RU2480501C1 - Polymer additives for ice cover and method of obtaining high-speed and wear-resistant ice cover for sports purposes based on fluorine-containing organosilicon compounds - Google Patents
Polymer additives for ice cover and method of obtaining high-speed and wear-resistant ice cover for sports purposes based on fluorine-containing organosilicon compounds Download PDFInfo
- Publication number
- RU2480501C1 RU2480501C1 RU2012116227/05A RU2012116227A RU2480501C1 RU 2480501 C1 RU2480501 C1 RU 2480501C1 RU 2012116227/05 A RU2012116227/05 A RU 2012116227/05A RU 2012116227 A RU2012116227 A RU 2012116227A RU 2480501 C1 RU2480501 C1 RU 2480501C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ice
- fluorine
- ice cover
- properties
- speed
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Silicon Polymers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к созданию нового класса ускоряющих присадок для льда на основе полимерных композиционных материалов триботехнического назначения, полученных методом прививочной полимеризации. Изобретение относится к области модификации естественных свойств ледового покрытия с применением нового класса ускоряющих и упрочняющих присадок на основе композиций фторсодержащих кремнийорганических соединений.The invention relates to the creation of a new class of accelerating additives for ice based on polymer tribological composite materials obtained by the graft polymerization method. The invention relates to the field of modification of the natural properties of ice coatings using a new class of accelerating and hardening additives based on compositions of fluorine-containing organosilicon compounds.
Из уровня техники известны полимерные добавки - присадки для улучшения тех или иных характеристик льда. Полимерные добавки - присадки различной химической природы достаточно широко используются для улучшения тех или иных характеристик льда. Например, известны способы получения льда добавкой высокомолекулярного полимеар - полиокса SU 444039 или способ получения двухслойного льда (Гончарова Г.Ю. и др. Тайны ледового дворца. // Холодильная техника. №5 - 2005. - С.10-13) с пленкообразующими аминами, композитами на растительной основе, водоспиртовыми растворами.Polymer additives are known in the prior art — additives for improving various characteristics of ice. Polymer additives - additives of various chemical nature are widely used to improve certain characteristics of ice. For example, there are known methods for producing ice by adding a high molecular weight polymear - polyox SU 444039 or a method for producing two-layer ice (Goncharova G.Yu. et al. Secrets of the ice palace. // Refrigeration equipment. No. 5 - 2005. - P.10-13) with film-forming amines, plant-based composites, water-alcohol solutions.
Из способа получения базового слоя искусственного льда SU 1649218 известно приготовление водного раствора полимера - поливинилового спирта и его замораживание, недостатком которого является то, что указанные примеси, вводимые в указанных количествах в массив льда, постепенно вытесняясь на поверхность, размягчают ледовый массив и снижают скоростные и оптические свойства ледовой поверхности.From the method of obtaining a base layer of artificial ice SU 1649218 it is known to prepare an aqueous polymer solution - polyvinyl alcohol and freeze it, the disadvantage of which is that these impurities introduced into the ice mass in the indicated quantities gradually displace to the surface, soften the ice mass and reduce the speed and optical properties of the ice surface.
Наиболее близкими к заявленному изобретению являются описанные в патенте RU 2386089 присадки кремнийорганических соединений - эмульсий и/или масел и водного раствора аммиака. Кремнийорганические соединения подвергают низкотемпературной - не выше 23°С вакуумной очистке от малоатомных спиртов, кетонов, альдегидов и других веществ и соединений, нарушающих гладкость ледовой поверхности, что обеспечивает увеличение скользящих свойств льда и улучшение оптических свойств. Этот способ обеспечивает получение структуры льда, обладающей полным комплексом требуемых свойств. Но недостатком известного способа является то, что для этого требуется вводить несколько групп соединений (минимум четыре), различающихся по функциональному назначению.Closest to the claimed invention are described in patent RU 2386089 additives of organosilicon compounds - emulsions and / or oils and aqueous ammonia. Organosilicon compounds are subjected to low-temperature - not higher than 23 ° C vacuum cleaning of low-alcohol alcohols, ketones, aldehydes and other substances and compounds that violate the smoothness of the ice surface, which increases the sliding properties of ice and improves optical properties. This method provides an ice structure having a full range of required properties. But the disadvantage of this method is that this requires the introduction of several groups of compounds (at least four), differing in functional purpose.
Этот недостаток устраняется в заявленном способе, т.к. согласно заявленному изобретению использование нового класса соединений позволяет уменьшить количество используемых ингредиентов при улучшении всех положительных свойств, вносимых каждым из компонентов ранее используемых смесей, чем значительно упрощается методика создания ледового массива и увеличивается эффективность использования присадок.This disadvantage is eliminated in the claimed method, because according to the claimed invention, the use of a new class of compounds allows to reduce the number of ingredients used while improving all the positive properties introduced by each of the components of the previously used mixtures, which greatly simplifies the method of creating an ice mass and increases the efficiency of use of additives.
Часто к льду на спортивных сооружениях предъявляются претензии о его матовости, непрозрачности, проявляющейся в результате введения присадок. Данный способ предлагает использование присадок, представляющих собой вещества с комплексом преимуществ всех вышеописанных типов соединений, не приводящих к потере прозрачности и блеска льда. Лед на спортивном объекте, принимающем соревнования высокого ранга, должен кроме высоких эксплуатационных свойств обладать также высокими эстетическими характеристиками: блеском, прозрачностью, контрастностью разметки и рекламы. Это особенно важно при ведении телевизионных трансляций. Однако внесение суспензий ПТФЭ сопровождается появлением матовости и некоторым снижением прозрачности льда. Often claims are made of ice at sports facilities about its dullness, opacity, which is manifested as a result of the introduction of additives. This method offers the use of additives, which are substances with a complex of advantages of all the above types of compounds, which do not lead to a loss of transparency and gloss of ice. Ice at a sports venue hosting high-level competitions should have high aesthetic characteristics in addition to high performance properties: gloss, transparency, contrast of layout and advertising. This is especially important when conducting television broadcasts. However, the introduction of PTFE suspensions is accompanied by the appearance of haze and some decrease in the transparency of ice.
