АДГЕЗИОННАЯ КОМПОЗИЦИЯ Российский патент 2004 года по МПК C09J123/08 C09J123/08 C09J193/04 

Изобретение относится к адгезионным композициям, используемым в антикоррозионных и защитных покрытиях для газо -, водо -, нефтетеплопроводов, в качестве клея-расплава.

Сополимер этилена с винилацетатом (СЭВА) является основой в адгезионных композициях, используемых для антикоррозионной защиты металлических поверхностей.

При использовании СЭВА совместно с природными смолами адгезионная композиция имеет невысокую адгезионную прочность к металлам и пластмассам (Патент США № 4358557, опубл. 09.11.82, патент США № 4105611, опубл. 08.08.78).

Использование СЭВА совместно с модифицирующими добавками (патент Россия № 2016040, опубл. 09.09.91) позволяет увеличить адгезионную прочность к стали (23 кг/см), но высокая температура нанесения (190-200°С) ограничивает области применения.

Известна адгезионная композиция (патент США № 5731384, опубл. 24.03.98), содержащая сшивающий агент, смолу, придающую клейкость, сополимер этилена с винилацетатом. Недостатком данной адгезионной композиции при использовании ее в качестве клея в антикоррозионных покрытиях является низкая адгезионная прочность композиции при отслаивании как в несшитом (41,8 Н/см), так и в сшитом состоянии (34,6 Н/см).

Известна адгезионная полимерная композиция (патент WO 0118141, опубл. 15.03.01), содержащая СЭВА, полиэтилен низкой плотности, модифицированный малеиновым ангидридом, эластомеры и стабилизаторы. Недостатком данной композиции является низкая когезионная прочность (11,92 кг/см) и это при том, что используемые компоненты (сополимер этилена с винилацетатом, полиэтилен низкой плотности) имеют низкий индекс расплава (2,5 dg/min=2,5 г/ 10 мин). Следовательно, необходимы высокие усилия прижатия материалов при склеивании, что не всегда возможно обеспечить при изоляции трубопровода в трассовых и базовых условиях, либо повышение температуры склеивания материалов, что влечет за собой ограничение области применения.

Наиболее близкой по составу, назначению, по совокупности признаков к заявленному изобретению является адгезионная композиция, состоящая из сополимера этилена с винилацетатом, γ-аминопропилтриэтоксисилана, канифоли, слюды, талька (патент Россия № 2139312, опубл 10.10.99), но при хороших адгезионных свойствах (к стали и полиэтилену высокой плотности - 86 кг/см²), получаемых при температурах нанесения (130-150°С), композиция имеет недостатки, связанные с высоким содержанием канифоли (15-20%) и минерального наполнителя (5-10%). А именно низкие когезионные свойства клея, которые ограничивают прочность клея при сдвиге как при температуре испытаний (23°С), так и при повышенных температурах. Решение этой проблемы в рамках этого патента за счет использования высокомолекулярной полимерной матрицы (СЭВА) приводит к увеличению температуры нанесения, времени формирования покрытия и усилия прижатия склеиваемых материалов, что неэффективно, так как ограничивает область применения клея.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного вещества, принятого за прототип, относят то, что известное вещество известного состава имеет низкую когезионную прочность.

Цель изобретения состоит в увеличении прочности клеевого соединения при сдвигающих нагрузках.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, состоит в том, чтобы создать такое вещество, в котором была увеличена когезионная и адгезионная прочности к металлам и пластмассам за счет добавки ингредиентов, позволяющих произвести химическую сшивку макромолекул полимерной матрицы (СЭВА).

Технический результат, который получается при осуществлении изобретения, состоит в увеличении адгезионной прочности композиции с металлами (сталь, алюминий) и с материалами с низкой поверхностной энергией (полиэтилен высокой плотности (ПЭВП), полипропилен (ПП)) при сдвигающих нагрузках.

Применение предлагаемого изобретения в антикоррозионных покрытиях позволит повысить надежность соединения субстрата (в частности, полимера) и изолируемого металлического материала, в том числе при повышенных температурах эксплуатации, благодаря высоким адгезионным и когезионным свойствам, обусловленным сшитой структурой адгезионной композиции при температуре нагрева металлического материала (130-150°С).

