КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ МОРОЗОСТОЙКИХ И ВЛАГОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ Российский патент 2023 года по МПК C09D175/14 C09D109/00 

Изобретение относится к относится к композициям из эластичных полиуретанов, используемых в качестве синтетических гидроизоляционных и спортивных покрытий [C09D175/00, C09D115/00, C09D109/00].

Создание эластичных полиуретановых материалов, сохраняющих свои эксплуатационные характеристики при отрицательных температурах и перерабатываемых по литьевой технологии «холодного» отверждения, относится к актуальным направлениям химии и технологии высокомолекулярных соединений. Данный эксплуатационный показатель важен при практическом применении эластичных полиуретанов, например, в качестве синтетических гидроизоляционных и спортивных покрытий.

Из уровня техники известна КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОКРЫТИЙ [RU2190002, опубл. 27.09.2002] включающая олигодиендиол, пластификатор, минеральный наполнитель, трехфункциональный низкомолекулярный спирт, полиизоцианат, катализатор уретанообразования и 2,4,6-три-третбутилфенол, отличающаяся тем, что она в качестве олигодиендиола содержит олигобутадиендиол мол. м. 2000-5000, содержанием концевых гидроксильных групп 0,7-1,7% и дополнительно содержит этилсиликат при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:

олигобутадиендиол - 100, пластификатор - 5 - 30, минеральный наполнитель - 90 - 150, трехфункциональный низкомолекулярный спирт - 1 - 5, полиизоцианат - 12 - 24, оловоорганический катализатор - 0.01 - 1.10, 2,4,6-Три-третбутилфенол - 0.5 - 1.5, этилсиликат - 0.8 - 1.6.

Также из уровня техники известна КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОКРЫТИЯ СПОРТИВНЫХ ПЛОЩАДОК [RU2024564, опубл. 15.12.2004] на основе бутадиенпипериленового каучука мол.м. 1200-3200, включающая глицерин, полиизоцианат, катализатор уретанообразования и эластичный наполнитель, отличающаяся тем, что, композиция в качестве эластичного наполнителя содержит гидроксилированную резиновую крошку с концентрацией гидроксильных групп 2,4 - 6,7 мас.% и дополнительно содержит оксид кальция и мел при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

бутадиенпипериленовый каучук мол.м. 1200 - 3200 - 100, глицерин - 1 - 3, полиизоцианат - 16 - 28, катализатор уретанообразования - 0.01 - 1.0, оксид кальция - 10 - 15, мел - 30 - 60, гидроксилированная резиновая крошка с концентрацией гидроксильных групп 2,4 - 6.7 (20 - 60%).

Наиболее близкой по технической сущности является КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОКРЫТИЯ [RU2186812, опубл. 10.08.2002], включающая олигодиендиол, пластификатор, минеральный наполнитель, трехфункциональный низкомолекулярный спирт, полиизоцианат, катализатор уретанообразования и 2,4,6-три-третбутилфенол, отличающаяся тем, что она в качестве олигодиендиола содержит сополимер бутадиена и изопрена с соотношением мономеров 70:30, мол.м. 4000-5000, содержанием гидроксильных групп 0,75-0,89 мас.% (ПДИ-1К) и дополнительно содержит этилсиликат при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Сополимер бутадиена и изопрена ПДИ-1К - 100, Пластификатор - 5-30, Минеральный наполнитель - 90-150, Трехфункциональный низкомолекулярный спирт - 1-5, Полиизоцианат - 12-24, Катализатор уретанообразования - 0.01-1.00, 2,4,6-три-третбутилфенол - 0.5-1.5, Этилсиликат - 0.8-1.6.

Основной технической проблемой вышеуказанного прототипа и аналогов является низкая морозостойкость композиций, из-за того, что в их состав не входят компоненты, обеспечивающие эксплуатацию получаемых из композиций покрытий в условиях низких температур.

Задачей изобретения является устранение недостатков прототипа.

