Область техники
Настоящее изобретение относится к отверждаемой влагой клеевой композиции. Настоящее изобретение, кроме того, относится к способу соединения двух склеиваемых материалов.
Предшествующий уровень техники
Клеи широко используются для соединения либо скрепления двух либо более склеиваемых материалов. Склеиваемыми материалами считаются любые два либо более материалов или же кусков материала, которые соединяют друг с другом, в том числе древесина, металлы, бумага, керамика, камень, стекло, бетон и тому подобное. В основе клеев, используемых для данных целей, лежит широкий ассортимент технологий, в том числе смеси эластомер/растворитель/смола, эпоксиды, латексы, полиуретаны, кремнийорганические соединения, цианоакрилаты, полиакрилаты, термоклеи и тому подобное. Каждому из данных клеев свойственен ряд недостатков.
Клеи на основе смесей эластомер/растворитель/смола, далее в настоящем документе называемые клеями на основе каучуков, содержат растворители, которые являются токсичными и, что наиболее часто, горючими. Несмотря на данные опасности клеи на основе каучуков популярны вследствие простоты их использования. Композиции клеев на основе эпоксидов, полиакрилатов, некоторых полиуретанов и некоторых кремнийорганических соединений представляют собой двухкомпонентные системы, состоящие из основы, содержащей мономеры, олигомеры и полимеры, и компонента, являющегося ускорителем отверждения либо отвердителем, состоящего из катализаторов и отверждающих веществ. Данные системы требуют точности дозирования и тщательности перемешивания для того, чтобы у них развились свойства, которые делают их пригодными в качестве клеев. Сами индивидуальные исходные вещества в продуктах, мономерах, олигомерах, катализаторах и отверждающих веществах двухкомпонентных клеев могут быть токсичными и зачастую аллергенными. Латексные клеи представляют собой малотоксичные, негорючие материалы, которые отверждаются в результате испарения воды. Несмотря на их эффективность во многих приложениях латексные клеи не обладают хорошими эксплуатационными характеристиками в низкотемпературных средах, на металлах, на многих пластиках и в сырых либо влажных средах. В условиях низкой температуры либо высокой влажности продолжительность высыхания латексных клеев может быть значительно увеличена, иногда достигая дней. С другой стороны, термоплавкие клеи, будучи термопластичные по определению, теряют прочность в теплом состоянии, что ограничивает область приложений, в которой они могут быть использованы. В дополнение к этому, термоплавкие клеи требуют наличия источника тепла для их нанесения, что дополнительно ограничивает их использование. Данные источники тепла и нанесение горячего клея представляют собой источник опасности (ожог) с точки зрения безопасности пользователя. Однокомпонентные клеи, такие как полиуретаны и кремнийорганические соединения, отверждаются в результате прохождения реакции с влагой, находящейся в воздухе либо на склеиваемых материалах. В случае полиуретанов клейкость развивается медленно, при этом требуется, чтобы склеиваемые материалы удерживались либо закреплялись по месту (крепление скобами либо обматывание лентой) до тех пор, пока клей не отвердится в достаточной степени для того, чтобы удерживать их по месту тогда, когда их ничто другое уже удерживать не будет. То же самое относится и к однокомпонентным кремнийорганическим клеям. Кроме того, у части населения в результате воздействия полиуретановых клеев могут развиться аллергические реакции. В дополнение к проблемам, перечисленным выше, клеи на основе растворителя и воды в общем случае характеризуются высокой степенью усадки вследствие содержания в клеях легколетучих веществ.
Долговечность и срок службы клеевого соединения зависит от нескольких факторов, в том числе от следующих, но не ограничиваясь только ими: свойства поверхностей склеиваемых материалов, тип и свойства клея, используемого в приложении с клеевым соединением, условия окружающей среды (температура, влажность и тому подобное), компоновка места клеевого соединения и способ соединения либо сведения клея и склеиваемых материалов друг с другом. Клеи с высоким содержанием твердой фазы представляют собой решение для некоторых из проблем, которые встречаются для данных других типов клеев (то есть усадка, содержание легколетучих соединений и тому подобное), однако наилучшие из данных клев обнаруживают другие недостатки. Например, европейский патент 0442380 В1 описывает использование отверждаемого влагой клея с высоким содержанием твердой фазы, при использовании которого два склеиваемых материала могут быть склеены друг с другом. Однако описание патента указывает, что, если клей наносить чрезмерно густо, в клее не сможет сформироваться достаточное усилие сцепления (клейкость), и он станет непрочным при возможном контакте. Поэтому для того чтобы увеличить клейкость, предпочитается, чтобы клей был бы нанесен с толщиной, равной около 1 мм либо менее.
