CC BY
47
УДК 625.7.06.
Бабина К.С., Свиридова Е.С., Сакина А И., Калинина Н.К., Писарев Р.П.
РАЗРАБОТКА НАПОЛНЕННЫХ ПОЛИМЕРНО-БИТУМНЫХ КОМПОЗИЦИЙ ДЛЯ КРОВЕЛЬНЫХ ПОКРЫТИЙ
Бабина Кристина Сергеевна, магистрант 2 года кафедры технологии переработки пластмасс; Свиридова Екатерина Сергеевна, магистрант 1 года кафедры технологии переработки пластмасс; Сакина Александра Ивановна, аспирант кафедры технологии переработки пластмасс; Калинина Нина Константиновна, к.т.н., доцент кафедры технологии переработки пластмасс, e-mail: kalininank@va.ru;
Писарев Роман Павлович, магистрант 1 года кафедры технологии переработки пластмасс. Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Миусская пл., д. 9
Работа посвящена получению наполненных полимерно-битумных мастик для кровельных покрытий. Изучено влияние лакового битума марки Г на физико-механические свойства хлорсульфированного полиэтилена при наполнении резиновой крошкой.
Ключевые слова: хлорсульфированный полиэтилен, битум, резиновая крошка, наполнение, кровельная мастика, прочность.
DEVELOPMENT OF FILLED POLYMER-BITUMEN COMPOSITIONS FOR ROOFING COATINGS
Babina K.S., Sviridova E.S., Sakina A.I., Kalinina N.K., Pisarev R.P. D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
The work is devoted to the preparation of filled polymer-bitumen mastics for roofing. The effect of G grade varnish bitumen on the physicomechanical properties of chlorosulfonatedpolyethylene when filled with rubber crumb has been studied.
Keywords: chlorosulphonated polyethylene, bitumen, rubber crumb, filling, roofing mastic, strength.
Хлорсульфированный полиэтилен (ХСПЭ) получил широкое распространение в промышленности, в том числе и как основа для кровельных гидроизоляционных материалов. Это связано с благоприятным сочетанием его свойств: отличной коррозионной и химической стойкости, эластичности в широком интервале температур, низкой газо- и паропроницаемости, высокой адгезии к большинству поверхностей (за исключением стали) и, что особенно важно, негорючести. ХСПЭ хорошо растворим в ароматических углеводородах (толуоле, ксилоле) и образует растворы невысокой вязкости, благодаря чему их можно использовать как основу для различных лаков и эмалей, клеевых композиций и герметиков. Помимо перечисленных достоинств, ХСПЭ имеет еще одно: в химическом строении этого полимера присутствуют функциональные группы (хлоридные и сульфохлоридные). Это дает возможность направленно проводить его физико-химическую и химическую модификацию, придавая полимеру требуемый комплекс свойств [1].
В данной работе была поставлена цель - получить кровельную мастику на основе ХСПЭ с улучшенными адгезионными и
гидроизоляционными свойствами и
атмосферостойкостью.
Основой для приготовления композиций служил 15%-ый раствор ХСПЭ в толуоле. В качестве отвердителя использовали аминный отвердитель марки Этал-45 (в работах, проведенных ранее на кафедре, было установлено, что данный отвердитель
приводит к образованию в ХСПЭ сшитой структуры, обеспечивая высокую степень сшивки при сохранении длительной жизнеспособности композиций). На основе полученных ранее данных, отвердитель вводили в композиции в количестве 1 м.ч. на 100 м.ч. ХСПЭ [2].
В качестве наполнителя было предложено использовать мелкодисперсную резиновую крошку (размер частиц - 0,5 мм). Изучение литературных данных показало, что резиновая крошка присутствует в рецептурах гидроизоляционных мастик различного назначения (причем ее вводят в количестве до 50 % по массе) [3].
На первом этапе работы подбирали оптимальное количество наполнителя в композициях на основе ХСПЭ. В ходе работы было установлено, что при увеличении содержания резиновой крошки в композициях прочностные характеристики получаемых пленок снижаются. Как известно, при использовании дисперсных наполнителей прочностные свойства композиционных материалов являются косвенным показателем взаимодействия полимерной матрицы и наполнителя. В данном случае необходимо искать пути улучшения смачивания полимером наполнителя, улучшения адгезии между ними. Обычно для этих целей применяют различные поверхностно-активные вещества или же вещества, содержащие реакционно-способные функциональные группы. В данной работе в качестве такой добавки использовали суперсмачиватель Пента-69. Он представляет собой метилсилоксан, содержащий полиэфирную группу и
является неионогенным ПАВ. Его рекомендовано применять в качестве аддитива в полимерных связующих для улучшения их распределения по поверхности наполнителя. Пента-69 добавляют в полимерные композиции в количестве 0,1-1% от доли сухого вещества полимерного связующего.
На рисунке 1 приведены зависимости прочности (о) и относительного удлинения (е) при разрыве с использованием и без использования суперсмачивателя.
