ЗАЩИТНЫЙ СОСТАВ ДЛЯ ПОКРЫТИЯ И ПРОПИТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ БЕТОННЫХ, МЕТАЛЛИЧЕСКИХ, ДЕРЕВЯННЫХ, ПЛАСТМАССОВЫХ И СТЕКЛЯННЫХ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2014 года по МПК C09D175/08 C08G18/65 C08G18/32 C08G18/24 

Изобретение относится к составам пленкообразующих полиуретановых композиций и может быть использовано в качестве защитного покрытия для дерева, бетона, стекла, металла.

Наибольшее распространение среди составов подобного назначения получили составы на основе метилметакрилата (далее ММА). Эти материалы благодаря низкой вязкости легко проникают в бетон, обеспечивая полученному покрытию высокую прочность (Ю.М. Баженов. Бетонополимеры. М.: Стройиздат, 1983, с.42).

Известно применение сополимеров на основе метакриловой кислоты, бутилакрилата и ММА для покрытия бетонных поверхностей (Заявка 9102703, МКИ C04B 24/24). Подобный состав безусловно придает высокую когезионную прочность формируемому покрытию и атмосферостойкость. Однако использование полимеризованной системы, имеющей значительную вязкость, не обладающей высокими сорбционными свойствами и капиллярозаполняемостью в отношении бетона и других пористых материалов, не сможет обеспечить долговечность и непроницаемость бетону либо другим пористым материалам.

Известна композиция для пропитки бетона (авт.св. СССР 1145008, МКИ C04B 41/63), состоящая из метилметакрилата (82-97,5 мас.ч), инициатора полимеризации (0,5-3,0 мас.ч.) и ацетона (2-15 мас.ч.), обеспечивающая возможность пропитки бетонных поверхностей с 3-4% влажностью. Использование подобной композиции не может обеспечить необходимой жизнеспособности вследствие быстрого набора вязкости и стабильности при хранении, а значит высокой технологичности и эксплуатационных свойств.

Известна композиция для пропитки бетона, включающая керосин, катапин, дополнительно содержит сырое льняное масло и вареное льняное масло при следующем соотношении компонентов, мас.%: керосин 4-6; катапин 2-4; сырое льняное масло 75-84; вареное льняное масло 10-15 (Патент РФ 2494080, МКИ C04B 41/48).

Известна теплостойкая антиобрастающая полимерная композиция для покрытий, включающая полибутилметакрилат, метилметакрилат, модификатор, перекись бензоила, диметиланилин и наполнитель, содержит в качестве модификатора полиизоцианат, в качестве наполнителя - активированную базальтовую чешую, оксид хрома и порошок фторполимера и дополнительно перхлорвиниловую смолу при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: полибутилметакрилат 25-100, метилметакрилат 100-450, полиизоцианат 5-100, перхлорвиниловая смола 10-100, перекись бензоила 3-15, диметиланилин 1-10, активированная базальтовая чешуя 5-500, окись хрома 5-200, порошок фторполимера 5-500 (Патент РФ 2028347, МКИ C09D 133/10).

Известна противокоррозионная композиция для бетона, представленная в работе "Антикоррозионные работы в строительстве" (Вып.5, М., Минмонтажспецстрой СССР, 1988 г., с.12-16). Композиция характеризуется следующим составом: ММА - 75 мас.ч., полиизоцианат - 22 мас.ч.; перекись бензоила - 1,5 мас.ч., диметиланилин - 1,5 мас.ч. и эксплуатационными показателями: прочность бетона после пропитки через 14 суток: 36,2 МПа (при влажности 3%), 34,8 МПа при влажности 6%, 33,2 МПа при влажности 9%.

Известна композиция для покрытий (Патент РФ 2073053, МПК 6 C09D 175/08, 1997), содержащая полиоксипропилентриол, полиизоцианат на основе 4,4′-дифенилметандиизоцианата и этилацетат при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

полиоксипропилентриол с молекулярной массой 3000-5000 100 полиизоцианат на основе 4,4′-дифенилметандиизоцианата 100-200 этилацетат 100-200

Недостатком данной композиции является большое время отверждения композиции и недостаточные прочностные свойства покрытий.