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что вещество известного состава, состоящее из сополимера этилена с винилацетатом, γ-аминопропилтриэтоксисилана, канифоли, дополнительно содержит пероксид и дифурфурилиденацетон при соотношении компонентов, мас.%:

Сополимер этилена с винилацетатом 80-93

γ-аминопропилтриэтоксисилан 0,5-3

Канифоль 5-10

Пероксид 0,5-4

Дифурфурилиденацетон 0,5-3

В результате разложения пероксида, которое происходит в процессе нанесения клеевой композиции на металлическую или пластмассовую поверхность, происходит образование свободных радикалов, которые вступают в реакцию с макромолекулами СЭВА, отщепляя от какого-либо звена цепи атом водорода и превращая макромолекулу в макрорадикал. При соединении макрорадикалов происходит сшивание полимерных цепей и формируется пространственная структура макромолекул, связанных между собой поперечными связями, что приводит к увеличению когезионной прочности клеевой композиции и термостойкости. При добавлении в композицию соагента (ингибитора) химической сшивки ненасыщенного соединения - дифурфурилиденацетона в узлах образующейся пространственной сетки находятся полифункциональные группы, увеличивающие адгезионные свойства клеевого состава. Таким образом, за счет комбинации сшивающего агента и ингибитора обеспечиваются высокие адгезионные и когезионные свойства клея.

Приведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога, позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому техническому результату отличительных признаков в заявленной композиции. Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию “новизна”.

Для проверки соответствия заявленного изобретения критерию “изобретательский уровень” заявитель провел дополнительный поиск известных решений, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленной композиции. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию “изобретательский уровень”.

Составы композиций приводятся в табл. 1.

Приготовление композиции производят в зависимости от объема в смесителях червячного, роторного типа, на вальцах. В процессе приготовления используется сополимер этилена с винилацетатом (содержание винилацетата от 9-35%), канифоль, γ-аминопропилтриэтоксисилан, перекись бензоила (перекись дикумила), дифурфурилиденацетон. Испытания прочности на сдвиг производились по способу, указанному в патенте США № 4133789 от 09.01.79, и в патенте США № 3393174 от 16.06.68 на образцах. Образец представляет собой склеенные адгезионной композицией пластины из металла и пластмассы.

Размеры и материал пластин следующие:

сталь: 2.54 см × 7.5 см × 0.8 мм;

полиэтилен высокой плотности: 2.54 см × 7.5 см × 8 мм;

алюминий: 2.54 см × 7.5 см × 1.0 мм;

полипропилен 2.54 см × 7.5 см × 5 мм.

Склеивание пластин производили в следующем порядке.

1. Пластины очищаются ацетоном и вытираются насухо.

2. Пластмассовая поверхность предварительно нагревается до температуры 110°С.

3. Металлическая поверхность нагревается до температуры 140-150°С.

4. Расплавленная адгезионная композиция наносится на пластиковую поверхность.

5. На пластиковую поверхность со стороны адгезива быстро помещается нагретая металлическая поверхность.

6. На металлическую поверхность устанавливается на 5 минут груз массой 0.5 кг.

7. После охлаждения адгезионной композиции груз убирается, образец охлаждается до 23°С, избыток адгезива убирается.

Испытания адгезионной прочности при отслаивании под углом 90° определялись согласно ГОСТ 411-77. Размеры склеиваемых материалов:

Сталь- 20 мм × 100 мм × 3 мм; ПЭВП 20 мм × 100 мм × 3 мм

Усилие разрыва связей определялось разрывной машиной.

Результаты испытаний приводятся в табл.2.

На основании испытаний механичских характеристик адгезионных композиций, приведенных в табл.2, выявлено, что более прочным является соединение с адгезионными композициями № 2, 3, 8. Адгезионная композиция № 2 выдерживает сдвиговые нагрузки на 40% больше, чем прототип. Композиция № 2 обладает высокой адгезионной прочностью при отслаивании, в 1,75 раза выше прочности прототипа.

