КЛЕЕВАЯ КОМПОЗИЦИЯ Российский патент 1997 года по МПК C09J109/08 C09J1/02 

Изобретение относится к вододисперсионным клеям на основе синтетических латексов и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства, в частности в строительстве, мебельной и полиграфической промышленности, в производстве товаров народного потребления, а также других отраслях и в быту для скрепления различных материалов как однородных, например деревянных, керамических, так и разнородных, в том числе дерева с пластмассой, резины с пластмассой и пр.

Известны клеевые композиции на основе латексов синтетического каучука, в частности бутадиенстирольных с модифицирующими добавками в виде загустителей, наполнителей, пластификаторов и других веществ, определяющих свойства клеев применительно к области их использования, например мела, каолина, карбамида (мочевины), полиакриламида, различных солей лигнинсульфоновых кислот и т.д.

Перечисленные синтетические клеи многокомпонентны, содержат в основном дефицитные, дорогостоящие вещества, но имеют при этом достаточно ограниченное целевое использование. Зачастую это обстоятельство связано с выбором загустителя клеящей основы.

Так, например, известна водорастворимая клеевая композиция следующего состава, мас.

Бутадиенстирольный латекс 20 50
Натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы 1,5 3,5
Полиакриламид 0,2 0,8
Мел 15 30
Поверхностно-активное вещество 0,03 0,2
Карбамид 2 5
Вода Остальное [1]
Композиция может содержать дополнительно 5 мас. диэтиленгликоля. Здесь в качестве слабого загустителя выступает натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы. Состав сложен, содержит токсичные амиды, нестабилен при хранении из-за наличия мела и, кроме того, предназначен для склеивания ограниченного круга материалов: ПВХ-плитки, линолеума, обоев.

Известны составы клеев, где в качестве загустителя дополнительно присутствует мочевиноформальдегидная смола [2]
Клеевая композиция содержит следующие компоненты, мас.

Бутадиенстирольный латекс (на сухое вещество) 12,48 22,08
Мочевиноформальдегидная смола 3,0 14,0
Мочевина 0,12 0,72
Na-карбоксиметилцеллюлоза 1,25 2,2
ПАВ 0,01 0,10
Каолин 1,0 2,0
Вода Остальное
Хотя известно, что клей на основе одной мочевиноформальдегидной смолы может обладать хорошей адгезией к древесине, водостоек, имеет высокую скорость отверждения, однако его применение в описанном составе для придания более высоких качеств не достигает цели и приводит лишь к удорожанию клея, при этом негативный побочный эффект пенообразование делает невозможным расфасовку клея в заранее заготовленную тару, при этом снижаются и его клеящие свойства. Область применения ограничена (составы пригодны для приклеивания обоев на бумажную тканевую основу), несмотря на сложный многокомпонентный состав.

Известен состав для клеевых соединений, содержащий 50%-ный бутадиенстирольный латекс СКС-65ГП, загуститель и воду, при этом в качестве загустителя использована 50 51%-ная поливинилацетатная дисперсия ПВАД, а в качестве добавки триэтаноламиновая соль алкилэтоксифосфатов (фосфоксит-7) при следующем соотношении, мас.

50%-ный бутадиенстирольный латекс 1,0 2,0
50 51%-ный ПВАД 0,2 0,8
Фосфоксит-7 0,015 0,065
Вода Остальное [3]
Известная клеевая композиция проста по составу, нетоксична. Однако количественное содержание компонентов обеспечивает лишь узкое целевое назначение: пропитку швейных изделий. Кроме того, известный состав необходимо готовить непосредственно перед употреблением, что может создавать значительные трудности при эксплуатации композиции, а наличие в качестве загустителя ПВАД снижает ее водостойкость.

Известен достаточно простой и влагостойкий состав на основе латекса синтетического каучука, а именно, дивинилстирольного, где в качестве загустителя используется жидкое натриевое стекло, а состав дополнительно содержит цемент как вяжущую добавку и компоненты взяты в следующем соотношении, мас.

