вибропоглощающая мастика и способ ее получения

Формула изобретения

1. Вибропоглощающая мастика, включающая водную дисперсию полимера на основе винилацетата (с сухим остатком 40-60 мас.%), пластификатор, нефелиновый антипирен, мел и наполнитель с чешуйчатой формой частиц, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит тетраметилтиурамдисульфид при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Водная дисперсия полимера на основе винилацетата (сухой остаток 40-60 мас.%) - 37,3-56,5

Пластификатор - 0,5-6,5

Мел - 2,9-9,9

Нефелиновый антипирен - 14,0-18,0

Наполнитель с чешуйчатой формой частиц - 20,0-30,

Тетраметилтиурамдисульфид - 0,1-0,5

2. Вибропоглощающая мастика по п.1, отличающаяся тем, что в качестве водной дисперсии полимера на основе винилацетата она содержит водную дисперсию гомополимера винилацетата, или водную дисперсию сополимера винилацетата с этиленом, или водную дисперсию сополимера винилацетата с дибутилмалеинатом, или водную дисперсию сополимера винилацетата с бутилакрилатом.

3. Вибропоглощающая мастика по п.1, отличающаяся тем, что в качестве пластификатора она содержит дибутилфталат, или триацетат глицерина, или смесь диоксановых спиртов и их высококипящих эфиров - пластификатор ЭДОС.

4. Вибропоглощающая мастика по п.1, отличающаяся тем, что в качестве наполнителя с чешуйчатой формой частиц она содержит кристаллический графит или вермикулит.

5. Вибропоглощающая мастика по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит регулятор вязкости - воду в количестве 5-30% от массы мастики.

6. Вибропоглощающая мастика по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит регулятор плотности - полые стеклянные микросферы в количестве 1-5% от массы мастики.

7. Вибропоглощающая мастика по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит вещество, улучшающее способность мастики к напылению, например поверхностно-активное вещество анионогенного или смешанного типа, в количестве 0,05-0,1% от массы мастики.

8. Способ получения вибропоглощающей мастики по п.1, включающий пластификацию водной дисперсии полимера на основе винилацетата пластификатором и последующее введение в нее при непрерывном перемешивании нефелинового антипирена, мела и наполнителя с чешуйчатой формой частиц, отличающийся тем, что после завершения пластификации водной дисперсии полимера на основе винилацетата в нее последовательно вводят мел, нефелиновый антипирен и дополнительно тетраметилтиурамдисульфид, проводят гомогенизацию полученной композиции в течение не менее 30 мин, после чего вводят наполнитель с чешуйчатой формой частиц и продолжают смешение компонентов до получения гомогенной массы.

9. Способ получения вибропоглощающей мастики по п.8, отличающийся тем, что после смешения всех компонентов мастики в нее дополнительно вводят регулятор вязкости - воду в количестве 5-30% от массы мастики и продолжают гомогенизацию мастики в течение 15-30 мин.

10. Способ получения вибропоглощающей мастики по п.9, отличающийся тем, что после смешения всех компонентов в мастику дополнительно вводят регулятор плотности - полые стеклянные микросферы в количестве 1-5% от массы мастики и/или вещество, улучшающее способность мастики к напылению - поверхностно-активное вещество анионогенного или смешанного типа в количестве 0,05-0,1% от массы мастики и продолжают гомогенизацию мастики в течение 15-30 мин.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области получения и применения вибропоглощающих составов для покрытий, в частности для внутрикорпусных покрытий судовых помещений.

Известна [Авторское свидетельство СССР 1451150, МКИ⁴ C 09 D 3/74, опубл. 15.01.89] вибропоглощающая мастика, включающая (мас.%) 45,550,0 водной поливинилацетатной дисперсии (ПВАД), пластифицированной дибутилфталатом (ДБФ), 14,018,0 нефелинового антипирена (НА) и 36,040,0 наполнителя с чешуйчатой формой частиц - кристаллического графита (КГ).