Данный способ предлагает использование нового класса присадок, функционально заменяющего несколько применяемых ранее групп соединений, и не приводит к потере прозрачности и блеска льдаThis method proposes the use of a new class of additives, functionally replacing several previously used groups of compounds, and does not lead to a loss of transparency and gloss of ice
До настоящего момента единственным используемым фторсодержащим композитом был ПТФЭ (политетрафторэтилен), вводимый в воду для заливки льда в виде мелкодисперсной стабилизированной суспензии. До настоящего момента ПТФЭ (политетрафторэтилен), вводимый в воду для заливки льда в виде мелкодисперсной стабилизированной суспензии, являлся единственным используемым фторсодержащим компонентом Наличие содержащейся в нем твердой фазы помимо положительного эффекта пластификации льда после завершения кристаллизации приводит к некоторой потере блеска и сияния ледовой поверхности.To date, the only fluorine-containing composite used has been PTFE (polytetrafluoroethylene), which is introduced into the water to fill ice in the form of a finely dispersed stabilized suspension. Until now, PTFE (polytetrafluoroethylene), which was introduced into ice water in the form of a finely dispersed stabilized suspension, was the only fluorine-containing component used. The presence of the solid phase contained in it, in addition to the positive effect of ice plasticization after crystallization, leads to some loss of glitter and radiance of the ice surface.
В заявленном способе фторсодержащие вещества вводятся в воду микроэмульсией, а не суспензией, чем решается проблема термодинамической устойчивости системы. Данный класс присадок с большей надежностью стабилизируется, практически не стратифицируется и не меняет свойств при длительном хранении.In the inventive method, fluorine-containing substances are introduced into the water by microemulsion rather than suspension, which solves the problem of thermodynamic stability of the system. This class of additives with greater reliability is stabilized, practically does not stratify and does not change properties during long-term storage.
Заявленный способ подразумевает изменение свойств и структуры соединений на молекулярном уровне путем прививочной полимеризации для получения молекулы, представляющей собой фторсодержащий оксиалкиленорганосилоксановый блок-сополимер, содержащий атом фтора в составе концевых и/или боковых радикалов основной молекулярной цепи. В заявленном способе фторсодержащие вещества вводятся в воду в виде эмульсий, микроэмульсий, коллоидных и истинных растворов и не содержат твердых частиц. В силу этого данный класс присадок отличается надежностью, стабилизируется, практически не стратифицируется и в меньшей степени меняет свойства при достаточно длительном хранении.The claimed method involves changing the properties and structure of the compounds at the molecular level by grafting polymerization to obtain a molecule that is a fluorine-containing oxyalkyleneorganosiloxane block copolymer containing a fluorine atom in the terminal and / or side radicals of the main molecular chain. In the claimed method, fluorine-containing substances are introduced into water in the form of emulsions, microemulsions, colloidal and true solutions and do not contain solid particles. Because of this, this class of additives is reliable, stabilizes, practically does not stratify, and to a lesser extent changes its properties during rather long storage.
Т.о. техническим результатом изобретения является то, что полученные соединения избавляют от необходимости использования ПТФЭ, улучшая при этом физико-механические свойства, привносимые фтором, не вызывая потери блеска и прозрачности. Кремнийорганические соединения, составляющие основу структуры присадок, обеспечивают режеляцию массива льда и его пластичность при сохранении высоких физико-механических показателей. Техническим результатом изобретения является то, что полученные соединения позволяют без использования ПТФЭ снижать природную хрупкость льда, пластифицируя и упрочняя его поверхностные слои, т.е. улучшать физико-механические свойства в результате изменения формы внесения фтора в разливаемую воду. Атомы фтора в новом классе присадок содержатся в составе радикалов макромолекул кремнийорганических соединений, составляющих основу структуры присадок, а не в виде твердых частиц. При этом сохраняются свойства льда, привносимые фтором, но не утрачиваются блеск и прозрачность ледовой поверхности.T.O. The technical result of the invention is that the obtained compounds eliminate the need to use PTFE, while improving the physicomechanical properties introduced by fluorine without causing loss of gloss and transparency. Organosilicon compounds, which form the basis of the additive structure, provide for the re-cutting of the ice mass and its plasticity while maintaining high physical and mechanical properties. The technical result of the invention is that the obtained compounds allow without the use of PTFE to reduce the natural fragility of ice, plasticizing and hardening its surface layers, i.e. to improve physicomechanical properties as a result of a change in the form of fluorine introduction into the bottled water Fluorine atoms in a new class of additives are contained in the radicals of macromolecules of organosilicon compounds, which form the basis of the structure of additives, and not in the form of solid particles. At the same time, the properties of ice introduced by fluorine are preserved, but the luster and transparency of the ice surface are not lost.
Технический результат достигается за счет изобретения полимерной присадки для ледового покрытия, улучшающей скользящие свойства, упругопластические и прочностные свойства, режеляцию, органолептические и оптические характеристики льда на основе фторсодержащих оксиалкиленорганосилоксановых блок-сополимеров, содержащих атомы фтора в составе концевых и/или боковых радикалов основной молекулярной цепи.The technical result is achieved due to the invention of a polymer additive for ice coating, which improves the sliding properties, elastoplastic and strength properties, curing, organoleptic and optical characteristics of ice based on fluorine-containing hydroxyalkyleneorganosiloxane block copolymers containing fluorine atoms in the composition of terminal and / or side radicals of the main molecular chain .
Технический результат достигается также за счет способа получения полимерсодержащего ледового покрытия с полимерными присадками на основе фторсодержащих оксиалкиленорганосилоксановых блок-сополимеров по п.1, включающего введение в разливаемую воду присадок в виде эмульсий и/или микроэмульсий, коллоидных и/или истинных растворов в количестве от 0,1 до 5 ррm, предварительно подвергнутых низкотемпературной не выше 23°С вакуумной очистке от малоатомных спиртов, кетонов и альдегидов, при модификации льда в зоне виражей путем снижения в 1,3-1,5 раз скорости движения комбайнов в этих зонах и, соответственно, периодическом увеличении их скорости при выходе на прямолинейные участки ледового покрытия.The technical result is also achieved due to the method of producing a polymer-containing ice cover with polymer additives based on fluorine-containing oxyalkyleneorganosiloxane block copolymers according to claim 1, comprising adding additives in the form of emulsions and / or microemulsions, colloidal and / or true solutions in the amount of from 0 to , 1 to 5 ppm, previously subjected to low-temperature no higher than 23 ° C vacuum cleaning of low-alcohol alcohols, ketones and aldehydes, when ice is modified in the bend zone by a decrease of 1.3-1.5 az velocity combines in these zones and, consequently, periodic increase their speed when entering the straight portions of the ice coating.