Аналогом является композиция для покрытий, содержащая полиоксипропилентриол с молекулярной массой 3000-5000, полиизоцианат на основе 4,4′-дифенилметандиизоцианата, дибутилдилаурат олова, а в качестве растворителя - смесь этилацетата, бутилацетата и трибутиламина при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

полиоксипропилентриол с молекулярной массой 3000-5000 100 полиизоцианат на основе 4,4′-дифенилметандиизоцианата 100-200 дибутилдилаурат олова 0.2-0.6 этилацетат 30-70 бутилацетат 30-70 трибутиламин 0.1-0.3

(см. RU Патент 2162478, МПК 7 C09D 175/08, 2001 г.).

Недостатком данной композиции является низкая твердость и прочность покрытий, длительность отверждения композиции.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является защитный состав (Патент РФ 2393189) для покрытия и пропитки поверхностей бетонных, металлических, деревянных, пластмассовых и стеклянных конструкционных материалов, содержащий полиоксипропилентриол с молекулярной массой 3000-5000, полиизоцианат на основе 4,4′-дифенилметандиизоцианата, дибутилдилаурат олова и растворитель, при этом он дополнительно содержит дифенилолпропан, а в качестве растворителя - дикетон при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

полиоксипропилентриол с молекулярной массой 3000-5000 30-70 полиизоцианат на основе 4,4′-дифенилметандиизоцианата 65-70 дибутилдилаурат олова 0,1-0,2 дифенилолпропан 70-30 дикетон 125

Недостатком прототипа является низкая твердость и прочность покрытий, длительность отверждения композиции.

Задачей изобретения является повышение твердости и прочности покрытий, снижение времени отверждения композиции и улучшение ее экологичности за счет использования в защитном составе изотопов углерода ¹³C.

Задача решается тем, что защитный состав для покрытия и пропитки поверхностей бетонных, металлических, деревянных, пластмассовых и стеклянных конструкционных материалов, содержащий полиоксипропилентриол с молекулярной массой 3000-5000, полиизоцианат на основе 4,4′-дифенилметандиизоцианата, дибутилдилаурат олова и растворитель, при этом он дополнительно содержит дифенилолпропан, а в качестве растворителя - диацетил формулы C₄H₆O₂ при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

полиоксипропилентриол с молекулярной массой 3000-5000 30-70 полиизоцианат на основе 4,4′-дифенилметандиизоцианата 65-70 дибутилдилаурат олова 0,1-0,2 дифенилолпропан 70-30 диацетил формулы C₄H₆O₂ 125

отличается тем, что содержит изотопы углерода ¹³C, и отношение количества изотопов углерода ¹³C к общему количеству углерода в защитном составе от 0.005 до 0.5.

Это позволяет существенно повысить твердость и прочность составов для покрытий, существенно сократить время отверждения композиции. Сравнение производилось с таблицей прототипа.

Характеристика веществ, используемых в композиции:

- полиоксипропилентриол торговой марки Лапрол по ТУ 6-05-1513-75, ТУ 6-05-2033-87, ТУ 6-55-62-93;

- полиизоцианат на основе 4,4′-дифенилметандиизоцианата торговой марки Суризон или Суризон П 85 по ТУ 113-03-29-22-84;

- дибутилдилаурат олова, см. Дж.Х. Саундерс, К.К. Фриш. "Химия полиуретанов", М., "Химия", 1968 г., с.211;

- дифенилолпропан по ТУ 2423-172-00203335-2007;

- диацетил по ГОСТ Р 52363-2005.

В настоящее время в Мире изотопы углерода ¹³C широко применяются в биохимии и медицине для диагностики. В заявке представлены результаты собственных исследований по влиянию изотопов углерода ¹³C на прочностные характеристики защитных составов и покрытий.

Ранее автор исследовал влияние изотопов углерода ¹³C на характеристики лекарственных препаратов (См. заявку ЕАПВ на изобретение 201201222. По заявке принято решение о выдаче патента).

В данной заявке подтверждено, что использование изотопов углерода ¹³C повышает сопротивляемость молекул к окислительному воздействию радикалов, позволяет существенно повысить твердость и прочность составов для покрытий, существенно сократить время отверждения композиции.

Способы производства стабильного высокообогащенного нерадиоактивного изотопа углерода-13 широко применяются в российской и мировой промышленности. Хорошо отработаны способы получения изотопа углерода-13 методом газовой диффузии через пористые перегородки, диффузии в потоке пара, термодиффузии, а также методом дистилляции, изотопного обмена, центрифугирования, электролиза, генной инженерии и др. Краткая характеристика этих методов приведена в источнике / Разделение изотопов. Физическая энциклопедия. http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_physics/1071/ИЗОТОПОВ /.