Покрытия из мастики обладают комплексом ценных эксплуатационных характеристик: высокими, стабильными во времени (за три года коэффициент механических потерь снижается не более чем на 812%) виброакустическими параметрами, хорошими адгезионными свойствами, пониженной горючестью (индекс распространения пламени составляет 9,2).

Недостатком известной мастики является нестабильность технологических свойств самой мастики: уже через 35 суток с момента изготовления мастика начинает заметно терять свою подвижность, а через один месяц хранения значение этого показателя падает приблизительно в три раза. Негативными последствиями загустевания мастики являются:

- сложность выгрузки мастики из емкостей хранения (бидонов, бочек), так как загустевшую мастику невозможно растаривать механически и ее приходится буквально выковыривать из тары вручную;

- сложность процесса подготовки мастики после хранения к использованию, так как выгруженную крошку мастики практически не удается превратить в однородную пасту, какой является свежеприготовленная мастика;

- неоднородная мастика плохо наносится на демпфируемые поверхности;

- более низкие (на 2530%) виброакустические показатели демпфирующих покрытий из мастики, хранившейся в течение одного месяца, чем у покрытий, сформированных из свежеприготовленного материала.

Описанную вибропоглощающую мастику получают путем последовательного введения при комнатной температуре и при непрерывном перемешивании в ПВАД пластификатора - ДБФ, НА и наполнителя с чешуйчатой формой частиц - КГ при указанном выше соотношении смешиваемых компонентов [Авторское свидетельство СССР 1451150].

Однако указанный способ не обеспечивает получение мастики со стабильными во времени технологическими свойствами.

Известна также [Патент РФ 2035482, МКИ⁶ C 09 D 131/04, опубл. 20.05.95] вибропоглощающая мастика, включающая (мас.%) 39,456,0 водной пластифицированной ПВАД, (сухой остаток 4060 мас.%), 11,819,0 НА, 26,042,0 КГ, 2,28,0 мела (М) и 0,54,6 алкилбензилпиридинийхлорида (АБПХ). В качестве пластификатора мастика содержит ДБФ или триацетат глицерина (ТАГ).

Получаемая мастика обладает стабильностью технологических свойств на протяжении одного месяца, а сформированные из нее в течение указанного периода времени демпфирующие покрытия характеризуются комплексом высоких значений виброакустических, адгезионных и противопожарных показателей.

Однако увеличение срока хранения вибропоглощающей мастики указанного состава, свыше одного месяца сопровождается снижением подвижности мастики, ее загустеванием и связанными с этим описанными выше негативными последствиями (сложность растаривания мастики из емкостей хранения, необходимость длительного и энергоемкого перемешивания мастики после хранения для подготовки к использованию, снижение виброакустических показателей демпфирующих покрытий на 2530%).

Указанную мастику получают путем последовательного добавления при комнатной температуре и при непрерывном перемешивании в ПВАД пластификатора (ДБФ или ТАГ), НА, наполнителя с чешуйчатой формой частиц - КГ, М и АБПХ при указанном выше соотношении смешиваемых компонентов [Патент РФ 2035482].

Недостатком описанного способа является низкая стабильность во времени технологических свойств получаемой мастики.

Наиболее близкой к заявляемой вибропоглощающей мастике по совокупности существенных признаков является вибропоглощающая мастика, описанная в патенте РФ 2044016 (МПК⁶ C 09 D 131/04, опубл. 20.09.95). Вибропоглощающая мастика содержит, мас.%: 35,366,7 ПВАД (сухой остаток 5060 мас.%), 3,308,35 пластификатора (ДБФ или ТАГ), 6,718,6 НА, 8,629,4 наполнителя с чешуйчатой формой частиц - вермикулита (ВМ), 2,014,5 М, 0,54,9 АБПХ.

Полученная мастика обладает стабильностью технологических свойств на протяжении трех-пяти месяцев, а сформированные из нее в течение указанного периода времени демпфирующие покрытия характеризуются комплексом высоких значений виброакустических, адгезионных и противопожарных показателей.