Техническим результатом изобретения является повышение морозостойкости покрытия, получаемого на основе заявленной композиции и улучшение его эксплуатационных свойств при отрицательных температурах,

Указанный технический результат достигается за счет того, композиция для морозостойких и влагостойких покрытий, включающая олигобутадиендиол ПДИ-1К, минеральный наполнитель, трехфункциональный низкомолекулярный спирт, полимерный метилендифенилдиизоцианат, оловоорганический катализатор, отличающаяся тем, что композиция включает в себя двухфункциональный низкомолекулярный спирт, пентаэритрил-тетракис-3-3',5'-ди-трет-бутил-4-гидрокси-фенил пропионат, пластификатор Skydrol LD-4 при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:

олигобутадиендиол ПДИ-1К - 100, минеральный наполнитель - 58-98, двухфункциональный низкомолекулярный спирт - 1.0-2.0, трехфункциональный низкомолекулярный спирт - 0.5-1.0, полимерный метилендифенилдиизоцианат - 16-30, оловоорганический катализатор - 0.005-1.0 пентаэритрил-тетракис-3-3',5'-ди-трет-бутил-4-гидрокси-фенил пропионат - 0.5-1.5, пластификатор Skydrol LD-4 1-5.

Композиция по п.1, отличающаяся тем, что в состав входит олигобутадиендиол ПДИ-1К с молекулярной массой 3500 - 4500, с содержанием концевых гидроксильных групп 0.7-1.0%.

В частности, полимерный метилендифенилдиизоцианат представляет собой полиметиленполифенилполиизоцианат, получаемый фосгенированием продукта конденсации анилина с формальдегидом, с содержанием изоцианатных групп 30.0-32.0%.

В частности, в состав входит полимерный метилендифенилдиизоцианат марок Wannate PM-20, Lupranat M 20 S, MILLIONATE MR-200, VORANATE M 229, Desmodur 44V20L, Cosmonate M-200.

В частности, оловоорганический катализатор представляет собой октоат олова.

В частности, оловоорганический катализатор представляет собой дибутилдилауринат олова.

В частности, в состав входит оловоорганический катализатор марок Niax D-19 SO, KOSMOS 29, Dabco T9, Stannous octoate, МСТ Т9.

В частности, в состав входит оловоорганический катализатор марок TIB Kat 218, Dabco T-12, Kosmos 19, PC CAT T12, Jeffcat T-12, Fomrex SUL-4, Addocat 201

В частности, минеральный наполнитель представляет собой минеральный порошок.

В частности, в состав входит минеральный наполнитель в виде мела молотого.

В частности, в состав входит минеральный наполнитель в виде извести негашенной.

В частности, в состав входит трехфункциональный низкомолекулярный спирт в виде глицерина.

В частности, в состав входит двухфункциональный низкомолекулярный спирт в виде этандиола-1,2.

В частности, в состав входит двухфункциональный низкомолекулярный спирт в виде бутандиола-1,4.

В частности, в состав входит антиоксидант пентаэритрил-тетракис-3-3',5'-ди-трет-бутил-4-гидрокси-фенил пропионат марок Irganox 1010, Anox 20, IONOL 630, Ethanox 310

Осуществление изобретения.

Композиция для морозостойких и влагостойких покрытий, включающая олигобутадиендиол ПДИ-1К с молекулярной массой 3500 - 4500, с содержанием концевых гидроксильных групп 0.7-1.0%, минеральный наполнитель, двухфункциональный низкомолекулярный спирт, трехфункциональный низкомолекулярный спирт, полимерный метилендифенилдиизоцианат (смесь дифенилметан-4,4'-диизоцианата с его изомерами и гомологами, соотношение чистого метилендифенилдиизоцианата и полимерного метилендифенилдиизоцианата 40 на 60%), оловоорганический катализатор, антиоксидант пентаэритрил-тетракис-3-(3',5'-ди-трет-бутил-4-гидрокси-фенил) пропионат, пластификатор Skydrol LD-4 при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:

олигобутадиендиол ПДИ-1К - 100, минеральный наполнитель - 58-98, двухфункциональный низкомолекулярный спирт - 1.0-2.0, трехфункциональный низкомолекулярный спирт - 0.5-1.0, полимерный метилендифенилдиизоцианат - 16-30, оловоорганический катализатор - 0.005-1.0 пентаэритрил-тетракис-3-(3',5'-ди-трет-бутил-4-гидрокси-фенил) пропионат - 0.5-1.5, пластификатор Skydrol LD-4 1-5.

В качестве полиизоцианата в композиции используются полиметиленполифенилполиизоцианаты, получаемые фосгенированием продукта конденсации анилина с формальдегидом и содержанием изоцианатных групп 30.0-32.0%. В частности, могут использоваться следующие торговые марки: Wannate PM-20, Lupranat M 20 S, MILLIONATE MR-200, VORANATE M 229, Desmodur 44V20L, Cosmonate M-200.

В качестве оловоорганического катализатора в композиции используются октоат олова или дибутилдилауринат олова, следующих торговых марок: TIB Kat 218, Dabco T-12, Kosmos 19, PC CAT T12, Jeffcat T-12, Fomrex SUL-4, Addocat 201, Niax D-19 SO, KOSMOS 29, Dabco T9, Stannous octoate, МСТ Т9.

В качестве пластификатора в композиции используются гидравлическая жидкость Skydrol LD-4 (производитель Solutia Europe SPRL/BVBA). Skydrol LD-4 был разработан в 1977 году и представляет из себя фиолетовую авиационную жидкость для гидравлических систем самолетов; обладает низкой плотностью и высокой температурной стабильностью.

Наполнителями композиции служат минеральные порошки средней степени дисперсности, например: мел молотый, известь негашенная.

В качестве низкомолекулярного трехфункционального спирта в композиции используется глицерин. Глицерин является органическим соединением, простейший представитель трехатомных спиртов, представляет собой вязкую нетоксичную прозрачную жидкость со сладким вкусом.

В качестве низкомолекулярного двухфункционального спирта в композиции используются этандиол-1,2 (этиленгликоль) и бутандиол-1,4. Этандиол-1,2 - кислородсодержащее органическое соединение, двухатомный спирт, один из представителей полиолов (многоатомных спиртов). В очищенном виде представляет собой прозрачную бесцветную жидкость слегка маслянистой консистенции. Не имеет запаха и обладает сладковатым вкусом. 1,4-Бутандиол - также является двухатомным спиртом и представляет из себя бесцветную вязкую жидкость.

В качестве антиоксиданта, компонента увеличивающего стойкость покрытия к термо-окислительному старению, в состав входит пентаэритрил-тетракис-3-(3',5'-ди-трет-бутил-4-гидрокси-фенил) пропионат (Irganox 1010, Anox 20, IONOL 630, Ethanox 310).

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

Для изготовления композиции может быть использовано смесительное оборудование, обеспечивающее получение гомогенной суспензии наполнителя в углеводородной среде. Полиизоцианат поставляют в комплекте с композицией и добавляют в нее на месте укладки покрытия. Резиновую крошку, в случае ее использования, вмешивают в композицию перед введением отвердителя.

Технический результат изобретения - повышение морозостойкости покрытия, получаемого из композиции, достигается за счет того, что композиция для эластичных покрытий состоит из олигодиендиола, пластификатора и минерального наполнителя в качестве олигодиендиола содержит «Каучук низкомолекулярный ПДИ-1К», в качестве пластификатора содержит Skydrol LD-4, в качестве удлинителя цепи содержит двухфункциональные спирты этандиол -1,4 и бутандиол -1,4, в качестве агента разветвления цепи глицерин, в качестве отвердителя полимерный метилендифенилдиизоцианат. Использование в композиции в качестве пластификатора Skydrol LD-4 и удлинителя полимерной цепи двухосновного спирта при отверждении данной композиции гарантированно обеспечивает температуру стеклования не ниже минус 70°С. Таким образом, указанный состав композиции позволяет получать эластичные полиуретаны и обеспечить их использование в качестве гидроизоляционных и спортивных покрытий, в том числе - в морозостойком исполнении (снижение температуры стеклования эластичных полиуретанов до - 70°С).

