КЛЕЕВАЯ ЭПОКСИДНАЯ КОМПОЗИЦИЯ Российский патент 2002 года по МПК C09J163/02 

Изобретение относится к химии полимеров, в частности к составам на основе эпоксидных смол для клеесварных соединений, применяемых в различных областях промышленности, прежде всего в автомобильной, для склеивания и коррозионной защиты панелей, дверей, капотов и крышек багажников автомобилей по периметральным зафланцовкам, а также для герметизации различных изделий.

Клеевая эпоксидная композиция, предназначенная для нанесения на фланцы наружных панелей жгутом с помощью насосов высокого давления и экструзионных пистолетов, в неотвержденном виде должна быть тиксотропной, т.е. не вытекать из зафланцовок навесных деталей при (25±5)^oС. При этом клеевая эпоксидная композиция должна быть термостойкой - выдерживать отверждение в печах сушки первичных грунтов при температуре 170^oС в течение 30 минут, а также воздействие температуры 210^oС в течение 5-15 минут без подгорания. Клеевая композиция, помимо указанных свойств, должна быть высокопрочной после выдержки при 170^oС в течение 30 минут, что позволит упрочить сварные швы с одновременной их внутренней герметизацией, уменьшить количество сварных швов, повысить коррозионную стойкость и увеличить срок службы автомобиля. Кроме этого, клеевая композиция должна характеризоваться повышенной жизнеспособностью (временем, в течение которого не происходит значительного изменения вязкости).

Известна клеевая композиция, используемая, например, в автомобилестроении (авторское свидетельство СССР 1352922, МПК C 09 J 163/02, опубл. 10.11.95). Композиция содержит в мас. ч.: 100 эпоксидиановой смолы, 4-60 отвердителя, смесь пластификаторов - 10-40 карбоксилатного бутадиенакрилонитрильного каучука и 7-20 эфира фталевой кислоты, 1,5-2,5 порошкообразного металлического наполнителя (медь, алюминий, цинк), 3-15 N,N'-дифенилгуанидина и 1,5-7,0 ортоборной кислоты. Отвержденная при комнатной температуре, композиция обладает прочностью при отслаивании 4,8-5,2 кН/м². После выдержки клеевой композиции при 170^oС в течение 30 минут прочность при отслаивании снижается до 0,6-0,9 кН/м²; а после выдержки при температуре 210^oС в течение 15 минут композиция подгорает. Кроме этого, композиция не является тиксотропной.

Известна клеевая композиция холодного отверждения, предназначенная для использования в качестве универсального клея в различных областях промышленности (патент РФ 2041894, МПК C 08 L 63/00, опубл. 20.08.95). Композиция содержит в мас.ч.: 100 эпоксидной смолы, 20-2500 наполнителя (железо, медь, алюминий, графит, бронза и др.), 7,1-54,2 карборансодержащего полиэтиленполиамина. Указанный компаунд для клеев имеет прочность клеевого шва при сдвиге 18,5-28 МПа; жизнеспособность композиции при (25±5)^oС - не более 6-8 часов.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является клеевая композиция, используемая, например, при ремонте автомобилей (патент РФ 2044024, МПК C 09 J 163/02, опубл. 20.09.95 - прототип). Композиция содержит в мас.ч.: 63-69 эпоксидной диановой смолы, 9-11 пластификатора ди-2(этилгексил)фталата, наполнитель - 3-5 порошка цинка или оксида цинка и 15-25 порошка кремния или диоксида кремния, 25-29 отвердителя соконденсата диэтилентриамина и бутилметакрилата. Клеевая композиция имеет следующие свойства: вязкость при (25,0±0,5)^oС 400-450 сП (0,40-0,45 Па•с), прочность клеевого шва (сталь-сталь) при сдвиге при температуре 20-25^oС 14,8-16,0 МПа.

Однако эта клеевая композиция является недостаточно термостойкой: после отверждения ее при 170^oС прочность при сдвиге составляет лишь 0,4-0,5 МПа. Жизнеспособность композиции - более 3 часов. Текучесть клеевой композиции, определенная по методике, приведенной в примере 1 предлагаемого изобретения, составляет 30-40 мм (см. таблицу, пример 23).

Техническим результатом предлагаемого авторами изобретения является повышение прочности, термостойкости и жизнеспособности клеевой композиции.

Для достижения указанного технического результата клеевая эпоксидная композиция, включающая эпоксидно-диановую смолу, сложноэфирный пластификатор, отвердитель и наполнитель - смесь оксида цинка и диоксида кремния, содержит дополнительно оксид кальция, а в качестве отвердителя - дициандиамид при следующем соотношении компонентов; мас.ч.:
Эпоксидно-диановая смола - 100
Сложноэфирный пластификатор - 30 - 100
Оксид цинка - 15 - 50
Диоксид кремния - 9 - 30
Оксид кальция - 30 - 100
Дициандиамид - 20 - 60
Клеевая эпоксидная композиция может дополнительно содержать 10-50 мас.ч. модифицированной эпоксидной смолы марки УП-563 (ТУ 6-05-1869-79) - продукта взаимодействия олигоэфира УП-554 с эпоксидиановой и эпоксиалифатической смолой. Обычно смола УП-563 применяется для получения эластичных пропиточно-заливочных компаундов.

В качестве эпоксидно-диановой смолы клеевая композиция содержит смолу марок ЭД-20 или ЭД-16 ГОСТ 10587-84, в качестве сложноэфирного пластификатора - ди(2-этилгексил)фталат (ДОФ) ГОСТ 8728-77, ди(2-этилгексил)себацинат (ДОС) ГОСТ 8728-77, дибутилфталат (ДБФ) ГОСТ 8728-77, трикрезилфосфат (ТКФ) ГОСТ 5728-76, наполнители: диоксид кремния ГОСТ 14922-77, оксид цинка ГОСТ 10262-73, оксид кальция ТУ 6-18-197-74, дициандиамид (ДЦДА) ГОСТ 6988-73.

