КОМПОЗИЦИОННЫЙ ПОЛИМЕРНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ПАЛУБНЫХ И НАПОЛЬНЫХ ПОКРЫТИЙ Российский патент 2014 года по МПК C08L9/00 C08L9/02 C08L27/06 C08K13/02 

Изобретение относится к наполненным композиционным полимерным материалам, предназначенным для получения озоностойких акустических покрытий с антистатическими, огнестойкими и вибропоглощающими свойствами, и может быть использовано в производстве элементов судового палубного и напольного покрытия для судостроительной промышленности, строительства и других областей техники.

Композиционные полимерные материалы широко используются для ослабления звуковой вибрации судовых корпусных конструкций и механизмов. Применение полимерных материалов для защиты судового оборудования от вибрации основано на том, что они из-за своей высокой эластичности обладают максимальными механическими потерями.

Известны различные технические решения по созданию композиционных полимерных материалов (далее - КПМ), предназначенных для традиционных напольных покрытий и соответствующих самым высоким требованиям по качественным характеристикам и функциональности.

КПМ (патенты РФ №2281962, №02156266, №02051933, №02148497, №99124375), традиционно используемые для напольных покрытий - линолеумы. В качестве полимерной основы указанных материалов применяется поливинилхлорид, являющийся полимером с линейным строением и жесткой структурой пространственной сетки, которая определяет низкое акустическое сопротивление и низкую динамическую упругость композиционного материала. На основании вышеуказанного, линолеумы не обеспечивают требуемую защиту от вибрации современных конструкций и механизмов. Кроме того, введение в линолеумы в качестве стабилизаторов, пластификаторов и других технологических добавок (эпоксифталатов, крезилдифенилфосфатов, хлорпарафинов, сульфатов свинца и др.) не позволяет осуществлять процесс производства по экологически чистой технологии. Наиболее эффективными полимерными материалами для виброзащиты являются резиновые смеси на основе высокомолекулярных полимеров - каучуков. Наиболее близкой к заявляемой композиции по составу, способу изготовления и уровню технических параметров является «Резиновая смесь для изготовления акустического слоя покрытия» (патент РФ №2258718) - прототип, содержащая цис-изопреновый каучук СКИ-3, вулканизующую систему из тиурама, альтакса, каптакса и дополнительно - противостаритель нафтам-2, оксид цинка, стеариновую кислоту и технический углерод марки Т900.

Представленный в виде резиновой смеси КПМ обеспечивает вулканизатам и изделиям, изготовленным из него, высокие прочностные характеристики и эксплуатационные свойства. Однако для данного полимерного материала характерен низкий уровень динамических характеристик, являющихся критериями оценки звуко- и вибропоглощения.

Динамические характеристики включают: модуль сдвига (изгиба), коэффициент механических потерь, модуль потерь.

Полимерный материал прототипа уступает предлагаемому материалу по ряду технических, эксплуатационных свойств и не обеспечивает защиту от вибрации.

Задачей предлагаемого изобретения является создание высокопрочного КПМ, перерабатываемого по формовой технологии, для получения бензо-, масло- и озоностойких напольных покрытий с антистатическими, огнестойкими и вибропоглощающими свойствами.

Это достигается тем, что известный КПМ, предназначенный для получения палубных и напольных покрытий, представляет собой резиновую смесь, перерабатываемую по формовой технологии, включающую полимерную матрицу, вулканизующую систему, состоящую из тиурама, альтакса, оксида цинка и стеариновой кислоты, и наполнитель. В качестве полимерной матрицы использован выпускаемый отечественной промышленностью бензо-, масло- и озоностойкий полимер, который модифицирован поливинилхлоридом и содержит 26÷34% мас. нитрила акриловой кислоты, при этом в него дополнительно введены сера, сульфенамид и полимеризованный 2,2,4-триметил 1,2-дигидрохинолин, а наполнитель состоит из диоксида кремния марки БС-100, диоксида титана пигментного, природного гидрофобного мела при их массовом соотношении 35÷115:4÷20:5÷50 мас. частей соответственно и технологических добавок в виде пластификатора олигоэфиракрилата ТГМ-3 и антипиренов, включающих триоксид сурьмы и борат цинка в соотношении 3÷20:5÷25, N-циклогексилтиофталимида.