Т.о. изобретение предлагает обязательное наличие фторсодержащих углеродных цепей в синтезируемых полимерах. Использование фтора объясняется тем, что его атомы обладают наибольшей электроотрицательностью среди всех существующих в природе элементов, что обуславливает его максимально прочные связи с другими элементами в составе химических соединений и, в частности, в составе фторуглеродных цепей. Так, связи C-F в органической химии являются наиболее прочными и стабильными среди связей углерода с другими элементами. При этом атомы фтора имеют минимальные связи между собой.T.O. the invention provides the mandatory presence of fluorine-containing carbon chains in the synthesized polymers. The use of fluorine is explained by the fact that its atoms have the highest electronegativity among all elements existing in nature, which determines its most strong bonds with other elements in chemical compounds and, in particular, in fluorocarbon chains. So, C-F bonds in organic chemistry are the most durable and stable among carbon bonds with other elements. In this case, fluorine atoms have minimal bonds among themselves.
Атомы фтора превосходят по размеру атомы водорода и по размерам превышают периодичность хребта молекулы из атомов углерода. Это не позволяет сохранять плоскую структуру и приводит к тому, что молекула немного поворачивается вокруг связей С-С и происходит спирализация. С другой стороны, благодаря сравнительно небольшим размерам атомов фтора и лишь небольшим их отличием от размеров атомов водорода, атомы фтора плотно обволакивают углеродную цепь, чем затрудняют проникновение практически любых реагентов к слабому звену молекулы - углерод-углеродной связи, не вызывая в то же время ее растяжения. На характер же взаимодействий с другими соединениями начинают оказывать решающее влияние свойства атомов фтора.Fluorine atoms are larger than hydrogen atoms and larger than the periodicity of the ridge of a molecule of carbon atoms. This does not allow preserving a flat structure and leads to the fact that the molecule rotates a little around the C – C bonds and spiralization occurs. On the other hand, due to the relatively small sizes of the fluorine atoms and only their small difference from the sizes of the hydrogen atoms, the fluorine atoms tightly envelop the carbon chain, making it difficult for almost any reagents to penetrate the weak link of the molecule — the carbon-carbon bond, without at the same time causing it stretching. The nature of the interactions with other compounds begins to have a decisive influence on the properties of fluorine atoms.
Минимальная прочность связей атомов фтора между собой обуславливает малые величины межмолекулярных взаимодействий во фторсодержащих соединениях, чрезвычайно низкую поверхностную энергию и, как следствие, низкий коэффициент трения и антиадгезионные свойства. Отсюда вытекают антифрикционные свойства соединений, в состав которых входит фтор. Использование фтора в составе вводимых кремнийорганических цепей объясняется тем, что его атомы обладают наибольшей электроотрицательностью среди существующих в природе элементов, что обуславливает его максимально прочные связи с другими элементами в составе химических соединений и в составе фторуглеродных цепей, в частности. Так, связи С-F в органической химии являются наиболее прочными и стабильными среди связей углерода с другими элементами. При этом атомы фтора имеют минимальные связи между собой. Это обуславливает минимальные величины взаимодействий между молекулами фторсодержащих соединений, чрезвычайно низкую поверхностную энергию и, как следствие, низкий коэффициент трения и антиадгезионные свойства. Поэтому фтор составляет основу наиболее эффективных антифрикционных материалов, смазок и выбран нами в качестве элемента, вводимого в состав полимерных присадок, используемых для модификации свойств льда.The minimum strength of the bonds of fluorine atoms with each other leads to small values of intermolecular interactions in fluorine-containing compounds, extremely low surface energy and, as a result, low coefficient of friction and anti-adhesive properties. Hence the antifriction properties of compounds that include fluorine. The use of fluorine in the composition of the introduced organosilicon chains is explained by the fact that its atoms have the highest electronegativity among elements existing in nature, which determines its most strong bonds with other elements in chemical compounds and in the composition of fluorocarbon chains, in particular. So, CF bonds in organic chemistry are the most durable and stable among carbon bonds with other elements. In this case, fluorine atoms have minimal bonds among themselves. This leads to minimum interactions between the molecules of fluorine-containing compounds, extremely low surface energy and, as a result, a low coefficient of friction and anti-adhesive properties. Therefore, fluorine forms the basis of the most effective antifriction materials, lubricants, and we have chosen as an element introduced into the composition of polymer additives used to modify the properties of ice.
Кроме того, размеры атомов фтора превышают периодичность хребта молекулы из атомов углерода. Это не позволяет сохранять плоскую структуру и приводит к тому, что молекула разворачивается вокруг связей С-С, принимая спиральную форму. При этом атомы фтора плотно обволакивают углеродную цепь, не вызывая ее растяжения, чем затрудняют проникновение практически любых реагентов к слабому звену молекулы - углерод-углеродной связи. Поэтому на характер взаимодействий с другими соединениями оказывают решающее влияние именно атомы фтора, обеспечивая наименьшую адгезию, что наиболее важно при решении технической задачи снижения сопротивления трения или скольжения.In addition, the sizes of fluorine atoms exceed the periodicity of the ridge of a molecule of carbon atoms. This does not allow to maintain a flat structure and leads to the fact that the molecule rotates around the C — C bonds, assuming a spiral shape. At the same time, fluorine atoms tightly envelop the carbon chain without causing it to stretch, which makes it difficult for almost any reagent to penetrate to the weak link in the molecule — the carbon-carbon bond. Therefore, it is precisely the fluorine atoms that have the decisive influence on the nature of the interactions with other compounds, providing the least adhesion, which is most important when solving the technical problem of reducing friction or sliding resistance.
