Спосіб виготовлення поліуретанмінерального композита для улаштування покриття при низьких температурах

Реферат: Спосіб виготовлення поліуретанмінерального композита для улаштування покриття, при якому спочатку виготовляють ПУМ-композит, змішуючи ПУП-композицію, ПУКПУ-композицію, ППУДприскорювач та ДДММН-наповнювач, потім відокремлюють від нього 0,1-0,3 мас. частини, додають туди додаткову кількість ППУД-прискорювача малими порціями при постійному перемішуванні і витримують склад до набуття ним подвійного-потрійного збільшення в'язкості відносно початкового значення, одержуючи ПУМ-А-композит-активатор, після чого додають його в ПУМ-композит малими порціями при постійному інтенсивному перемішуванні, одержуючи ПУМ-Д-композит-дисперсію. UA 108611 U (12) UA 108611 U UA 108611 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до будівельної галузі і може бути використана при улаштуванні покриттів для захисту будівельних конструкцій різного призначення, зокрема підлог з інтенсивним механічним навантаженням, наприклад, в автопаркінгах, складах, цехах підприємств, супермаркетах. Відомо, що бетонні підлоги будь-якого класу за міцністю при механічній дії на них утворюють пил за рахунок руйнування поверхового шару, всмоктують воду чи інші агресивні рідини (бензин, мастила, розчини солей, миючих засобів), що прискорює руйнацію бетону та створює неприйнятні з санітарних причин умови функціонування приміщень. Тому на поверхні бетонних підлог улаштовують захисні покриття із полімерних матеріалів і, найчастіше, з поліуретанових. Поліуретанові композиції, зазвичай, складаються у вихідному стані з двох чи більшої кількості компонентів, один з яких вміщує різні олігомери з активними функціональними NCOгрупами, а другий - з ОН-групами. При змішуванні вихідних компонентів відбувається хімічна взаємодія цих груп з утворенням високомолекулярних сполук, більшість з яких належить до поліуретанової структури. Хімічна взаємодія ініціюється та прискорюється активними речовинами-прискорювачами та температурою. Важливим фактором в технології улаштування поліуретанових покриттів є дотримання в заданих межах температурних режимів як оточуючого середовища, так і вихідних компонентів. Це пов'язано з тим, що в залежності від температури змінюється конформація (просторова форма) вихідних олігомерів з активними функціональними групами (АФГ) - від умовно лінійної до клубків; в останньому випадку розташовані в середині клубка АФГ блокуються і не можуть вступити в хімічну взаємодію, що уповільнює процес затвердіння і може зменшити кількість з'єднань в масиві полімеру, тобто зменшити міцність матеріалу. Тому, зазвичай, поліуретанові композиції використовують при температурі оточуючого середовища (Т с) від +5 °C при температурі вихідних компонентів (Т к) більше +15 °C. В найближчому аналогу [1] запропонований поліуретанмінеральний композит (ПУМкомпозит), який можна використовувати при Т с від -15 °C, але Тк повинна перевищувати +15 °C. Зниження допустимого мінімального значення Т с з +5 °C до -15 °C стало можливим завдяки використанню спеціально розробленого прискорювача полімеризації уповільненої дії (ППУДприскорювача) та дрібнодисперсного мікронанонаповнювача з лужною реакцією (ДДМННнаповнювач). Справа в тому, що реакція поліуретаноутворення носить екзотермічний характер, що призводить до розігріву реакційноздатної суміші та твердіючого полімеру на ранніх стадіях гелеутворення та набору міцності, причому температура суміші залежить від товщини виробу (в "тонкому" виробі товщина принаймні одного виміру не перевищує кількох мм, в "товстому" - всі виміри більше за таку товщину) та інтенсивності хімічної взаємодії компонентів, пропорційній вмісту прискорювача полімеризації (ПП). Відомо [2], що підвищення температури реакційної маси в діапазоні 20-120 °C сприяє формуванню більш міцного матеріалу, тому ефект нагріву виробу за рахунок екзотермічної реакції полімеризації до наведеного вище рівня температур є позитивним фактором. В "товстих" виробах при значному вмісті ПП (наприклад, 2,4,6-трисдиметиламінометилфенол при вмісті в реакційноздатній масі більше 0,2 %) екзотермічний процес полімеризації може розігріти полімер не тільки до руйнування його структури (більше 160 °C), але і до загоряння в масі, про що попереджають всі інструкції з