Эпоксиполиуретановый клей для соединения линолеума встык тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.05, кандидат технических наук Лахно, Александр Викторович

• Лахно, Александр Викторович
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Лахно, Александр Викторович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ПОЛИУРЕТАНОВЫХ, ЭПОКСИДНЫХ, КРЕМНИЙОРГА-НИЧЕСКИХ ПОЛИМЕРОВ И КЛЕЕВ НА ИХ ОСНОВЕ

1.1. Полиуретаны и клеи на их основе.

1.2. Эпоксидные полимеры и клеи на их основе.

1.3. Кремнийорганические полимеры и клеи на их основе.

1.4. Эпоксиполиуретановые композиты. Модификация полиуретанов эпоксидными и кремнийорганическими соединениями.

1.5. Напольные покрытия. Технологии укладки и соединения стыков линолеума.

Выводы по главе 1.

ГЛАВА 2. ПРИМЕНЯЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Характеристики применяемых материалов.

2.2. Методы исследования, приборы и установки.

2.3. Методы обработки результатов эксперимента.

ГЛАВА 3. ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

ЭПОКСИПОЛИУРЕТАНОВЫХ КОМПОЗИТОВ

3.1. Механизм получения невспененных эпоксиполиуретановых композитов.

3.1.1. Модификация полиуретанов эпоксидными олигомерами.

3.1.2. Влияние кремнийорганических модификаторов класса полисилазанов на свойства полиуретанов.

3.1.3. Температурные изменения при отверждении эпоксиполиуретановых композитов.

3.1.4. Инфракрасная (ИК) спектроскопия эпоксиполиуретановых композитов.

3.2. Влияние агрессивных сред на свойства эпоксиполиуретановых композитов.

3.2.1. Механизм действия агрессивной среды на полимерные композиты.

3.2.2. Стойкость эпоксиполиуретановых композитов в агрессивных средах.

3.2.3. Кинетика изменения массопоглощения эпоксиполиуретановых композитов.

3.3. Адгезионная прочность эпоксиполиуретановых клеевых соединений.

3.3.1. Склеивание. Адгезионная прочность клеевых соединений.

3.3.2. Влияние агрессивных сред на прочность клеевого соединения.

Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭПОКСИПОЛИУРЕТАНОВОГО КЛЕЯ

4.1. Практическое применение модифицированных эпоксиполиуретановых композитных материалов.

4.2. Экономическая эффективность использования эпоксиполиуретанового клея в строительстве.

Выводы по главе 4.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Эпоксиполиуретановый клей для соединения линолеума встык»

В современном строительстве и в других областях хозяйства широко применяются композитные материалы на основе различных полимеров (эпоксидных, по-лиуретановых, кремнийорганических, поливинилхлоридных, феноло-формальдегидных и др.), имеющие различные свойства и назначение (клеи, герметики, мастики, лакокрасочные покрытия и т. д.).

Особый интерес представляют модификации полимерных соединений. На их основе можно получить новые композитные материалы с комплексом уникальных свойств.

Разработки и исследования отечественных и зарубежных ученых показали большие перспективы получения композитных материалов на основе модифицированных эпоксидных смол. В большом количестве модифицированных эпоксидных полимеров следует выделить класс эпоксиполиуретанов (ЭПУР). Это полимер в состав, которого входят эпоксидная смола и полиуретановые соединения. Зная свойства эпоксидных полимеров и полиуретановых композиций можно сделать предположение о перспективности разработки и изучения эпоксиполиуретановых соединений.

Из анализа литературы по эпоксидным и полиуретановым полимерам следует отметить многообразие возможностей модификации эпоксидов и уретанов, что позволяет широко варьировать свойства полимерных материалов на их основе.

Важно отметить существование возможности получения эпокси-изоцианатных композиций, получаемых путём отверждения эпоксидных олигоме-ров изоцианатами. Подобная модификация позволяет повысить эластичные свойства полимера, регулировать скорость процесса отверждения и многие другие характеристики эпоксидных полимеров. Однако, химические процессы, происходящие в системе мало изучены, и неизвестен реальный вклад составляющих композита на свойства модифицированных полимеров.

В последние годы большое распространение получил перспективный способ модификации полимеров - синтез композиционных эпоксиполиуретановых материалов. Для их получения применяются органические и элементоорганические вещества различного строения и с различными функциональными группами. Этот метод модификации при создании эпоксиполиуретановых композитов наиболее многообразен и позволяет получать полимеры с заданными техническими характеристиками и свойствами, однако он наименее изучен и систематизирован. В настоящее время создано немало новых полиуретановых и эпоксиполиуретановых композитных материалов, но сведения об этих полимерах, за редким исключением, ограничено только описанием композиционных систем и отдельных свойств материалов.