Жидкое натриевое стекло 50 72
Цемент 8 10
Латекс 20 40 [4]
Однако описанный клей не относится к вододисперсионным, имеет усложненную технологию приготовления (затруднено обеспечение однородности пастообразной массы, в виде которой должен быть получен клей) и также используется для склеивания ограниченного круга материалов: картона, целлюлозно-бумажных изделий.

За прототип выбрана клеевая композиция, включающая бутадиенстирольный латекс, загуститель и воду, где в качестве загустителя присутствует жидкое стекло и дополнительно карбамидформальдегидная смола, а добавками являются мел (как наполнитель) и микробарит. Композиция имеет следующее соотношение компонентов, мас.

Бутадиенстирольный латекс (на сухое вещество) 12,48 22,08
Жидкое стекло 17,0 24,0
Мел 26,9 33,0
Карбамидформальдегидная смола 10,0 15,0
Микробарит 0,2 2,0
Вода Остальное [5]
Описанная клеевая композиция относится к хозяйственным клеям, применяемым в быту для склеивания материалов типа линолеума, ПВХ-плит, ковров.

Анализ свойств известной композиции прототипа показал, что применение в составе такой совокупности компонентов, как латекс, жидкое стекло, карбамидформальдегидная смола не дает очевидного улучшения характеристик клея, но усложняет и удорожает состав.

К недостаткам известной клеевой композиции относится также следующее:
использование в качестве наполнителя мела приводит к необходимости введения в состав "подвешивающего" компонента в виде микробарита (для исключения выпадения мелового осадка), при этом микробарит относится к разряду дефицитных дорогостоящих компонентов, а клеевая композиция остается неустойчивой системой жидкость твердая фаза, что, как было отмечено, затрудняет технологию приготовления, увеличивается и возможность ошибки по выбору оптимального соотношения компонентов;
сам факт наличия в качестве загустителя жидкого стекла (при указанном соотношении латекса и жидкого стекла) не является гарантией высоких показателей клея и широкой области его применения.

Таким образом, из приведенных примеров видно, что в известных многокомпонентных вододисперсных композициях на основе латексов синтетических каучуков использование "сильного" загустителя жидкого стекла или жидкого стекла в сочетании с карбамидформальдегидной смолой не способствует напрямую улучшению показателей качества и расширению области применения.

Актуальной проблемой остается создание нового клея, обладающего высоким показателем качества в широкой области применения и имеющего достаточно простой, дешевый и нетоксичный состав.

Задача изобретения повышение основных физико-химических показателей клея при одновременном расширении области его применения.

Поставленная цель достигается тем, что клеевая композиция на основе бутадиенстирольного латекса, жидкого стекла и воды содержит бутадиенстирольный латекс БС-65, жидкое стекло с силикатным модулем 2,61 3,0 (в частности жидкое содовое натриевое стекло марки Б) при следующем соотношении компонентов, мас.

50%-ный бутадиенстирольный латекс 43 50
Жидкое стекло 8 10
Вода Остальное
С целью повышения морозоустойчивости при необходимости клей может дополнительно содержать антифриз диэтиленгликоль в количестве не более 5% Бутадиенстирольные латексы производятся промышленностью, их готовят при соотношениях бутадиена и стирола, от 90:10 до 15:85. Бутадиенстирольный латекс ВС-65 продукт совместной полимеризации бутадиена со стиролом, эмульсия белого цвета с вязкостью 11 16с, доля сухого вещества (остатка) 49 50 мас. незаполимеризованного 0,07, рН среды 7,0 8,5, имеет соотношение (по ТУ 38103550-84), стирола 65; бутадиена 35.

Жидкое стекло водный раствор силикатов щелочных металлов общей формулы A₂O_mSiO₂, где А Na,K,Li,m кремнеземистый (силикатный модуль) 1,5 3,5 для натриевого содового стекла, 4,0 4,5 для калиевого и др.