Однако увеличение срока хранения вибропоглощающей мастики указанного состава свыше трех-пяти месяцев сопровождается существенным снижением ее подвижности, загустеванием и связанными с этим описанными выше негативными последствиями - сложностью растаривания мастики из емкостей хранения, необходимость длительного и энергоемкого перемешивания мастики после хранения для подготовки к использованию, снижением на 2530% виброакустических показателей демпфирующих покрытий. Согласно требованиям потребителей вибропоглощающей мастики гарантированный срок ее хранения должен быть не менее двенадцати месяцев и поэтому задача дальнейшего повышения стабильности ее технологических свойств остается одной из актуальнейших.

Мастику по прототипу получают путем введения в ПВАД при перемешивании АБПХ, пластификации ПВАД пластификатором - ДБФ или ТАГ и последующего введения в нее при непрерывном перемешивании последовательно НА, М и наполнителя с чешуйчатой формой частиц - ВМ при указанном выше соотношении смешиваемых компонентов [Патент РФ 2044016].

Однако описанный способ не обеспечивает получение мастики, сохраняющей стабильными свои технологические свойства в течение 12 месяцев.

Технический результат, достижение которого обеспечивает заявляемая вибропоглощающая мастика, заключается в повышении стабильности технологических свойств вибропоглощающей мастики во времени.

Указанный технический результат достигается за счет того, что вибропоглощающая мастика, включающая водную дисперсию полимера на основе винилацетата (с сухим остатком 4060 мас.%), пластификатор, НА, М и наполнитель с чешуйчатой формой частиц, дополнительно содержит тетраметилтиурамдисульфид (ТМТ), при следующем соотношении компонентов (мас.%):

Водная дисперсия полимера на основе винилацетата (с сухим остатком 4060 мас.%) - 37,356,5

Пластификатор - 0,56,5

Мел - 2,99,9

Нефелиновый антипирен - 14,018,0

Наполнитель с чешуйчатой формой частиц - 20,030,0

Тетраметилтиурамдисульфид - 0,10,5

В качестве водной дисперсии полимера на основе винилацетата вибропоглощающая мастика может содержать водную дисперсию гомополимера винилацетата (ПВАД), или водную дисперсию сополимера винилацетата с этиленом (СВЭД), или водную дисперсию сополимера винилацетата с дибутилмалеинатом (ПВАМД), или водную дисперсию сополимера винилацетата с бутилакрилатом (СВАБАД).

В качестве пластификатора вибропоглощающая мастика может содержать ДБФ, ТАГ или смесь диоксановых спиртов и их высококипящих эфиров (пластификатор ЭДОС).

В качестве наполнителя с чешуйчатой формой частиц вибропоглощающая мастика может содержать ВМ или КГ.

Вибропоглощающая мастика может дополнительно содержать регулятор вязкости - воду в количестве 530% от массы мастики, регулятор плотности - полые стеклянные микросферы в количестве 15% от массы мастики, и вещество, улучшающее способность мастики к напылению, например, поверхностно-активное вещество анионогенного или смешанного типа в количестве 0,050,1% от массы мастики.

Технический результат, достижение которого обеспечивает заявляемый способ получения вибропоглощающей мастики, заключается в повышении стабильности технологических свойств вибропоглощающей мастики во времени.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе получения вибропоглощающей мастики, включающем пластификацию водной дисперсии полимера на основе винилацетата пластификатором и последующее введение в нее при непрерывном перемешивании НА, М и наполнителя с чешуйчатой формой частиц, после завершения пластификации водной дисперсии полимера на основе винилацетата в нее вводят последовательно М, НА и дополнительно ТМТ, проводят гомогенизацию полученной композиции в течение не менее 30 минут, после чего вводят наполнитель с чешуйчатой формой частиц и продолжают смешение компонентов до получения гомогенной массы при соотношении смешиваемых компонентов как указано выше.

Вспомогательные компоненты, такие как вода (регулятор вязкости) в количестве 530% от массы мастики, микросферы (регулятор плотности) в количестве 15% от массы мастики, поверхностно-активное вещество (регулятор способности мастики к напылению) в количестве 0,050,1% от массы мастики, вводятся в мастику после окончания загрузки и смешения всех компонентов мастики, гомогенизацию полученной массы проводят в течение 1530 минут при комнатной температуре.

