимерными отходами, в связи с чем возрастает значение технологий, позволяющих использовать вторичные, в том числе полимерные материалы для получения изделий высокого качества, которые могут конкурировать с изделиями из первичных материалов. Особенно ценны с экологической точки зрения разработанные в последнее время технологии получения материалов и изделий, позволяющие использовать отходы крупнотоннажных полимеров, такие как отходы полиолефинов и продуктов переработки амортизированных резин (амортизированных шин), в изделиях и материалах массового спроса.

Наиболее перспективными являются материалы, содержащие специальный легкоплавкий слой, позволяющий наиболее производительно укладывать такие материалы. Как правило, этот слой состоит из битума, поэтому такие материалы содержат еще по крайней мере один слой, сохраняющий изделию форму при высокой температуре, и дополнительный слой, защищающий битум от внешнего воздействия и придающий изделию декоративные свойства.

Известен материал [Европатент EP 0414143 А1, E 04 D 5/12, 1991], содержащий по крайней мере три слоя (несущий, клеевой и декоративный), что позволяет легко укладывать материал на нужное место, хорошо обеспечивая герметизацию стыков. Вместе с тем, наличие специального клеевого слоя резко удорожает материал.

Известен материал, состоящий из синтетической ткани, покрытой с обоих сторон битумом, причем с одной стороны битум закрыт синтетической пленкой из полипропилена или полиэфира [Европатент ЕР 0271727 B1, E 04 D 5/10, 1988]. Наличие открытого битумного слоя позволяет легко укладывать материал на поверхность, однако полипропиленовая или полиэфирная пленка не отличается высокой атмосферостойкостью к ультрафиолетовому излучению, что делает применение такой пленки неэффективным.

Известен материал, состоящий из синтетической ткани, покрытой с обоих сторон битумом, причем с одной стороны битум закрыт перфорированной пленкой из биаксиально ориентированного полипропилена, а с другой стороны присыпкой из неорганического материала [Европатент ЕР 0233488 B1, E 04 D 5/10, 1990]. Наличие открытого битумного слоя позволяет легко укладывать материал на поверхность, однако из-за перфорированной ориентированной полипропиленовой пленки материал не дает сплошного сцепления с материалом, на который его укладывают, и поэтому гидролизующие свойства материала могут быть несовершенными.

Известен многослойный материал, включающий слой подложки, битумный слой, прокладочный слой и защитный слой, который состоит из полиолефина, стеклянной муки и красителя [Европатент EP 0287078 A2, B 32 B 11/10, 1988]. Наличие нижнего битумного слоя позволяет хорошо укладывать материал, однако верхний защитный слой, несмотря на светлую окраску, неустойчив к УФ-излучению из-за большого содержания в нем полиолефина, кроме того, наличие большого количества стекла в верхнем слое делает материал ломким.

Известен материал, состоящий из нескольких слоев, при этом нижний слой битумный, затем слой ткани или нетканого волокнистого материала, слой полиолефина или каучука и верхний слой из композиции на основе бутадиен-стирольного, этилен-пропиленового каучука или бутилкаучука или хлорированного полиэтилена и битума или полипропилена [Патент ФРГ DE 3108473 C2, E 04 D 5/10, 1983]. Материал обладает хорошей атмосферостойкостью, однако очень дорогой, поскольку включает в себя много первичных полимеров. У материала есть еще один серьезный недостаток: материал верхнего слоя поглощает в себя пыль и через некоторое время, даже будучи окрашенным изначально, будет иметь серую непривлекательную поверхность.

Наиболее близким по сути к заявляемому является материал, состоящий из нескольких слоев, включая подложку - слой материала, устойчивого к перфорации и растяжению, например различного рода ткань, покрытую с обеих сторон гидроизолирующим, в том числе битумным составом, и по крайней мере один верхний слой, состоящий из гранул упругого материала, прикрепленного на многослойный материал с помощью адгезива [Европатент EP 0405546 B1, E 04 D 5/12, 1991] . Материал должен иметь хорошую атмосферную стойкость из-за слоя гранул, однако поверхность материала неровная из-за большого размера дисперсного материала ( 1 - 20 мм), кроме того, материал может быть окрашенным только в результате применения окрашенных гранул, что для резинового материала весьма дорого. В случае применения гранул из изношенной резины материал в целом может иметь практически только черный цвет из-за большого содержания сажи в массовых полимерных отходах.

