Полимерная композиция

Полимерная композиция

Реферат

Изобретение касается лакокрасочной промышленности и стройиндустрии и используется для изготовления защитных и окрашивающих покрытий металлических, бетонных и других поверхностей, быстроотверждаемых герметиков. Изобретение решает задачу получения состава, обладающего высокой озоностойкостью, отличными гидроизоляционными свойствами, хорошей адгезией к различным субстратам, эксплуатируемого в широком интервале температур, быстроотверждаемого при комнатной температуре.

Известна полимерная композиция, принятая за прототип [RU 2107706 С1, 27.03.98], включающая в свой состав бутадиен-стирольный термоэластопласт, модифицирующую добавку, наполнитель и растворитель. Указанная композиция в качестве связующего содержит бутадиен-стирольный термоэластопласт, в качестве модифицирующей добавки - полиизопрен с содержанием 3,4-звеньев 60-93%, алифатический растворитель при следующем соотношении компонентов, мас.%:

бутадиен-стирольный термоэластопласт	3-35
полиизопрен с содержанием 3,4-звеньев 60-93%	65-97
алифатический растворитель	200-1000.

Кроме того, указанная композиция может дополнительно содержать повыситель клейкости, наполнитель и краситель.

Указанный состав, наряду с высокими показателями физико-механических характеристик, имеет следующие недостатки: низкая твердость, возможность полного отверждения только при температурах выше 10°С, наличие большого количества растворителя, обусловливающего усадку покрытия.

Предлагаемое изобретение направлено на снижение усадочных деформаций за счет исключения из состава композиции растворителя, повышение твердости, снижение температуры применения.

Это достигается тем, что полимерная композиция, используемая для изготовления защитных и окрашивающих покрытий металлических и бетонных поверхностей, быстроотверждаемых герметиков и включающая в свой состав: полимерное связующее, отвердитель, наполнитель и модифицирующие добавки, в качестве полимерного связующего содержит окисленный дивинилстирольный термоэластопласт, имеющий на концах макромолекул реакционно-способные гидроксильные и карбоксильные концевые группы с преобладанием гидроксильных групп (гидроксильное число 33-38), в качестве отвердителя - полиизоцианаты, с содержанием изоцианатных групп не менее 30%, в качестве катализатора отверждения - жидкий масляно-талловый сиккатив, в качестве наполнителя - мелкодисперсные минеральные порошки или пигменты, в качестве модифицирующих компонентов - тиксотропные добавки и дибутилфталат, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

окисленный дивинилстирольный термоэластопласт	52,0...60,0
отвердитель - полиизоцианат	7,0...9,0
катализатор отверждения - сиккатив	1,2...1,7
наполнитель - мелкодисперсные минеральные порошки
или неорганические пигменты	20,0...29,0
пластификатор - дибутилфталат	0,6...0,8
модифицирующая добавка - волластонит	6,0...8,0
стабилизатор фенольного типа - ВТС-150 или ВС-30А	1,2...1,5,

причем композиция не содержит органические растворители.

Для получения связующего предлагаемой композиции использовали дивинилстирольные термоэластопласты (дивинилстирольные каучуки) с содержанием стирола 30% следующих марок: ДСТ-30Р20ПС, ДСТ-30Р-01 и ДСТ-30-01, выпускаемые по ТУ 38.40327-90, ТУ 38.40370-91.

Указанные дивинилстирольные каучуки представляют собой блочные сополимеры с низким содержанием золы, органических кислот и мыл, легко растворяются во многих растворителях, выпускаются в виде крошки размером 1...2 мм, что устраняет необходимость предварительной пластикации или резки перед растворением. Сопротивление разрыву достигает максимума при температурах ниже 60°С и падает при более высоких температурах. Среднечисленный молекулярный вес колеблется в пределах от 85000 до 95000. Полибутадиеновые блоки придают эластичность указанным каучукам при низких температурах. Низкотемпературные свойства распространяются и на смеси, приготавливаемые на его основе.

В качестве растворителя для использованных дивинил-стирольных термоэластопластов использовали толуол, выпускаемый по ГОСТ 5789-78.