Известно [Химическая энциклопедия, изд. "Советская энциклопедия", М., 1988 г. , т. 1, стр. 162] применение тетраметилтиурамдисульфида в качестве сшивающего агента или ускорителя серной вулканизации каучуков, а также в качестве фунгицида. Однако при введении в вибропоглощающую мастику ТМТ не только не снижает подвижность мастики (т.е. сшивка не происходит), но наоборот повышает стабильность ее технологических свойств во времени - мастика не теряет подвижности в течение 1 года хранения. Прогнозировать возможность влияния ТМТ на повышение стабильности технологических свойств вибропоглощающих мастик на основании известных ранее свойств ТМТ не представлялось возможным.

В соответствии с заявляемым способом для достижения наилучших показателей стабильности технологических свойств мастики ТМТ вводят после пластификации водной дисперсии полимера на основе винилацетата и смешения ее с М и НА. Введение ТМТ в дисперсию до ее пластификации, или в пластифицированную дисперсию полимера на основе винилацетата до введения М и НА, или до введения НА, или в смесь пластифицированной дисперсии полимера на основе винилацетата со всеми сыпучими компонентами не позволяет сохранить технологические свойства мастики во времени (подвижность ее после хранения в течение 1 года падает приблизительно в 23 раза (см. наши контрольные примеры 11-14).

Снижение времени совмещения смеси (пластифицированная дисперсия полимера на основе винилацетата + М +НА) с ТМТ менее 30 минут, например, в течение 15 минут, приводит к заметному ухудшению технологической стабильности вибропоглощающей мастики (см. наш контрольный пример 15).

Введение ТМТ в количестве менее 0,1 мас.%, например, в количестве 0,05 мас. %, не приводит к повышению стабильности технологических свойств вибропоглощающей мастики (см. наш контрольный пример 16), а введение ТМТ в количестве более 0,5, например в количестве 0,65 мас.%, нецелесообразно, поскольку технологические свойства мастики более не улучшаются, а виброакустические характеристики (коэффициент механических потерь и динамический модуль упругости) начинают резко снижаться (см. наш контрольный пример 17).

Для получения заявляемой мастики и осуществления заявляемого способа используют промышленные и опытно-промышленные марки водных дисперсий полимера на основе винилацетата - грубодисперсные ПВАД, например, Д50 (сухой остаток 5051 мас.%), Д60 (сухой остаток 60 мас.%), Д40 (сухой остаток 40 мас.%) по ГОСТу 18992-80; Д50 (сухой остаток 5051 мас.%) по ТУ 6-05-041-963-88; ПВАД, получаемая диспергированием в воде редиспергируемого порошка поливинилацетата (РППВА) по ТУ 6-05-041-811-84; дисперсия сополимера винилацетата с этиленом (СВЭД) по ТУ 2241-042-00203521-98; дисперсия сополимера винилацетата с дибутилмалеинатом (ПВАМД) по ТУ 2241-039-00203521-98; дисперсия сополимера винилацетата с бутилакрилатом (СВАБАД). КГ используют в соответствии с ГОСТ 5279-74; НА - в соответствии с ТУ 6-08-340-76, ВМ - в соответствии с ТУ 21-0281916-1-88 и ГОСТ 12865-87; М - в соответствии с ГОСТ 12085-73; ТМТ - в соответствии с ГОСТ 740-76; ДБФ - в соответствии с ГОСТ 8728-77; ТАГ - в соответствии с ТУ 6-05-05-317-85; пластификатор ЭДОС - в соответствии с ТУ 2493-003-13004749-93.

В качестве регулятора плотности мастики и покрытия используют, например, микросферы стеклянные полые аппретированные марки "МС-А9" по ТУ 6-48-108-94, а в качестве вещества, улучшающего способность мастики к напылению используют поверхностно-активные вещества, например, анионогенное поверхностно-активное вещество волгонат по ОСТ 6-01-35-79 или поверхностно-активное вещество смешанного типа "эмульгатор С-10".

