chemicallytechFine Chemical TechnologiesТонкие химические технологии2410-65932686-7575MIREA – Russian Technological University (RTU MIREA).10.32362/2410-6593-2021-16-2-176-183chemicallytech-1701Research ArticleSYNTHESIS AND PROCESSING OF POLYMERS AND POLYMERIC COMPOSITESСИНТЕЗ И ПЕРЕРАБОТКА ПОЛИМЕРОВ И КОМПОЗИТОВ НА ИХ ОСНОВЕDevelopment of a polyurea-based composition with an extended life spanРазработка композиции на основе полимочевины с увеличенным сроком жизниhttps://orcid.org/0000-0002-5152-4678РомановС. В.RomanovS. I.

к.т.н., директор ООО «Эласт-ПУ»,

600026, Владимир, ул. Гастелло, д. 21а

Cand. Sci. (Eng.), Director,

21a, Gastello ul., Vladimir, 600026

Romanov-elastpu@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0217-8446БотвиноваО. А.BotvinovaO. A.

научный сотрудник лаборатории ООО «Эласт-ПУ»,

600026, Владимир, ул. Гастелло, д. 21а

Researcher, 

21a, Gastello ul., Vladimir, 600026

ermolaeva_olya@inbox.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3312-0810ТимаковЕ. А.TimakovE. A.

ассистент кафедры химических технологий Института архитектуры, строительства и энергетики,

600000, Владимир, ул. Горького, д. 87

Assistant, Chemical Technologies Department, Institute of Architecture, Construction, and Energy,

87, Gor’kogo ul., Vladimir, 600026

okakie@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2838-2349ЧижоваЛ. А.ChizhovaL. A.

доцент кафедры химических технологий Института архитектуры, строительства и энергетики,

600000, Владимир, ул. Горького, д. 87

Associate Professor, Chemical Technologies Department, Institute of Architecture, Construction, and Energy, 

87, Gor’kogo ul., Vladimir, 600026

lar-chizhova@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8528-1195ПановЮ. Т.PanovYu. T.

д.т.н., профессор, заведующий кафедрой химических технологий Института архитектуры, строительства и энергетики,

600000, Владимир, ул. Горького, д. 87

Dr. Sci. (Eng.), Professor, Head of the Chemical Technologies Department, Institute of Architecture, Construction, and Energy, 

87, Gor’kogo ul., Vladimir, 600026

tpp_vlgu@mail.ruПроизводственная компания «Эласт ПУ»РоссияProduction Company Elast PURussian FederationВладимирский государственный университет им. Александра Григорьевича и Николая Григорьевича СтолетовыхРоссияAlexander and Nikolay Stoletovs Vladimir State UniversityRussian Federation202125052021162176183Copyright © Romanov S.I., Botvinova O.A., Timakov E.A., Chizhova L.A., Panov Y.T., 20212021Романов С.В., Ботвинова О.А., Тимаков Е.А., Чижова Л.А., Панов Ю.Т.Romanov S.I., Botvinova O.A., Timakov E.A., Chizhova L.A., Panov Y.T.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.finechem-mirea.ru/jour/article/view/1701Objectives

Objectives. Improvement of the technology for obtaining polymer-sprayed coatings based on polycarbodiimides (polyureas) with high chemical, hydrolytic, and abrasive resistance and improved physical and mechanical properties, as well as obtainment of polyurea compositions with a lifetime of at least 5 min without loss performance characteristics (i.e., “hand-applied” polyureas) suitable for repair of coatings already in use.

Methods

Methods. The reaction rate between isocyanate and amino groups is almost a hundred times higher than that between isocyanate and hydroxyl groups, necessitating the use of special highperformance and high-pressure installations equipped with self-cleaning mixing chambers and heating of components. The following are determined from the obtained materials: strength, elongation at break according to the standard method, Taber abrasion, and Shore hardness.