Сопоставительный анализ предлагаемого технического решения с прототипом позволяет сделать вывод о том, что заявляемая клеевая эпоксидная композиция отличается от известной использованием в ее составе в качестве наполнителя смеси оксида цинка, диоксида кремния и оксида кальция, взятых в определенном соотношении, а также применением отвердителя - дициандиамида. Кроме этого, предлагаемая клеевая эпоксидная композиция может дополнительно содержать модифицированную эпоксидную смолу УП-563. Это позволяет сделать вывод о новизне предлагаемой клеевой эпоксидной композиции.

Оказалось неожиданным, что использование в составе предлагаемой клеевой эпоксидной композиции наполнителя: смеси оксида цинка, диоксида кремния и оксида кальция в сочетании с отвердителем - дициандиамидом привело к одновременному увеличению тиксотропности, термостойкости, прочности и жизнеспособности клеевой композиции. В этом авторы усматривают изобретательский уровень предлагаемого ими технического решения.

Сущность предлагаемого изобретения иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

В планетарном смесителе перемешивают 100 мас.ч. эпоксидно-диановой смолы ЭД-20, 30 мас.ч. пластификатора ДОФ и 20 мас.ч. ДЦДА в течение 5 минут при комнатной температуре, вводят наполнители: 30 мас.ч. оксида кальция, 15 мас. ч. оксида цинка и 9 мас.ч. диоксида кремния. Полученную смесь перемешивают до однородной массы и измеряют вязкость на вискозиметре Брукфильда типа RVT при скорости вращения шпинделя 7 - 5 оборотов в минуту при (25±5)^oС. Текучесть (тиксотропность) клеевой композиции на вертикальной поверхности определяют следующим образом. С помощью специальной рамки размером 100х10х5 мм формуют брусок клеевой композиции на стальной пластине. Затем пластину устанавливают в вертикальное положение и фиксируют длину участка стекания клея в течение 24 часов при температуре (25±5)^oС, в мм. Для испытаний прочности при сдвиге по ГОСТ 14759-69 клеевую композицию наносят на стальную пластину слоем 0,3-0,5 мм и длиной 20 мм. Затем накладывают вторую пластину без слоя клея так, чтобы длина нахлестки составляла 15 мм. Отверждение образца проводят в термошкафу без давления при температуре 170^oС в течение 30 минут. Жизнеспособность клеевой композиции определяют по изменению вязкости во времени при температуре (25±5)^oС.

Примеры 2-22 - по изобретению, примеры 23-29 - для сравнения. Клеевые композиции получают и испытывают, как в примере 1. Состав и свойства клеевых композиций приведены в таблице.

Из приведенных в таблице данных видно, что необходимым комплексом показателей характеризуются лишь предлагаемые клеевые эпоксидные композиции. Так, вязкость клеевых композиций составляет 100-320 Па•с; текучесть клеевых композиций на основе эпоксидной смолы ЭД-20 или ЭД-16 составляет 17-30 мм (см. примеры 1-12), а для клеевых композиций, содержащих дополнительно модифицированную эпоксидную смолу марки УП-563, - 4-8 мм (см. примеры 13-22). Прочность при сдвиге после отверждения в течение 30 минут при 170^oC клеевых эпоксидных композиций составляет 16-28 МПа, жизнеспособность предлагаемых клеевых композиций - 3,5-5 месяцев. В отличие от этого, тиксотропные клеевые композиции, содержащие в своих составах в качестве отвердителя ТЭА или ПЭПА, имеют недостаточно высокую прочность при сдвиге (9-14 МПа) и низкую жизнеспособность (24-72 часа) - (см. примеры 24-29). Использование в составе клеевых эпоксидных композиций наполнителя и отвердителя в незаявляемых количествах не позволяет получить необходимый комплекс показателей.

Использование: изобретение относится к составам на основе эпоксидных смол для клеесварных соединений, применяемых в различных областях промышленности, прежде всего в автомобильной для склеивания и коррозионной защиты панелей, дверей, капотов и крышек багажников автомобилей по периметральным зафланцовкам, а также для герметизации различных изделий. Композиция включает эпоксидно-диановую смолу, сложноэфирный пластификатор, отвердитель и наполнитель - смесь оксида цинка и диоксида кремния, содержит дополнительно оксид кальция, а в качестве отвердителя - дициандиамид. Дополнительно композиция может содержать 10-50 мас.ч. модифицированной эпоксидной смолы - продукта взаимодействия олигоэфира УП-554 с эпоксидиановой и эпоксиалифатической смолой. Определенное соотношение компонентов приводит к одновременному увеличению тиксотропности, термостойкости, прочности и жизнеспособности клеевой композиции. 1 з.п.ф-лы, 1 табл.

1. Клеевая эпоксидная композиция, включающая эпоксидно-диановую смолу, сложноэфирный пластификатор, отвердитель и наполнитель - смесь оксида цинка и диоксида кремния, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит оксид кальция, а в качестве отвердителя - дициандиамид при следующем соотношении компонентов, мас. ч. :
Эпоксидно-диановая смола - 100
Сложноэфирный пластификатор - 30-100
Оксид цинка - 15-50
Диоксид кремния - 9-30
Оксид кальция - 30-100
Дициандиамид - 20-60
2. Клеевая эпоксидная композиция по п. 1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит 10-50 мас. ч. модифицированной эпоксидной смолы - продукта взаимодействия олигоэфира УП-554 с эпоксидиановой и эпоксиалифатической смолой.