Задачей при создании настоящего изобретения являлось создание защитного материала для покрытия различных строительных сооружений и конструкций: фундаментов, кровель полов (материала для гироизоляционных, кровельных и напольных покрытий), включающего в свой состав наиболее массовые полимерные отходы: вторичные полиолефины и амортизированные резины и являющимся при этом материалом не уступающим или превосходящим известные материалы по эксплуатационным или потребительским свойствам: прочности, стойкости к пропусканию воды под давлением, морозостойкости, водопоглощению, стойкости к воздействию кислот и щелочей, широкой гамме цветовых оттенков.

Задачей являлось также создание материалов различного назначения: гидроизоляционные, кровельные и напольные в виде рулонов высокого качества с требуемым дизайном поверхности. При этом для его укладки можно было бы использовать наиболее простые, производительные и нетрудоемкие методы.

Поставленная задача решается тем, что многослойный материал, содержащий подложку, битумные слои и верхний защитный слой, в качестве верхнего слоя содержит слой, формованный из предварительно перемешанной в расплаве смеси, состоящей по крайней мере из основной композиции - термопласта и резинового порошка. При этом в качестве термопласта могут быть использованы, например поливинилхлорид (ПВХ) или полиэтилен низкой плотности (ПЭНП), смеси полиэтиленов низкой плотности или вторичный полиэтилен низкой плотности (смеси вторичных полиэтиленов низкой плотности) или смеси полиолефинов, содержащие полиэтилен низкой плотности в количестве преимущественно от 95 до 70 мас.%, имеющие показатель текучести расплава смеси (ПТР) от 0,2 до 10,0 г/10 мин. В качестве резинового порошка основная композиция защитного слоя может содержать продукт измельчения изношенных шин, а также крошку резин на основе бутилкаучука и (или) этиленпропиленовых каучуков и т.д., преимущественно размером до 1 мм в количестве преимущественно 40 - 90 мас. ч. на 100 мас. ч. основной композиции - смеси термопласта и резинового порошка.

Использование полиолефинов с определенным показателем текучести расплава и резиновой крошки различных резин в качестве основной композиции позволяет получать материал верхнего слоя с высоким уровнем стойкости к внешнему воздействию, высокими деформационно-прочностными свойствами и хорошей перерабатываемостью в изделия, а также с высокой способностью к введению различного рода добавок без потери перерабатываемости и технологичности.

Дополнительно материал верхнего слоя может содержать на 100 мас. ч. основной композиции: преимущественно до 20 мас. ч. пигментов и/или красителей; преимущественно до 30,0 мас.ч. модификатора или смеси модификаторов, выбранных преимущественно из группы: бутилкаучук (отходы бутилкаучука), этиленпропиленовый каучук (отходы этиленпропиленового каучука), стеариновая кислота; преимущественно до 10,0 мас. ч. стабилизатора или смеси стабилизаторов, преимущественно на основе эфиров фосфорной кислоты; преимущественно до 60,0 мас. ч. по крайней мере одного из дисперсных наполнителей, выбранных из группы: мел, каолин, аэросил, стеклобисер; преимущественно до 50,0 мас.ч. по крайней мере одного из волокнистых наполнителей, с длиной волокна преимущественно до 10 мм, выбранного из группы: рубленное стекловолокно, измельченные кордные отходы переработки шин, измельченные резинокордные отходы переработки шин, древесные волокна, измельченные отходы производства синтетических и искусственных волокон.

Использование различных добавок (пигменты и красители, модификаторы, стабилизаторы, дисперсные и волокнистые наполнители) позволяет получать материал верхнего слоя с необходимым уровнем потребительских свойств (цвет, фактура) для широкой области применения : гидроизоляционные, кровельные рулонные и листовые, напольные покрытия рулонные и листовые.