Использование в составе присадок эмульсий кремнийорганических соединений позволяет реализовать в поверхностных слоях льда физическую модель структуры, армированной на микрометрическом уровне так называемыми «жидкостными пружинами», т.е. имеющего пространственную структуру, свойственную твердому телу, но сохраняющую при этом эластичность межузельных связей. Данные соединения не теряют своих свойств пластичности даже при температурах, намного более низких, чем температура бетонного основания ледового массива. Таким образом, на поверхности льда после кристаллизации разлитой пленки воды образуется спиралевидная пространственная структура, которая характеризуется весьма высокой гладкостью поверхности и высокими физико-механическими показателями при эластичности, не свойственной связям в твердом теле. Получаемый эффект может быть обусловлен значительным снижением внутреннего напряжения между микрокристаллами льда в приповерхностном слое.The use of organosilicon emulsions in the composition of additives makes it possible to implement in the surface layers of ice a physical model of the structure reinforced at the micrometric level by the so-called “liquid springs”, i.e. having a spatial structure characteristic of a solid body, but preserving the elasticity of interstitial bonds. These compounds do not lose their ductility even at temperatures much lower than the temperature of the concrete base of the ice massif. Thus, on the surface of the ice after crystallization of the spilled film of water, a spiral-shaped spatial structure is formed, which is characterized by a very high surface smoothness and high physical and mechanical properties with elasticity not characteristic of bonds in a solid. The resulting effect may be due to a significant decrease in the internal stress between microcrystals of ice in the near-surface layer.
Эмульсии кремнийорганических соединений выступают в данном случае в качестве низкотемпературного пластификатора и обеспечивают существенное улучшение скольжения, возрастание стойкости ледового покрытия к царапанью и механическому разрушению и создают гладкую ледовую поверхность. Кремнийорганические соединения, выбранные в качестве основы для создания нового класса ледовых присадок, имеют низкую температуру кристаллизации (или стеклования), вплоть до минус 50 - минус 70°С. На поверхности льда после кристаллизации разлитой пленки воды образуется пространственная структура, которая характеризуется весьма высокой гладкостью поверхности и высокими физико-механическими показателями при эластичности, не свойственной связям в твердом теле. Получаемый эффект может быть обусловлен значительным снижением внутреннего напряжения между микрокристаллами льда в приповерхностном слое. Кремнийорганические соединения обеспечивают существенное улучшение скольжения, возрастание стойкости ледового покрытия к царапанью и механическому разрушению, создают гладкую ледовую поверхность. Однако ледовая поверхность, модифицированная только кремнийорганическими соединениями, не выдерживает наиболее агрессивного воздействия, которое оказывает на лед конек фигуриста в момент приземления после прыжков, хоккеиста в момент торможения или нагрузок, характерных для шорт трека. Поэтому методики создания прочностных ледовых покрытий для этих видов спорта, защищенные патентами РФ №2364804, №2364807, №2310142, предусматривают обязательное введение также фторсодержащих композитов на основе ПТФЭ, которые выполняют функцию пластификаторов, купирующих возникновение и развитие трещин и сколов во льду при агрессивном воздействии конька. Таким образом, лед, полученный с применением нового класса присадок, включающих атомы фтора в составе концевых и/или боковых радикалов основной молекулярной цепи, имеет свойства, привносимые как кремнийорганическими соединениями, так и фторсодержащими: наименьшим сопротивлением скольжению, высокой степенью прозрачности и глянцевости, купирует развитие трещин. Модифицированная новым классом присадок ледовая поверхность обладает также свойством режеляции (заполнение и залечивание возникающих на льду повреждений), что существенно снижает вероятность последующего скалывания льда и падения спортсмена.In this case, emulsions of organosilicon compounds act as a low-temperature plasticizer and provide a significant improvement in glide, an increase in the resistance of the ice coating to scratching and mechanical failure and create a smooth ice surface. Organosilicon compounds selected as the basis for creating a new class of ice additives have a low crystallization (or glass transition) temperature, up to minus 50 - minus 70 ° С. On the surface of the ice after crystallization of the spilled film of water, a spatial structure forms, which is characterized by a very high surface smoothness and high physical and mechanical properties with elasticity not characteristic of bonds in a solid. The resulting effect may be due to a significant decrease in the internal stress between microcrystals of ice in the near-surface layer. Organosilicon compounds provide a significant improvement in glide, an increase in the resistance of the ice coating to scratching and mechanical failure, creating a smooth ice surface. However, the ice surface, modified only by organosilicon compounds, does not withstand the most aggressive effects that the ice skater has on the ice at the time of landing after jumping, the hockey player at the time of braking or the loads characteristic of short tracks. Therefore, the methods for creating strength ice coatings for these sports, protected by RF patents No. 2364804, No. 2364807, No. 2310142, also require the introduction of fluorine-based composites based on PTFE, which serve as plasticizers that stop the occurrence and development of cracks and chips in the ice under aggressive action skate. Thus, ice obtained using a new class of additives, including fluorine atoms in the terminal and / or side radicals of the main molecular chain, has properties brought about by both organosilicon compounds and fluorine-containing compounds: the least slip resistance, a high degree of transparency and gloss, stop crack development. Modified by a new class of additives, the ice surface also has the property of re-training (filling and healing of damages arising on ice), which significantly reduces the likelihood of subsequent ice chipping and the athlete falling.
Используемые кремнийорганические соединения полностью совместимы с водой, чем очень близки к биополимерам, относятся к категории высокоэффективных неионогенных ПАВ и, соответственно, распределяются в поверхностном слое льда в виде гидратированных молекул.The organosilicon compounds used are completely compatible with water, which is very close to biopolymers, belong to the category of highly effective nonionic surfactants and, accordingly, are distributed in the surface layer of ice in the form of hydrated molecules.