Встречается мало работ, посвященных изучению химических реакций, протекающих в системах при модификации и отверждении эпоксиполиуретановых композитов. Требуется углублённое изучение процессов, протекающих в смесях реакционно-способных полимеров с различными функциональными группами, что создаёт определённые трудности и проблемы при создании эпоксиполиуретановых материалов и регулировании их свойств.

По комплексу физико-механических, физико-химических, защитных и других свойств эпоксидно-уретановые композиционные системы представляют большой интерес для создания строительных, технических и другого назначения полимерных материалов с высокими прочностными и эксплуатационными показателями и длительным сроком службы.

Можно отметить возможность модификации эпоксидных, полиуретановых и эпоксиполиуретановых композитов элементоорганическими, в частности крем-нийорганическими, соединениями. Наличие в цепи кремнийорганических полимеров атомов кремния и многообразие химических продуктов данного класса позволяет получать полимеры с улучшенными техническими характеристиками. Модификация исходных полимеров кремнийорганическими соединениями во многих случаях повышает твёрдость, адгезию, стойкость к истиранию, растрескиванию, агрессивным средам.

Варианты модификации полиуретановых соединений многочисленны и разнообразны. Однако наряду с высокими показателями физико-механических и прочностных свойств эпоксидных и полиуретановых полимеров и их модификаций необходимо отметить недостатки подобных систем - это горючесть, токсичность (у изоцианатов) и низкая термостойкость полимеров данного класса, что ограничивает область применения эпоксидных, полиуретановых и эпоксиполиурета-новых композитных материалов.

Несмотря на недостатки, полиуретановые композиты получили широкое распространение в строительстве. На их основе получают все известные типы материалов и изделий: наполненные, армированные, вспененные, ламинированные. Чаще всего их применяют в качестве теплоизоляционных материалов (пенополиуретаны). Но кроме высоких теплоизоляционных свойств полиуретановые композиты обладают высокой адгезией к различным материалам. Однако чувствительность полиуретанов к действию влаги (на стадии полимеризации) приводит к вспениванию и соответственно к снижению прочностных показателей.

В этой связи актуальным является модификация полиуретанов соединениями, позволяющими снизить, либо исключить порообразование (вспенивание) и тем самым получать на их основе высокоэффективные универсальные невспененные полиуретановые композиты, и применять их в качестве клеевых составов.

В настоящее время для покрытия полов в жилых и общественных помещениях используются различные виды линолеума. Как правило, соединения стыков линолеума производится с помощью клея. Существующие технологии склеивания линолеума предполагают получение прочного износостойкого шва с большим сроком эксплуатации, при этом учитывают экономический аспект: расход клея и его стоимость должны быть минимальными. Исходя из вышеизложенных требований, была разработана перспективная технология соединения линолеума встык, так называемая «холодная сварка». На российском рынке представлены импортные клеи для соединения линолеума встык, такие Werner Muller, PVC-Kaltschwessmittel, Noviweld, Lino Pix, Sintex - H44 и другие. Актуальным является разработка аналогичного высокоэффективного клеевого состава из материалов, выпускаемых отечественной химической промышленностью.

Отправными положениями для теоретических и экспериментальных исследований послужили работы A.M. Пакена, Дж. Саундерса, К. Фриша, Дж. Мэнсона, JI. Сперлинга, Д.А. Кардашова, Ю.С. Липатова, В.М. Хрулева, С. И. Омельченко, М.В Соболевского, В.Е. Гуля, В.И. Соломатова, А.Н. Бобрышева, В.Г. Хозина, А.П. Прошина, Ю.А. Соколовой и многих других.

Цель и задачи исследования. Целью работы является получение невспенен-ных эпоксиполиуретановых композитов, модифицированных кремнийорганиче-скими соединениями, исследование их физико-технических характеристик и разработка технологии практического применения эпоксиполиуретанов в качестве прочного и коррозионностойкого клея для соединения линолеума встык. В работе были поставлены следующие задачи:

1. Провести комплексный анализ эпоксидных и полиуретановых клеевых составов. Изучить способы их модификации с целью снижения пористости отвер-ждённых композитов и повышения их прочностных показателей.