Получаемые вибропоглощающие мастики в зависимости от вязкости могут быть нанесены на демпфируемые поверхности методами шпателирования (при подвижности мастики 810 см) или напыления (при подвижности мастики 12,515 см).

Предлагаемые изобретения иллюстрируются нижеследующими примерами, но не ограничены ими.

Пример 1.

Вибропоглощающую мастику готовили в промышленном вертикальном смесителе марки MVA-3000 емкостью 3 м³, используя комбинированный (совмещение вертикального и горизонтального) режим перемешивания со скоростями 36 и 72 об/мин. Температуру реакционной массы поддерживали путем подачи теплоносителя (горячая или холодная вода) в рубашку смесителя. На первой стадии в аппарат загружали 373 кг ПВАД марки Д50 и 43 кг ДБФ и в течение 30 минут проводили совмещение этих компонентов. На второй стадии в пластифицированную дисперсию с помощью шнекового питателя, обеспечивающего равномерное, с заданной скоростью поступление порошкообразных ингредиентов, загружали 99 кг М, 180 кг НА, 5 кг ТМТ и в течение 30 минут проводили при 20^oС гомогенизацию композиции. На третьей стадии в смеситель загружали 300 кг КГ, 50 кг воды и в течение 30 минут проводили окончательное совмещение компонентов до получения однородной, не содержащей комков массы. Готовую вибропоглощающую мастику выгружали в широкогорлые полиэтиленовые бочки емкостью 60 л. Одну из бочек поставили на хранение в течение 12 месяцев (температура 2015^oС, давление 76030 Торр, относительная влажность 7010%).

Полученную мастику, свежеприготовленную и после хранения в течение 12 месяцев, анализировали, определяя ее технологические свойства, а также свойства полученных из нее демпфирующих покрытий.

Демпфирующие покрытия формировали путем нанесения мастики на демпфируемые поверхности методом шпателирования. Покрытие высушивали при 20^oС в течение одних суток.

Испытания проводили в соответствии со следующими методиками:

1. Технологические свойства мастики:

- определение подвижности мастики по ГОСТу 5802-86;

- определение показателя тиксотропии по ТТП 743.4152-027-88;

- определение плотности мастики по ТУ 2243-038-00203521-97.

2. Свойства демпфирующих покрытий:

- определение температурно-частотных характеристик коэффициента механических потерь энергии изгибных колебаний пластин, демпфированных покрытием, - по методическим указаниям 74-0109-25-80. Размер пластин - 750500(4-6) мм или 300150(1,5-2) мм. Материал пластин - сталь. Способ нанесения покрытия: по типовым технологическим схемам и инструкциям;

- определение адгезионной прочности покрытия к стали на сдвиг по ГОСТу 14759-69;

- определение плотности покрытия по ТУ 2243-038-00203521-97;

- определение горючести материала демпфирующего покрытия по ГОСТу 12.1.044-84;

- определение коэффициента теплопроводности покрытия по ГОСТу 23630.2-79.

Состав, условия приготовления, свойства мастики и сформированного из нее демпфирующего покрытия по примеру 1 и всем последующим примерам представлены в таблицах 1-4.

Примеры 2-6.

Вибропоглощающие мастики готовили и испытывали как в примере 1, но варьируя время и температуру совмещения ТМТ со смесью (ПВАД + М + НА), а также соотношение компонентов в мастике в заявляемых пределах.

Кроме основных компонентов в мастику добавляли вспомогательные компоненты:

- регулятор вязкости (вода) в количестве, обеспечивающем заданный уровень подвижности мастики, который в свою очередь определяет способ нанесения материала на демпфируемую поверхность (напыление или шпателирование) - добавлялся в мастики по примерам 2-6;

- регулятор плотности мастики и покрытия (микросферы стеклянные полые аппретированные марки "МС-А9" по ТУ 6-48-108-94) в количестве, обеспечивающем заданный уровень плотности, добавлялись в мастику по примеру 5;

- вещество, улучшающее способность мастики к напылению (волгонат по ОСТ 6-01-35-79) - добавлялось в партии мастики, предназначенные для напыления по примерам 2, 4, 5.

