Область техники

Изобретение относится к наполненным ремонтным составам холодного отверждения на основе эпоксидных смол, которые могут быть использованы: для ремонта и упрочнения различных поверхностей и элементов конструкций (бетонных, деревянных, металлических или комбинированных); в качестве высокопрочных подливочных составов при установке опорных плит колонн, частей пролётных сооружений, мостовых балок, опорных элементов и фундаментов под различные виды оборудования, механизмов и др.

Предшествующий уровень техники

Известно эпоксидное связующее (патент РФ N°2520543, опубл. 27.06.2014) для полимерных композиционных материалов конструкционного назначения на основе волокнистых углеродных наполнителей, которое может быть использовано в различных областях техники. Связующее включает (в мае. %): эпоксидную смолу с тремя и более функциональными группами (39,70-45,00), отвердитель на основе ароматического амина (13,21-19,20), катализатор отверждения - комплексное соединение трифторида бора с бензиламином (0,20-0,24) и органический растворитель (39,78-45,00). Жизнеспособность связующих при (20±5)°С составляет 80-90 суток, а отверждение происходит в узком интервале повышенных температур. Среди технологические недостатков предлагаемых связующих можно отметить присутствие в составе значительного количества органического растворителя - ацетона, этилового, изопропилового спиртов и высокие (до 120-160°С) температуры отверждения при получении углепластиков. Прочность при растяжении углепластика, полученного из предлагаемого эпоксидного связующего и углеродной ленты УОЛ-300-1 (в соотношении 35:65), составляет 1050 МПа, модуль упругости при растяжении - 133 МПа.

Следует отметить сравнительно невысокую прочность при растяжении углепластика на основе композиции и высокопрочной углеродной ленты ЛР-300 - 1247 МПа.

Известна полимерная композиция (патент РФ N°2186802, опубл. 10.08.2002), используемая для ремонта нефте- и газопроводов. Композиция состоит из смеси эпоксидных смол (при соотношении диановая смола : алифатическая смола от 20:30 до 95:5), отвердителя - смесь основания Манниха с основанием Шиффа (10-60 масс. ч. на 100 масс. ч. смоляной части) и порошкового наполнителя (20-800 масс. ч. на 100 масс. ч. смоляной части). В качестве наполнителя авторы используют песок, маршаллит, тальк, сажу, древесную муку или смесь песка и мела (1:1). Сочетание компонентов композиции в определенном соотношении позволяет получить материал с пониженной вязкостью (хорошей растекаемостью), которая необходима при закачке композиции в зазоры между трубами. Представленный в патенте способ достаточно энергоемкий: включает нагрев до 70°С - при приготовлении смеси эпоксидных смол, нагрев до 40°С - при подготовке смесевого отвердителя. Полимерная композиция характеризуется набором 70%-ной прочности при сжатии в течение первых суток, однако ее абсолютное значение недостаточно.

Известен ремонтный состав холодного отверждения на основе эпоксидной смолы (патент РФ N°2573518, опубл. 20.01.2016), содержащий аминный отвердитель, выбранный из группы, включающей полиэтиленполиамин, диэтилентриамин, триэтилентетрамин этилендиаминметилфенол, органический растворитель, дисперсный наполнитель, выбранный из группы, включающей кварцевый песок, цемент, древесную муку или их смесь, при следующем массовом соотношении компонентов: эпоксидная смола - 100 м.ч., аминный отвердитель- 10-35 м.ч., органический растворитель - 5-18 м.ч., дисперсный наполнитель - 20-120 м.ч.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание эпоксидного ремонтного состава, характеризующегося достаточным временем жизнеспособности с сохранением рабочих реологических параметров (вязкости и текучести) и высоких прочностных свойств отвержденного материала.

Технический результат - изменение в широком диапазоне реологических характеристик (вязкости и жизнеспособности) ремонтного состава, регулируемая кинетика набора прочности, обеспечение хорошей адгезии состава к ремонтируемой поверхности и высокий комплекс физико-механических характеристик.