Пример достижения технического результата.

Составы заявленной композиции и композиции прототипа, используемые в примере приведены в таблице 1. Покрытия готовятся согласно примера прототипа - аналогичным образом с учетом измененных мас. ч. и состава компонентов.

Таблица 1. Наименование компонентов Заявленное решение (мас. ч) Прототип
(мас. ч) олигобутадиендиол ПДИ-1К - 100 - 100 минеральный наполнитель - 95 - 100 пластификатор диоктилфалат - 15 пластификатор Skydrol LD-4 - 3 двухфункциональный низкомолекулярный спирт - 1.8 трехфункциональный низкомолекулярный спирт - 0,8 - 4 оловоорганический катализатор - 0.01 - 0.01 полиизоцианат - 20 - 24 2,4,6-три-третбутилфенол - 1 этилсиликат - 1 пигмент красный C - 5 Антиоксидант пентаэритрил-тетракис-3-(3',5'-ди-трет-бутил-4-гидрокси-фенил) пропионат - 1.5

Испытание образцов покрытия заявленного решения и прототипа приведены в таблице 2. Образцы испытывали по способу прототипа, а именно по ГОСТ 263-75, ГОСТ 270-75, ГОСТ 6950-73,ГОСТ 2678-88. Динамический модуль упругости и тангенс угла механических потерь определяли методом однократного ударного сжатия на маятниковом эластометре Испытания на отскок мяча выполняют по DIN 18035, часть 6 - путем определения отношения высоты отскока мяча от покрытия по сравнению с бетонным полом. Испытания проводили при температуре 14°С.

Таблица 2. Показатели покрытия Заявленное решение Прототип Твердость по Шору А, усл. ед. - 53 - 63 Условная прочность, МПа - 3.0 - 3.0 Относительное удлинение, % - 220 - 140 Эластичность по отскоку, % - 50 - 48 Динамический модуль упругости, МПа - 4.5 - 5.0 Тангенс угла механических потерь - 0.102 - 0.108 Отскок баскетбольного мяча, % - 108 - 110 Отскок теннисного мяча, % - 106 - 110 Водопоглащение за 72 часа при 40°С, % - 0.5 - 1.6

Также были проведены испытания образцов покрытия заявленного решения и прототипа по морозостойкости (приведены в таблице 3). В качестве критерия морозостойкости использовалась способность покрытия сохранять свои физико-механические, динамические и упругогистерезисные характеристики при понижении температуры (приведенные в таблице 2). Измерение характеристик производилось при нахождении образцов покрытия при указанной температуре на протяжении 8 ч. Символом «+» отмечен результат испытания, при котором не происходит ухудшения ни одной из характеристик, приведенных в таблице 2. Символом «-» отмечен результат испытания, при котором происходит ухудшение хотя-бы одной характеристики, приведенных в таблице 2

Таблица 3. Температура 14°С 0°С -10°С -20°С -30°С -40°С -50°С - 70°С Заявленное решение + + + + + + + + Прототип + + + + + + - -

Из данных таблицы 3 видно, что использование заявленной композиции, в которой в качестве пластификатора используется Skydrol LD-4, в качестве удлинителя полимерной цепи двухфункциональных спиртов - этандиол -1,4 и бутандиол -1,4, в качестве агента разветвления цепи - глицерин, а в качестве отвердителя - метилендифенилдиизоцианат, обеспечивает повышенную морозостойкость (по сравнению с прототипом) на 30°С, что подтверждает заявленный технический результат изобретения.

