Пластмассы, полимерные и синтетические материалы, каучуки, резино-технические изделия, шины и их производство

¹Д.х.н. Абдикаримов М.Н., ²к.х.н. Тургумбаева Р.Х.

¹Казахский национальный технический университет им. К.И. Сатпаева, Естественно-гуманитарный Институт им. аль-Машани, кафедра химии, Казахский национальный технический университет им. К.И. Сатпаева Е-mail: mn.abdikarimov@mail.ru

²Казахский национальный педагогический университет им. Абая, Е-mail: rturgumbayeva@mail.ru

Исследование и разработка клеевых мастик и кровельных материалов на основе жидких каучуков

Разработка мастичных кровельных материалов, клеевых мастик для рулонной кровли и спортивных покрытий, а также других подложек представляется актуальной и значимой в практике устройства кровельных и спортивных материалов в Республике Казахстан [1-3]. Большой интерес представляет изучение влияния природы глин Тургайского месторождения г. Аркалык, применяемых для изготовления гончарных изделий с высокими вязко-упругими и вяжущими свойствами, а также Тургенской глины Алматинской области, используемых в керамической промышленности в качестве наполнителей полимерных композиционных материалов.

Цель работы – изучение физико-механических и физико-химических параметров полимерных связующих: эпоксидной смолы ЭД-20 и синтетических каучуков: бутилкаучука (БК), СКД-1А – бутадиенового и СКН-26-1А - бутадиен-нитрильного с концевыми карбоксильными группами и силоксанового (СКТ) с модифицирующими глинами, содержащими 45–55 % оксида кремния и других оксидов, добавками и наполнителями, разработка технологии получения клеевых мастик, прочно склеивающих битумно-рубероидное или синтетическое кровлю или спортивное покрытие к бетонному или другому основанию, а также возможность замены дорогостоящего каолина, привозимого из России и Украины на глины местных регионов Казахстана.

Также применены производственные отходы кожи и резины, наполнители – различные глины и каолин, модифицирующие добавки и растворитель – бензин “Галоша”. Отвердителем служил полиэтиленполиамин (ПЭПА) и вулканизующим агентом – сера. Готовили 10 % – ый раствор бутилкаучука (БК) в бензине “Галоша”.

Использованы глины Ашутского (Тургайского) месторождения (г. Аркалык) (Кустанайской области) желтая, зеленая и бокситоподобная (красная) и желтая Тургенская Алматинской области.

На 100 вес. ч. раствора БК брали каолина 70 вес. ч., ЭД-20 – 30 вес. ч., ПЭПА – 3 вес. ч. Полученный раствор наносили на некондиционный отход - прокладочный нетканый материал Кзыл-Ординской фабрики нетканых материалов (КФНМ), артикул 9355141, слой нанесения – 2 мм (Состав 1). Через 48 часов готовили стандартный образец в виде лопаток и испытывали на разрывной машине РТ-250 по ГОСТ 2678-87 для определения физико-механических свойств и водопоглощения. Термомеханический анализ образцов проводили на воздухе толщиной 2 мм при нагрузке 10 кг/см².

В табл. 1 приведены физико-механические свойства этих же композиционных материалов на основе смеси бутилового, силоксанового каучуков и эпоксидной смолы с добавками – каолином и глинами различных месторождений Казахстана.

Таблица 1. Физико-механические параметры полимерных композиций.

Параметры	Номера образцов
	1	2	3	4	5
Предел прочности при разрыве, МПа	1,18	1,3	2,5	1,43	1,94
Относительное удлинение, %	80	20	-	-	90
Остаточное удлинение, %	24	44	8	-	-
Водопоглощение, %	0,54	0,48	0,5	0,43	0,6

Как видно из табл. 1, образец 3, включающий (в вес. ч.): БК (10%-ный раствор в бензине «Галоша»)–100, СКТ (50%-ный раствор в бензине) – 100, К-10С–4, ЭД-16– 40, ПЭПА– 12, желтая глина Тургайская–100, сера–4; имеет наивысшую прочность при разрыве – 2,5 МПа. Предел прочности составов 1,2 и 4,5 составляет 1,18-1,94 МПа, все композиции имеют высокую водостойкость 0,43-0,6 %, что отвечает требованиям, предъявляемым к кровельным материалам. Данные полимерные композиции можно использовать в качестве мастичной кровли.

На 100 вес. ч. раствора БК брали каолина - 70, ЭД-20 - 30, ПЭПА – 3. Полученный раствор наносили на некондиционный отход - прокладочный нетканый материал Кзыл-Ординской фабрики нетканых материалов, артикул 9355141, слой нанесения - 2 мм. Через 48 часов готовили стандартный образец в виде лопаток и испытывали на разрывной машине Р-500 по ГОСТ 2678-87 для определения физико-механических свойств и водопоглощения. Показано, что данный образец имеет следующие физико-механические свойства: предел прочности на разрыв - 6,92 МПа, относительное удлинение - 20 %, остаточное удлинение - 12 % и может быть использован в качестве мастичной кровли. При уменьшении содержания каолина до 20 вес. ч. предел прочности на разрыв составил - 5,14 МПа, относительное удлинение 140 %, остаточное удлинение - 32 %. Увеличение содержания каолина до 130 вес. ч. обуславливает снижение прочности до 2,34 МПа, относительное удлинение равно - 120 %, остаточное удлинение соответствует 20 %. Установлено, что с увеличением содержания каолина с 20 до 130 вес. ч. прочность покрытия проходит через максимум, приходящийся на 70 вес. ч. каолина. Относительное удлинение также проходит через максимум.