В Московской государственной академии тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова отрабатывают современные нанотехнологии получения и включения атомов стабильных изотопов углерода ¹³C в молекулы различной структуры. В академии получают молекулы изотопномеченых соединений с различными уровнями изотопного обогащения - от долей процентов до ста процентов изотопов в веществе. Работы ведутся в интересах медицинской диагностики. В источнике / Нанотехнология и включение атомов дейтерия 2H, углерода 13С, азота 15N и кислорода 18O в молекулы аминокислот и белков. http://samlib.ru/o/oleg_w_m/cdocumentsandsettingsolegmosinmoidokumentynanotehnologijaiwkljuchenieatomowdejterija2hrtf.shtml/ приведено 165 ссылок на иностранные источники информации по изотопному обогащению различных веществ.

В свою очередь, автор активно участвовал в работах по изотопному обогащению углеводородов. Обогащение реагентов изотопами углерода ¹³C (замещение изотопов углерода ¹²C на изотопы углерода ¹³C) осуществляли в кавитационном реакторе конструкции профессора Кормилицына В.И. (Московский Энергетический Институт - технический университет).

Реактор был изготовлен по методике, приведенной в источнике / Р.Ф. Ганиев, В.И. Кормилицын, Л.И. Украинский. Волновая технология приготовления альтернативных видов топлив и эффективность их сжигания. - М.: Научно-издательский центр «Регулярная и хаотическая динамика», 2008. - 116 с. / Скорость течения в реакторе, по длине канала, изменялась от 10 м/с до 50 м/с.

На фиг.36 заявки ЕАПВ на изобретение 201200343 представлена схема кавитационного реактора для изотопного обогащения различных смесей, в частности углеводородных реагентов. Реактор расположен в установке, которая содержит насос 6НК-6х1, обеспечивающий максимальный расход 90 м³/час, напор 125 м при мощности электродвигателя 75кВт, частоте оборотов ротора электродвигателя и колеса насоса 2950 об/мин. Дополнительно установка содержит емкости для реагентов и измерительные приборы (чертежи реактора, а именной фиг.36, 37 и 38, представлены в опубликованной заявке ЕАПВ на изобретение 201200343).

Схема установки представлена на фиг.38 заявки ЕАПВ на изобретение 201200343.

Кавитационный реактор 1 (см. фиг.36 заявки ЕАПВ на изобретение 201200343) выполнен в виде плоского сопла Лаваля с телами кавитации 2-9 в канале 10.

На фиг.37 заявки ЕАПВ на изобретение 201200343 представлено поперечное сечение кавитационного реактора. Канал реактора в области тел кавитации разделяется на несколько каналов. Например, тела кавитации 5 и 6 разделяют канал на более мелкие каналы 13, 14 и 15. Снаружи канал ограничивают стенки 16 и 17, а также две крышки 11 и 12.

На фиг.36 стрелками 18 показано направление движения реагента на входе в реактор, стрелкой 19 показано направление движения реагента на выходе из реактора.

В стенке 16 выполнены каналы 24 и 25 для подачи в зоны кавитации двуокиси углерода.

Установка работает следующим образом. Углеводородный реагент из емкости 28 с помощью насоса 26 прокачивается через реактор 27 и поступает обратно в емкость 28. Падение давления на реакторе контролируется манометрами 29 и 30. Температура реагента контролируется по термометру 31. Подогрев реагента в емкости осуществляют нагревателем 32.

При работе реактора углеводородный реагент движется по каналу кавитатора в направлении 18. При обтекании тел кавитации поток разделяется на несколько потоков. За телами кавитации возникают области кавитации. В частности, за телами (если смотреть по направлению движения реагента) кавитации 2, 3 и 4 располагаются зоны кавитации 20, 21, 22 и 23. При входе в область кавитации реагент «закипает», возникают кавитационные пузырьки, при выходе из области кавитации кавитационные пузырьки схлопываются. При этом в области (в месте) схлопывания кавитационного пузырька наблюдается повышение давления до нескольких тысяч атмосфер и повышение температуры до тысячи и более градусов Цельсия. Через каналы 24 и 25 в поток подается двуокись углерода таким образом, чтобы газ попал в зоны кавитации.

