КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ СПОРТИВНЫХ ПОКРЫТИЙ Российский патент 2011 года по МПК C09D175/14 C09D175/08 C09D109/00 

Изобретение относится к композициям для спортивных покрытий на основе жидких углеводородных каучуков для изготовления покрытий беговых дорожек, кровельных, гидроизоляционных покрытий бассейнов, покрытий полов и спортивных площадок.

Известна композиция для изготовления эластичных покрытий, включающая низкомолекулярный бутадиенпипериленовый каучук, оксид кальция, мел, глицерин, катализатор уретанообразования, полиизоцианат и триэтилбензиламмонийхлорид [патент РФ 2211850 С1, Кл.6 C09D 109/00, опубл. 1999].

Широкое распределение по типу функциональности бутадиенпипериленового олигомера обуславливает дефектность трехмерной сетки, образующейся при отверждении полиизоцианатом, что является следствием низкого уровня динамических и физико-механических показателей покрытия.

Известна композиция для покрытий спортивных площадок и гидроизоляционных покрытий, включающая гидроксилсодержащий олигодиендиол - сополимер изопрена и бутадиена, пластификатор, минеральный наполнитель, трехфункциональный низкомолекулярный спирт, катализатор уретанообразования, 2,4,6-три-третбутилфенол, отвердитель полиизоцианат и дополнительно этилсиликат [патент РФ 2186812, C09D 109/00. Опубл. 10.08.2002].

Недостатком этих композиций является низкий уровень динамических и физико-механических свойств отвержденных эластомерных покрытий.

Известна композиция для покрытий, включающая олигобутадиендиол, пластификатор, минеральный наполнитель, трехфункциональный низкомолекулярный спирт, оловоорганический катализатор уретанообразования, 2,4,6-три-третбутилфенол, полиизоцианат и этилсиликат [патент РФ 2190002, Кл.7 C09D 109/00. Опубл. 2002].

Недостатком этих композиций является невысокий уровень динамических и физико-механических свойств.

Наиболее близким решением к предлагаемому изобретению (прототип) является композиция, описанная в способе получения композиции для покрытия [патент РФ 2325418, C09D 175/08. Опубл. 27.05.2008, Бюлл. №15], включающая олигобутадиендиол, пластификатор, минеральный наполнитель, трехфункциональный низкомолекулярный спирт, оловоорганический катализатор уретанообразования, 2,4,6-три-третбутилфенол, полиметиленполифениленполиизоцианат с содержанием изоцианатных групп 29,5-31,0% и полисульфидный олигомер при соотношении компонентов, масс.ч.:

Олигобутадиендиол 100 Пластификатор 5-30 Минеральный наполнитель 90-150 Трехфункциональный низкомолекулярный спирт 1-5 Указанный полиизоцианат 14-24 Оловоорганический катализатор 0,01-1,10 2,4,6-три-третбутилфенол 0,5-1,5 Полисульфидный олигомер 5-15

Покрытия из данной композиции характеризуются недостаточным уровнем динамических и физико-механических свойств.

Техническим результатом является повышение уровня динамических и физико-механических свойств композиций.

Поставленный технический результат достигается тем, что композиция для спортивных покрытий, включающая олигобутадиендиол, пластификатор, минеральный наполнитель, трехфункциональный спирт, полиметиленполифениленполиизоцианат с содержанием изоцианатных групп 29,5-31,0%, оловоорганический катализатор, 2,4,6-три-третбутилфенол, полисульфидный олигомер, дополнительно содержит изоцианатный форполимер, ароматический диамин, представляющий собой смесь 2,4- и 2,6-изомеров 3,5-диметилтиотолуилендиамина в соотношении 80:20, диатомит, технический углерод П-803 и стабилизатор светового старения 2(3'-третбутил-2'-гидрокси-5'-метилфенил)-5хлорбензотриазол при следующем соотношении компонентов, масс.ч.:

Олигобутадиендиол 100 Пластификатор 5-30 Минеральный наполнитель 80-100 Трехфункциональный низкомолекулярный спирт 1-5 Указанный полиизоцианат 14-24 Оловоорганический катализатор 0,01-1,10 2,4,6-три-третбутилфенол 0,5-1,5 Полисульфидный олигомер 5-15 Изоцианатный форполимер 10-30 Указанный ароматический диамин 3-6 Диатомит 5-15 Технический углерод П-803 5-10 2-(3'-третбутил-2'-гидрокси-5'-метилфенил)-   5хлорбензотриазол 0,5-1,5

Введение в состав композиции дополнительного связующего - изоцианатного форполимера, имеющего большое количество кинетически подвижных эфирных связей, - обеспечивает эффективную диссипацию напряжений в полимерной матрице при динамическом нагружении.