Материал верхнего слоя может также иметь различный дизайн поверхности, при этом величина рельефа поверхности сопоставима с толщиной материала верхнего слоя.

Нижние слои материала по существу представляют собой материал, подобный широкоизвестному "гидростеклоизолу", что обеспечивает надежность герметизации стыков материала, а также простоту и технологичность укладки материала на поверхность по известным технологиям.

Производство предложенного многослойного материала для защитных покрытий строительных сооружений и конструкций можно осуществить следующими известными приемами: пропусканием подложки через расплавленный битум с последующим нанесением верхнего защитного слоя методом накатки и охлаждением материала. В отличие от известных способов температура расплавленного битума находится в пределах от 100^oC до T_пл + 40^oC, а температура верхнего слоя при его нанесении составляет от T_пл - 90 до T_пл - 5^oC, где T_пл - температура плавления термопласта, содержащегося в верхнем слое.

Многослойный материал может производиться на обычном стандартном оборудовании, которое используется для получения материала типа гидростеклоизола. При этом лента стеклоткани после размотки, сушки и пропитки горячим битумом подается на отжимные валки одновременно со слоем формованного верхнего слоя, где и происходит скрепление материалов, далее материал как единое целое охлаждается и проходит всю технологическую схему получения гидростеклоизола.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами:
Пример 1
Верхний (первый) слой материала толщиной 1 мм состоит из резиновой крошки размером до 0,5 мм (50 мас.ч), полиэтилена низкой плотности (ПТР 2 г/10 мин, 50 мас.ч.). Второй и четвертый слои материала состоят из битума толщиной 1,5 мм каждый, третий слой материала состоит из стеклоткани с величиной ячейки 1,5 мм. При этом цвет верхнего слоя материала - черный.

Материал получают следующим образом:
На стеклоткань наносят с обеих сторон битумные слои. На полученный материал, который находится при температуре 130^oC, наносят материал верхнего слоя, температура которого составляет 98^oC. Полученный многослойный материал имеет толщину верхнего слоя 1,1 мм и суммарную толщину битумных слоев 3,5 мм.

Полученный таким образом материал имеет шероховатую внешнюю поверхность, предназначается для гидроизоляции и имеет следующие деформационно-прочностные и физико-механические свойства:
Разрывная прочность - 5,0 МПа.

Относительное удлинение при разрыве - 55%.

Прочность к пропусканию воды под давлением (образец d = 190 мм, давление воды 1,52 МПа, сетка с размером 2,5 мм, в течение 16 ч) - пропускания воды нет.

Водопоглощение - менее 1.5%.

Морозостойкость (метод изгиба, шип d = 5,0 мм) - (-)30^oC.

Коэффициент стойкости (отношение разрывного удлинения после выдержки в кислоте к исходному разрывному удлинению) к кислотам (серная кислота, 50 мас.%, 240 ч) - 0,93.

Коэффициент стойкости (отношение разрывного удлинения после выдержки в щелочи к исходному разрывному удлинению) к щелочам (NaOH, 20 мас.%, 240 ч) - 0,96.

Коэффициент термической стойкости (отношение разрывного удлинения после выдержки при температуре к исходному разрывному удлинению, температура 75^oC, 240 ч) - 0,97.

Пример 2
Верхний (первый) слой материала толщиной 1 мм состоит из резиновой крошки размером до 0,5 мм ( 80 мас. ч.), полиэтилена низкой плотности (ПТР 2 г/10 мин, 20 мас. ч.). Второй и четвертый слои материала состоят из битума толщиной 1,5 мм каждый, третий слой материала состоит из стеклоткани с величиной ячейки 1,5 мм. При этом цвет верхнего слоя материала - черный.

Материал получают следующим образом:
На стеклоткань наносят с обеих сторон битумные слои. На полученный материал, который находится при температуре 130^oC, наносят материал верхнего слоя, температура которого составляет 14^oC. Полученный многослойный материал имеет толщину верхнего слоя 1,1 мм и суммарную толщину битумных слоев 3,5 мм.