В качестве загустителя использовано жидкое содовое натриевое стекло с силикатным модулем 2,61 3,0, при этом доля SiO₂ в нем 30,8 31,9 мас. доля оксида натрия Na₂O 11,0 12,1 мас. По внешнему виду жидкое содовое натриевое стекло густая прозрачная жидкость.

Клеевая композиция представляет собой малокомпонентную устойчивую систему жидкость жидкость, в которой с одной лишь добавкой "работает" сам латекс, при этом с клеящей основой латексом и загустителем жидким стеклом с силикатным модулем 2,6 3,0. Композиция по сравнению с аналогами и прототипом имеет более высокую клеящую способность и широкую область применения: кроме традиционных материалов бумаги, дерева, тканей она предназначена для склеивания фарфоровых, стеклянных, керамических, пластмассовых изделий, кож, а также разнородных материалов: дерева с пластмассой, керамики с древесно-стружечными плитами, резины с пластмассой и т.д.

Близкой по свойствам и достигаемому результату является ПВАД-дисперсия поливинилацетатная гомополимерная грубодисперсная по ГОСТ 18-992-80, которая применяется в качестве основы универсального клея ПВА.

Однако по сравнению с композицией по изобретению он имеет более узкую область использования, т.е. к недостаткам клея ПВА относится низкая водостойкость и прочность при длительном нагружении, что ограничивает его эксплуатационные возможности. Так, например, этот клей не используется как конструкционный и в общем способность его ниже, чем у заявляемого.

Клеящую композицию готовят в металлической емкости при последовательном вводе компонентов и их механическом смешивании при температуре 15 30^oС. К расчетному количеству латекса БС-65 небольшими порциями добавляют загуститель расчетное количество жидкого содового натриевого стекла, непрерывно перемешивая до получения густой однородной массы, затем добавляют воду. При изготовлении и применении клея никаких специальных средств не требуется.

Пример 1.В металлическую емкость загружают латекс 50% БС-65 и жидкое содовое натриевое стекло с силикатным модулем 2,61 при следующем соотношении компонентов (по нижнему пределу), мас.

Латекс 42
Жидкое стекло 8
Вода 50
Смесь тщательно перемешивают при комнатной температуре.

Пример 2.

По той же технологии, что и в примере 1, готовят клеевую композицию при следующем соотношении компонентов (рецептура оптимального состава), мас.

Латекс БС-65 46
Жидкое стекло 9 (силикатный модуль 26,1 3,0)
Вода 45
Пример 3. По той же технологии, что и в примере 1, готовят состав при следующем соотношении компонентов (рецептура по верхнему пределу), мас.

Латекс БС-65 50
Жидкое стекло 10 (силикатный модуль 2,61 3,0)
Вода 40
Пример 4. По той же технологии, что и в примере 1, готовят состав при следующем соотношении компонентов (рецептура ниже нижнего предела), мас.

Латекс БС-65 40
Жидкое стекло 7
Вода 53
Пример 5. По технологии примера 1 готовят состав при следующем соотношении компонентов (рецептура выше верхнего предела), мас.

Латекс БС-65 52
Жидкое стекло 24
Вода 24
Примеры конкретных составов и сравнительные свойства клеевой композиции по изобретению и известных (аналога и прототипа) приведены в таблице. Примеры 1 и 3 включают граничные пределы, пример 2 оптимальное соотношение компонентов, примеры 4 и 5 значения компонентов, выходящие за граничные пределы.

Как следует из таблицы, изменение совокупности компонентов и их соотношение позволяет достигнуть повышения клеящей способности в широкой области применения. Превышение верхнего граничного предела приводит к потере клеящих свойств композиции (при содержании 24% жидкого стекла происходит расслоение клея, т.е. он не работает).

Клеящая способность композиции по изобретению, а также клея из ПВА проверялась по ГОСТ 18992-80 на образце делерина с последующим испытанием на разрывной машине, при этом для ПВА этот показатель до 0,55 кгс/см, а для предлагаемого клея до 0,9 кгс/см. Применение клеевой композиции для производства технологии под давлением не более 2 кгс/см.