Изобретение может быть использовано при нанесении гидроизоляционных покрытий и покрытий на спортивные площадки. Композиция для морозостойких и влагостойких покрытий включает олигобутадиендиол ПДИ-1К, минеральный наполнитель, двухфункциональный низкомолекулярный спирт, трехфункциональный низкомолекулярный спирт, полимерный метилендифенилдиизоцианат, оловоорганический катализатор, пентаэритрил-тетракис-3-3',5'-ди-трет-бутил-4-гидрокси-фенил пропионат, пластификатор Skydrol LD-4. Изобретение позволяет увеличить эластичность и морозостойкость покрытия из предложенной композиции. 14 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Композиция для морозостойких и влагостойких покрытий, включающая олигобутадиендиол ПДИ-1К, минеральный наполнитель, трехфункциональный низкомолекулярный спирт, полимерный метилендифенилдиизоцианат, оловоорганический катализатор, отличающаяся тем, что композиция включает в себя двухфункциональный низкомолекулярный спирт, пентаэритрил-тетракис-3-3',5'-ди-трет-бутил-4-гидрокси-фенил пропионат, пластификатор Skydrol LD-4 при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:

олигобутадиендиол ПДИ-1К 100 минеральный наполнитель 58-98 двухфункциональный низкомолекулярный спирт 1,0-2,0 трехфункциональный низкомолекулярный спирт 0,5-1,0 полимерный метилендифенилдиизоцианат 16-30 оловоорганический катализатор 0,005-1,0 пентаэритрил-тетракис-3-3',5'-ди-трет-бутил-4-гидрокси-фенил пропионат 0,5-1,5 пластификатор Skydrol LD-4 1-5

2. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что в состав входит олигобутадиендиол ПДИ-1К с молекулярной массой 3500-4500, с содержанием концевых гидроксильных групп 0,7-1,0%.

3. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что полимерный метилендифенилдиизоцианат представляет собой полиметиленполифенилполиизоцианат, получаемый фосгенированием продукта конденсации анилина с формальдегидом, с содержанием изоцианатных групп 30,0-32,0%.

4. Композиция по пп. 1, 3, отличающаяся тем, что в состав входит полимерный метилендифенилдиизоцианат марок Wannate PM-20, Lupranat M 20 S, MILLIONATE MR-200, VORANATE M 229, Desmodur 44V20L, Cosmonate M-200.

5. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что оловоорганический катализатор представляет собой октоат олова.

6. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что оловоорганический катализатор представляет собой дибутилдилауринат олова.

7. Композиция по пп. 1, 5, отличающаяся тем, что в состав входит оловоорганический катализатор марок Niax D-19 SO, KOSMOS 29, Dabco T9, Stannous octoate, МСТ Т9.

8. Композиция по пп. 1, 6, отличающаяся тем, что в состав входит оловоорганический катализатор марок TIB Kat 218, Dabco T-12, Kosmos 19, PC CAT T12, Jeffcat T-12, Fomrex SUL-4, Addocat 201.

9. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что минеральный наполнитель представляет собой минеральный порошок.

10. Композиция по пп. 1, 9, отличающаяся тем, что в состав входит минеральный наполнитель в виде мела молотого.

11. Композиция по пп. 1, 9, отличающаяся тем, что в состав входит минеральный наполнитель в виде извести негашеной.

12. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что в состав входит трехфункциональный низкомолекулярный спирт в виде глицерина.

13. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что в состав входит двухфункциональный низкомолекулярный спирт в виде этандиола-1,2.

14. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что в состав входит двухфункциональный низкомолекулярный спирт в виде бутандиола-1,4.

15. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что в состав входит антиоксидант пентаэритрил-тетракис-3-3',5'-ди-трет-бутил-4-гидрокси-фенил пропионат марок Irganox 1010, Anox 20, IONOL 630, Ethanox 310.