Технический результат достигается за счет того, что ремонтный состав холодного отверждения на основе эпоксидной смолы содержит: эпоксидную смолу или смесь эпоксидной и эпоксиноволачной смол, активный разбавитель, пластификатор, реологические добавки и дисперсный наполнитель, включающий смесь портландцемента и кварцевого песка различных фракций при следующем массовом соотношении компонентов (мае. ч.): Эпоксидная смола или смесь 100 эпоксидной и эпоксиноволачной смол

Активный разбавитель 2-10

Пластификатор 0-5

Диспергатор 0, 6-7, 5

Пеногаситель 1,2-12,5

Алифатический амин 5-12

Смесь ароматических аминов 0-22,5

Дисперсный наполнитель 120-500

Заявляемый ремонтный состав характеризуется широким диапазоном растекаемости, времени жизнеспособности (не менее 20 мин), наполнения, быстрым набором прочности (для некоторых составов начало эксплуатации возможно уже через 3-4 часа после проведения ремонтных работ) и высокими механическими характеристиками, что позволяет применять его в качестве высокопрочного подливочного состава методами заливки.

Для получения ремонтных составов были использованы следующие компоненты:

- в качестве связующего: низкомолекулярные эпоксидные смолы с весом эпоксидных групп (эпоксидным эквивалентом EEW) примерно от 170 до 230 г/экв, например ЭД-20 по ГОСТ 10587-84 от ФКП «Завод им. Я.М. Свердлова» (Россия), NPEL-128, NPEL-128S от компании «Nan Ya Plastics Согр.» (Тайвань), DER-330, DER-331, DER-337 от компании «ОНп» (ранее «Dow Chemical»), EPON 828, EPON 830 от компании «Hexion Inc.» (ранее «Momentive», США) CHS-EPOXY 530 от «Spolchemie» (Чехия) и аналоги или их смесь с эпоксиноволачными смолами, например, DEN-425, DEN-438 от компании «ОНп» (ранее «Dow Chemical»).

- в качестве активного разбавителя - моноглицидиловый эфир н-бутанола Лапроксид 201Б по ТУ 2225-037-10488057-2007, диглицидиловый эфир гомоолигомера эпихлоргидрина Лапроксид Э-181 по ТУ 2225-058-10488057-2010 от компании ООО «НПП «Макромер» (Россия), глицидиловый эфир смеси алифатических (жирных) спиртов С 12-С 14 - LGE от компаний Kukdo Chemical Со, Hajin Chemtech Со (Корея), NPEK-050, NPEK-048 от компании «Nan Ya Plastics Согр.» (Тайвань); - в качестве пластификатора - дибутилфталат;

- в качестве реологических добавок: смачивающая и диспергирующая добавка BYK-W 985 и полимер-силиконовый пеногаситель BYK-A 530 от компании BYK- Chemie GmbH (Германия);

- в качестве отвердителя - алифатический амин, например, триэтилентетрамин (ТЭТА) или его смесь с ароматическими аминами, например, Этал-45М от компании АО «ЭНПЦ Эпитал» (Россия);

- в качестве дисперсного наполнителя - смесь портландцемента (марок ЦЕМ I 42, 5Б, ЦЕМ I 32, 5Б по ГОСТ 31108), с кварцевым песком специально подобранного фракционного состава в соотношении ПЦ:кварцевый песок около 15:85.

Технический результат достигается за счет оптимизации количественных соотношений сырьевых составляющих всех компонентов ремонтного состава:

- основы, состоящей из эпоксидной смолы или смеси эпоксидной и эпоксиноволачной смол, активного разбавителя, пластификатора, реологических добавок;

- отвердителя аминного типа;

- наполнителя, представляющего смесь портландцемента и кварцевого песка различных фракций.

Использование при изготовлении основы состава активного разбавителя и пластификатора позволяет регулировать вязкость композиции, ввести большее количество наполнителя при сохранении текучести ремонтного состава, снизить хрупкость состава и придать некоторую эластичность отвержденному материалу. Применяемые активные разбавители способствуют также лучшему смачиванию дисперсного наполнителя. Замена части эпоксидной смолы на эпоксиноволачную смолу позволяет повысить физико-механические показатели отверждённого состава и его тепло- и термостойкость. Введение реологических добавок (пеногасителя, смачивателя-диспергатора) в основу позволяет значительно увеличить степень наполнения, удалить вовлечённые при приготовлении состава включения воздуха и пену и получить высоконаполненные ремонтные составы с однородным распределением наполнителя и плотной структурой.