Молекулы таких соединений имеют дифильный характер и состоят из гидрофобной и гидрофильной частей - в общем случае липофобной и лиофильной, что обуславливает придаваемые ими высокоэффективные поверхностно-активные свойства, высокие показатели структурированности поверхностного слоя льда. Этот тончайший слой (нанометрической толщины) обладает совершенно специфическими физико-механическими и термическими свойствами. Полученный с использованием данной группы присадок лед обладает низким коэффициентом трения, высокой степенью прозрачности и глянцевости. Более низкая температура стеклования поверхностного слоя придает ему свойства, характерные для консистентных смазок, что обеспечивает купирование возможных микротрещин и режеляцию (заполнение и залечивание) возникающих на льду повреждений и уменьшает вероятность последующего скалывания льда и падения спортсмена.The molecules of such compounds have a diphilic character and consist of hydrophobic and hydrophilic parts - in general, lipophobic and lyophilic, which determines the high-performance surface-active properties that they give, and high rates of structure of the surface layer of ice. This thinnest layer (nanometric thickness) has very specific physical, mechanical and thermal properties. The ice obtained using this group of additives has a low coefficient of friction, a high degree of transparency and gloss. The lower glass transition temperature of the surface layer gives it the properties characteristic of greases, which ensures relief of possible microcracks and the re-treatment (filling and healing) of damages occurring on ice and reduces the likelihood of subsequent ice chipping and the athlete falling.
Применение элементов и соединений, обладающих максимальными значениями и показателями по соответствующим параметрам (максимальная электроотрицательность фтора и наиболее эффективная спиралевидная структура кремнийорганических соединений), позволяет судить о преимуществах данных присадок перед любыми другими аналогами, действие которых основано на подобных принципах влияния на структуру льда.The use of elements and compounds that have maximum values and indicators for the corresponding parameters (maximum electronegativity of fluorine and the most effective helical structure of organosilicon compounds) allows us to judge the advantages of these additives over any other analogs whose action is based on similar principles of influence on the ice structure.
Данные присадки используются для намораживания поверхностного скользящего слоя льда на соструганной поверхности нижнего основного ледового массива. Реализация способа предусматривает введение в воду добавок полимерных присадок на основе фторпривитых кремнийорганических соединений в количестве от 0,1 до 5 ppm. Фторпривитые кремнийорганические соединения подвергают низкотемпературной - не выше 23°С вакуумной очистке от малоатомных спиртов, кетонов, альдегидов и других веществ и соединений, нарушающих гладкость ледовой поверхности, а при заливке в бак льдоуборочной, заливочной машины используют воду температурой 55-65°С. Использование данного изобретения в наибольшей степени позволяет увеличить скользящие свойства льда, предотвратить скалывания и тем самым исключить падение спортсменов на виражах за счет повышения упругости поверхностного слоя льда, а также улучшить гладкость поверхности, оптические свойства льда.These additives are used to freeze the surface sliding ice layer on the planed surface of the lower main ice mass. The implementation of the method involves the introduction into water of additives of polymer additives based on fluorinated grafted organosilicon compounds in an amount of from 0.1 to 5 ppm. Fluorinated grafted organosilicon compounds are subjected to low-temperature - not higher than 23 ° C vacuum purification of low-alcohol alcohols, ketones, aldehydes and other substances and compounds that violate the smoothness of the ice surface, and when pouring ice-picking and filling machines into the tank, use water at a temperature of 55-65 ° С. The use of this invention to the greatest extent allows to increase the sliding properties of ice, prevent chipping and thereby exclude the fall of athletes on bends by increasing the elasticity of the surface layer of ice, as well as improve the smoothness of the surface, the optical properties of ice.
Предлагаемый метод воздействия на свойства льда основан на выборе элементов и соединений, в максимальной степени обладающих свойствами, которые необходимо придать ледовой поверхности для обеспечения минимального сопротивления скольжению, улучшения прочностных и эстетических характеристик льда.The proposed method of influencing the properties of ice is based on the choice of elements and compounds that have the maximum properties that must be given to the ice surface to ensure minimal sliding resistance, improve the strength and aesthetic characteristics of ice.
Присадки нового класса используются для намораживания верхнего слоя льда на соструганной поверхности нижнего основного ледового массива. Реализация способа предусматривает введение в воду добавок полимерных присадок на основе фторсодержащих кремнийорганических соединений в количестве от 0,1 до 5 ppm. Фторсодержащие кремнийорганические соединения подвергают низкотемпературной - не выше 23°С вакуумной очистке от легколетучих веществ, нарушающих гладкость ледовой поверхности, а при заливке в бак заливочной машины используют воду температурой 55-65°С. Использование данного изобретения в наибольшей степени позволяет увеличить скользящие свойства льда, предотвратить скалывания и тем самым исключить вероятность падения спортсменов.Additives of a new class are used to freeze the upper layer of ice on the planed surface of the lower main ice massif. The implementation of the method involves the introduction into water of additives of polymer additives based on fluorine-containing organosilicon compounds in an amount of from 0.1 to 5 ppm. Fluorine-containing organosilicon compounds are subjected to low-temperature - not higher than 23 ° C vacuum cleaning of volatile substances that violate the smoothness of the ice surface, and when pouring into the tank of the filling machine, water with a temperature of 55-65 ° C is used. The use of this invention to the greatest extent allows to increase the sliding properties of ice, prevent chipping and thereby eliminate the likelihood of athletes falling.
Т.о. изобретение относится к созданию искусственного льда и может быть использовано в спорте и строительстве при создании искусственных катков, конькобежных дорожек и пр.T.O. The invention relates to the creation of artificial ice and can be used in sports and construction to create artificial ice rinks, skating tracks, etc.
Авторами разработаны и представлены эффективные группы органических соединений, отобранные с помощью разработанного эвристического алгоритма. На основе анализа конфигурации отдельных видов органических молекул было показано, что наибольший структурирующий эффект, сопровождающийся максимальным приростом скользящих свойств, достигается при использовании в качестве модификаторов соединений кремнийорганического класса и фторсодержащих соединений, обладающих в силу наибольшей электроотрицательности атома фтора лучшими антифрикционными свойствами.The authors have developed and presented effective groups of organic compounds selected using the developed heuristic algorithm. Based on the analysis of the configuration of certain types of organic molecules, it was shown that the greatest structural effect, accompanied by the maximum increase in the sliding properties, is achieved when organosilicon compounds and fluorine-containing compounds are used as modifiers, which, due to the highest electronegativity of the fluorine atom, have the best antifriction properties.
Как видно из примеров, задача настоящего изобретения - разработка и создание нового класса ускоряющих присадок на основе полимерных композиционных материалов триботехнического назначения решена. Апробация полученных композитов проведена на новом моделирующем оборудовании. Проведено опробование льда спортсменами - конькобежцами высокого класса.As can be seen from the examples, the objective of the present invention is the development and creation of a new class of accelerating additives based on polymer composite materials of tribological purpose is solved. The tested composites were tested on new modeling equipment. Ice was tested by athletes - high-class skaters.