В настоящих примерах и далее из мастик, имеющих подвижность 810 см, покрытия получали методом шпателирования, а из мастик, имеющих подвижность 12,515 см, покрытия получали методом напыления.

Примеры 7-9.

Вибропоглощающие мастики готовили и испытывали как в примере 1, но в качестве водной дисперсии полимера на основе винилацетата использовали 455 кг водной дисперсии сополимера винилацетата с 8-10 мас.% этилена - СВЭД (пример 7), или 455 кг водной дисперсии сополимера винилацетата с 35 мас.% дибутилмалеината - ПВАМД (пример 8), или 475 кг водной дисперсии сополимера винилацетата с 50 мас.% бутилакрилата - СВАБАД (пример 9), причем в первом случае в качестве пластификатора использовали 25 кг триацетата глицерина (пример 7), во втором - 25 кг смеси диоксановых спиртов и их высококипящих эфиров - пластификатор ЭДОС (пример 8), а в третьем - 5 кг ДБФ (пример 9).

Пример 10.

Вибропоглощающую мастику готовили и испытывали, как в примере 1, но вместо готовой ПВАД использовали ПВАД, полученную диспергированием в воде РППВА. Для этого в аппарат емкостью 1 м³, снабженный перемешивающим устройством и рубашкой, заливали 215 л воды, а затем при включенной мешалке в течение 20 минут засыпали 215 кг РППВА. Температура в аппарате поддерживалась на уровне 352^oС. После окончания загрузки полимерного порошка мешалку выключали и в течение 72 часов осуществляли созревание дисперсии, включая мешалку на 15 минут через каждые 6 часов. Далее полученную дисперсию РППВА переносили в смеситель и изготавливали вибропоглощающую мастику по методике, описанной в примере 1.

Примеры 11-14 (контрольные).

Вибропоглощающие мастики готовили по примеру 1, но изменяя порядок введения ТМТ в композицию.

Пример 15 (контрольный).

Вибропоглощающую мастику готовили по примеру 1, но ТМТ с ранее введенными компонентами совмещали в течение 15 минут.

Примеры 16-17 (контрольные).

Вибропоглощающие мастики готовили по примеру 1, но ТМТ вводили в количестве 0,05 мас.% (пример 16 к) и 0,65 мас.% (пример 17 к).

Примеры 18-20 (контрольные по прототипу и аналогам).

Вибропоглощающие мастики готовили аналогично примеру 1, но используя АБПХ вместо ТМТ и вводя АБПХ в ПВАД перед пластификацией (пример 18 к по прототипу - патент РФ 2044016), или вводя АБПХ в смесь пластифицированной ПВАД и всех сыпучих компонентов (пример 20 к по аналогу - пат. РФ 2035482); в примере 19 к по аналогу - авт. свид. СССР 1451150 не вводят ни ТМТ, ни АБПХ, а также не вводят М.

Примеры 21-23.

Вибропоглощающие мастики готовили и испытывали, как в примере 1, но использовали в качестве ПВАД дисперсию марки Д40 (примеры 21 и 22) и Д50 (пример 23) и регулятор вязкости - воду дополнительно не вводили.

Грибостойкость всех мастик по примерам 1-20 составляет 4-5 баллов по методу Б в соответствии с ГОСТом 13410-67.

Как видно из приведенных в таблицах 1-4 данных, заявляемая вибропоглощающая мастика, полученная по заявляемому способу, имеет стабильные технологические свойства в течение 12 месяцев, в то время как известные мастики после 12 месяцев хранения становятся мало пригодными для использования: их подвижность падает в 23 раза. Виброакустические характеристики демпфирующих покрытий, сформированных из заявляемой вибропоглощающей мастики, которая хранилась 12 месяцев, практически не изменяются по сравнению с аналогичными покрытиями из свежеприготовленной мастики, в то время как известные мастики после хранения в течение 12 месяцев образуют демпфирующие покрытия с виброакустическими характеристиками ниже на 2530%.