Для получения связующего проводили окисление исходного дивинил-стирольного термоэластопласта. Окисление проводили в лабораторном герметичном смесителе, оборудованном системой подачи воздуха под давлением, рубашкой для подогрева смеси и мешалкой с редуктором. В смеситель загружали расчетное количество порошкообразного ДСТ, растворителя и катализаторов проведения реакции окисления - надуксусной кислоты и сиккатива тройного плавленого из расчета 1-3% от массы полимера. Проведение указанной реакции в среде надуксусной кислоты позволяет получить в исходном каучуке реакционно-способные концевые группы, содержащие активные атомы кислорода. Процесс окисления оценивали по изменению значений характеристической вязкости смеси. Оптимальные условия проведения указанной реакции следующие: давление (сверх атмосферного) 0,6 МПа, температура смеси 150°С, время проведения 3 часа при скорости вращения ротора мешалки 60 об/мин. В результате проведения реакции окисления получили связующее с динамической вязкостью 20-35 Пз при температуре 25°С по реовискозиметру Гепплера. Титрование полученного связующего показало наличие в нем концевых гидроксильных и карбоксильных групп с преобладанием гидроксильных (гидроксильное число 33-38). Наличие указанных групп в связующем позволяет проводить его отверждение при помощи полифункиональных отвердителей - полиизоцианатов с массовой долей изоцианатных групп не менее 30%.

Для приготовления композиций использовали:

- отвердители - полиизоцианаты с массовой долей изоцианатных групп не менее 30% и условной вязкостью при 20°С не более 60 с, например, полиизоцианаты марок П45-25, ПМ50-25, выпускаемые по ТУ 2472-002-72311668-2004;

- стабилизаторы фенольного типа для производства синтетических каучуков - стирилированный дифениламин ВТС-150 (ТУ 38.103613-86) или ВС-30А (ТУ 38.40367-87);

- жидкий масляно-талловый сиккатив СЖ1П-35 (ТУ-205-2966756-09-93);

- микроармирующий наполнитель - волластонит марки Воксил-100 производства ООО «Ладога Хим» с содержанием частиц размером 10 мкм - 90...97 мас.%, размером 20 мкм - 3...10 мас.%;

- пигменты красный, синий, желтый, выпускаемые по СТУ 45-1735-63, ГОСТ 13483-68, СТУ 11-965-64;

- мелкодисперсный наполнитель - белая сажа марок БС-50 или БС-100.

Технология приготовления композиций следующая: после остывания окисленного дивинил-стирольного термоэластопласта до 50...60°С в смеситель вводили стабилизатор при непрерывном перемешивании в течение 10...15 мин, затем в смеситель вводили сиккатив и дибутилфталат. Отвердитель вводили при снижении температуры смеси до 30°С, затем порционно вводили микроармирующий наполнитель и, при необходимости, нужный пигмент. Количество вводимых пигментов и микроармирующего наполнителя определяется исходя из условий применения композиций (окрасочный состав, защитное покрытие, герметик). Смешение связующего с наполнителем проводили в высокоскоростном смесителе, снабженном пропеллерной мешалкой до получения однородной массы требуемой вязкости.

Составы заявляемых смесей и прототипа указаны в табл.1. Основные физико-механические характеристики заявляемого материала и прототипа представлены в табл.2.

Составы 1-8 прототип, составы 9-13 приведены для обоснования выбора компонентов при использовании для различных целей - окрашивающие составы, защитные покрытия, герметики.

Анализ данных, представленных в таблицах 1 и 2, позволяет сделать вывод о том, задача изобретения достигается при соотношении компонентов смеси, указанных в таблице 1.

Наличие в заявляемом составе дибутилфталата облегчает совмещение пигментов и наполнителей с полимерным связующим. Микроармирующий наполнитель - волластонит за счет игольчатой формы зерен, с ярко выраженной пространственно-геометрической анизотропностью, способствует увеличению величины относительного удлинения предлагаемого материала без снижения прочности на разрыв, повышает значения твердости.

Наличие минимального числа ненасыщенных связей в окисленном дивинил-стирольном термоэластопласте совместно с использованием стабилизатора фенольного типа увеличивает озоностойкость готовых изделий, а следовательно, продлевает срок службы защитных покрытий из предлагаемого материала.