Использование указанного ароматического диамина способствует повышению глубины превращения функциональных групп изоцианатного форполимера. Заявленное количество изоцианатного форполимера и ароматического диамина определяет оптимальное соотношение сшитых и линейных цепей в полиуретанах, вследствие чего получаемые материалы обладают улучшенными динамическими и физико-механическими свойствами. Присутствие диатомита приводит к появлению структурных образований, способствующих сохранению заданного уровня свойств в процессе эксплуатации спортивного покрытия. Наличие адгезионноактивных групп на поверхности технического углерода П-803 способствует увеличению адгезионного взаимодействия твердой фазы с полимерной матрицей, что приводит к улучшению физико-механических и динамических свойств материалов. Введение стабилизатора светового старения обеспечивает повышенную устойчивость спортивного покрытия в условиях эксплуатации. В качестве олигобутадиендиола в композиции используется сополимер бутадиена и изопрена ПДИ-IK (ТУ 38.103342-88) с соотношением мономеров 70:30; молекулярной массой 4000-5000; содержанием гидроксильных групп, масс.%, 0,75-0,89 и олигодиендиолы с молекулярной массой 2000-5000; индексом полидисперсности 1,20-1,35; вязкостью по Брукфилду, Па/с (25°С), 8,5-22; содержанием концевых гидроксильных групп, %, 0,7-1,7; микроструктурой, %, 1,4-цис 10-15, 1,4-транс 20-25, 1,2-(винил) 60-70; распределением по ОН-группам (РТФ), %, бесфункциональные 2, монофункциональные 6, бифункциональные 92; плотностью, кг/м³, 900-910 (олигодиендиолы Krasol LBH производства фирмы Sartomer). В качестве пластификатора композиция содержит соединения, используемые в производстве эластомерных материалов на основе диеновых каучуков: алкил(арил)овые эфиры фталевой или фосфорной кислоты, хлорпарафины. Наполнителями для каучуковой основы служат минеральные порошки средней дисперсности, такие как мел, известь-отсев, оксид кальция, каолин, тальк.

2,4,6-три-третметилфенол представляет собой кристаллический порошок с зелено-желтым оттенком, хорошо растворимым в углеводородах и имеет следующие характеристики: температура плавления 129-131°С, массовая доля золы - не более 0,05%. Получают путем алкилирования фенола изобутиленом в присутствии катализатора. Торговое название - антиоксидант П-23 (ТУ 6-14-26-77).

В качестве полисульфидного олигомера (ПСО) используются жидкие тиоколы марок I, II и НВБ-2, характеризуемые среднечисленной молекулярной массой 1700-5500; среднечисленной функциональностью 2,22-2,68; содержанием SH-групп 1,6-4,3; вязкостью, Па/с (25°С), 7,5-50 (ГОСТ 128 12-80, ТУ 38.50309-93).

Диатомит (ТУ 5761-001-25310144-99) - представляет собой легкие пористые породы от белого до желтовато-серого цвета со средней плотностью, колеблющейся в пределах от 0,15 до 0,6 г/см³. Диатомит на 96% состоит из водного кремнезема (опала) общей формулы SiO₂·nH₂O. Технический углерод П-803 представляет собой однородный порошок черного цвета: печной, малоактивный, полученный при термоокислении разложенного жидкого углеводородного сырья с низкими показателями дисперсности и средними показателями структурности (ГОСТ 78885-86). 2-(3'-третбутил-2'-гидрокси-5'-метилфенил)-5хлорбензотриазол, представляет собой светло-желтый порошок (Т=141°С), растворимый в бензоле, толуоле, гексане, ограниченно растворимый в ацетоне, этаноле, метаноле и нерастворимый в воде. Получаемый диазотированием 2-нитро-5-хлоранилина, сочетанием полученного диазосоединения с 2-нитро-трет-бутил-4-метил фенолом с последующим восстановлением азокрасителя. Торговое название стабилизатор светового старения. Продукт фирмы Ciba-Geiry (Швецария). В качестве трехфункционального низкомолекулярного спирта в композиции используется глицерин, триэтаноламин или триметилолпропан.