Results

Results. Three methods of slowing down the reaction are investigated: 1) the synthesis of prepolymers with the content of NCO groups from 10.5% to 18%; 2) the addition of a plasticizer into the prepolymer in the amount of 1–10 mass parts; and 3) the introduction of polyesters into the composition and radiation of the so-called “hybrid” systems. When using 14% polyesters with a molecular weight of 2000 Da, only “hybrid” systems make it possible to obtain compositions with a lifetime of more than 5 min. At the same time, the tensile strength decreases by 20%, and the abrasion increases by 40%; however, such “hybrid” systems have a higher adhesion force and are cheaper than pure polyureas, allowing them to be used as “repair” systems.

Conclusions

Conclusions. The developed composition and technology of applying “hybrid” systems allow for the repair of existing coatings without using specialized devices. “Manual” polyurea is easy to use and does not require special training. 

Цели

Цели. Совершенствование технологии получения полимерных напыляемых покрытий на основе поликарбодиимидов (полимочевин), с высокой химической, гидролитической и абразивной стойкостью и улучшенными физико-механическими показателями, а также, получение полимочевинных композиций с временем жизни не менее 5 мин без потери эксплуатационных характеристик (полимочевин «ручного» нанесения), пригодных для ремонта уже эксплуатирующихся покрытий.

Методы

Методы. Скорость реакции между изоцианатными и аминогруппами практически в сто раз превышает скорость реакции между изоцианатными и гидроксильными группами, что вызывает необходимость использовать специальные высокопроизводительные установки высокого давления, оснащенные самоочищающимися смесительными камерами и обогревом компонентов. У полученных материалов определяли прочность, удлинение на разрыв по стандартной методике, истираемость по Таберу и твердость по Шору.

Результаты

Результаты. Исследованы три способа замедления реакции: во-первых, синтез предполимеров с содержанием NCO-групп от 10.5% до 18%; во-вторых, введение в предполимер пластификатора в количестве 1–10 масс.ч.; в-третьих, введение в композицию полиэфиров и получения «гибридных» систем. Показано, что только «гибридные» системы при использовании полиэфиров с молекулярной массой 2000 Да, в количестве 14% позволяют получить композиции с временем жизни более 5 мин. При этом прочность на разрыв снижается на 20%, истираемость увеличивается на 40%, но такие «гибридные» системы имеют более высокую силу адгезии и дешевле по сравнению с чистыми полимочевинами, что позволяет использовать их в качестве «ремонтных» систем.

Выводы

Выводы. Разработанный состав и технология нанесения «гибридных» систем позволяют производить ремонтные работы существующих покрытий без применения специализированных устройств. Полимочевина «ручного» нанесения удобна в эксплуатации и не требует специальной подготовки. 