Увеличение в композиции рН показателя свидетельствует о повышении стабильности, т. е. позволяет снизить требования к условиям хранения и необходимости использования специальной тары, при этом оптимальное соотношение основных характеристик клея проявляется при выполнении заданных граничных пределов.

Величина вязкости в клеевых композициях связана с содержанием нелетучих (показатель сухого остатка вещества после испарения воды). Показатель сухого остатка бутадиенстирольного латекса БС-65 составляет 49 53% в ПВА этот показатель выше до 60% т.е. расход полимерной клеящей основы в заявляемом составе меньше, чем в клее ПВА.

Известная композиция и композиция по изобретению имеют аналогичную клеящую основу, при этом добавление загустителя жидкого стекла и в том, и в другом случае увеличивает вязкость. Однако выбранное соотношение (мас.) клеящей основы и загустителя, а также отличия в компонентном составе приводят к различным результатам: прочность клеевого шва на сдвиг склеиваемых материалов у композиции по изобретению в 3 раза выше, чем у прототипа.

Условия хранения и транспортировки клеевой композиции.

Клей упаковывается в полиэтиленовую, стеклянную тару, допускается затаривание в металлические фляги, канистры, бочки.

Клей транспортируется в плотно закрытой таре при температуре выше 0^oС. Хранят клей при не ниже +5^oС (транспортировка и хранение производятся по ГОСТ 9381-86).

Гарантийный срок хранения клея 12 месяцев со дня изготовления. В процессе хранения возможно незначительное загустение состава. В том случае, когда вязкость композиции возрастает, ее допускается развести небольшим количеством воды до необходимой вязкости при энергичном перемешивании. Соединяемые поверхности намазывают клеем и выдерживают в течение 2 мин, затем вводят в соприкосновение и фиксируют гнетом в течение 30 мин. Высыхание клея происходит в течение 1 ч, процесс склеивания завершается после 12 24 ч.

Клеевая композиция имеет простой состав, нетоксична, непожароопасна, что обусловлено свойствами входящих в нее компонентов, при этом используемые компоненты не являются дефицитом (изготавливаются промышленностью в больших количествах). Композиция имеет более широкую область применения, чем известные вододисперсионные клеи, а также более высокие физико-химические показатели.

Прочность клеевого шва, получаемого с помощью заявленной композиции, проверялась после выдержки соединяемых материалов в течение 6 ч под давлением 2 кгс/см². Полученные данные отражены в таблице.

Прессованная фанера к буку 12,5 кгс/см
ДСП к буку 11,9 кгс/см
Бук к буку 14,0 кгс/см.

Изобретение относится к вододисперсионным клеям на основе синтетических латексов и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства, в частности в строительстве, мебельной и полиграфической промышленности, в производстве товаров народного потребления, а также других отраслях и в быту для скрепления различных материалов как однородных, например, деревянных, керамических, так и разнородных, в том числе дерева с пластмассой, резины с пластмассой и прочих. Сущность изобретения: клеевая композиция содержит бутадиенстирольный латекс БС-65 порядка 42 - 50%, жидкое стекло с силикатным модулем 2,61-3,00 порядка 8 - 10% и остальное - вода. Характеристики клея: клеящая способность 0,9 кг/см, прочность клеевого шва на сдвиг 14 кгс/см (бук - бук), время высыхания 1 ч. 2 табл.

Клеевая композиция на основе бутадиенстирольного латекса, жидкого стекла и воды, отличающаяся тем, что она содержит бутадиенстирольный латекс марки БС-65, жидкое стекло с силикатным модулем 2,61 3,0 при следующем соотношении компонентов, мас.

Бутадиенстирольный латекс БС-65 42 50
Жидкое стекло с силикатным модулем 2,61 3,00 8 10
Вода Остальноел