Кроме того, в состав КПМ введены красители, органические или пигменты в количестве 3-50% мас. на долю полимера, а также непылящие красители в виде гранул, паст и пластин.

Предлагаемый КПМ представляет собой многокомпонентную систему, состоящую из полимерной матрицы и целевых добавок. Введение в его состав вышеперечисленных компонентов в определенных дозировках позволяет создать в материале прочную структуру с высокой плотностью энергии когезии и получить высокие значения физико-механических показателей (прочность при растяжении и разрыве, твердость) и динамических характеристик (модуль сдвига, изгиба, упругости и коэффициент механических потерь), которые и обеспечивают решение поставленной задачи. Высокий уровень антистатических свойств, огнестойкость и озоностойкость достигаются правильным выбором и оптимальным соотношением наполнителей, антипиренов и антиоксидантов, а использование малосерной вулканизующей системы, включающей тиурам в количестве 1,0÷1,5% мас. на долю каучука, гарантирует КПМ грибостойкость. При этом материал обладает повышенной устойчивостью к термоокислительной деструкции. Определяющим фактором достижения высокого уровня прочностных и динамических свойств готового изделия является создание прочной сетчатой структуры КПМ, в том числе, за счет использования в качестве мягчителя олигоэфиракрилата ТГМ-3, который представляет собой олигомерный эфир триэтиленгликоля метакриловой кислоты. В этом случае ТГМ-3 служит «реакционным» пластификатором, обеспечивающим переработку КПМ и способным в процессе формирования изделия превращаться в сетчатый полимер, химически и физически связанный с полимером (матрицей). Обеспечение высоких значений физико-механических и динамических характеристик реализуется экспериментальным подбором соотношений компонентов и технологией изготовления полимерного материала. Бензо-, масло- и озоностойкость композиционного материала обеспечиваются выбором полимерной основы. Правильность выбора подтверждается результатами ускоренного теплового и озонного старения КПМ, а также показателями равновесного весового набухания в бензине и масле АИ-20.

Антистатические свойства и огнестойкость КПМ получены оптимальным соотношением комбинированного наполнителя и антипиренов, не приводящим к ухудшению технологических параметров. Для устранения преждевременной вулканизации композиционного полимерного материала в его состав введен N-циклогексилтиофталимид, особенно эффективный в составах, содержащих сульфенамидные ускорители, и обладающий хорошей диспергируемостью в выбранном полимере. Для получения разнообразных цветовых решений в композиционный полимерный материал вводят органические красители или пигменты. Дозировки красителей устанавливаются экспериментально по требуемой глубине окраски в количестве 0,5÷50,0% мас. на долю полимера.

Новизна технических решений, изложенных в заявке данного изобретения, заключается в том, что в результате ее реализации достигается решение поставленной технической задачи, а именно - создание озоностойкого композиционного материала с антистатическими, огнестойкими и шумо-, вибропоглощающими свойствами, высоким уровнем прочностных характеристик, которые обеспечивают изделиям повышенные эксплуатационные свойства.

Техническая сущность предлагаемого изобретения иллюстрируется экспериментальными данными. В таблице 1 приведены составы композиционного полимерного материала прототипа и варианты заявляемой композиции. В таблице 2 приведены физико-механические и эксплуатационные характеристики прототипа и предлагаемых композиционных полимерных материалов.