В соответствии с исследованием возможных направлений дальнейшего развития компонентной базы ледовых технологий нами были сформулированы следующие основные принципы создания нового поколения модификаторов льда:In accordance with the study of possible directions for the further development of the component base of ice technologies, we formulated the following basic principles for creating a new generation of ice modifiers:
- основой для создания новых модификаторов должны быть соединения кремнийорганического класса и фторсодержащие соединения, обладающие спиральной конфигурацией, наиболее близкой нативным формам (биополимерам);- the basis for the creation of new modifiers should be organosilicon compounds and fluorine-containing compounds having a spiral configuration that is closest to the native forms (biopolymers);
- новый тип присадок должен представлять собой комбинацию обеих упомянутых групп химических соединений, полученных методом прививочной полимеризации;- the new type of additives should be a combination of both of the mentioned groups of chemical compounds obtained by the graft polymerization method;
- должны быть осуществлены направленный синтез и последующая экспериментальная апробация различных структурных схем получаемых макромолекул и определены функциональные преимущества и недостатки каждого из искусственно созданных «гибридных» соединений;- directed synthesis and subsequent experimental testing of various structural schemes of the obtained macromolecules should be carried out and the functional advantages and disadvantages of each of the artificially created "hybrid" compounds should be determined;
- лучшие из полученных ингредиентов должны быть испытаны в ходе модельных и натурных экспериментов при индивидуальном введении и в композиции с уже известными и применяемыми ледовыми присадками.- the best of the obtained ingredients should be tested in the course of model and field experiments with individual administration and in compositions with already known and used ice additives.
Пример полученияProduction Example
В общем виде формулы соединений, которые могут использоваться в качестве основы для прививочной полимеризации, могут быть представлены в следующем виде:In general terms, formulas of compounds that can be used as the basis for grafting polymerization can be represented as follows:
где R1 - H, -ОН, СН3, С2Н3, CnH2n+1, OCPH2p+1, CaHвFсOd;where R 1 is H, —OH, CH 3 , C 2 H 3 , C n H 2n + 1 , OC P H 2p + 1 , C a H in F with O d ;
R2 - H, CnH2n+1, СаНвFcОd, OCРH2p+1, C6H5.R 2 - H, C n H 2n + 1 , C a H in F c O d , OC P H 2p + 1 , C 6 H 5 .
В качестве наиболее высокоэффективных поверхностно-активных веществ (ПАВ) при структурировании новых соединений были выбраны оксиалкиленорганосилоксановые блок-сополимеры (БС). Они существенно отличаются своими свойствами от обычных поли- (или олиго-) органосилоксанов, которым присущи термостабильность, гидрофобность и полная несовместимость с водой, что абсолютно недопустимо в рамках решаемой задачи.When structuring new compounds, oxyalkyleneorganosiloxane block copolymers (BS) were chosen as the most highly effective surface-active substances (surfactants). They significantly differ in their properties from ordinary poly- (or oligo-) organosiloxanes, which are characterized by thermal stability, hydrophobicity and complete incompatibility with water, which is absolutely unacceptable in the framework of the problem being solved.
В отличие от них оксиалкиленорганосилоксановые БС имеют, во-первых, высокую гидрофильность, кроме того, большинство применяемых БС растворимо в воде при нормальных условиях.In contrast, oxyalkyleneorganosiloxane BSs have, firstly, high hydrophilicity, in addition, most of the BS used are soluble in water under normal conditions.
Во-вторых, оксиалкиленорганосилоксановые БС являются высокоэффективными ПАВ как в водных, так и в органических (углеводородных) средах и обычно используются в виде микродобавок. Молекулы таких БС имеют дифильный характер и состоят из гидрофобной и гидрофильной частей, в общем случае - из липофобной и лиофильной.Secondly, oxyalkyleneorganosiloxane BSs are highly effective surfactants in both aqueous and organic (hydrocarbon) media and are usually used as microadditives. The molecules of such BSs are diphilic in nature and consist of hydrophobic and hydrophilic parts, in the general case of lipophobic and lyophilic.
Полиоксиалкиленорганосилоксановые БС отличаются друг от друга не только характером связи между блоками (Si-O-C и Si-C), но и структурой, и составом. Молекула БС в зависимости от расположения отдельных блоков может быть линейной или разветвленной. Приведенные примеры свидетельствуют о том, что решена задача настоящего изобретения - аргументированно осуществлен выбор композиций химических соединений, одновременно и в наибольшей степени придающих льду скользящие, упругопластические, прочностные и оптические свойства. С их применением создан и многократно успешно апробирован способ модификации свойств льда на спортивных объектах. Апробация полученных композитов проведена на новом моделирующем оборудовании. Реализация способа осуществлялась как в процессе тренировочного процесса сборной команды России, так и при проведении этапов Кубка мира по конькобежному спорту, шорт-треку и фигурному катанию.Polyoxyalkyleneorganosiloxane BSs differ from each other not only in the nature of the bond between the blocks (Si-O-C and Si-C), but also in structure and composition. The BS molecule, depending on the location of individual blocks, can be linear or branched. The above examples indicate that the problem of the present invention has been solved - the composition of chemical compounds has been reasonably chosen, at the same time and to the greatest extent giving the ice sliding, elastoplastic, strength and optical properties. With their use, a method for modifying the properties of ice at sports facilities has been created and has been successfully tested many times. The tested composites were tested on new modeling equipment. The implementation of the method was carried out both during the training process of the Russian national team, and during the stages of the World Cup in speed skating, short track and figure skating.
В соответствии с проведенными мероприятиями нами были сформулирован следующий принцип выбора соединений и их смесей для модификации свойств льда: к наибольшему эффекту приводит введение модификаторов кремнийорганического класса, содержащих атомы фтора в составе концевых и/или боковых радикалов основной молекулярной цепи.In accordance with the measures taken, we formulated the following principle for the selection of compounds and their mixtures for modifying the properties of ice: the introduction of organosilicon modifiers containing fluorine atoms in the terminal and / or side radicals of the main molecular chain leads to the greatest effect.