2. Выявить комплекс физико-технических и эксплуатационных свойств эпоксиполиуретановых композитов, в том числе, в агрессивных средах. Изучить влияние полисилазанов, эпоксидного олигомера и различных пластификаторов на технологические и физико-механические показатели полиуретана.

3. Разработать оптимальные по рецептуре и техническим свойствам составы на основе модифицированных эпоксиполиуретанов.

4. Разработать технологию практического применения клеевых эпоксиполиуретановых композитов в качестве клея для соединения линолеума встык. Выявить другие области применения невспененных эпоксиполиуретанов.

Научная новизна работы.

Выявлены закономерности получения невспененных эпоксиполиуретановых композитов.

Установлен механизм снижения порообразования при модификации эпоксиполиуретановых композитов полисилазанами. Разработан метод, позволяющий исключить вспенивание эпоксиполиуретана.

Выявлено влияние кремнийорганического модификатора класса полисила-занов, эпоксидного олигомера и различных пластификаторов на технологические и физико-механические показатели полиуретана.

Установлены физико-технические свойства новых по рецептуре модифицированных эпоксиполиуретановых клеевых композиций и соединений с их использованием в нормальных условиях, и после воздействия различных химических реагентов.

Практическое значение. Разработаны высокоэффективные универсальные клеевые эпоксиполиуретановые составы с использованием материалов, выпускаемых отечественной химической промышленностью, с высокими адгезионными и коррозионными свойствами, взамен дорогостоящих аналогов. Разработана технология склеивания линолеума встык с применением нового клеевого материала.

Реализация работы. Разработанные клеевые композиции были использованы при промышленном склеивании поливинилхлоридного линолеума встык на ряде строительных и промышленных предприятий (ООО НПФ «Союз» и ЧП Горен-ков О.В., г. Мценск, Орловская область), что подтверждается соответствующими актами практического внедрения.

Апробация работы. Результаты выполненной работы обсуждались на научно-технических конференциях: МНТК «Композиционные строительные материалы. Теория и практика» Пенза, 2002; МНТК «Актуальные вопросы строительства» Саранск, МордГУ, 2002; Международный студенческий форум. - Белгород: Бел-ГТАСМ, 2002; Восьмые академические чтения РААСН. Современное состояние и перспективы развития строительного материаловедения. Самара: СГАСУ, 2004; МНТК «Актуальные вопросы строительства», Саранск, МордГУ, 2004; МНТК «Композиционные строительные материалы. Теория и практика» Пенза, ПТУ АС, 2005.

Заключение диссертации по теме «Строительные материалы и изделия», Лахно, Александр Викторович

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. На основе результатов комплексных экспериментально-теоретических исследований физико-механических и химических характеристик разработаны высокоэффективные быстроотверждающиеся невспененные эпоксиполиуретановые клеевые составы из материалов, выпускаемых отечественной химической промышленностью.

2. Установлен позитивный характер влияния полисилазанового модификатора-гелеобразователя на свойства полиуретанов. Введение в полиуретановую систему полисилазанов в количестве 10-30 масс, ч., в зависимости от их вида, позволяет исключить эффект порообразования и повысить скорость отверждения.

Оптимизированы по рецептуре и техническим свойствам составы клеевых композиций. Экспериментально установлено, что применение эпоксидного модификатора в количестве 10-30 масс. ч. способствует повышению прочности полиуретановых композитов на 15 - 20 %. Выявлено, что для наиболее полной полимеризации клеевой системы необходимое количество отвердите-ля должно составлять 90 - 100 масс. ч. от количества эпоксиполиэфира. Установлены основные физико-технические свойства эпоксиполиуретановых композитов: предел прочности при сжатии, при отрыве, при сдвиге, коррозионная стойкость, жизнеспособность, твердость и другие. Предложена схема получения невспененного эпоксиполиуретана и процедура введения компонентов, позволяющие получать быстроотверждающиеся клеевые составы с заданными эксплуатационными свойствами. Разработанные эпоксиполиуретановые композиты предложены в качестве эффективных клеевых составов для соединения линолеума встык. Изучена прочность при отрыве склеенных встык образцов линолеума при нормальных условиях, и после экспозиции в агрессивных средах. Установлено, что прочность при отрыве исследованных четырех типов линолеума, склеенного модифицированным эпоксиполиуретановым клеем выше прочности клеевых швов, полученных на немецком клее РУС-КаиБсЬууезБгтИе! минимум на 30 % в зависимости от типа линолеума. Установлено, что соединения линолеума, склеенные эпоксиполиуретановым клеем, обладают хорошей химической стойкостью к действию агрессивных сред - изменение предела прочности клеевого соединения при отрыве в течение трех месяцев не превысило 15 %. Предложена технология склеивания линолеума встык с использованием модифицированного эпоксиполиуретанового клея.