Таким образом, адгезионная композиция обладает более высокими эксплуатационными свойствами и при использовании в защитных покрытиях трубопроводов продлит их срок эксплуатации. Кроме того, при повышенных температурах эксплуатации адгезионная композиция предпочтительнее прототипа за счет повышенной когезионной прочности и твердости вследствие сшитой структуры. Высокие адгезионные свойства к материалам с низкой поверхностной энергией (полиэтилену высокой плотности, полипропилену) позволяют использовать данный материал для изоляции эл. кабелей.

Состав предлагаемой композиции позволяет осуществить ее получение на существующих типах промышленного смесительного оборудования. В частности, предлагается способ непрерывного получения адгезионной композиции, который реализуется с помощью двух экструдеров (главного и вспомогательного). В загрузочную горловину главного экструдера загружается с помощью дозатора непрерывного типа молотая канифоль, например сосновая марки А, с размером частиц менее глубины нарезки винта шнека экструдера, γ-аминопропилтриэтоксисилан с помощью поршневого насоса. Из загрузочной горловины за счет вращения шнека материалы поступают в зону непрерывной загрузки расплава смеси сополимера этилена с винилацетатом, пероксида и дифурфурилиденацетона. Расплав смеси формируется в вспомогательном экструдере при температуре выше температуры плавления сополимера этилена с винилацетатом и ниже температуры разложения пероксида. В нагреваемую (60-70°С) загрузочную горловину вспомогательного экструдера в виде гранул поступает из дозатора непрерывного типа сополимер этилена с винилацетатом, также в загрузочную горловину в виде жидкости при температуре (60-70°С) из поршневого насоса поступает пероксид в смеси с дифурфурилиденацетоном. Смесь дифурфурилиденацетона и пероксида готовят отдельно при температуре (60-70°С) в смесителях любого типа, например в двухвальных с Z-образными лопастями. Режимы работы дозаторов, насосов, вращение шнека вспомогательного экструдера подбираются, исходя из требуемого соотношения компонентов и производительности. Производительность вспомогательного экструдера при реализации данного способа должна быть меньше производительности главного экструдера. За счет вращения шнека главного экструдера, нагреваемого до температур, как и во вспомогательном экструдере, происходит смешение всех компонентов смеси в строгом соотношении по массовым процентам с транспортировкой расплава к зоне выгрузки. Выгрузка расплава производится либо на изолируемую поверхность, подложку или формуется в виде изделия (пруток, лист и.т.д)

Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения - адгезионной композиции следующей совокупности условий:

- средство, воплощающее заявленное вещество при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно в антикоррозионных и защитных покрытиях для газо-, водо-, нефтетеплопроводов, в качестве клея-расплава;

- для заявленного вещества в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке и известных до даты приоритета средств и методов;

- средство, воплощающее заявленное вещество при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата: увеличение адгезионной прочности композиции с металлами (сталь, алюминий) и с материалами с низкой поверхностной энергией (полиэтилен высокой плотности (ПЭВП), полипропилен (ПП)) при сдвигающих нагрузках.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию “промышленная применимость”.

Изобретение относится к адгезионным композициям, используемым в антикоррозионных и защитных покрытиях для газо-, водо-, нефтепроводов, теплопроводов в качестве клея-расплава. Композиция содержит, мас.%: сополимер этилена с винилацетатом 80-93; γ-аминопропилтриэтоксисилан 0,5-3; канифоль 5-10; пероксид 0,5-4; дифурфурилиденацетон 0,5-3. Использование перекиси и дифурфурилиденацетона для увеличения когезионной и адгезионной прочности позволяет использовать клеевое соединение при более высоких нагрузках и эксплуатационных температурах без увеличения температуры предварительного нагрева склеиваемых материалов. 2 табл.

Адгезионная композиция, включающая сополимер этилена с винилацетатом, γ-аминопропилтриэтоксисилан, канифоль, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит пероксид и дифурфурилиденацетон, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Сополимер этилена с винилацетатом 80-93

γ-аминопропилтриэтоксисилан 0,5-3

Канифоль 5-10

Пероксид 0,5-4

Дифурфурилиденацетон 0,5-3