Использованы глины Ашутского (Тургайского) месторождения (г. Аркалык) желтая, зеленая и бокситоподобная (красная). Рассмотрим физико-механические свойства смеси (в вес. ч.): 10 %-ный раствор БК – 100, глина – 40, ЭД-20 – 50, ПЭПА – 5, Сера – 2. Предел прочности на разрыв мастик, содержащих в составе желтую и зеленую глины, практически совпадают и равны, соответственно, 3,8 и 4,2 МПа, относительное удлинение - 120 %, остаточное удлинение - 30 %. Адгезия клеев к бетонной поверхности хорошая 1 - 3 МПа. Показано, что клеевые мастики, включающие в качестве наполнителей глины различных месторождений Казахстана, взамен каолина, имеют высокие физико-механические показатели: предел прочности при разрыве составляет 3,8 - 4,2 МПа, относительное удлинение - 120 - 160 %, что характеризует положительно и это обусловлено вяжущими свойствами глин. Добавки отходов кожи и резины незначительно понижают прочностные показатели мастик, но приводят к уменьшению значений относительного удлинения до 40 и 70%, и увеличению водопоглощения.

На рис. 1 представлены термогравиметрические кривые на воздухе, составов на основе жидких бутадиен-нитрильного СКН-26-1А и бутадиенового СКД-1А каучуков, вулканизованных, соответственно, оксидом цинка и актинапом. Как видно из рис. 1, температура начала разложения состава на основе СКН-26-1А составляет 165^оС, а состав на основе СКД-26-1А – 180^оС. Ход кривых деструкции идентичен до 460^оС, когда потеря массы равна 65 %, 85 % разложение бутадиеновой композиции достигается при 560^оС, а бутадиен-нитрильного состава при 640^оС. Примерно одинаковое разложение бутадиеновых и бутадиен-нитрильных составов связано с наличием в обеих каучуках бутадиеновых звеньев.

На рис. 2 представлены термомеханические кривые разложения образцов на основе жидких каучуков СКН-26-1А и СКД-1А с различными добавками. Затем при температуре –20^оС образцы 1 и 2 претерпевают резкое разрушение и 100 %-ая деформация для образца 1 достигается при 26^оС, а для образца 2 - при 10^оС. Как следует из рис. 2, температура начала разложения образцов 1 и 2 составляет -70^оС, область высокоэластической деформации для образца 1 на основе бутадиен-нитрильного каучука с добавками расположена в температурном интервале –70–20^оС, для образца 2 –70 –50 ^оС, что обусловлено вязко-упругими свойствами эластомеров: бутадиен-нитрильного СКН-26-1А и бутадиенового СКД-1А каучуков.

Рис. 1. Термогравиметрические кривые разложения образцов на воздухе (в вес. ч.): 1 - СКН-26-1А -100, ZnO- 20, 2 - СКД - 1 А – 100, актинап - 20.

Рис. 2. Термомеханические кривые разложения образцов (в вес. ч):

1-СКН-26-1А-100, стеарат натрия-10, алюмокалиевые квасцы-20,

бихромат калия-20, оксид цинка-20, хлорид цинка - 20, оксид хрома (III)-

20; 2 - СКД-1А - 100, стеарат натрия-5, бихромат калия-5, оксид цинка-

10, оксид хрома (III)- 10, неозон «Д»-1, резиновая крошка-30, сера-1.

Применяемые в строительной практике клеевые мастики имеют предел прочности при разрыве 0,3-1,0 МПа, относительное удлинение - 30-50 %. Высокие значения относительного удлинения также характеризуют положительно свойства мастик, поскольку они приближаются к синтетическим на основе различных каучуков.

На основании проведенных исследований установлено модифицирующее влияние полимерных связующих: эпоксидной смолы и силоксанового каучука на нефтебитумозные породы, увеличивающих прочность клеевых мастик. Предел прочности при разрыве – 1,3 МПа, относительное удлинение – 120 %, остаточное удлинение – 20 %, водопоглощение – 0,9 %. Данная полимерная композиция может быть применена в качестве клеевых мастик и заливных кровельных покрытий со значениями предела прочности на разрыв не менее – 1 МПа и водопоглощения не более 1 %.

ЛИТЕРАТУРА

1. Абдикаримов М.Н., Жубанов Б.А., Байболов С.М. и др. Процессы пиролиза и разработка полимерных композиционных материалов в качестве спортивных покрытий // Проблемы технологии и экономики строительных материалов. Межвузовский сб научных трудов. Алматы. КазГАСА. 1995. – С. 89–100.

2. Абдикаримов М.Н., Жубанов Б.А., Кусаинова А.Ш. и др. Технология получения кровельных материалов на основе синтетических каучуков с наполнителями – глинами различных месторождений Казахстана // Проблемы технологии и экономики строительных материалов. Межвузовский сб научных трудов. Алматы. КазГАСА. 1995. – С. 107–117.

3. Надиров Н.К., Абдикаримов М.Н., Байболов С.М. и др. Применение битумного латекса в полимерных композиционных материалах // Материалы Международной научно-практической конференции «Инженерная наука на рубеже XXI века». Алматы, 2001. С. 178–179.