використання поліуретанових матеріалів. В "тонких" виробах (наприклад, захисних покриттях) при рівних умовах за складом з "товстими" виробами, як свідчать результати випробувань, підвищення температури майже не спостерігається (за рахунок збільшення інтенсивності охолодження), але зміцнення матеріалу стає значно більшим, ніж у випадку "товстого" виробу. Цей факт свідчить про те, що температура виробу, яка визначається екзотермічними процесами, не повністю визначає процес зміцнення полімеру. Механізм зміцнення криється в тому, що в окремих актах екзотермічної дії АФТ питома теплова енергія (ПТЕ), що виділяється в локальному об'ємі матеріалу (ЛОМ) в місці взаємодії, перевищує в 30-100 разів опосередковану по об'єму виробу ПТЕ від усіх актів взаємодії. Саме така потужна ПТЕ в ЛОМ радіусом приблизно до 500 нм, який визначається тепло-масопереносом та інфрачервоним випромінюванням, суттєво впливає на структуру матеріалу, терміни гелеутворення та твердіння і, відповідно, на інші його властивості. Таким чином, в найближчому аналогу [1], завдяки використанню ППУД-прискорювача та ДДМНН-наповнювача з лужною реакцією, яка також сприяє прискоренню процесу полімеризації, вдалося одержати покриття, яке при Т с=-15 °C не зменшило міцності порівняно з покриттям улаштованим при Тс=+5 °C. 1 UA 108611 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Недоліком найближчого аналога є те, що ПУМ-композит можуть використовувати тільки за умов витримування вихідних компонентів при температурі Тс+15 °C, що не завжди можна забезпечити в робочих умовах. Спроба знизити вимоги до Тк менші за +15 °C збільшенням вмісту ППУД-прискорювача в ПУМ-композиті наштовхнулись на різке зменшення терміну технологічної придатності (ТТП), який стає меншим за 0,5 годин, що не відповідає нормальним умовам технології улаштування покриття (тобто, набір максимально допустимої в'язкості у 200 мПа.с відбувається за час, менший ніж 0,5 годин [1]). До того ж, суттєве збільшення вмісту ППУД-прискорювача призводить до підвищення інтенсивності газоутворення в реакційноздатному середовищі та, пов'язаної з цим, пористості покриття і, відповідно, до зменшення міцності. Задача корисної моделі полягає в розробці способу виготовлення поліуретанмінерального композита для улаштування покриття при температурах Т к+5 °C, Тс-15 °C при збереженні мінімального терміну ТТП, міцності покриття і без збільшення його вартості. Поставлена задача вирішується запропонованим способом виготовлення поліуретанмінерального композита, який відрізняється тим, що спочатку виготовляють ПУМкомпозит, змішуючи ПУП-композицію, ПУКПУ-композицію, ППУД-прискорювач та ДДММНнаповнювач, потім відокремлюють від нього 0,1-0,3 мас. частини, додають туди додаткову кількість ППУД-прискорювача малими порціями при постійному перемішуванні і витримують склад до набуття ним подвійного-потрійного збільшення в'язкості відносно початкового значення, одержуючи ПУМ-А-композит-активатор, після чого додають його в ПУМ-композит малими порціями при постійному інтенсивному перемішуванні, одержуючи ПУМ-Д-композитдисперсію, який використовують для улаштування покриття при низьких температурах, а ПУМА-композит-активатор має такий склад, мас. ч.: ПУМ-А-композит-активатор 100 ППУД-прискорювач 0,3-3. Зниження мінімально допустимої температури Т к з +15 °C до +5 °C при виготовленні поліуретанмінерального композита в корисній моделі обумовлено тим, що ПУМ-А-композитактиватор після приготування інтенсивно розігрівається завдяки додатковому вмісту ППУДприскорювача і створює "гаряче" середовище, яке сприяє різкому підвищенню інтенсивності реакції, результатом якого стає подальше зростання температури середовища та його в'язкості. Контроль "визрівання" ПУМ-А-композита-активатора і терміну початку процесу приготування дисперсії здійснюють шляхом вимірювання в'язкості віскозиметром чи органолептичним способом при перемішуванні композита-активатора. Нормування кратності підвищення в'язкості ПУМ-А-композита-активатора у 2-3 рази відносно початкового значення обумовлене тим, що при такому підвищенні в'язкості починається інтенсивний процес нагріву середовища, яке ще має достатню рухомість і здатність диспергуватися в іншому середовищі [3]. Зростання температури ПУМ-А-композита-активатора продовжується і після його диспергування