Выявлены возможности использования разработанных клеевых композиций для склеивания различных материалов (металл, пластик, керамика, и т.д.). Приведено технико-экономическое сравнение разработанных клеев с аналогами. Установлено, что модифицированные эпоксиполиуретановые клеевые составы дешевле аналогов, представленных на отечественном рынке, на 20 -60 %.

132

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Лахно, Александр Викторович, 2005 год

1. A.c. 252606 (СССР). Композиция для получения полиуретанов / Н.П. Сметан* кина, Г.Н. Кривченко, В .Я. Опря. Опубл. В Б.И., 1969, №29.

2. A.c. 604853 (СССР) Эпоксиизоциануратный олигомер для получения теплостойких полимеров. М.Ф. Сорокин, Л.Г. Шодэ, Л.А. Оносова, Е.В. Дудкин. Опубл. в Б.И., 1978, №16, с. 43.

3. Айрапетян Л.Х. Справочник по клеям / Л.Х. Айрапетян, В.Д. Заика, Л.Д. Елецкая, Л.А. Яншина. Л.: Химия, 1980. 304 с.

4. Альперн В.Д. Состояние и перспективы развития промышленных полиуретанов за рубежом (обзор) / В.Д. Альперн, Ф.И. Симоновский, Б.П. Смирнов // Пластические массы № 8, 1990, С. 19-28.

5. Андриянов К.А. Методы элементоорганических соединений. Кремний / К.А. Андриянов. М.: Наука, 1968. 695 с.

6. Андриянов К.А. Технология элементоорганических мономеров и полимеров / К.А. Андриянов, Л.М. Хананашвили. М.: Химия, 1973. 400 с.

7. Андриянов В.И. Силиконовые композиционные материалы / В.И. Андриянов, В.В. Баев, И.Ф. Бунькин, A.M. Сторожинский. М.: Стройиздат, 1990. 224 с.

8. Артеменко А.И. Органическая химия / А.И. Артеменко. М.: Высшая школа, 1987, 430 с.

9. Базарова Ф. Ф., Клеи в производстве радиоэлектронной аппаратуры / Ф. Ф. ^ Базарова, Л. С. Колесова. М.: Энергия, 1975, 112 с.

10. Басов Н. И. и др. Контроль качества полимерных материалов / Н.И. Басов,

11. B.А. Любартович, С.А. Любартович; Под ред. В.А. Брагинского. 2-е изд., пе-рераб. Л.: Химия, 1990. 112 с.

12. Берлин A.A. Исследование реакции взаимодействия изоцианатов с глицидо-лами / A.A. Берлин, А.К. Добагова // Высокопрочные соединения, 1959, №7.1. C. 946-949.

13. Берлин A.A. Основы адгезии полимеров / A.A. Берлин, В.Е. Басин. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Химия, 1974 г. 392 с.

14. Берлин A.A. Принципы создания композиционных полимерных материалов / A.A. Берлин, С.А. Вольфсон, В.Г. Ошмян, Н.С. Ениколопов. М.: Химия, 1990,240 с.

15. Благонравова А. А. Лаковые эпоксидные смолы / А. А.Благонравова, А. И. Непомнящий. М.: Химия, 1970. С. 110-155.

16. Н. Козомазов, JT. О. Бабин, В. И. Соломатов; под редакцией В. И. Соломато-ва/. Липецк: НПО «ОРИУС», 1994. 153 с.

17. Бобрышев А.Н. Щелочестойкие эпоксидные композиты строительного назначения / А.Н. Бобрышев, Е.В. Кондратьева, B.C. Козицын, Ю.С. Кузнецов, М.А. Алирзаев. Пенза: ПГУАС, 2004. 164 с.

18. Бобрышев А.Н. Эпоксидные и полиуретановые строительные композиты / А.Н. Бобрышев, Д.Е. Жарин, Е.В. Кондратьева, A.A. Бобрышев, Р.Л. Бикти-миров. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2005. 159 с.

19. Валуева Л.Ф. Полимеры на основе продукта взаимодействия алифатических диэпоксидов с изоцианатами / Л.Ф. Валуева, В.А. Лапицкий. // Пластмассы, 1982. №11. С. 12-13.