Содержание аминного отвердителя в заявленном составе близко к стехиометрическому и варьируется в зависимости от типа отвердителя, марки используемых смол и наличия разбавителя в диапазоне от 5 до 32 мае. ч. на 105-130 мае. ч. основы трёхкомпонентного состава. Варьирование соотношения алифатических и ароматических аминов в отвердителе позволяет регулировать в широком диапазоне время жизнеспособности композиций (от 20-30 мин до 100-120 мин), экзотермический эффект при отверждении и эластичность отверждённого состава.

Дисперсные наполнители вводятся в композицию для повышения физико- механических показателей, уменьшения усадочных деформаций и снижения стоимости.

Цемент и кварцевый песок выбраны в качестве минеральных наполнителей, т.к. обладают высокой удельной поверхностью и дисперсностью, что позволяет ввести их в композиции в количестве до 120-500 мае. ч. на 100 мае. ч. смолы. Использование в составе смесевого наполнителя кварцевого песка различной дисперсности позволяет получить более уплотненную структуру материала и минимизировать дефекты, что приводит к увеличению прочности ремонтных составов (по сравнению с использованием одного типа наполнителя определённой фракции) при сохранении технологичности (текучести, времени жизнеспособности).

Примеры осуществления изобретения

Примеры 1-2.

Основу (компонент А) для изготовления ремонтного состава получают смешением расчетного количества всех компонентов. В емкость смесителя, обеспечивающего равномерное диспергирование во всем объеме смеси с окружной скоростью не менее 18-20 м/с, последовательно вводят эпоксидную смолу, активный разбавитель и пластификатор (при его наличии в составе). Смесь перемешивают не менее 40-60 мин. Далее вводят реологические добавки и основа перемешивается еще 10-20 мин.

Дисперсный наполнитель (компонент С) готовят смешением расчётных количеств портландцемента и кварцевого песка различных фракций в смесителях для сухих строительных смесей.

Ремонтный состав изготавливают непосредственно перед использованием следующим образом. Компонент А (основу) тщательно перемешивают в объёме хранения и переливают его в рабочую ёмкость. Далее в ёмкость с компонентом А вводят компонент Б (отвердитель) и смесь перемешивают в течение не менее 3 мин на небольшой скорости с помощью любого подходящего инструмента, например дрели с подходящей насадкой. В смесь компонентов (А+Б) при непрерывном перемешивании постепенно (порциями) вводят дисперсный наполнитель (компонент С). После окончания введения наполнителя смесь тщательно перемешивают в течение 2 мин, обращая внимание на однородность и гомогенность смеси.

Приготовленный ремонтный состав может быть использован в течение его времени жизнеспособности при данной температуре.

Примеры 3-6.

При изготовлении основы (компонента А) ремонтного состава в ёмкость смесителя дозируют эпоксидную и эпоксиноволачную смолы. Смесь смол перемешивается на небольшой скорости (но не менее 18-20 м/с) в течение 60 мин. Далее реализуется технология, описанная в примерах 1-2.

Примеры 7-9.

Основу (компонент А) для изготовления ремонтного состава получают смешением расчетного количества всех компонентов, как это описано в примерах 1-2.

Отвердитель (компонент Б) готовят смешением расчётных количеств алифатических и ароматических аминов в смесителях на небольшой скорости в течение не менее 25-30 мин.

Далее реализуется технология, описанная в примерах 1-2.

Характеристики ремонтных составов, описанных в примерах 1-9 приведены в таблице 1 ·

Таблица 1

Из результатов, представленных в таблице, видно, что наибольшей прочностью характеризуются составы, содержащие смеси эпоксидной и эпоксиноволачной смол, активные разбавители и алифатический амин в качестве отвердителя. Также за счёт введения эпоксиноволачной смолы эти составы будут обладать повышенной тепло- и термостойкостью. Наибольшим временем жизнеспособности и эластичностью характеризуются составы, изготовленные с применением смесевых отвердителей на основе алифатических и ароматических аминов.