Необходимость нанесения тонкого слоя клея ограничивает область приложений, для которых клей мог бы быть использован, и средств нанесения клея (например, валик и тому подобное). При нанесении тонких слоев клеев полезно иметь клей, который может сохранять свою клеящую способность и будет распределяться и растекаться по всему субстрату либо склеиваемому материалу. Если вязкость клея будет чрезмерно высокой, то может оказаться трудно либо невозможно нанести тонкий слой клея (слои в 1 мм либо менее). Один из факторов, который оказывает влияние на вязкость клея, представляет собой количество наполнителя в клее. В общем случае, чем выше будет содержание наполнителя, тем выше будет вязкость. Содержание наполнителя также оказывает влияние на клейкость клея. При более высоких значениях содержания наполнителя клейкость будет меньше. Поэтому для получения клея с высоким содержанием твердой фазы с достаточной клейкостью и вязкостью, достаточно низкой для распределения его тонким слоем, необходимо воспользоваться композициями с относительно низким содержанием наполнителя. Кроме этого трудно равномерно добавлять наполнитель в прозрачные клеи с высоким содержанием твердой фазы, поскольку большинство наполнителей, в том числе прозрачных наполнителей, будут либо не пропускать, либо отражать свет, проходящий через клей, в результате чего клей будет выглядеть непрозрачным. Однако существует большая потребность в увеличении содержания наполнителя в клее, поскольку более высокое содержание наполнителя понижает стоимость клея и уменьшает степень воздействия производства клея на окружающую среду.
Еще одна проблема, связанная с большинством хороших клеев, относится к возможности изменения местоположения материалов, соединяемых с использованием клеев. Обычно, как только у клея развивалась достаточная клейкость для склеивания двух склеиваемых материалов без использования струбцин либо некоторых других типов временных креплений, то уже было трудно изменить местоположение клея по истечении более чем пары минут после его вхождения в контакт со склеиваемыми материалами. Поэтому существует потребность в клее, у которого быстро бы развивалась клейкость так, чтобы два материала, соединяемых с использованием клея, можно было бы соединить и удерживать вместе без использования струбцин по истечении относительно непродолжительного периода времени, но где после соединения двух склеиваемых материалов их положение друг по отношению к другу можно будет изменять в течение относительно продолжительного периода времени.
Поэтому две из числа многих целей данного изобретения относятся к решению данных проблем.
Краткое изложение
Настоящее изобретение относится к отверждаемой влагой клеевой композиции, которая включает в расчете на полную массу отверждаемой влагой клеевой композиции от около 5% до около 98 мас.% полимера, который содержит реакционно-способную кремнийорганическую концевую группу, и от около 0,01% до около 4% катализатора. Отверждаемая влагой клеевая композиция необязательно включает от около 0,01% до около 10 мас.% дегидратирующего агента в расчете на полную массу отверждаемой влагой клеевой композиции, предназначенного для сохранения стабильной клеевой композиции до прохождения реакции с влагой.
Подходящие полимеры включают те, которые могут содержать реакционно-способные кремнийсодержащие концевые группы. Они включают следующее, но не ограничиваются только им: любой полиалкилоксид, включающий следующее, но не ограничивающийся только им: простые полиэфиры; любые полиалкан, полиалкены и полиалкины; мономеры с замещенным алкилом, такие как, например, стирол; полиакрилаты; любые полимер либо сополимер, которые можно получить с силильными (реакционно-способными кремнийсодержащими) концевыми группами; и их комбинации. Подходящие реакционно-способные кремнийсодержащие концевые группы включают следующее, но не ограничиваются только им: триэтоксисиланы, метилдиэтоксисиланы, трисиланолы, любые алкоксисилан, замещенные силаны, звенья с несколькими силанольными группами и их комбинации. Примеры катализаторов, которые можно использовать, включают следующее, но не ограничиваются только им: катализаторы на основе третичных аминов, оловосодержащие катализаторы, свинецсодержащие катализаторы, висмутсодержащие катализаторы и их смеси.
Кроме этого нет никаких нежелательных легколетучих соединений, относящихся к клеевой композиции настоящего изобретения.
В еще одном варианте реализации изобретения отверждаемая влагой клеевая композиция включает в расчете на полную массу композиции от около 5% до около 95 мас.% полимера, содержащего реакционно-способную кремнийорганическую концевую группу, от около 0,01% до около 4 мас.% катализатора и от около 3% до около 35% разбавителя. В то время как для обычно используемых клеев на основе растворителей для достижения первоначальной клейкости требуется от 20 до 30 минут, то, как к удивлению было обнаружено, для отверждаемого влагой клея первоначальная клейкость развивается непосредственно либо почти непосредственно после попадания на воздух, содержание влаги в котором превышает уровень, задаваемый около 20% относительной влажности. Присутствие разбавителя улучшает текучесть, и отверждаемый влагой клей настоящего изобретения характеризуется вязкостью, которая предпочтительно находится в диапазоне от около 1000 сантипуазов (сП) до около 500000 сП, и он выгоден для использования в приложениях, требующих наличия высокой текучести.
Можно использовать тип полимера, содержащего реакционно-способную кремнийорганическую концевую группу, реакционно-способную кремнийорганическую концевую группу и катализатор, все те, которые были описаны выше. Подходящие разбавители включают следующее, но не ограничиваются только им: полигликоли, например полипропиленгликоль; минеральные масла, такие как светлое минеральное масло и нефтяное масло; растительные масла, такие как касторовое масло, кукурузное масло, арахисовое масло; жирные кислоты таллового масла, полимеры на основе простых полиэфиров с одной функциональностью; фталатные пластификаторы, такие как бутилбензилфталат и диизодецилфталат; и их смеси. Кроме этого отверждаемая влагой клеевая композиция настоящего изобретения необязательно может включать дегидратирующий агент, наполнитель и усилитель адгезии.