Рис. 1. Зависимости прочности при разрыве (а) и относительного удлинения (б) пленок ХСПЭ от содержания резиновой крошки: 1 - ХСПЭ + резиновая крошка + смачиватель; 2 - ХСПЭ + резиновая крошка
Из рисунка 1 видно, что введение суперсмачивателя приводит к улучшению прочностных характеристик пленок, особенно при невысоком содержании наполнителя. При значительном содержании резиновой крошки в композиции (10 м.ч. и более) прочность пленок заметно снижается. Однако, в отличие от пленок, при приготовлении которых не использовали смачиватель, относительное удлинение падает значительнее, пленки не сохраняют высокую эластичность. Исходя из этого, можно сделать вывод о целесообразности применения суперсмачивателя Пента-69 при приготовлении данных композиций.
Помимо обозначенной проблемы, визуальный осмотр полученных образцов пленок показал, что наполнитель плохо распределяется в полимере. Повысить седиментационную устойчивость дисперсной системы можно несколькими путями. В данной работе был выбран путь: повышение вязкости системы.
В качестве загущающей добавки использовали лаковый битум марки Г. Введение битума в композиции ХСПЭ позволяет достичь сразу нескольких целей: дополнительно снизить
водопоглощение пленок, улучшить адгезию к различным подложкам, повысить сухой остаток мастик, а также существенно снизить их стоимость. Кроме того, добавка битума способствует повышению стойкости к УФ облучению.
С целью оценки совместимости ХСПЭ и лакового битума в раствор ХСПЭ добавляли битум в количестве 5, 10, 20, 30 и 50 м.ч. Во все композиции обязательно вводили также отвердитель
Таблица 1. Влияние лакового битума на физико-механические свойства пленок ХСПЭ
Состав (м.ч. битума на 100 м.ч. ХСПЭ) Прочность при разрыве, МПа Относительное удлинение,%
0 1,27 1850
5 1,26 1430
10 0,98 1300
20 0,92 1100
30 0,91 1030
50 0,35 980
Как видно из приведенных данных в таблице 1, введение битума в композиции ХСПЭ снижает физико-механические свойства пленок на основе этих композиций. Очевидно, исследуемые системы имеют гетерогенную структуру, в которых ХСПЭ является дисперсионной средой, а битум -дисперсной фазой. При увеличении содержания битума в композициях, по-видимому, увеличивается размер частиц дисперсной фазы, что и отражается на прочности пленок.
Руководствуясь приведенными результатами, можно сделать вывод, что имеет смысл вводить в ХСПЭ не более 30 м.ч. битума. При этом прочностные свойства остаются на приемлемом уровне. При этом важно оценить влияние битума на такое свойство композиций как гидроизоляция.
На диаграмме 1 приведена сравнительная гистограмма водопоглощения пленок ХСПЭ, содержащих и не содержащих битум.
£1,6 1,5
О4 ^1,4 м |1 ,2 1 1 §0.8 0,7
«0 ,6 И 0,4 0,2 -0 0,16 0-21 0.165 0,23 1
^т ^тШ 1
(1) (2) (3) (4) (5) (б)
Диаграмма 1. Водопоглощение пленок ХСПЭ различного состава:1 - ХСПЭ; 2 - ХСПЭ + Этал-45; 3 - ХСПЭ + Этал-45 + Битум(10%); 4 - ХСПЭ + Этал-45 + Битум(20%); 5 -ХСПЭ + Этал-45 + Битум(30%); 6 - ХСПЭ + Этал-45 + Битум(50%)
Таким образом, можно сделать вывод, что разрабатываемая кровельная мастика на основе ХСПЭ должна содержать 30 м.ч. лакового битума марки Г. На следующем этапе работы были получены образцы пленок, содержащих 30 м.ч. битума и различное количество резиновой крошки. Битум добавляли в раствор ХСПЭ, затем вводили
резиновую крошку и отвердитель.
0 о кр ошки
0о крошки
Рис.2. Зависимости прочности при разрыве (а) и относительного удлинения при разрыве (б) пленок ХСПЭ от содержания резиновой крошки: 1 - ХСПЭ +Битум(30%) + резиновая крошка + смачиватель; 2 - ХСПЭ + Битум(30%) + резиновая крошка
Как видно из рисунка 2, при увеличении содержания резиновой крошки в исследуемых системах физико-механические свойства пленок изменяется незначительно.
Таким образом, на основе разработанных систем можно получать композиции различного состава и вязкости для применения в качестве мастик и герметиков. Благодаря присутствию в системах битума решается в большей мере проблема седиментационной устойчивости системы, а использование суперсмачивателя Пента-69 улучшает прочностные свойства пленок. Изменяя содержание наполнителя, можно регулировать реологические и технологические свойства композиций и получать материалы различного назначения (кровельные мастики, герметики и ремонтные составы).
Список литературы
1. Ронкин Г.М. Хлорсульфированный полиэтилен. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1977. — С. 101.
2. Сакина А.И., Бабина К.С., Калинина Н.К., Осипчик В.С. Получение полимерных связующих на основе хлорсульфированного полиэтилена и эпоксидных олигомеров // Успехи в химии и химической технологии. -2015. Т. XXIX. -№ 10. — С.56-73.
3. Новиков В.У. "Полимерные материалы для строительства". М.: Высшая школа, 1995. — С. 448.