Таблица 1 Составы композиционного полимерного материала прототипа и варианты заявляемой композиции Компоненты композиционного полимерного материала Содержание в составе, мас.ч. прототип Примеры конкретного выполнения предлагаемого материала 1 2 3 4 5 Цис-изопреновый каучук СКИ-3 100 - - - - - Бутадиеннитрильный каучук СКН-26 ПВХ-30   100 100 100 100 100 Тиурам 1,5÷2,0 1,0 1,125 1,25 1,375 1,5 Альтакс 1,5÷2,0 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 Каптакс 1,2÷1,5 - - - - - Нафтам-2 1,2÷1,5 - - - - - Оксид цинка 10÷12 5,0 5,7 6,4 7,1 7,8 Стеариновая кислота 1,5÷2,0 1,0 1,25 1,5 1,75 2,0 Технический углерод Т900 12÷20 - - - - - Сера - 0,4 0,675 0,95 1,225 1,5 Сульфенамид - 0,7 0,9 1,1 1,3 1,5 N-циклогексилтиофталимид - 0,5 0,625 0,75 0,875 1,0 Полимеризованный 2,2,4-триметил 1,2-дигидрохинолин   0,5 0,75 1,0 1,25 1,5 Диоксид кремния БС-100 - 95 100 105 110 115 Диоксид титана - 4,5 6,0 7,5 9,0 10,5 Мел гидрофобный   30 25 20 15 10 Олигоэфиракрилат ТГМ-3 - 10 11,25 12,5 13,75 15 Триоксид сурьмы - 15 13,75 12,5 11,25 10 Борат цинка - 25 20 15 10 5

Таблица 2 Физико-механические и эксплуатационные характеристики предлагаемых композиционных полимерных материалов в сравнении с прототипом Показатели композиционных полимерных материалов после переработки по формовой технологии (145±5)ºС×(40±1) мин Составы из таблицы 1 по примерам Прототип 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 6 7 Температурный диапазон эксплуатации, ºС -20+50 (кратковременно до 100) Условная прочность при растяжении, МПа при температуре (20±5)ºС 18,3 15,6 16,0 14,9 13,0 12,9 Относительное удлинение при разрыве, %, при температуре (20±5)ºС 890 152 120 110 140 130 Твердость по Шору А, ед. Шор А 30 96-97 97-98 97-98 97 97-98 Сопротивление раздиру, кгс/см 40 71,5 72,1 67,7 58,4 59,4 Набухание (до равновесного) в среде, %     бензин «галоша», 1 сут 2,0 0,84 вода пресная, 30 сут 5,8 3,21 вода морская (10% NaCl), 30 сут. 7,0 3,25 масло АИ-20, 30 сут 11 0,69 вода дезинфицирующая (10% ПВА), 30 сут - 3,89 Удельное объемное электрическое сопротивление, Ом·м 10¹⁵ ≤5×10¹⁰ Огнестойкость: индекс распространения пламени по поверхности >20 ≤20 показатель горючести K>1 K≤1 Озоностойкость
Концентрация О₃~0,1%, растяжение 20% (время до появления трещин), мин 25 240

1 2 3 4 5 6 7 условная прочность при растяжении, МПа 16 9,2 8,8 9,6 10,5 9,8 относительное удлинение, % 850 110 90 130 120 100 твердость по Шору А, ед. Шор А 30÷40 93 94÷95 94÷95 93÷96 93÷96 После старения в озонной камере, 300 ч             Динамические свойства             Динамический модуль сдвига, МПа 14÷17 1100÷1400 1100÷1500 300÷700 1100÷1550 1350÷1800 Динамический модуль изгиба, МПа 40 19000÷25000 22800÷23500 28000÷30000 17500÷23800 27000÷29000 Динамический модуль упругости, МПа 42 25200 27500 16800÷21000 24000 28000 Коэффициент механических потерь, tgδ в частотном диапазоне 7,8-1000 Гц при механическом смещении             1,0 мкм 0,08÷0,24 0,10÷0,30 0,12÷0,62 0,12÷0,25 0,10÷0,28 0,20÷0,22 0,1 мкм 0,35 0,50 1,0 0,45 0,42 1,0 модуль динамических потерь, МПа 3,5÷10 8000 7000 17400 7000 6500