Таблица 1Составы материалов
Ингредиент	Прототип	Заявляемые составы
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
Мас. частей	Мас.%
Бутадиен-стирольный термоэластопласт марок:
ДСТ-30	3	10	-	20	35	35	35	35	-	-	-	-	-
ДМСТ-30	-	-	35	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Окисленный бутадиен-стирольный термоэластопласт марок:
ДСТ-30Р20ПС								-	55		-	60
ДСТ-30Р-01	-	-	-	-	-	-	-	-	-	54	-	-	52
ДСТ-30-01	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	58	-	-
3,4-Полиизопрен с содержанием 3,4-звеньев:
60,0%	-	-	-	-	65	-	-	-	-	-	-	-	-
80,2%	97		65	80		65	65
93,0%	-	90	-	-	-	-	-	65	-	-	-	-	-
Полиизоцианаты:
П45-25	-	-		-	-			-	7	-	-	9	8
ПМ 50-25	-	-	-	-	-	-	-	-	-	9	7	-	-
Сиккатив
СЖ1П-35	-	-	-	-	-	-	-	-	1,2	1,5	1,2	1,7	1,6
Технический углерод марок:
П514	-	-	-	10	-	20	10	-	-	-	-	-	-
П803	-	-	-	10	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Алкилфенолформальдегидная
смола	-	-	-	5	10	-	-	10	-	-	-	-	-
марки 101	-	-	-	-	-	10	15	-	-	-	-	-	-
марки 101 ЛК
Белая сажа
марки БС-50	-	-	-	20	-	30	10	20	27		24	20
марки БС-100	-	-	-	-	20	-	-	-		24			27
Дибутилфталат	-	-	-	-	-	-	-		0,6	0,72	0,6	0,8	0,7
Волластонит Воксил-100	-	-	-	-	-	-	-	-	8,0	6,0	7,0	7,0	7,0
Стирилированный дифениламин
ВТС-150	-			-		-	-	-		1,3	1,2		1,5
или ВС-30А	-	-	-	-	-	-	-	-	1,2			1,5
Титановые белила	-	-	-	-	-	-	-	5	-	2,48	1	-	-
Пигменты	-	-	-	-	2	-	-	1	-	1	-	-	2
Бензин	500	-	-	1000	1000	500	200	-	-	-	-	-	-
Уайт-спирит	-	500	500	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Итого									100	100	100	100	100

Таблица 2Физико-механические характеристики
Характеристики	Прототип	Заявляемые составы
9	10	11	12	13
Прочность при растяжении, МПа	5...9	11	8	9	9	12
Относительное удлинение, %	500...600	680	770	700	680	600
Сопротивление раздиру, кН/м	50...60	60	52	55	58	65
Твердость по Шору А, ед.	85...90	90	87	85	88	92
Сопротивление отслаиванию по стали, Н/м	4-7	7	6	5	6	9
Водопоглощение, % (7 сут. 20°С)	0,2-0,4	0,2	0,4	0,5	0,4	0,2
Озоностойкость (время до появления трещин) Соз=1·10-4 %, деформация 20%, температура +30°С	Через 14 ч трещин нет	После выдерживания в течение 48 ч трещин нет
Время отверждения, ч	0,2-1	0,5	0,2	0,6	0,4	0,4
Температурный диапазон эксплуатации, °С	-50...+100	-50...+100

Полимерная композиция, отличающаяся тем, что в качестве полимерного связующего используют окисленный дивинилстирольный термоэластопласт, имеющий на концах макромолекул реакционноспособные карбоксильные и гидроксильные группы, с преобладанием последних; в качестве отвердителя - полиизоцианаты с массовой долей изоцианатных групп не менее 30%, в качестве наполнителя - мелкодисперсные минеральные порошки или пигменты, в качестве модифицирующих компонентов - микроармирующий наполнитель - волластонит, в качестве пластификатора - дибутилфталат, дополнительно вводят катализатор отверждения - жидкий масляно-талловый сиккатив и стабилизатор - стирилированный дифениламин ВТС-150 или ВС-30А при следующем соотношении компонентов, мас.%:

окисленный дивинилстирольный термоэластопласт	52,0-60,0
отвердитель - полиизоцианат	7,0-9,0
катализатор отверждения - сиккатив	1,2-1,7
наполнитель - мелкодисперсные минеральные порошки или
неорганические пигменты	20,0-29,0
пластификатор - дибутилфталат	0,6-0,8
модифицирующая добавка - волластонит	6,0-8,0
стабилизатор фенольного типа - ВТС-150 ВС-30А	1,2-1,5,

причем композиция не содержит органические растворители.