В качестве полиизоцианата в композиции используется полиметиленполифениленполиизоцианаты, получаемые фосгенированием продукта конденсации анилина с формальдегидом (ТУ 2224-152-04691277-96). Содержание изоцианатных групп 29,5-31%.

В качестве оловоорганического катализатора применяют октоат олова, дибутилдилауринат олова (ТУ 6-02-81 8-78), могут использоваться и другие оловоорганические соединения, применяемые для синтеза полиуретанов.

В качестве изоцианатного форполимера применяют форполимер марки «Трифол-М», СКУ-ПФЛ-1 00, СКУ-ППТ-4503, АДВ-17.

В качестве ароматического диамина в композиции используют смесь 2,4- и 2,6-изомеров 3,5-диметилтиотолуилендиамина в соотношении 80:20, марки Etacure 300.

В состав композиции могут быть введены добавки, придающие материалу покрытия другие преимущества. В качестве компонента, обеспечивающего снижение расхода композиции на изготовление единицы площади, используется резиновая крошка, для улучшения внешнего вида в композицию могут быть введены пигменты.

Для изготовления композиции для спортивных покрытий используют смесительное оборудование, обеспечивающее гомогенизацию со степенью перетира твердых частиц не более 100 мкм. Полиизоцианат и катализатор уретанообразования поставляют в комплекте с композицией и добавляют в нее на месте укладки покрытия. Резиновую крошку вмешивают в композицию перед введением отвердителя.

Изобретение иллюстрируется следующим примером 1 (состав 1, табл.1).

Пример 1. В смеситель с якорной мешалкой объемом 0,05 л загружают 15 г полисульфидного олигомера, 5 г трехфункционального низкомолекулярного спирта и перемешивают в течение 10 мин. Полученную смесь выгружают в стакан и выдерживают в течение 30 мин. Одновременно в смеситель с якорной мешалкой объемом 1 л загружают 100 г олигобутадиендиола ПДИ-IK, 70 г мела, 10 г извести-отсева, 5 г дибутилфенилфосфата, 0,1 г октоата олова, 0,5 г 2,4,6-три-третбутилфенола, 10 г изоцианатного форполимера марки «Трифор-М», 3 г ароматического диамина, 15 г диатомита, 8 г технического углерода П-803 и 0,5 г 2-(3'-третбутил-2'-гидрокси-5'-метилфенил)-5 хлорбензотриазола.

Смешение компонентов проводят в течение 30 мин, а затем добавляют выдержанную смесь полисульфидного олигомера и трехфункционального низкомолекулярного спирта и перемешивают еще в течение 10 мин. В полученную смесь добавляют 10 г резиновой крошки, 24 г полиизоцианата и вновь перемешивают в течение 8 мин. Полученную смесь заливают в формы и выдерживают 20-25 суток при температуре 18-25°С.

Аналогичным образом готовятся композиции состава 2-10 по примеру 1.

Состав всех исследуемых композиций приведен в таблице 1. Свойства образцов покрытий из композиций приведены в таблице 2.

Образцы покрытия испытывали по ГОСТ 263-75, ГОСТ-275-75, ГОСТ-6950-73, ГОСТ-2678-88 и методами (Кувшинский Е.В., Сидорович Е.А. Маятниковый эластомер КС // Журнал теоретической физики, 1957, Т.26, с.878-886. Сидорович. Е.А., Кувшинский Е.В. Изучение ударного сжатия резин // Физика твердого тела, 1961, Т.3.11, с.3487-3494; Медведев В.П. Разработка эластомерных покрытий для спортивных сооружений на основе анализа взаимодействия элементов в системе «опорно-двигательный аппарат спортсмена - покрытие». Дисс. канд. техн. наук. Волгоград, 1989 г.).

Из данных таблицы 2 видно, что заявленная композиция обеспечивает получение покрытий с более высоким комплексом динамических и физико-механических характеристик. Повышение комплекса прочностных свойств достигается благодаря использованию изоцианатного форполимера в сочетании с ароматическим диамином и диатомита.