Парогазовая смесь, полученная в реакторе совместно с жидким реагентом, поступает в емкость 28. Далее парогазовая смесь по трубопроводу 33 поступает в сепаратор с пористой перегородкой, где парогазовые смеси с ¹³C и ¹²C разделяются.

В экспериментах реактор работал от нескольких часов до нескольких суток. Установлена прямая зависимость степени обогащения парогазовой смеси и реагента изотопом ¹³C от времени работы кавитационного реактора.

Контроль количества изотопов углерода ¹³C осуществлялся масс-спектроскопией высокого разрешения.

В результате экспериментов было достигнуто существенное обогащение реагента изотопом углерода ¹³C.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами конкретного выполнения.

Пример 1 (Патент РФ 2162478)

В емкость загружают компоненты при следующем соотношении, мас.ч.:

полиоксипропилентриол с молекулярной массой 3000 100 полиизоцианат на основе 4,4′-дифенилметандиизоцианата 200 дибутилдилаурат олова 0.2 этилацетат 50 бутилацетат 50 трибутиламин 0.1

перемешивают в течение 2 часов и наносят на рабочую поверхность.

Пример 2 (по заявляемому объекту)

Композицию для покрытий получают путем смешения компонентов при следующем соотношении, мас.ч.:

полиоксипропилентриол с молекулярной массой 3600 30 полиизоцианат на основе 4,4′-дифенилметандиизоцианата 68 дибутилдилаурат олова 0.2 дифенилолпропан 70 диацетил формулы C₄H₆O₂ 125

после перемешивания смесь наносят на рабочую поверхность.

Пример 3

Композицию получают аналогично примеру 2, но используют полиоксипропилентриол с ММ 3000.

Пример 4

Композицию получают аналогично примеру 2, но используют полиоксипропилентриол с ММ 5000.

Примеры 5, 8

Композицию получают аналогично примеру 2, но при другом соотношении полиоксипропилентриола и дифенилолпропана.

Примеры 6, 9

Композицию получают аналогично примеру 3, но при другом соотношении полиоксипропилентриола и дифенилолпропана.

Примеры 7, 10

Композицию получают аналогично примеру 4, но при другом соотношении полиоксипропилентриола и дифенилолпропана.

В примере 1 изотопы углерода ¹³C отсутствовали.

В примере 2 отношение количества изотопов углерода ¹³C к общему количеству углерода в защитном составе 0.005.

В примере 3 отношение количества изотопов углерода ¹³C к общему количеству углерода в защитном составе 0.005.

В примере 4 отношение количества изотопов углерода ¹³C к общему количеству углерода в защитном составе 0.01.

В примере 5 отношение количества изотопов углерода ¹³C к общему количеству углерода в защитном составе 0.01.

В примере 6 отношение количества изотопов углерода ¹³C к общему количеству углерода в защитном составе 0.1.

В примере 7 отношение количества изотопов углерода ¹³C к общему количеству углерода в защитном составе 0.2.

В примере 8 отношение количества изотопов углерода ¹³C к общему количеству углерода в защитном составе 0.2.

В примере 9 отношение количества изотопов углерода ¹³C к общему количеству углерода в защитном составе 0.5.

В примере 10 отношение количества изотопов углерода ¹³C к общему количеству углерода в защитном составе 0.5.

Композицию по примерам 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 получают аналогично примерам 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 соответственно, при использовании 0.1 мас.ч. дибутилдилаурата олова.

Время отверждения композиции основано на способности покрытий в процессе отверждения удерживать на своей поверхности бумагу, определяют по ГОСТ 19003-73.

Прочность пленки при растяжении - это максимальное напряжение, которое может выдержать пленка, не разрушаясь, определяют по ГОСТ 18299-72.

Относительную твердость покрытий (в уд. ед.) определяют по маятниковому прибору марки МЭ-3 по ГОСТ 5233-67.

Данные по примерам приведены в таблице.

Как видно из примеров конкретного исполнения, заявленная композиция позволяет повысить твердость и прочность покрытий в 1.3-1.4 раза, сократить время отверждения композиции в 1.5-2 раза и улучшить ее экологичность за счет снижения количества вводимого полиизоцианата в 2.8-3 раза.