полимочевинавремя жизниполимерные покрытияфизико-механические свойстваpolyurealifetimepolymer coatingsphysical and mechanical propertiesReferencesSzycher M. Szycher’s handbook of polyurethanes. Boca Raton: Taylor & Francis Group CRC Press; 2013. 1092 p.Szycher M. Szycher’s handbook of polyurethanes. Boca Raton: Taylor & Francis Group CRC Press; 2013. 1092 p.Ryszkowska J. Supermolecular structure, morphology and physical properties of urea-urethane elastomers. Polimery. 2012;57(11–12):775–902. Available from URL: https://studylib.net/doc/18145915/supermolecular-structure--morphology-and-physical-propertRyszkowska J. Supermolecular structure, morphology and physical properties of urea-urethane elastomers. Polimery. 2012;57(11–12):775–902. Available from URL: https://studylib.net/doc/18145915/supermolecular-structure--morphology-and-physical-propertWolf A.T. (Ed.). Durability of Building and Construction Sealants and Adhesives. V. 3. Journal of ASTM International Selected Technical Papers STP1545. 2010. XVII. 417 p. ISBN 978-0-8031-3426-3.Wolf A.T. (Ed.). Durability of Building and Construction Sealants and Adhesives. V. 3. Journal of ASTM International Selected Technical Papers STP1545. 2010. XVII. 417 p. ISBN 978-0-8031-3426-3.Stengard R.A. High-pressure impingement mixingroute to faster, better PU parts. Plast. Tech. 1974;41–44.Stengard R.A. High-pressure impingement mixingroute to faster, better PU parts. Plast. Tech. 1974;41–44.Zafar F., Sharmin E. Polyurethane. Rijeka, Croatia: InTech; 2012. 480 p. ISBN 978-953-51-0726-2Zafar F., Sharmin E. Polyurethane. Rijeka, Croatia: InTech; 2012. 480 p. ISBN 978-953-51-0726-2Saunders J.H., Hansen R.H. The mechanism of foam formation. In: Plastic foams. Part 1. Frisch K.C., Saunders J.H. (Eds.). New York: Marcel Dekker; 1972. P. 3–108.Saunders J.H., Hansen R.H. The mechanism of foam formation. In: Plastic foams. Part 1. Frisch K.C., Saunders J.H. (Eds.). New York: Marcel Dekker; 1972. P. 3–108.Botvinova O.A., Panov Y.T., Romanov S.V. Producing Bicomponent Sealants Based on Polyaspartate Urea Resins. Polym. Sci. Ser. D. 2020;13(4):407–413. https://doi.org/10.1134/S1995421220040048Botvinova O.A., Panov Y.T., Romanov S.V. Producing Bicomponent Sealants Based on Polyaspartate Urea Resins. Polym. Sci. Ser. D. 2020;13(4):407–413. https://doi.org/10.1134/S1995421220040048Steiner E.C., Pelletier R.R., Trucks R.O. A study of the polymerization of propylene oxide catalyzed by anhydrous potassium hydroxide. J. Amer. Chem. Soc. 1964;86(21):4678–4686. https://doi.org/10.1021/ja01075a031Steiner E.C., Pelletier R.R., Trucks R.O. A study of the polymerization of propylene oxide catalyzed by anhydrous potassium hydroxide. J. Amer. Chem. Soc. 1964;86(21):4678–4686. https://doi.org/10.1021/ja01075a031Van Maris R., Tamano Y., Yoshimura H., Gay K.M. Polyurethane Catalysis by Tertiary Amines. J. Cell. Plast. 2005;41(4):305–322. https://doi.org/10.1177%2F0021955X05055113Van Maris R., Tamano Y., Yoshimura H., Gay K.M. Polyurethane Catalysis by Tertiary Amines. J. Cell. Plast. 2005;41(4):305–322. https://doi.org/10.1177%2F0021955X05055113Ward R.S., Jones R.L. Polyurethanes and Silicone Polyurethane Copolymers. In book: Comprehensive Biomaterials II. V. 1. 2017. P. 570-619. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-100691-7.00179-8Ward R.S., Jones R.L. Polyurethanes and Silicone Polyurethane Copolymers. In book: Comprehensive Biomaterials II. V. 1. 2017. P. 570-619. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-100691-7.00179-8Vahabi H., Rastin H., Movahedifar E., Antoun K., Brosse N., et al. Flame Retardancy of Bio-Based Polyurethanes: Opportunities and Challenges. Polymers. 2020;12(6):1234. https://doi.org/10.3390/polym12061234Vahabi H., Rastin H., Movahedifar E., Antoun K., Brosse N., et al. Flame Retardancy of Bio-Based Polyurethanes: Opportunities and Challenges. Polymers. 2020;12(6):1234. https://doi.org/10.3390/polym12061234Sándor N., Gelade E., van Maris R., Rácz G. Effect of melamine on the foam kinetics of polyurethane model system. Models Chem. 1997;134(2):253–263. https://doi.org/10.1002/(SICI)1097-4628(19980307)67:10˂1739::AIDAPP7˃3.0.CO;2-KSándor N., Gelade E., van Maris R., Rácz G. Effect of melamine on the foam kinetics of polyurethane model system. Models Chem. 1997;134(2):253–263. https://doi.org/10.1002/(SICI)1097-4628(19980307)67:10˂1739::AIDAPP7˃3.0.CO;2-KVreenegoor N.C. The Foamax process for making flat-top flexible polyurethane slabstock foams. Plast. Rub. Proc. 1977;2(1):30–32.Vreenegoor N.C. The Foamax process for making flat-top flexible polyurethane slabstock foams. Plast. Rub. Proc. 1977;2(1):30–32.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.