Для сравнения аналогичные динамические испытания приведены для вариантов композиции и прототипа. В заявленных составах достигаются высокие прочностные показатели: сопротивление раздиру, твердость, антистатические и озоностойкие свойства, и стойкость к указанным средам (таблица 2). Вулканизаты композиционного полимерного материала являются трудногорючими и токсикологически безопасными, обладают высокими динамическими характеристиками, обеспечивающими по сравнению с прототипом не только шумопоглощающие, но и вибропоглощающие свойства за счет создания новой структуры композиционного полимерного материала заявленных составов и высоких значений модулей потерь. Композиционные полимерные материалы составов 1-5 обеспечивают решение поставленной задачи.

Введение в состав композиционного полимерного материала красителей (органических, пигментов), а также в виде гранул, паст и пластин в количестве 0,5÷50% мас. на долю полимера не приводит к существенному изменению свойств композиционного полимерного материала и позволяет повысить качественные характеристики изготавливаемых из него покрытий и их функциональность, а также получить многообразие всевозможных цветовых акцентов.

Изобретение относится к высокопрочным композиционным полимерным материалам для палубных и напольных покрытий. Композиционный полимерный материал, представляющий собой резиновую смесь, перерабатываемую по формовой технологии, включающую полимерную матрицу, вулканизующую систему, состоящую из тиурама, альтакса, оксида цинка и стеариновой кислоты, наполнитель и технологические добавки. В качестве полимерной матрицы использован бензо-, масло- и озоностойкий полимер, модифицированный поливинилхлоридом и содержащий 26÷34 мас.% нитрила акриловой кислоты, при этом в него дополнительно введены сера, сульфенамид и полимеризованный 2,2,4-триметил 1,2-дигидрохинолин. Наполнитель состоит из диоксида кремния марки БС-100, диоксида титана пигментного, природного гидрофобного мела при их массовом соотношении 35÷115:4÷20:5÷50 мас. частей соответственно. Технологические добавки включают пластификатор олигоэфиракрилат ТГМ-3 и антипирены, содержащие триоксид сурьмы и борат цинка в соотношении 3÷20:5÷25, N-циклогексилтиофталимид. Изобретение обеспечивает получение высокопрочного бензо-, масло- и озоностойкого напольного покрытия с антистатическими, огнестойкими и вибропоглощающими свойствами. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 5 пр.

1. Композиционный полимерный материал для палубных и напольных покрытий, представляющий собой резиновую смесь, перерабатываемую по формовой технологии, включающую полимерную матрицу, вулканизующую систему, состоящую из тиурама, альтакса, оксида цинка и стеариновой кислоты, и наполнитель, отличающийся тем, что в качестве полимерной матрицы использован бензо-, масло- и озоностойкий полимер, который модифицирован поливинилхлоридом и содержит 26÷34 мас.% нитрила акриловой кислоты, при этом в него дополнительно введены сера, сульфенамид и полимеризованный 2,2,4-триметил 1,2-дигидрохинолин, а наполнитель состоит из диоксида кремния марки БС-100, диоксида титана пигментного, природного гидрофобного мела при их массовом соотношении 35÷115:4÷20:5÷50 мас. ч. соответственно и технологических добавок в виде пластификатора олигоэфиракрилата ТГМ-3 и антипиренов, включающих триоксид сурьмы и борат цинка в соотношении 3÷20:5÷25, N-циклогексилтиофталимида.

2. Композиционный полимерный материал по п.1, отличающийся тем, что в его состав введены красители, органические или пигменты в количестве 3÷50 мас.% от доли полимера, а также непылящие красители в виде гранул, паст и пластин.