В другом варианте реализации изобретения отверждаемая влагой клеевая композиция включает в расчете на полную массу композиции от около 15% до около 95 мас.% полимера, содержащего реакционно-способную кремнийорганическую концевую группу, от около 0,01% до около 4 мас.% катализатора и от около 5% до около 85% наполнителя. Можно использовать тип полимера, содержащего реакционно-способную кремнийорганическую концевую группу, реакционно-способную кремнийорганическую концевую группу и катализатор, все те, которые были описаны выше. В то время как для обычно используемых клеевых композиций в отношении величины степени введения наполнителя обычно имеются ограничения, отверждаемый влагой клей настоящего изобретения отличается превосходными физическими свойствами, такими как относительное удлинение, клейкость и предел прочности при сдвиге, в широком диапазоне значений степени введения наполнителя. В дополнение к этому, отверждаемая влагой клеевая композиция настоящего изобретения необязательно может включать от около 0,01% до около 5 мас.% дегидратирующего агента, пигментов и от около 0,01% до около 10 мас.% усилителя адгезии.
В еще одном варианте реализации изобретения отверждаемая влагой клеевая композиция содержит вплоть до около 40 мас.% наполнителя в расчете на полную массу композиции при получении клеевой композиции, которая прозрачна либо по существу прозрачна. В то время как наполнители имеют тенденцию к тому, чтобы становиться причиной появления мутности в обычно используемых клеевых композициях при относительно небольших значениях степени введения наполнителя, к удивлению было обнаружено, что наполнитель, такой как, например, коллоидальный диоксид кремния, площадь удельной поверхности у которого меньше около 250 м2/г, можно использовать при существенно более высоких значениях степени введения наполнителя и получать клеевую композицию, которая сохраняет прозрачность.
Настоящее изобретение дополнительно относится к способу получения отверждаемой влагой клеевой композиции и к способу соединения двух склеиваемых материалов.
Дополнительные признаки и преимущества изобретения будут представлены в подробном описании, которое следует далее. Необходимо понимать, что как предшествующее общее описание, так и последующее подробное описание представляют собой просто примерную иллюстрацию изобретения, и они предназначены для составления общего представления либо для установления рамок понимания природы и характера заявленного изобретения.
Подробное описание
Отверждаемая влагой клеевая композиция
Настоящее изобретение относится к отверждаемой влагой клеевой композиции, которая включает в расчете на полную массу отверждаемой влагой клеевой композиции от около 5% до около 98%, предпочтительно от около 10% до около 90%, а более предпочтительно от около 20 до около 85% и еще более предпочтительно от около 25% до около 75 мас.% полимера, содержащего реакционно-способную кремнийорганическую концевую группу; и от около 0,01% до около 4%, предпочтительно от около 0,01 до около 3%, а более предпочтительно от около 0,3% до около 2 мас.% катализатора.
Значение термина «полимер», используемого во всем настоящем документе, включает полимеры и сополимеры. Подходящие полимеры включают следующее, но не ограничиваются только им: те, которые могут содержать реакционно-способные кремнийсодержащие концевые группы, включающие следующее, но не ограничивающиеся только им: любой полиалкилоксид, включающий следующее, но не ограничивающийся только им: простые полиэфиры; любые полиалкан, полиалкен и полиалкин; мономеры с замещенным алкилом, такие как, например, стирол; полиакрилаты; любые полимер либо сополимер, которые можно получить с силильными (реакционно-способными кремнийсодержащими) концевыми группами; и их комбинации. Подходящие реакционно-способные кремнийсодержащие концевые группы включают следующее, но не ограничиваются только им: триэтоксисиланы, метилдиэтоксисиланы, трисиланолы, любые алкоксисилан, замещенные силаны, звенья с несколькими силанольными группами и их комбинации. Примеры катализаторов, которые можно использовать, включают следующее, но не ограничиваются только им: катализаторы на основе третичных аминов, оловосодержащие катализаторы, свинецсодержащие катализаторы, висмутсодержащие катализаторы и их смеси. Дополнительные подробности в отношении катализаторов излагаются далее.
Отверждаемая влагой клеевая композиция настоящего изобретения содержит по существу одну только твердую фазу, обычно менее около 3% легколетучих компонентов и обладает превосходными физическими свойствами. Клеевая композиция вступает в реакцию при воздействии влаги и отличается незначительной усадкой либо отсутствием усадки при отверждении, что контрастно отличает ее от обычно используемых клеевых композиций, которые претерпевают значительную усадку вследствие испарения легколетучих соединений.
Отверждаемая влагой клеевая композиция необязательно включает от около 0,01% до около 10%, предпочтительно от около 0,01% до около 5%, а более предпочтительно от около 0,01% до около 2 мас.% дегидратирующего агента в расчете на полную массу отверждаемой влагой клеевой композиции. Дегидратирующий агент предпочтителен для сохранения стабильной клеевой композиции до прохождения реакции с влагой. Отверждаемая влагой клеевая композиция предпочтительно включает от около 0,01% до около 5%, предпочтительно от около 0,4% до около 3%, а более предпочтительно от около 0,5% до около 2 мас.% усилителя адгезии, увеличивающего прочность сцепления при прилипании для клеевой композиции.