Полученный таким образом материал имеет шероховатую внешнюю поверхность, предназначается для гидроизоляции и имеет следующие деформационно-прочностные и физико-механические свойства:
Разрывная прочность - 2,0 МПа
Относительное удлинение при разрыве - 55%.

Прочность к пропусканию воды под давлением - пропускания воды нет.

Водопоглощение - менее 1,5%.

Морозостойкость- (-)32^oC.

Коэффициент стойкости к кислотам - 0,92.

Коэффициент стойкости к щелочам -0,97.

Коэффициент термической стойкости - 0,91.

Примеры 3-9. Состав материала верхнего слоя указан в табл. 1, свойства материала верхнего слоя многослойного материала - в табл. 2, условия нанесения верхнего слоя и толщина слоев многослойного материала - в табл.3.

Предложенный материал имеет следующие преимущества: во-первых, производство предложенного многослойного материала является способом утилизации отходов резин полимеров, что значительно улучшает экологическую обстановку. Во-вторых, применение резино-термопластичного слоя в многослойном материале делает покрытие из такого материала существенно более долговечным, поскольку защитный слой не только высокоустойчив к атмосферному воздействию, но также и к воздействию кислот, щелочей, масел и различных органических растворителей. В третьих, предложенный материал весьма технологичен в применении, так как содержит легкоплавкий слой и может укладываться по технологии обычного гидроизоляционного материала - гидростеклоизола. В четвертых, защитный слой материала может быть окрашен в массе, что дает материалу привлекательный внешний вид, который сохраняется весь срок службы покрытия.

Сущность изобретения: предложен многослойный материал для защитных покрытий строительных сооружений и конструкций, содержащий подложку, покрытую с двух сторон битумными слоями, и верхний защитный слой. Верхний слой материала, сформованный из предварительно перемещенной в расплаве по крайней мере основной композиции, состоящей из полиолефина и резинового порошка, нанесен на расплавленный битум при температуре верхнего слоя от Т_пл(-)90^oС до Т_пл(-)5^oС, где Т_пл - температура плавления (стеклования) термопласта. Для улучшения внешнего вида верхний слой материала может дополнительно содержать различные пигменты. Для улучшения эксплутационных характеристик он также может содержать наполнители и модификаторы. Этим достигается возможность утилизации отходов крупнотоннажных полимеров и улучшение эксплуатационных и потребительских свойств материала. 4 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Многослойный материал для защитных покрытий строительных сооружений и конструкций, содержащий подложку, покрытую с двух сторон битумными слоями, и верхний защитный слой, отличающийся тем, что верхний слой, предварительно подготовленный из перемешанных в расплаве компонентов композиции, состоящей по крайней мере из термопласта и резинового порошка, нанесен на расплавленный битум при температуре верхнего слоя на 5 - 90^oC ниже температуры плавления (стеклования) термопласта. 2. Материал по п.1, отличающийся тем, что верхний слой материала в качестве термопласта содержит полиэтилен низкой плотности или смесь полиэтиленов низкой плотности в количестве преимущественно 20 - 50 мас.ч. в расчете на 100 мас.ч. смеси полиолефина (полиолефинов) и резинового порошка. 3. Материал по пп.1 и 2, отличающийся тем, что верхний слой материала в качестве резинового порошка содержит порошок преимущественно размером до 1 мм в количестве преимущественно 50 - 80 мас.ч. в расчете на 100 мас.ч. смеси термопласта и резинового порошка. 4. Материал по пп.1 - 3, отличающийся тем, что верхний слой материала дополнительно содержит по крайней мере один стабилизатор, и/или один модификатор, и/или один наполнитель, и/или один краситель общим содержанием преимущественно до 72,5 мас.ч. в расчете на 100 мас.ч. смеси термопласта и резинового порошка. 5. Материал по пп.1 - 4, отличающийся тем, что в качестве подложки содержит ткань или нетканый материал на основе натуральных, и/или синтетических, и/или стеклянных волокон или бумагу.