Таблица 2 Свойства композиций для спортивных покрытий Наименование показателей Значения показателей Прототип патент РФ 7325418 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Твердость по Шор А, усл.ед. 67 63 54 63 59 40 32 50 56 58 56 Условная прочность при разрыве, кгс/см² 3,1 3,2 2,9 3,4 3,0 1,3 0,27 2,3 3,1 2,7 3,3 Относительное удлинение, % 200 190 210 200 210 100 300 30 180 180 220 Эластичность по отскоку, % 52 46 51 46 42 33 26 41 45 47 49 Динамический модуль упругости, МПа 6,5 6,2 6,4 6,0 6,2 2,4 2,7 5,6 5,8 5,4 5,9 Тангенс угла механических потерь 0,106 0,100 0,101 0,106 0,117 0,313 0,304 0,347 0,121 0,113 0,108 Декремент затухания колебательной системы
«образец - боек», с^-1 137 142 134 151 134 237 243 234 243 254 220 Отношение времени релаксации к времени удара, τ/Т 0,97 0,99 1,25 1,05 1,99 1,45 1,51 1,54 1,57 1,48 1,39

Как видно из таблиц 1 и 2, при содержании изоцианатного форполимера менее 10 масс.ч. покрытие имеет пониженный уровень комплекса свойств из-за значительного отклонения соотношения NCO:OH от эквимолекулярности и снижения плотности сшивания. При больших количествах форполимера более 30 масс.ч. свойства также снижаются вследствие избытка изоцианатных групп, склонности к вспениванию и повышению жесткости отвержденного продукта.

Количество ароматического диамина (Etacure 300), так же как и количество изоцианатного форполимера, оказывает существенное влияние на свойства покрытий. При содержании Etacure 300 менее 3 масс.ч. снижается степень сшивания, не достигается эффект повышения динамических и физико-механических свойств.

Уменьшение и увеличение степени наполнения диатомита и технического углерода П-803 от заявленных пределов приводит к снижению уровня свойств спортивных покрытий из-за недостаточного количества структурных образований, полученных при отверждении.

При уменьшении количества стабилизатора светового старения от заявленных пределов его присутствие не обеспечивает повышенную устойчивость спортивного покрытия в условиях эксплуатации, а при увеличении его количества использование стабилизатора экономически не целесообразно.

Таким образом, преимуществом использования предлагаемой композиции является повышение динамических и физико-механических характеристик спортивных покрытий.

Изобретение относится к композициям для спортивных покрытий на основе жидких углеводородных каучуков для изготовления покрытий беговых дорожек, кровельных, гидроизоляционных покрытий бассейнов, покрытий полов и спортивных площадок. Композиция для спортивных покрытий включает олигобутадиендиол, пластификатор, минеральный наполнитель, трехфункциональный низкомолекулярный спирт, полиметиленполифениленполиизоцианат с содержанием изоцианатных групп 29,5-31,0%, оловоорганический катализатор, 2,4,6-три-третбутилфенол, полисульфидный олигомер, изоцианатный форполимер, ароматический диамин, представляющий собой смесь 2,4- и 2,6-изомеров 3,5-диметилтиотолуилендиамина в соотношении 80:20, диатомит, технический углерод П-803 и стабилизатор светового старения 2-(3'-третбутил-2'-гидрокси-5'-метилфенил)-5хлорбензотриазол. Технический результат - повышение уровня динамических и физико-механических свойств покрытий. 2 табл.

Композиция для спортивных покрытий, включающая олигобутадиендиол, пластификатор, минеральный наполнитель, трехфункциональный низкомолекулярный спирт, полиметиленполифениленполиизоцианат с содержанием изоцианатных групп 29,5-31,0%, оловоорганический катализатор, 2,4,6-три-третбутилфенол, полисульфидный олигомер, отличающаяся тем, что дополнительно содержит изоцианатный форполимер, ароматический диамин, представляющий собой смесь 2,4- и 2,6-изомеров 3,5-диметилтиотолуилендиамина в соотношении 80:20, диатомит, технический углерод П-803 и стабилизатор светового старения 2-(3'-третбутил-2'-гидрокси-5'-метилфенил)-5хлорбензотриазол при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Олигобутадиендиол 100 Пластификатор 5-30 Минеральный наполнитель 80-100 Трехфункциональный низкомолекулярный спирт 1-5 Указанный полиизоцианат 14-24 Оловоорганический катализатор 0,01-1,10 2,4,6-три-третбутилфенол 0,5-1,5 Полисульфидный олигомер 5-15 Изоцианатный форполимер 10-30 Указанный ароматический диамин 3-6 Диатомит 5-15 Технический углерод П-803 5-10 2-(3'-третбутил-2'-гидрокси-5'-метилфенил)-5хлорбензотриазол 0,5-1,5