В зависимости от упаковки клея, сферы приложения для клея и способа нанесения клея может оказаться необходимым широкий диапазон вязкостей. Предпочтительно клеевая композиция имеет вязкость согласно измерению по ASTM D1084-88 Test Method В при взятии образца композиции из контейнера, в котором она хранится, в диапазоне от около 1000 до около 500000 сантипуазов, более предпочтительно от около 1000 до около 300000 сантипуазов, а более предпочтительно от около 1000 до около 200000 сантипуазов.
В еще одном варианте реализации изобретения отверждаемая влагой клеевая композиция включает полимер, содержащий реакционно-способную кремнийорганическую концевую группу, и катализатор, описанные выше, а также включает разбавитель. Было обнаружено, что присутствие разбавителя в отверждаемых влагой клеевых композициях низкой вязкости, то есть с вязкостью, меньшей около 10000 сантипуазов, а предпочтительно меньшей около 3000 сантипуазов, улучшает текучесть отверждаемой влагой клеевой композиции, а также улучшает клейкость. В данном варианте реализации отверждаемая влагой клеевая композиция включает в расчете на полную массу композиции от около 5% до около 95%, предпочтительно от около 10% до около 90%, еще более предпочтительно от около 20% до около 85 мас.% полимера, содержащего реакционно-способную кремнийорганическую концевую группу; от около 0,01% до около 4%, предпочтительно от около 0,01% до около 3 мас.%, предпочтительно от около 0,3% до около 3 мас.% катализатора; и от около 3% до около 35%, предпочтительно от около 7% до около 25%, предпочтительно от около 10% до около 18%, а еще более предпочтительно от около 12% до около 16% разбавителя.
В то время как для обычных клеев на основе растворителей для достижения клейкости требуется от 20 до 30 минут, для отверждаемого влагой клея, как было обнаружено, клейкость развивается за менее чем около 20 минут, предпочтительно менее чем около 10 минут, более предпочтительно менее чем около одна минута, а еще более предпочтительно непосредственно либо почти непосредственно после попадания на воздух, содержание влаги в котором превышает уровень, задаваемый около 20% относительной влажности, предпочтительно превышает уровень, задаваемый около 25% относительной влажности, а еще более предпочтительно ниже уровня, задаваемого около 30% относительной влажности. В соответствии с ASTM D 907 клейкость в настоящем документе определяют как свойство клея, которое дает ему возможность образовать сцепление с измеряемой прочностью непосредственно после того, как клей и склеиваемый материал будут введены в контакт при низком давлении. Клейкость можно измерить при использовании испытания на клейкость с катящимся шариком в соответствии с ASTM D 3121.
Присутствие разбавителя делает возможными регулировку вязкости и подгонку характеристик текучести в соответствии с различными приложениями. Вязкость отверждаемой влагой клеевой композиции зависит как от количества, так и от вязкости разбавителя. Вязкость разбавителя предпочтительно меньше около 10000 сП, более предпочтительно меньше около 8000 сП, еще более предпочтительно находится в диапазоне от около 2000 сП до около 6000 сП. Вязкость отверждаемой влагой клеевой композиции может находиться в диапазоне от около 1000 сП до около 500000 сП, предпочтительно от около 1000 сП до около 200000, более предпочтительно от около 1000 сП до около 100000 сП. Отверждаемую влагой клеевую композицию можно составить такой, чтобы она была саморастекающейся, и это выгодно для использования в приложениях, требующих высокой текучести. «Саморастекающаяся» обозначает то, что отверждаемая влагой клеевая композиция, будучи один раз введена в контакт со склеиваемым материалом, легко будет перетекать по поверхности склеиваемого материала, что обеспечит достижение по существу равномерной толщины.
Можно использовать тип полимера, содержащего реакционно-способную кремнийорганическую концевую группу, реакционно-способную кремнийорганическую концевую группу и катализатор, все те, которые были описаны выше. Подходящие разбавители включают следующее, но не ограничиваются только им: полигликоли, например полипропиленгликоль; минеральные масла, такие как, например, светлое минеральное масло и нефтяное масло; растительные масла, такие как, например, касторовое масло, кукурузное масло и арахисовое масло; жирные кислоты таллового масла, полимеры на основе простых полиэфиров с одной функциональностью; фталатные пластификаторы, такие как бутилбензилфталат и диизодецилфталат; и их смеси. Кроме этого отверждаемая влагой клеевая композиция настоящего изобретения необязательно может включать дегидратирующий агент, наполнитель и усилитель адгезии.