20. Вернигорова В.Н. Современные методы исследования свойств строительных материалов / В.Н. Вернигорова, Н.И. Макридин, Ю.А. Соколова. Учебное пособие. М.: Из-во АСВ, 2003. 240 с.

21. Воробьев В. А. Технология полимеров / В. А. Воробьев. Учебное пособие. Изд. 1-е. М.: Высшая школа, 1971. С. 284-288.

22. Воробьева Г.Я. Коррозионная стойкость материалов в агрессивных средах химических производств / Г.Я. Воробьева. Изд. 2-е пер. и доп. М.: Химия, 1975. 816 с.

23. Гаврилина С. А. Лакокрасочные материалы на основе эпоксидных смол / С.А. Гаврилина. Черкассы.: НИИ техн.-эконом. информации в хим. промышленности, 1977. 32 с.

24. Гарькина И.А. Математические методы в строительном материаловедении / И.А. Гарькина, A.M. Данилов, А.П. Прошин и др. Под ред. В.И. Соломатова. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2001. 188 с.

25. Гильдебранд X. Полимерные материалы ив строительстве / X. Гильдебранд / Пер. с нем., под ред. М.И. Гарбара. М.: Стройиздат, 1969. 272 с.

26. Глинка Н.Л. Общая химия / Н.Л. Глинка. Уч. пособ. для вузов 20-е изд., испр. / Под ред. Рабиновича В.А. Л.: Химия, 1979. 720 с.

27. Громаков Н.С. Исследование взаимодействия эпоксидной смолы с диизоциа-натом и термостойкости образующихся продуктов методом ДТА / Н.С. Громаков, В.Г. Хозин, В.А. Воскресенский // Изв. вузов. Химия и химическаяк

28. ГОСТ 18108-80. Линолеум поливинилхлоридный на теплозвукоизолиру-рующей подоснове. Издательство стандартов, 1980. 10 с.

29. ГОСТ 12020-72 «Пластмассы. Методы определения стойкости к действию химических сред».

30. Данилов A.M. Теория вероятностей и математическая статистика / A.M. Данилов, A.A. Данилов Учебное пособие. Пенза: Пензенский гос. архит.-строит. ин-т. 1996. 168 с.

31. Дроздов В.М. Технология сварки линолеума / В.М.Дроздов, С.А. Кулов. М.: Стройиздат, 1976, 125 с.

32. Дятлова В.П. Клеи для полимерных отделочных материалов в строительстве / В.П. Дятлова. М.: Стройиздат, 1968, 178 с.

33. Зайцев Ю.С. Эпоксидные олигомеры и клеевые композиции / Ю.С. Зайцев, Ю.С. Кочергин, М.К. Пактер, Р.В. Кучер. Киев: Наукова думка, 1990, 220 с.

34. Заявка на изобретение RU 2000 110 749 А (Россия). Содержащие модифицированные гели каучуков полиуретан-каучуковые смеси / Томас Фрю, Уве Хоффман, Ханс-Мартин Иссель, Вернер Обрехт. Опубл. 27.02.2002.

35. Заявка на изобретение RU 2003 118 747 А (Россия). Композиция для получения полимерных конструкционных материалов на основе полиизоциануратов / A.A. Аскадский, JI.M. Голенева, Т.И. Киселева. Опубл. 20.12.2004.

36. Заявка на изобретение RU 2003 104 047 А (Россия). Способ получения полиуретанового форполимера для защитного покрытия / Т.А. Маметьева, А.Н. Ксенофонтов. Опубл. 10.08.2004.

37. Зедгенидзе И.Г. Планирование эксперимента для исследования многокомпонентных систем / И.Г. Зедгенидзе. М: Наука, 1976. 390 с.

38. Зимон А. Д. Адгезия пленок и покрытий / А. Д. Зимон. М.: Химия, 1977, 352 с.

39. Зимон А. Д. Что такое адгезия / А. Д. Зимон. М.: Наука, 1983, 176 с.

40. Иржак В.И. Сетчатые полимеры / В.И. Иржак, Б.А. Розенберг, Н.С. Еникло-пов. М.: Наука, 1979. 248 с.

41. Иржак В.И., Розенберг Б.А. Особенности кинетики формирования сетчатых полимеров. // Высокомолекулярные соединения. 1985, -т. XXVII, №9. С. 1979-1809.

42. Камон Т. Отвердители эпоксидных смол / Т. Камон ВЦП № А 79800. Ко-бунси како, 1977. Вып. 26. С. 120-133.

43. Капелюшник И.И. Технология склеивания деталей в самолетостроении /44