В процессе исследований были отобраны и синтезированы фторсодержащие силиконовые композиции, которые различались между собой следующими основными показателями:In the process of research, fluorine-containing silicone compositions were selected and synthesized, which differed among themselves by the following main indicators:
- процентной долей содержания фторированного ПАВ;- percentage of fluorinated surfactant;
- молекулярной массой фторсодержащего ПАВ;- the molecular weight of a fluorine-containing surfactant;
- структурой ПАВ.- structure of surfactants.
В свою очередь, различия в структуре определялись следующими показателями:In turn, differences in the structure were determined by the following indicators:
- долей фторсодержащих боковых радикалов в силиконовой цепи;- the proportion of fluorine-containing side radicals in the silicone chain;
- степенью фторированности радикалов;- the degree of fluorination of radicals;
- молекулярной массой радикалов;- molecular weight of radicals;
- процентным содержанием и структурой гидрофильных групп;- the percentage and structure of hydrophilic groups;
- структурой нефторированных боковых радикалов в силиконовой цепи.- the structure of non-fluorinated side radicals in the silicone chain.
Все новые фторсодержащие композиции были последовательно испытаны в соответствии со следующим алгоритмом:All new fluorine-containing compositions were sequentially tested in accordance with the following algorithm:
- Апробация на фрагменте ледового поля (ФЛП) с целью исключения возможности негативного воздействия на гладкость ледового покрытия.- Testing on a fragment of the ice field (FLP) in order to exclude the possibility of a negative impact on the smoothness of the ice cover.
- Для каждого нового соединения при индивидуальном внесении проводилась серия испытаний с постепенным увеличением концентрации с целью определения критического значения ξкр в разливаемой воде, после которой наблюдалось снижение длины пробега скользиметра.- For each new compound, upon individual application, a series of tests was carried out with a gradual increase in concentration in order to determine the critical value of ξ cr in the bottled water, after which a decrease in the path length of the slider was observed.
- Проводилось сравнение серий кривых скольжения для всех исследуемых соединений, построенных в сопоставимых по теплофизическим параметрам условиях (фиг.1).- A comparison was made of a series of slip curves for all studied compounds built under conditions comparable in terms of thermophysical parameters (Fig. 1).
- Определялись наиболее эффективные композиции, характеризуемые на этапе модельного эксперимента наилучшими скользящими свойствами, органолептикой ледового покрытия и максимальной степенью купирования выпадения конденсата.- The most effective compositions were determined, characterized at the stage of the model experiment by the best sliding properties, organoleptics of the ice cover and the maximum degree of stopping the condensation.
Пример 1Example 1
Были синтезированы фторсодержащие силиконовые композиции, которые различались между собой следующими основными показателями:Fluorine-containing silicone compositions were synthesized, which differed among themselves by the following main indicators:
- процентной долей содержания фторированного ПАВ;- percentage of fluorinated surfactant;
- молекулярной массой фторсодержащего ПАВ;- the molecular weight of a fluorine-containing surfactant;
- структурой ПАВ.- structure of surfactants.
В свою очередь, различия в структуре определялись следующими показателями:In turn, differences in the structure were determined by the following indicators:
- долей фторсодержащих боковых радикалов в силиконовой цепи;- the proportion of fluorine-containing side radicals in the silicone chain;
- степенью фторированности радикалов;- the degree of fluorination of radicals;
- молекулярной массой радикалов;- molecular weight of radicals;
- процентным содержанием и структурой гидрофильных групп;- the percentage and structure of hydrophilic groups;
- структурой нефторированных боковых радикалов в силиконовой цепи.- the structure of non-fluorinated side radicals in the silicone chain.
Пример 2Example 2
Повторяет Пример 1, но в общем виде формулы соединений, которые могут использоваться в качестве основы для прививочной полимеризации, могут быть представлены в следующем виде:Repeats Example 1, but in General terms, the formulas of the compounds that can be used as the basis for grafting polymerization can be represented as follows:
где R3 - H, С2Н3, СxH2x+1, CaHвFcOd, R3=R4;where R 3 is H, C 2 H 3 , C x H 2x + 1 , C a H in F c O d , R 3 = R 4 ;
R4 - (СН2)3О[СН2СН2O]y[СН(СН3)СН2O]zR6;R 4 - (CH 2 ) 3 O [CH 2 CH 2 O] y [CH (CH 3 ) CH 2 O] z R 6 ;
R5 - H, С2Н3, С6Н5, CxH2x+1, CaHвFcOd, OCtH2t+1;R 5 is H, C 2 H 3 , C 6 H 5 , C x H 2x + 1 , C a H in F c O d , OC t H 2t + 1 ;
R6 - CxH2x+1.R 6 - C x H 2x + 1 .
Все новые фторсодержащие композиции были последовательно испытаны в соответствии со следующим алгоритмом:All new fluorine-containing compositions were sequentially tested in accordance with the following algorithm:
- Апробация на фрагменте ледового поля (ФЛП) с целью исключения возможности негативного воздействия на гладкость ледового покрытия.- Testing on a fragment of the ice field (FLP) in order to exclude the possibility of a negative impact on the smoothness of the ice cover.
- Для каждого нового соединения при индивидуальном внесении проводилась серия испытаний с постепенным увеличением концентрации с целью определения критического значения ξкр в разливаемой воде, после которой наблюдалось снижение длины пробега скользиметра.- For each new compound, upon individual application, a series of tests was carried out with a gradual increase in concentration in order to determine the critical value of ξ cr in the bottled water, after which a decrease in the path length of the slider was observed.
- Проводилось сравнение серий кривых скольжения для всех исследуемых соединений, построенных в сопоставимых по теплофизическим параметрам условиях (фиг.1).- A comparison was made of a series of slip curves for all studied compounds built under conditions comparable in terms of thermophysical parameters (Fig. 1).
- Определялись наиболее эффективные композиции, характеризуемые на этапе модельного эксперимента наилучшими скользящими свойствами, органолептикой ледового покрытия и максимальной степенью купирования выпадения конденсата.- The most effective compositions were determined, characterized at the stage of the model experiment by the best sliding properties, organoleptics of the ice cover and the maximum degree of stopping the condensation.