Отверждаемая влагой клеевая композиция, содержащая разбавитель, необязательно также может содержать дегидратирующий агент, усилитель адгезии, либо и то, и другое. Отверждаемая влагой клеевая композиция настоящего изобретения может включать от около 0,01% до около 10%, предпочтительно от около 0,01% до около 5%, а более предпочтительно от около 0,01% до около 2 мас.% дегидратирующего агента в расчете на полную массу отверждаемой влагой клеевой композиции и от около 0,01% до около 5%, предпочтительно от около 0,4% до около 3%, а более предпочтительно от около 0,5% до около 2 мас.% усилителя адгезии. Для заданной желательной адгезионной прочности в отверждаемой влагой клеевой композиции будет требоваться меньше усилителя адгезии в сравнении с вариантом реализации отверждаемого влагой клея, который не содержит разбавитель. Подходящие дегидратирующие агенты и усилители адгезии хорошо известны на современном уровне техники и они будут описаны далее.
В еще одном варианте реализации изобретения любая отверждаемая влагой клеевая композиция настоящего изобретения дополнительно может включать наполнитель. Было обнаружено, что для улучшения прочности клеевой композиции, кроме того, при одновременном сохранении характеристик клейкости и вязкости клея можно использовать относительно высокие уровни содержания наполнителя. В одном варианте реализации изобретения отверждаемая влагой клеевая композиция включает в расчете на полную массу отверждаемой влагой клеевой композиции: от около 5% до около 95%, а предпочтительно от около 15% до около 85% и более предпочтительно от около 25% до около 75 мас.% полимера, содержащего реакционно-способную кремнийорганическую концевую группу; от около 0,01% до около 4%, предпочтительно от около 0,01% до около 3%, а более предпочтительно от около 0,2% до около 2 мас.% катализатора; и от около 5% до около 85%, предпочтительно от около 10% до около 40%, а более предпочтительно от около 15% до около 40% наполнителя. Можно использовать тип полимера, содержащего реакционно-способную кремнийорганическую концевую группу, реакционно-способную кремнийорганическую концевую группу и катализатор, все те, которые были описаны выше. В то время как для обычно используемых клеевых композиций в отношении величины степени введения наполнителя обычно имеются ограничения, отверждаемый влагой клей настоящего изобретения отличается превосходными физическими свойствами, в том числе атмосферостойкостью и сохранением прозрачности, пределом прочности при сдвиге для определенного диапазона поверхностей и первоначальной клейкостью, в широком диапазоне значений степени введения наполнителя.
Если прозрачность отверждаемой влагой клеевой композиции не является необходимой либо желательной характеристикой, то отверждаемый влагой клей настоящего изобретения будет отличаться относительно высоким уровнем содержания наполнителя. К удивлению было обнаружено, что в дополнение к достижению превосходных предела прочности при сдвиге и предела прочности при растяжении вязкость отверждаемой влагой клеевой композиции сохраняется на уровне хорошей вязкости в диапазоне от около 1000 сП до около 500000 сП. Отверждаемая влагой клеевая композиция с высоким значением степени введения наполнителя, как было обнаружено, также отличается хорошей окрашивающей способностью. В одном варианте реализации отверждаемая влагой клеевая композиция включает от около 5% до около 95%, предпочтительно от 10% до около 85%, предпочтительно от около 20% до около 85%, а более предпочтительно от около 25% до около 75 мас.% полимера, содержащего реакционно-способную кремнийорганическую концевую группу, от около 0,01% до около 4%, предпочтительно от около 0,01% до около 3%, а более предпочтительно от около 0,2% до около 2 мас.% катализатора, от около 20% до около 85%; предпочтительно от около 35% до около 85%; более предпочтительно от около 43% до около 85%; а еще более предпочтительно от около 60% до около 85 мас.% наполнителя в расчете на полную массу отверждаемой влагой клеевой композиции.
Может быть использован широкий ассортимент наполнителей, и он включает следующее, но не ограничивается только им: оксид цинка, усиливающий технический углерод, неусиливающий технический углерод, полуусиливающий технический углерод, белая сажа, порошкообразный расширенный графит, порошкообразный графит, кристаллический диоксид кремния; плавленый диоксид кремния; силикаты; мел; карбонат кальция, в том числе известняк; тальк; слюда; оксид алюминия; гидроксид алюминия; оксид циркония; диоксид титана; волластонит; полевой шпат; силикаты алюминия; сплошные и пустотелые керамические микросферы, пустотелые сферы из керамики либо пластика; металлические порошки и микрогранулы; древесная мука; доломит; органические пигменты, неорганические пигменты, коллоидальный аморфный диоксид кремния, в том числе гидрофильный и гидрофобный типы, стеклянные микрогранулы, стекловолокна, прозрачные полимерные волокна, прозрачные полимерные микрогранулы, прозрачные полимерные порошки и их комбинации. Примером подходящего наполнителя является карбонат кальция, продаваемый под торговым наименованием Microwhite 100 компанией Imerys из Росвелла, Джорджия.
