ЭПОКСИДНЫЙ ПОЛИМЕРРАСТВОР Российский патент 2005 года по МПК C04B26/14 C08J11/00 C09D163/02 C04B18/18 C04B18/20 C08L63/02 

Изобретение используется в строительстве в качестве герметизирующего и гидроизоляционного материала, а также при восстановлении поврежденных участков элементов бетонных и железобетонных конструкций.

За аналог принимался полимерраствор (патент РФ №2022943). Состав полимерной композиции, ч. по массе: смола эпоксидная ЭД-20 - 100, отвердитель полиэтиленполиамин (ПЭПА) – 10...15, наполнитель (отходы производства) – 100...110.

Недостатками данного материала являются:

- высокая стоимость вследствие большого расхода эпоксидного вяжущего;

- хрупкость и невысокая ударная вязкость отвержденного материала.

В качестве прототипа принимался эпоксидно-фенольный полимерраствор (в книге - Соколова Ю.А. Модифицированные эпоксидные клеи и покрытия в строительстве / Ю.А.Соколова, Е.М. Готлиб. - М.: Стройиздат, 1990. - С.130-150). Состав эпоксидно-фенольного полимерраствора, ч. по массе: эпоксидная смола ЭД-20 - 100, фенольная смесь - 100, отвердитель ПЭПА - 10, наполнитель (песок кварцевый молотый) - 400.

Недостатками данного материала являются:

- содержание в составе композиции сложного (замещенного) фенола, что экологически небезопасно, учитывая возможность его выделения;

- необходимость дополнительного помола наполнителя приводит к удорожанию материала.

Была поставлена техническая задача разработать экологически безопасный ремонтно-строительный эпоксидный раствор, обладающий высокими эксплуатационными свойствами и более низкой себестоимостью.

В состав эпоксидного полимерраствора входят: базовый компонент (связующее), наполнитель, пластификатор и отвердитель. В качестве связующего использовали эпоксидно-диановую смолу марки ЭД-20 (ГОСТ 10587-84). Снижение себестоимости было достигнуто за счет использования в качестве компонентов (наполнителя и пластификатора) разрабатываемого эпоксидного раствора утилизируемых отходов промышленных производств. В качестве наполнителя использовали керамзитовую крошку - отходы производства керамзита, пластификатора - маточную смолу эпоксидную (МСЭ-I марки Б) - отходы производства эпоксидных смол ОАО “Котовский ЛКЗ” (г.Котовск, Тамбовская обл.). Отверждение проводили при помощи полиэтиленполиамина (ПЭПА) (ТУ 2413-357-00203447-99) при комнатной температуре и атмосферном давлении.

МСЭ-I (СТП 6-21-700-1.24-93) является технологическими промышленными отходами и представляет собой раствор смеси смол и продуктов дегидрохлорирования в толуол-бутаноле или толуоле, выделенных из маточника от производства эпоксидных смол: ЭД-20, Э-40, Э-05к, Э-23. Маточная смола МСЭ-I должна соответствовать требованиям и нормам, указанным в таблице 1.

Таблица 1 - Нормативные требования к физико-химическим показателям МСЭ-I№п.п.Наименование показателяНормы СТП 6-21-700-1.24-93Марка АМарка Б1Внешний видОднородная прозрачная жидкостьОднородная прозрачная жидкость2Массовая доля нелетучих в-в,%45…50Не более 503Цвет р-ра по йодометрической шкале, мг йода не темнее7-4Массовая доля эпоксидных групп,%10…154…155Массовая доля иона хлора,%, не более0,0035-6Массовая доля общего хлора,% не более0,3-7Чистота раствора смолыНалив должен быть чистым, допускается наличие един-х примесей, не более 10 шт. на 1 кв. дм-8Усл. вязкость раствора смолы по вискозиметру ВЗ-246 с диам. сопла 4 мм13…15Не более 1009рН водной вытяжки6…7-

Оценку влияния степени наполнения и пластификации на физико-механические свойства эпоксидной смолы ЭД-20 проводили по результатам кратковременных испытаний на сжатие и поперечный изгиб при комнатной (20°С) и повышенных (40 и 60°С) температурах. Расчет состава композитов выполняли в частях по массе (ч. по массе) эпоксидной смолы ЭД-20, массу которой принимали за 100. Результаты испытаний представлены в таблицах 2, 3 и на фиг.1...6.

Таблица 2 - Влияние количества керамзитовой крошки на физико-механические свойства ЭД-20Кол-во керамзита, ч. по массеХар-ка20°С40°С60°ССжатиеИзгибСжатиеИзгибСжатиеИзгиб0σ,МПа89,956,420,814,57,98,6Е,МПа1780368060449230,5404ε,%6,91,5310,04,0517,56,6620σ,МПа55,822,134,815,29,38,3Е,МПа109427556301052112,8785ε,%6,40,819,33,2217,36,2340σ,МПа83,324,036,217,316,512,3Е,МПа136431057341458277903ε,%5,80,79.012,9817,176,0160σ,МПа79,531,728,518,010,511,6Е,МПа1503348869716523381125ε,%5,30,578,72,8917,05,95100σ,МПа50,418,016,113,62,278,3Е,МПа123929875261108334897ε,%4,70,517,52,6716,685,46