в ПУМ-композиті (одержання ПУМ-Д-композита-дисперсії). В тепловому полі дисперсних частинок, температура яких досягає сотні градусів, олігомерні АФГ в дисперсійному середовищі "розкриваються" і стають більш активними, вступають в реакцію полімеризації і додатково розігрівають реакційноздатне середовище. Міцність ПУМ-Д-композита-дисперсії після затвердіння в значній мірі визначається міцністю дисперсних частинок, які в процесі полімеризації збільшуються в об'ємі і в яких підвищена температура середовища сприяла формуванню більш упорядкованої структури. Іншими словами, додаткова кількість ППУД-прискорювача в початковий період формування ПУМ-Д-композита-дисперсії концентрується в незначній по його масі частині - в дисперсних частинках, звідки постачається теплова енергія в оточуюче середовище, причому в композиті не спостерігається підвищення в'язкості в певний достатньо тривалий період, поки поступове збільшення розмірів дисперсних частинок не приведе до їх "зчеплення" один з одним і тими новоутвореннями в дисперсійному середовищі, які виникають в ньому в результаті актів поліуретаноутворення після "розблокування" АФГ в тепловому полі дисперсних частинок. Із значенням в'язкості ПУМ-Д-композита-дисперсії пов'язана найбільш продуктивна та спрощена технологія улаштування покриття розкаткою матеріалу по поверхні об'єкту валиком [4] - перевищення в'язкості композита у 200 мПа.с унеможливлює технологічний процес, тому таке значення в'язкості є верхньою межею ТТП. Додавання ППУД-прискорювача в ПУМ-композит малими порціями при постійному перемішуванні забезпечує швидке рівномірне розповсюдження прискорювача в середовищі, що запобігає утворенню конгломератів в місцях скупчення прискорювача. 2 UA 108611 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Такі ж умови висунуті і для процесу змішування ПУМ-А-композита-активатора з ПУМкомпозитом, але при цьому процес змішування треба інтенсифікувати для диспергування одного композита в іншому. Новизна цієї корисної моделі - способу виготовлення поліуретанмінерального композита для улаштування покриття при низьких температурах, полягає у наступному: - виготовлення ПУМ-А-композита-активатора з частини ПУМ-композита та ППУДприскорювача, - визначення частини ПМК-композита, з якої слід виготовляти ПУМ-А-композит-активатор, та кількість ППУД-прискорювача в композиті-активаторі, - визначення вимоги до часу "визрівання" ПУМ-А-композита-активатора, - виготовлення ПУМ-Д-композита-дисперсії. Такі заходи дозволили реалізувати теплову енергію екзотермічної реакції поліуретаноутворення для контрольованих в часі комформаційних перетворень олігомерів в реакційноздатному середовищі, що забезпечило можливість використання поліуретанмінерального композита для улаштування покриття при низьких температурах як оточуючого середовища (від Тс-15 °C), так і вихідних компонентів (Тк+5 °C). Виготовлення ПУМ-Д-композита-дисперсії виконують таким чином. В одній ємкості виготовляють ПУМ-композит згідно [1] в кількості 10 кг, змішуючи вихідні компоненти: ПУП-композицію - Моноліт.З.ПУ.ПГ3-02 [5], ПУКПУ-композицію - Моноліт.З.ПУ.КПП-02 [6], ППУД-прискорювач полімеризації [1] та ДДММН-наповнювач [1], які на протязі 3 діб знаходились при температурі +5 °C. Потім в другу ємність вливають з першої 3 кг ПУМ-композита і додають туди 0,09 кг ППУДприскорювача малими порціями при постійному перемішуванні. Через 30 хвилин в'язкість ПУМА-композита-активатора збільшилась з 80 до 240 мПа.с, тобто в 3 рази, а температура композита досягла 18 °C. Цей "теплий" в'язкий композит виливають в первинний малими порціями при постійному інтенсивному перемішуванні швидкісним дрилем до одержання однорідної дисперсії загущеного ПУМ-А-композита-активатора в дисперсійному середовищі - ПУМ-композиті, тобто до одержання ПУМ-Д-композита-дисперсії. В'язкість ПУМ-Д-композита-дисперсії спочатку майже не змінюється, а потім через 5-10 хвилин поступово починає зростати до 200 мПа.с за 40-50 хвилин, що задовольняє вимогу до дотримання ТТП, який складає в цьому випадку 0,6-0,8 годин. Виготовлений таким чином ПУМ-Д-композит-дисперсію наносять на поверхню бетону класу В25, який був обґрунтований напередодні ПУП-композицією Моноліт.З.ПУ.