В еще одном варианте реализации изобретения к удивлению было обнаружено, что отверждаемая влагой клеевая композиция может сохранять свою прозрачность при уровне содержания наполнителя вплоть до около 40 мас.% в расчете на полную массу отверждаемой влагой клеевой композиции. Под «прозрачной» понимается то, что отверждаемый влагой клей является прозрачным в соответствии со стандартным способом испытаний для определения прозрачности и чистоты жидких красок и чернил при измерении в соответствии с ASTM D 2090, который представляет собой способ испытаний, подпадающий под юрисдикцию Комитета D-1 ASTM по краске и покрытиям, материалам и приложениям. В соответствии со способом испытания ASTM D 2090 прозрачность определяют как полное отсутствие какой-либо видимой неоднородности при рассмотрении в массе материала, в колбах либо в пробирках при интенсивном проходящем свете. Кроме этого было обнаружено, что отверждаемая влагой клеевая композиция обнаруживает превосходную стойкость к действию УФ-излучения, что обычно нехарактерно для прозрачной клеевой композиции.
Таким образом, в еще одном варианте реализации отверждаемая влагой клеевая композиция содержит вплоть до около 40%, предпочтительно от около 5% до около 30%, более предпочтительно от около 5% до около 20%, а еще более предпочтительно от около 10% до около 15% наполнителя с получением клеевой композиции, которая прозрачна либо по существу прозрачна при одновременном наличии также и превосходной стабильности клейкости и вязкости. В то время как обычно используемые наполнители, такие как, например, карбонат кальция и диоксид титана, имеют тенденцию к тому, чтобы приводить к получению клеевой композиции с видимой мутностью при относительно небольших значениях степени введения наполнителя, таких как, например, 0,05 мас.% либо более наполнителя, было обнаружено, что использование прозрачного наполнителя приводит к получению отверждаемой влагой клеевой композиции, которая будет прозрачной при существенно более высоких концентрациях наполнителя.
Предпочтительно величина показателя преломления у наполнителя находится в пределах около 30% от значения для отверждаемой влагой клеевой композиции, более предпочтительно в пределах около 20%, еще более предпочтительно в пределах около 10%, а наиболее предпочтительно в пределах около 5% от значения для отверждаемой влагой клеевой композиции. Например, покрытие из отверждаемой влагой клеевой композиции с толщиной около 1 мм предпочтительно пропускает более около 60% видимого спектра солнечного света, более предпочтительно более около 75%, а наиболее предпочтительно более около 90%.
Примеры наполнителей, которые можно использовать для получения отверждаемой влагой клеевой композиции, которая прозрачна либо по существу прозрачна, включают следующее, но не ограничиваются только им: коллоидальный аморфный диоксид кремния, включающий гидрофильный и гидрофобный типы, стеклянные микрогранулы, стекловолокна, прозрачные полимерные волокна, прозрачные полимерные микрогранулы, прозрачные полимерные порошки либо их комбинации. Предпочтительно наполнителем для прозрачного клея является коллоидальный аморфный диоксид кремния, включающий, например, следующее, но не ограничивающийся только им: гидрофильные коллоидальные формы диоксида кремния и гидрофобные коллоидальные формы диоксида кремния. Примеры подходящих коллоидальных форм диоксида кремния продаются компанией Wacker HDK из Мюнхена, Германия под торговыми наименованиями S13, V15, V15A, N20, N20P для гидрофильных коллоидальных форм диоксида кремния и Н15, Н15Р, Н20, H30, Н18 и Н2000 для гидрофобных коллоидальных форм диоксида кремния. Еще одним подходящим наполнителем для прозрачного клея является коллоидальный диоксид кремния, продаваемый под торговым наименованием Aerosil OX-50 компанией Degussa Corporation из Риджфильд-Парка, Нью-Джерси.
При получении отверждаемой влагой клеевой композиции, которая прозрачна либо по существу прозрачна, частицы наполнителя предпочтительно характеризуются средней площадью удельной поверхности, меньшей около 250 м2/г, предпочтительно меньшей около 150 м2/г, более предпочтительно меньшей около 75 м2/г, а еще более предпочтительно меньшей около 65 м2/г. Для достижения прозрачности, используемой при существенно более высоких значениях степени введения наполнителя, предпочитается, чтобы у наполнителя площадь удельной поверхности была бы меньше около 90 м2/г, а еще более предпочтительно меньше около 65 м2/г. Отверждаемая влагой клеевая композиция настоящего изобретения предпочтительно включает менее около 10%, а еще более предпочтительно менее около 7 мас.% наполнителя, площадь удельной поверхности которого превышает около 90 м2/г, в противном случае значительно возрастает вязкость и у отверждаемой влагой клеевой композиции может обнаружиться мутность. Среднечисленный размер частиц наполнителя должен находиться в диапазоне от около 30 нм до около 70 нм, предпочтительно от около 40 нм до около 60 нм, а еще более предпочтительно от около 45 нм до около 55 нм. Например, наполнителем, у которого площадь удельной поверхности находится в диапазоне от около 35 м2/г до около 65 м2/г, а среднечисленный размер частиц около равен 40 нанометрам, например, является Aerosil OX-50 от компании Degussa Corporation из Риджфильд-Парка, Нью-Джерси. Приведенные ниже примеры демонстрируют отверждаемые влагой клеевые композиции, содержащие коллоидальный диоксид кремния с различными величинами площади удельной поверхности и превосходными результатами после воздействия УФ-излучения в приборе для испытания на атмосферостойкость QUV.