Таблица 3 - Влияние количества пластификатора МСЭ на физико-механические свойства ЭД-20Кол-во МСЭ, ч. по массеХар-ка20°С40°С60°ССжатиеИзгибСжатиеИзгибСжатиеИзгиб25σ,МПа24,6-11,9-7,2-Е, МПа853-248-89,1-ε,%4,98-10,2-9,9-50σ,МПа19,223,47,86,196,64,12Е,МПа741864,567,195,235,661,4ε,%4,633,9916,24,2815,84,8975σ,МПа12,7-6,16-4,3-Е,МПа547-56,8-28,6-ε,%4,47-15,5-14,9-100σ,МПа7.414,34,134,522,842,45Е,МПа256445,845,469,625,644,8ε,%5,644,714,54,8112,15,21150σ,МПа5,648,794,033,982,182,27Е,МПа152257,134,267,620,539,6ε,%7,84,9719,35,1110,85,29200σ,МПа2,39-2,27-2,00-Е,МПа16,8-14,9-9,5-ε,%14,6-18,1-15,9-300σ,МПа2,05-1,66-1,27-Е,МПа8,6-6,8-6,8-ε,%22,2-20,3-13,2-

Проведенные исследования показали, что использование в составе эпоксидного композита отходов керамзита в качестве наполнителя позволяет заменить традиционные наполнители, специально выпускаемые промышленностью, без ухудшения эксплуатационных свойств материала (таблица 2 и фиг.1, 2), что значительно снижает его себестоимость.

С введением пластификатора происходит снижение вязкости связующего и улучшаются условия переработки состава. Однако снижаются прочность и жесткость композита как при комнатной, так и при повышенных температурах испытания (таблица 3 и фиг. 3, 4).

Исходя из критерия минимальной стоимости полимерраствора при сохранении высоких физико-механических характеристик в качестве граничных условий было выбрано содержание пластификатора в количестве 50 и 100 ч. по массе ЭД-20. Введение пластификатора свыше 100 ч. по массе нецелесообразно вследствие значительного снижения прочностных характеристик композитов. Результаты испытаний представлены в таблице 4 и на фиг. 5...8.

Таблица 4 - Влияние количества наполнителя и пластификатора на физико-механические свойства ЭД-20

Состав композита, ч. по массеХар-ка20°С40°С60°ССжатиеИзгибСжатиеИзгибСжатиеИзгибМСЭ-100Керамзит400σ,МПа6,66,82,894,02,083,00Е,МПа21764533,120524,662,3ε,%3,491,068,602,028,44,82350σ,МПа8,39,73,934,762,262,66Е,МПа27279244,225332,854,2ε,%3,721,238,92,286,924,91300σ,МПа11,17,35,694,524,132,57Е,МПа30758056,914339,451,2ε,%3,591,2610,033,1510,55,01МСЭ-50Керамзит250σ,МПа16,314,98,95,596,33,35Е,МПа702163557,821441,467,6ε,%3,250,9315,22,6115,34,96200σ,МПа24,716,612,57,058,693,45Е,МПа819144080,925248,267,6ε,%4,041,1615,72,9218,15,11150σ,МПа23,715,011,45,988,143,10Е,МПа792123087,418051,460,6ε,%4,081,2313,33,3215,95,12

Из приведенных зависимостей (фиг. 5…8) видно, что наилучшим комплексом физико-механических показателей обладает состав, содержащий 50 ч. по массе пластификатора МСЭ и 200 ч. по массе наполнителя.

Авторами предлагается следующий состав полимерраствора, ч. по массе:

- эпоксидная смола ЭД-20 - 100;

- отвердитель ПЭПА - 15;

- пластификатор (маточная смола эпоксидная МСЭ-I) - 50;

- наполнитель (отходы производства керамзита) - 200±25.

Предлагаемый эпоксидный полимерраствор обладает:

- более низкой себестоимостью по сравнению с аналогом за счет использования в своем составе отходов производства;

- удовлетворительными физико-техническими характеристиками (таблица 5);

- экологической безопасностью.

Изобретение относится к способу получения эпоксидного полимерраствора, который может быть использован в строительстве в качестве герметизирующего и гидроизоляционного материала при восстановлении поврежденных участков элементов бетонных и железобетонных конструкций. Полимерраствор содержит следующее соотношение компонентов, мас. ч.: 100 эпоксидной диановой смолы ЭД-20, 15 полиэтиленполиамина, 50 пластификатора, 200 наполнителя. В качестве пластификатора используют отходы производства эпоксидных смол, в качестве наполнителя - отходы производства керамзита. Изобретение позволяет создать эпоксидный полимерраствор с повышенными эксплуатационными свойствами, а также значительно снизить себестоимость получаемого материала. 5 табл., 8 ил.

Полимерраствор, включающий эпоксидную диановую смолу, аминный отвердитель, минеральный наполнитель и пластификатор, отличающийся тем, что он содержит в качестве минерального наполнителя керамзитовую крошку - отходы производства керамзита, а в качестве пластификатора - маточную смолу эпоксидную - отходы производства эпоксидных смол при следующем содержании компонентов, ч. по массе:

Эпоксидная диановая смола ЭД-20 100

Полиэтиленполиамин 15

Пластификатор (отходы производства эпоксидных смол) 50

Наполнитель (отходы производства керамзита) 200