Таблица Состав (мас.ч.) и
свойства композиции 1 (Патент РФ 2162478) 2 3 4 5 6 Полиоксипропилен-триол 100 30 30 30 50 50 Полиизоцианат 200 68 70 65 68 70 Этилацетат 50           Бутилацетат 50           Дибутилдилаурат олова 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 Трибутиламин 0.1           Диацетил формулы C₄H₆O₂   125 125 125 125 125 Дифенилолпропан   70 70 70 50 50 Время отверждения, ч 1,5-2 0.7 0.7 0.6 0.6 0.6 Твердость покрытий, уд.ед. 0.48 0.75 0.75 0.8 0.8 0.8 Прочность пленки при растяжении, МПа 51 85 87 89 90 90

Таблица продолжение Состав (мас.ч.) и свойства композиции 7 8 9 10 Полиоксипропилентриол 50 70 70 70 Полиизоцианат 65 68 70 65 Этилацетат         Бутилацетат         Дибутилдилаурат олова 0.2 0.2 0.2 0.2 Трибутиламин         Диацетил формулы C₄H₆O₂ 125 125 125 125 Дифенилолпропан 50 30 30 30 Время отверждения, ч 0.6 0.6 0.6 0.6 Твердость покрытий, уд.ед. 0.8 0.8 0.8 0.8 Прочность пленки при растяжении, МПа 90 90 90 90 Таблица продолжение Состав (мас.ч.) и свойства композиции 11 12 13 14 Полиоксипропилентриол 30 30 30 50 Полиизоцианат 68 70 65 68 Этилацетат         Бутилацетат         Дибутилдилаурат олова 0.1 0.1 0.1 0.1 Трибутиламин         Диацетил формулы C₄H₆O₂ 125 125 125 125 Дифенилолпропан 70 70 70 50 Время отверждения, ч 1-1.5 0.7 0.7 0.7 Твердость покрытий, уд.ед. 0.63 0.8 0.8 0.85 Прочность пленки при растяжении, МПа 68 90 90 90

Таблица продолжение Состав (мас.ч.) и свойства композиции 15 16 17 18 Полиоксипропилентриол 50 50 70 70 Полиизоцианат 70 65 68 70 Этилацетат         Бутилацетат         Дибутилдилаурат олова 0.1 0.1 0.1 0.1 Трибутиламин         Диацетил формулы C₄H₆O₂ 125 125 125 125 Дифенилолпропан 50 50 30 30 Время отверждения, ч 0.7 0.7 0.7 0.7 Твердость покрытий, уд.ед. 0.85 0.85 0.85 0.85 Прочность пленки при растяжении, МПа 90 92 92 92

Изобретение относится к защитному составу для покрытия и пропитки поверхностей бетонных, металлических, деревянных, пластмассовых и стеклянных конструкционных материалов. Защитный состав содержит полиоксипропилентриол с молекулярной массой 3000-5000, полиизоцианат на основе 4,4′-дифенилметандиизоцианата, дибутилдилаурат олова и растворитель, при этом он дополнительно содержит дифенилолпропан, а в качестве растворителя - диацетил при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: полиоксипропилентриол с молекулярной массой 3000-5000 30-70; полиизоцианат на основе 4,4′-дифенилметандиизоцианата 65-70; дибутилдилаурат олова 0,1-0,2; дифенилолпропан 70-30; диацетил формулы C₄H₆O₂ 125 и изотопы углерода ¹³C. Отношение количества изотопов углерода ¹³C к общему количеству углерода в защитном составе от 0.005 до 0.5. Технический результат - повышение твердости и прочности покрытий, снижение времени отверждения композиции и улучшение ее экологичности. 18 пр., 1 табл.

Защитный состав для покрытия и пропитки поверхностей бетонных, металлических, деревянных, пластмассовых и стеклянных конструкционных материалов, содержащий полиоксипропилентриол с молекулярной массой 3000-5000, полиизоцианат на основе 4,4′-дифенилметандиизоцианата, дибутилдилаурат олова и растворитель, при этом он дополнительно содержит дифенилолпропан, а в качестве растворителя - диацетил при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
полиоксипропилентриол с молекулярной массой 3000-5000 30-70 полиизоцианат на основе 4,4′-дифенилметандиизоцианата 65-70 дибутилдилаурат олова 0,1-0,2 дифенилолпропан 70-30 диацетил формулы C₄H₆O₂ 125,

отличающийся тем, что защитный состав выполнен таким образом, что содержит изотопы углерода ¹³C, и отношение количества изотопов углерода ¹³C к общему количеству углерода в защитном составе от 0.005 до 0.5.