В еще одном варианте реализации отверждаемая влагой клеевая композиция включает два либо более наполнителей с различными площадями удельной поверхности. Наполнитель, площадь удельной поверхности которого превышает около 65 м2/г, а предпочтительно превышает около 90 м2/г, используется для ингибирования либо исключения образования наплывов. Отверждаемая влагой клеевая композиция предпочтительно включает вплоть до около 4%, более предпочтительно вплоть до около 3%, а еще более предпочтительно вплоть до около 1,5 мас.% наполнителя, у которого площадь удельной поверхности превышает около 90 м2/г. Поскольку наполнитель, у которого площадь удельной поверхности равна около 90 м2/г и более, увеличивает вязкость, а также оказывает воздействие на прозрачность отверждаемой влагой клеевой композиции, то для сохранения прозрачности у отверждаемой влагой клеевой композиции специалист в соответствующей области сможет определить надлежащую концентрацию для каждого из двух либо более наполнителей в зависимости от площади удельной поверхности наполнителей.
Отверждаемая влагой клеевая композиция вариантов реализации, описанных выше, необязательно включает от около 0,01% до около 4%, более предпочтительно от около 0,5% до около 3%; а наиболее предпочтительно от около 1,0% до около 2,5 мас.% антиоксиданта в расчете на полную массу отверждаемой влагой композиции. В дополнение к этому, отверждаемая влагой клеевая композиция необязательно включает дополнительные необязательные ингредиенты, включающие следующее, но не ограничивающиеся только им: антиоксиданты, катализаторы, смазки, сухие разбавители, биоциды, усилители адгезии, поглотители и стабилизаторы ультрафиолетового излучения.
Еще одним значительным преимуществом изобретения, описанного в настоящем документе, является по существу непродолжительное время, необходимое для развития клейкости, и возможность изменения местоположения склеиваемого материала либо склеиваемых материалов, как только в отверждаемой влагой клеевой композиции разовьется клейкость.
В дополнение к этому, отверждаемую влагой клеевую композицию можно использовать для низкотемпературных приложений и в широком диапазоне температур нанесения. Для обеспечения хороших низкотемпературных нанесения и использования желательно, чтобы у отверждаемого влагой клея была бы низкая температура стеклования. Предпочтительно у отверждаемой влагой клеевой композиции температура стеклования (Tg) меньше около 0°С, более предпочтительно меньше около -20°С, а наиболее предпочтительно меньше около -40°С. Для того чтобы пользоваться клеем в широком ассортименте сред, желательно, чтобы отверждаемый влагой клей характеризовался бы широким диапазоном температур нанесения. Диапазон температур нанесения представляет собой температуру, при которой клей может быть нанесен, и он все еще сможет отверждаться и функционировать на уровне либо вблизи уровня своих оптимальных характеристик по отверждению и физическим свойствам. Предпочтительно диапазон температур нанесения заключен в пределах от около -20 до около 60°С, более предпочтительно от около 0°С до около 45°С, а наиболее предпочтительно от около 5°С до около 38°С. Диапазон температур эксплуатации представляет собой такой диапазон температур, в котором отвержденный клей будет сохранять свои по существу полные прочность, адгезию и эластичность. Предпочтительно по существу полные прочность, адгезия и эластичность клея превышают 80% от максимальных прочности, адгезии и эластичности клея в пределах данного температурного диапазона. Предпочтительно диапазон температур эксплуатации для клеев данного изобретения заключен в пределах от около -60°С до около 160°С.
Катализатор
Отверждаемая влагой клеевая композиция настоящего изобретения включает следующее, но не ограничивается только им: один либо несколько следующих далее катализаторов: катализаторы на основе третичных аминов, оловосодержащие катализаторы, свинецсодержащие катализаторы, висмутсодержащие катализаторы и их смеси. Катализаторы на основе третичных аминов в порядке примера, но не ограничения включают соединения, содержащие один атом третичного азота, в том числе триэтиламин, N,N-диметилциклогексиламин, N-метилморфолин, N-этилморфолин, N-(2-гидроксиэтил)морфолин, N,N-диметил-п-толуидин, β-(диметиламино)пропионитрил, N-метилпирролидон, N,N-дициклогексилметиламин и тому подобное; соединения, содержащие два атома третичного азота, в том числе N,N,N',N'-тетраметилэтилендиамин, N,N,N',N'-тетраметилпропан-1,3-диамин, N,N,N',N'-тетраметилгексан-1,6-диамин, бис(N,N-диметиламиноэтиловый) эфир, бис(2-диметиламиноэтиловый)эфир, этиленгликоль-бис(3-диметил)аминопропиловый эфир, N'-циклогексил-N,N-диметилформамидин, N,N'-диметилпиперазин, триметилпиперазин, 1,2-пеперидиноэтан, бис(аминопропил)пиперазин, N-метил-N'-(2-гидроксиэтил)пиперазин, N-метил-N'-(2-гидроксиэтил)пиперазин, N-метил-N'-(2-гидроксиэтил)пиперазин, N-(N',N'-диметиламиноэтил)морфолин, бис(морфолиноэтиловый) эфир, бис(2,6-диметилморфолиноэтиловый) эфир, 1,2-диметилимидазол, N-метилимидазол, 1,4-диазин, диазабицикло[2.2.2]октан, 1,4-диазабицикло[3.3.0]окт-4-ен, 1,5-диазабицикло[4.3.0]нон-5-ен, 1,8-диазабицикло[5.4.0]ундец-7-ен, их феноляты, их октаноаты и тому подобное; соединения, содержащие три атома третичного азота, в том числе N,N,N',N'',N''-пентаметилдиэтилентриамин, N,N,N',N'',N''-пентаметилдиэтилентриамин, N,N,N',N'',N''-пентаметилдипропилентриамин, тетраметилгуанидин, N-циклогексил-N',N',N'',N''-тетраметилгуанидин, N-метил-N'-(2-диметиламино)этилпиперазин, 1,5,7-триазабицикло[4.4.0]дец-5-ен и тому подобное; и соединения, содержащие четыре атома азота, в том числе 1,1,4,7,10,10-гексаметилтриэтилентетраамин, 1,3,5-трис(N,N-диметилпропил)гексадро-1,3,5-триазин и тому подобное.
