ПОЛИМЕРБЕТОННАЯ СМЕСЬ Российский патент 2005 года по МПК C04B26/04 C04B26/04 C04B14/04 C04B14/06 C04B22/06 C04B24/16 

Изобретение относится к полимерным строительным материалам, используемым при изготовлении химически стойких изделий и конструкций, а именно к составам, содержащим в качестве связующего диеновые олигомеры.

Известна полимербетонная смесь [1], включающая следующие компоненты, мас.%:

Низкомолекулярный олигодиен8...11Сера3...6,5Тиурам0,3...0,7Оксид цинка1,5...5,0Оксид кальция0,3...0,6Зола-унос ТЭЦ7...10Кварцевый песок24,9...27,1Гранитный щебеньОстальное

Однако указанная смесь характеризуется относительно низкой химической стойкостью к 36%-ному раствору соляной кислоты.

Наиболее близкой по совокупности признаков к предлагаемому изобретению является полимербетонная смесь [2], включающая следующие компоненты, мас.%:

Низкомолекулярный полибутадиен7...12Сера3,5...6Тиурам0,25...0,55Каптакс0,1...0,2Оксид цинка1,2...3,2Оксид кальция0,4...0,6Зола-унос ТЭЦ6,5...11,5Кварцевый песок22...27Гранитный щебеньОстальное

Однако данная смесь также характеризуется низкой химической стойкостью к 36%-ному раствору соляной кислоты.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение химической стойкости полимербетоннои смеси при одновременном обеспечении получаемому композиту высоких физико-механических характеристик.

Поставленная задача достигается тем, что полимербетонная смесь, включающая низкомолекулярный полибутадиен, серу, тиурам, каптакс, оксид цинка, оксид кальция, тонкомолотый минеральный наполнитель, кварцевый песок и гранитный щебень, отличается от прототипа тем, что она дополнительно содержит альтакс при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Низкомолекулярный полибутадиен8...12Сера3,0...5,0Тиурам0,4...0,6Каптакс0,1...0,2Альтакс0,15...0,25Оксид цинка2,0...3,0Оксид кальция0,3...0,7Зола-унос ТЭЦ6,0...10,0Кварцевый песок21...28Гранитный щебеньОстальное

Дополнительное введение в полимербетонную смесь альтакса, а также содержание компонентов полимербетонной смеси в указанных пределах позволяет повысить химическую стойкость в 36%-ном растворе соляной кислоты по сравнению с известными полимербетонными, а значит, увеличить срок службы строительных конструкций и изделий, изготовленных из этой смеси и эксплуатирующихся в условиях действия соляной кислоты.

Повышение химической стойкости происходит потому, что дополнительное введение в полимербетонную смесь альтакса позволяет повысить плотность пространственной сшивки полимера, что приводит не только к улучшению физико-механических характеристик композита, но и за счет уменьшения химически активных центров - к повышению его инертности по отношению к агрессивным средам; также альтакс является веществом, обладающим ионообменными свойствами по отношению к соляной кислоте, тем самым ослабляя ее агрессивность.

Пример.

Характеристика, используемых в полимербетонной смеси компонентов:

- низкомолекулярный полибутадиен ПБН (ТУ 38.103641-87) - прозрачная жидкость с динамической вязкостью 1,5 Па·с, плотностью 890 кг/м³;

- сера техническая (ГОСТ 127,4-93) - ярко-желтый порошок плотностью 2070 кг/м³, температура плавления 114°С;

- тиурам (тетраметилтиурамдисульфид, ТУ 6-00-00204197-253-93) - серо-белый порошок плотностью 1290-1400 кг/м³;

- каптакс (ГОСТ 739-74 с изменением №1) желтый порошок плотностью 1290-1400 кг/м³;

- альтакс (ГОСТ 7087-75) - желтый порошок плотностью 1290-1400 кг/м³;

- оксид цинка - ZnO (ГОСТ 10262-73) - белый порошок плотностью 3700-3800 кг/м³;

- оксид кальция - СаО (ГОСТ 8677-76) - белый порошок плотностью 2050-2900 кг/м³;

- тонкомолотый минеральный наполнитель - зола-унос Воронежской ТЭЦ с удельной поверхностью 2500-2700 см²/г, имеющая следующий состав, мас.%:

SiO48...52Al₂О₃ 18,5...21,5Fe₂O₃ 12,5...14,5СаО5...5,5MgO2...3K₂O1...2Na₂O1S₂O₃ 0,4...0,3n.n.n.6...15

состав золы-уноса, которая образуется при сжигании донецкого угля марки A-III, постоянен в указанных выше пределах и отвечает требованиям ГОСТ 25818-83;

- кварцевый песок Вольского, Тамбовского и Аннинского карьеров, удовлетворяющий требованиям ГОСТ 8736-93;

Приготовление полимербетонной смеси осуществляется следующим образом. Низкомолекулярный полибутадиен совмещают с предварительно высушенной и просеянной серой. Затем в композицию последовательно вводят тиурам, каптакс, альтакс, оксид цинка, оксид кальция, золу-унос, после чего добавляют при непрерывном перемешивании композиции заполнитель - песок и гранитный щебень. Приготовленную таким образом смесь укладывают в специально подготовленные формы, уплотняют на виброплощадке в течение 150 с и подвергают тепловой обработке при температуре 120°С в течение 8 часов.

Для экспериментальной проверки заявляемой смеси были изготовлены образцы-призмы размером 4×4×16 см, пяти составов (табл.1).

Таблица 1НаименованиеСодержание компонентов, мас.%12345Низкомолекулярный полибутадиен8,09,010,011,012,0Сера3,03,54,04,55,0Тиурам0,600,550,500,450,40Каптакс0,10,1250,150,1750,2Альтакс0,150,1750,200,2250,25Оксид цинка2,02,252,52,753,0Оксид кальция0,30,40,50,60,7Зола-унос6,07,08,09,010,0Кварцевый песок28,026,2524,522,7521,0Гранитный щебень51,8550,7549,6548,5547,45

Характеристики полученных композитов и прототипа представлены в таблице 2.

Таблица 2СвойстваПредполагаемая смесьПрототип12345Коэффициент химической стойкости в 36%-ном растворе соляной кислоты после двух месяцев выдержки0,710,780,790,770,720,69Предел прочности при сжатии, МПа99,5103,9104,9104,1101,6103,0

Из таблиц 1 и 2 видно, что содержание компонентов отверждающей группы полимербетонной смеси в указанных пределах, а также дополнительное введение в полимербетонную смесь альтакса увеличивает по сравнению с прототипом химическую стойкость в 36%-ном растворе соляной кислоты.

При уменьшенном количестве серы по сравнению с прототипом количество "несвязанной" серы в структуре композита уменьшается, поскольку практически вся сера участвует в процессе вулканизации. За счет этого уменьшается количество активных центров взаимодействия ("несвязанная" сера) с 36%-ным раствором соляной кислоты, следовательно, соляная кислота меньше воздействует на структуру полимербетонной смеси, тем самым ухудшая ее физико-механические свойства.

Увеличенное содержание тиурама в полимербетонной смеси по сравнению с прототипом и дополнительное введение альтакса приводит к тому, что с серой они образуют высокоактивные промежуточные соединения. Их образование приводит к тому, что дальнейшее структурирование полимера идет уже через реакцию его макромолекул с вновь образовавшимися высокоактивными промежуточными соединениями, что приводит к повышению физико-механических характеристик полимербетонной смеси.

Дополнительное введение в состав композита альтакса также позволяет повысить химическую стойкость за счет того, что он обладает ионообменными свойствами по отношению к соляной кислоте, тем самым снижая агрессивные свойства соляной кислоты, обменивая свои ионы на "нежелательные" в составе соляной кислоты.

Оптимальное содержание серы, тиурама и альтакса в полимербетонной смеси согласно данным таблицы 2 находится в пределах 9...11%; 0,45...0,55% и 0,175...0,225% по массе соответственно.

Выход за указанные пределы в меньшую сторону содержания серы нежелателен, поскольку это приводит к значительному снижению физико-механических характеристик смеси. Происходит это потому, что в составе композиции недостаточное количество серы, требуемое для получения необходимой степени сшивки макромолекулы каучука, т.е. в объеме матрицы появляется химически не связанный каучук, который, распределяясь в межкристаллитных зонах полимера, начинает играть роль пластификатора, снижающего прочность композита.