Пример 3Example 3
Способ получения ледового покрытия с полимерными добавками. Внесение модифицирующих композитов. Наиболее эффективным надежным и организационно простым является подготовка модифицированного скользящего слоя за 1-2 дня до проведения соревнований путем проведения предварительного цикла работ по модификации льда без вывода ледового комплекса из штатного режима эксплуатации. При внесении присадок в досоревновательный период был использован технический прием, предназначенный для увеличения глубины проникновения модификации льда в зоне виражей. Он основан на снижении (в 1,3-1,5 раз) скорости движения комбайнов в этих зонах и, соответственно, периодическом увеличении скорости при выходе на прямолинейные участки.A method of obtaining an ice cover with polymer additives. The introduction of modifying composites. The most effective reliable and organizationally simple is to prepare a modified sliding layer 1-2 days before the competition by conducting a preliminary cycle of ice modification without removing the ice complex from normal operation. When making additives in the pre-competitive period, a technique was used to increase the depth of penetration of the ice modification in the bend zone. It is based on a decrease (1.3-1.5 times) in the speed of combine harvesters in these areas and, accordingly, a periodic increase in speed when entering straight sections.
В результате апробации была получена высокая оценка качества льда со стороны спортсменов, многие из которых улучшили уже в начале сезона свои личные достижения.As a result of testing, a high assessment of the quality of ice from the athletes was received, many of which improved their personal achievements at the beginning of the season.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012116227/05A RU2480501C1 (en) | 2012-04-24 | 2012-04-24 | Polymer additives for ice cover and method of obtaining high-speed and wear-resistant ice cover for sports purposes based on fluorine-containing organosilicon compounds |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012116227/05A RU2480501C1 (en) | 2012-04-24 | 2012-04-24 | Polymer additives for ice cover and method of obtaining high-speed and wear-resistant ice cover for sports purposes based on fluorine-containing organosilicon compounds |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2480501C1 true RU2480501C1 (en) | 2013-04-27 |
Family
ID=49153148
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012116227/05A RU2480501C1 (en) | 2012-04-24 | 2012-04-24 | Polymer additives for ice cover and method of obtaining high-speed and wear-resistant ice cover for sports purposes based on fluorine-containing organosilicon compounds |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2480501C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4953360A (en) * | 1989-09-27 | 1990-09-04 | Slick Ice Limited | Additive for treating water used to form ice |
| RU2310142C1 (en) * | 2006-11-09 | 2007-11-10 | Борис Алексеевич Кузнецов | Method of production of the artificial ice |
| RU2321806C2 (en) * | 2006-04-13 | 2008-04-10 | Михаил Владимирович Загайнов | Composition and method for surface layer of ice massif preparing to run speed skating competitions and training |
| RU2386089C1 (en) * | 2009-04-08 | 2010-04-10 | Галина Юрьевна Гончарова | Method of obtaining high speed ice with good sliding, strength and optical properties for sports structures |
-
2012
- 2012-04-24 RU RU2012116227/05A patent/RU2480501C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4953360A (en) * | 1989-09-27 | 1990-09-04 | Slick Ice Limited | Additive for treating water used to form ice |
| RU2321806C2 (en) * | 2006-04-13 | 2008-04-10 | Михаил Владимирович Загайнов | Composition and method for surface layer of ice massif preparing to run speed skating competitions and training |
| RU2310142C1 (en) * | 2006-11-09 | 2007-11-10 | Борис Алексеевич Кузнецов | Method of production of the artificial ice |
| RU2386089C1 (en) * | 2009-04-08 | 2010-04-10 | Галина Юрьевна Гончарова | Method of obtaining high speed ice with good sliding, strength and optical properties for sports structures |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhuo et al. | Polysiloxane as icephobic materials–The past, present and the future | |
| Yusriah et al. | Exploring the potential of betel nut husk fiber as reinforcement in polymer composites: effect of fiber maturity | |
| RU2480501C1 (en) | Polymer additives for ice cover and method of obtaining high-speed and wear-resistant ice cover for sports purposes based on fluorine-containing organosilicon compounds | |
| Kalkornsurapranee et al. | Influence of grafting content on the properties of cured natural rubber grafted with PMMAs using glutaraldehyde as a cross‐linking agent | |
| CN114870412A (en) | Solar evaporator and preparation method and application thereof | |
| Cao et al. | Engineering network entanglement of functionalized graphene oxide/poly (acrylamide) nanocomposites for enhanced oil recovery | |
| Watson et al. | Effectiveness of antistrip agents in asphalt mixtures | |
| Aydinli et al. | Mechanical and light transmittance properties of locust bean gum based edible films | |
| ATE413446T1 (en) | IMPROVEMENTS IN DESALINATION OF OIL BY PRODUCING WATER-IN-OIL EMULSIONS | |
| Buddingh et al. | Hard Epoxy Coating with Lasting Low Ice Adhesion Strength | |
| RU2386089C1 (en) | Method of obtaining high speed ice with good sliding, strength and optical properties for sports structures | |
| Stainsby et al. | The preparation and properties of some gelatin fractions | |
| CN114075351A (en) | Edible seaweed straw and preparation method thereof | |
| RU2364807C1 (en) | Method of arranging multilayered ice cover for hockey | |
| Han et al. | Effects of Three-layer Structure and Age on Mechanical Properties of Moso Bamboo. | |
| Yin et al. | Influence of water and oil immersion on the tribological properties of Excentrodendron hsienmu | |
| RU2310142C1 (en) | Method of production of the artificial ice | |
| RU2326151C1 (en) | Method of forming surface layer of ice for speed skating competitions and training | |
| Yoshioka et al. | Textural properties and sensory evaluation of soft surimi gel treated by high pressurization | |
| RU2335707C1 (en) | Combined artificial ice cover and methods of production | |
| Freij‐Larsson et al. | Effects of a polymeric additive in a biomedical poly (ether urethaneurea) | |
| RU2364806C1 (en) | Method of arranging multilayered ice cover for curling | |
| RU2321807C2 (en) | Composition and method for surface layer of ice massif preparing to run sport competitions and training | |
| RU2343370C1 (en) | Method of ice massif surface production for speed skating competitions and training (versions) | |
| RU2293934C2 (en) | Method for producing of double-layer ice |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140425 |