ПГ3-02 (відповідно до 2 способу [1]) і витриманий при Т с=-15 °C 3 доби, шаром з витратою 0,8 кг на 1 м . Таким же чином і за таких же умов виготовляють покриття з ПУМ-композита. Зразки зберігали при вищезазначеній температурі (Т с=-15 °C) 10 діб і випробовують на міцність на стирання. Різниця вартості ПУМ-композита (найближчий аналог) та ПУМ-Д-композита-дисперсії (корисна модель) не є суттєвою, бо додаткова кількість ППУД-прискорювача складає менше 1 % по масі при вартості прискорювача, приблизно в 2 рази більшої відносно опосередкованої вартості інших вихідних компонентів композита. В таблиці 1 наведені склади ПУМ-Д-композита-дисперсії, що містять вихідні компоненти в межах співвідношень, запропонованих в корисній моделі (склади № 1-3), та таких, що виходять за межі запропонованих (контрольні склади № 4к, № 5к). В таблиці 2 наведені характеристики ПУМ-Д-композита-дисперсії і покриття, виготовленого з нього (№ 1, 2, 3, 4к, 5к), та найближчого аналога (№ 6). 3 UA 108611 U Таблиця 1 Склади ПУМ-Д-композита-дисперсії. № 1 2 3 4к 5к Кількість, мас. ч. Кратність збільшення в'язкості ПУМ-АППУД-прискорювача в 100 композита-активатора за ПУМ-А-композитаПУМ-композита мас. ч. ПУМ-А композитаперіод витримки його, активатора активатора відносно одиниці 9 1 3 3 8 2 1 2,5 7 3 0,3 2 9,5 0,5 0,1 1 6 4 4 4 Таблиця 2 Характеристики ПУМ-Д-композита-дисперсії і покриття, виготовленого з нього при Т с=-15 °C, Тк=+5 °C (№ 1, 2, 3, 4к, 5к) та характеристики ПУМ-композита і покриття, виготовленого з нього при Тс=-15 °C, Тк=+5 °C (№ 6к – найближчий аналог) № 1 2 3 4 5 6 найближчий аналог 5 10 15 20 Термін ТТП, годин більше 0,5 більше 0,5 більше 0,5 більше 0,5 менше 0,5 більше 0,5 Міцність на стирання, відносно одиниці 1,06 1,35 1,28 0,73 1,42 1,0 Таким чином, при ТТП більше 0,5 годин і Т с=-15 °C, Тк=+5 °C міцність на стирання покриття, виготовленого з ПУМ-Д композита-дисперсії (корисна модель), перевищує цей показник з використанням ПУМ-композита (найближчий аналог) при Т с=-15 °C, Тк=+5 °C в 1,06 1,35 разу без підвищення вартості матеріалу, що свідчить про те, що поставлена задача виконана в повному обсязі. Джерела інформації: 1. Патент UA 101326 U. 2. Брык М.Т., Липатова Т.Э. Полимеры, образующиеся в присутствии наполнителей, их строение и физико-химические свойства - "Физикохимия многокомпонентных полимерных систем". - т. 1, глава 1, с. 9-82. Киев. Наукова думка - 1986. 3. Композиционные материалы на основе полиуретанов. - под редакцией Дж. М. Бюкста. М. Химия. 1982. 4. Коляда С.В. Поліуретанмінеральне багатошарове опорядження поверхні бетонних підлог автопаркінгів. - Будівництво України. - 2003 - № 1, с. 18-22. 5. Композиція поліуретанова просочувальна для гідро-, хімічного захисту та зміцнення пористих матеріалів "Моноліт.З.ПУ.ПГ3-02" (ТУ У 24.1-16282377-009:2007). 6. Композиція поліуретанова захисна, міцна, гідроізолююча, хімічно стійка для кольорового покриття поверхонь матеріалів "Моноліт. З.ПУ.КПП-02" (ТУ У 24.6-16282377-007:2007). ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 1. Спосіб виготовлення поліуретанмінерального композита для улаштування покриття при низьких температурах, який включає виготовлення поліуретанмінерального композита (ПУМкомпозита) шляхом змішування поліуретанової просочувальної композиції (ПУП-композиції), поліуретанової композиції плівкоутворюючої (ПУКПУ-композиції), прискорювача полімеризацї уповільненої дії (ППУД-прискорювача) та дрібнодисперсного мінерального мікронанонаповнювача (ДДММН-наповнювача), який відрізняється тим, що спочатку виготовляють ПУМ-композит, змішуючи ПУП-композицію, ПУКПУ-композицію, ППУДприскорювач та ДДММН-наповнювач, потім відокремлюють від нього 0,1-0,3 мас. частини, 4 UA 108611 U 5 додають туди додаткову кількість ППУД-прискорювача малими порціями при постійному перемішуванні і витримують склад до набуття ним подвійного-потрійного збільшення в'язкості відносно початкового значення, одержуючи ПУМ-А-композит-активатор, після чого додають його в ПУМ-композит малими порціями при постійному інтенсивному перемішуванні, одержуючи ПУМ-Д-композит-дисперсію, який використовують для улаштування покриття при низьких температурах. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що ПУМ-А-композит-активатор має такий склад, мас. ч.: ПУМ-композит 100 ППУД-прискорювач 0,3-3. 10 Комп’ютерна верстка О. Гергіль Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5