Выход за предел оптимального содержания тиурама в сторону уменьшения также нежелателен, поскольку это приводит к снижению прочностных показателей, это происходит за счет того, что при уменьшении содержания тиурама ниже значения, равного 0,45% по массе, образуется недостаточное количество поперечных связей различной сульфидности, отличающихся высокими механическими и динамическими свойствами, довольно устойчивых при тепловом старении.

Выход за предел оптимального содержания альтакса в полимербетонной смеси в сторону, меньшую от значения, равного 0,175% по массе, не приводит к значительному увеличению химической стойкости композита, это объясняется, по всей видимости, тем, что основная его масса участвует в процессе вулканизации каучука, при этом его ионообменные свойства по отношению к соляной кислоте не проявляются, не снижая тем самым ее активность по отношению к композиту.

Выход за предел оптимального содержания серы в сторону увеличения также нежелателен, поскольку в структуре композита появляется "несвязанная" сера, являющаяся активным центром взаимодействия с 36%-ным раствором соляной кислоты, за счет чего происходит снижение химической стойкости полимербетонной смеси.

Введение в композит тиурама в больших пределах ведет также к снижению физико-механических характеристик, это обуславливается тем, что присутствие в композиции избыточного количества тиурама ведет к тому, что образуется детиокарбаминовая кислота, которая распадается на сероуглерод и деметиламин. Эти продукты активируют процессы окислительной деструкции каучука, что приводит к уменьшению эффекта вулканизации.

Введение в композит альтакса в количестве, большем оптимального значения, равного 0,225% по массе, также приводит к падению прочности композита. Это происходит, по нашему мнению, из-за того, что при увеличении количественного содержания альтакса в композиционной смеси сверх указанного значения приводит к его избытку, т.е. в свойствах системы ускорителей с аддитивным действием начинают доминировать свойства одного ускорителя вулканизации - альтакса, который сам по себе не способен создать условия, при которых становится возможным получение вулканизата с набором поперечных связей различной сульфидности, отличающихся высокими механическими свойствами.

Т.е. нарушение границ оптимального содержания в полимербетонной смеси серы, тиурама и альтакса приводит к тому, что, с одной стороны, не происходит увеличения химической стойкости, а с другой стороны, приводит к значительному снижению прочностных показателей.

Таким образом, данное содержание в полимербетонной смеси серы, тиурама и альтакса в установленных для них пределах обеспечивает увеличение коэффициента химической стойкости полимербетонной композиции с 0,69 до 0,79 и оставляет физико-механические характеристики на уровне с аналогами, что приводит к увеличеншо срока службы изделии и конструкций, эксплуатирующихся в условиях действия 36%-ного раствора соляной кислоты.

Источники информации

1. Авт. свидетельсьво СССР, №1724623 А1, кл. С 04 В 26/04, 1992, Полимербетонная смесь.

2. Патент РФ №2120425 на изобретение Полимербетонная смесь по заявке №97119574, авторы Потапов Ю.Б., Борисов Ю.М., Макарова Т.В., приоритет от 26.11.97, опубликован 20.10.98.

Изобретение относится к строительным материалам, применяемым при изготовлении химически стойких, высокопрочных изделий и конструкций. Смесь включает, мас.%: низкомолекулярный полибутадиен 8...12; серу 3,0...5,0; тиурам 0,4...0,6; каптакс 0,1...0,2; альтакс 0,15...0,25; оксид цинка 2,0...3,0; оксид кальция 0,3...0,7; зола-унос ТЭЦ 6,0...10,0; кварцевый песок - 21...28 и гранитный щебень - остальное. Технический результат - обеспечение возможности получения композита, имеющего более высокую химическую стойкость в растворах соляной кислоты и азотной кислоты. Коэффициент химической стойкости после трех месяцев выдержки в 36%-ном растворе соляной кислоте увеличился с 0,69 до 0,79. 2 табл.

Полимербетонная смесь, включающая низкомолекулярный полибутадиен, серу, тиурам, каптакс, оксид цинка, оксид кальция, тонкомолотый минеральный наполнитель - зола-унос ТЭЦ, кварцевый песок и гранитный щебень, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит альтакс, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Низкомолекулярный полибутадиен8...12Сера3,0...5,0Тиурам0,4...0,6Каптакс0,1...0,2Альтакс0,15...0,25Оксид цинка2,0...3,0Оксид кальция0,3...0,7Зола-унос ТЭЦ6,0...10,0Кварцевый песок21...28Гранитный щебеньОстальное