Оловосодержащие катализаторы в порядке примера, но не ограничения включают октаноат олова (II), диацетат дибутилолова, дилаурат дибутилолова, меркаптид дибутилолова, тиокарбоксилат дибутилолова, дималеат дибутилолова, меркаптид диоктилолова, тиокарбоксилат диоктиолова, оксид дибутилолова в диизооктилфталате, алифатическое оловоорганическое соединение и их смеси.
Катализаторы, содержащие свинец, висмут и ртуть, в порядке примера, но не ограничения включают 2-этилгексанат свинца, неодеканоат висмута, пропионат фенилртути и тому подобное.
Дополнительные необязательные ингредиенты
В дополнение к описанным выше компонентам отверждаемая влагой клеевая композиция настоящего изобретения необязательно может включать добавку либо комбинацию добавок. Подходящие добавки в порядке примера, но не ограничения включают антиоксиданты, катализаторы, смазки, сухие разбавители, биоциды, усилители адгезии, поглотители и стабилизаторы ультрафиолетового излучения. Некоторые добавки могут действовать в роли регуляторов для способа полимеризации, тем самым оказывая воздействие на физические свойства (например, модуль упругости, температура стеклования) продукта полимеризации, полученного из композиции. Другие могут оказывать влияние на целостность продукта полимеризации в композиции (например, предохранять от деполимеризации, окислительной деструкции либо поражения биологической природы).
Дегидратирующий агент
Отверждаемая влагой клеевая композиция также включает дегидратирующий агент. Примеры дегидратирующего агента включают следующее, но не ограничиваются только им: винилтриметоксисилан, любые винилалкоксисилан, неорганические и органические цеолиты и тому подобное. Предпочтительно дегидратирующим агентом является винилтриметоксисилан, продаваемый под торговым наименованием Silquest A-171 компанией Witco OSI Specialties из Дэнбери, Коннектикут.
Усилитель адгезии
Как упоминалось выше, отверждаемая влагой клеевая композиция также может включать усилитель адгезии. Примеры усилителей адгезии включают следующее, но не ограничиваются только им: N-(бета-аминоэтил)-гамма-аминопропилтриметоксисилан, N-(бета-аминоэтил)-гамма-аминопропилдиметоксиметилсилан, гамма-глицидоксипропилтриметоксилсилан, любой замещенный силан, где одно либо несколько из мест замещений содержит другую функциональную группу и тому подобное. Предпочтительным усилителем адгезии является N-(бета-аминоэтил)-гамма-аминопропилтриметоксисилан, продаваемый под торговым наименованием Silquest A-1120 компанией Witco OSI Specialties из Дэнбери, Коннектикут.
Антиоксидант
Отверждаемая влагой клеевая композиция также может включать антиоксидант. Примеры антиоксидантов включают следующее, но не ограничиваются только им: пространственно-затрудненные фенолсодержащие соединения, замещенный бензотриазол, светостабилизатор на основе пространственно-затрудненного амина (HALS), тиодиэтилен-бис(3,5-ди-трет-бутил)-4-гидроксигидроциннамат, любой другой поглотитель ультрафиолетовых лучей либо акцептор свободных радикалов, или же их комбинация. Предпочтительно антиоксидант может включать следующее, но не ограничиваться только им: пространственно-затрудненные фенолсодержащие соединения, продаваемые под торговым наименованием Irganox 1010 компанией Ciba Specialty Chemicals из Тэрритауна, Нью-Йорк; замещенный бензотриазол, продаваемый под торговым наименованием Tinuvin 327 компанией Ciba Specialty Chemicals из Тэрритауна, Нью-Йорк; светостабилизатор на основе пространственно-затрудненного амина, продаваемый под торговым наименованием Tinuvin 770 компанией Ciba Specialty Chemicals из Тэрритауна, Нью-Йорк; и их комбинации.
Способ получения отверждаемой влагой клеевой композиции
Упомянутые выше компоненты отверждаемой влагой клеевой композиции можно смешать при использовании обычных оборудования и технологии по переработке. Предпочтительно в ходе переработки отверждаемой влагой клеевой композиции предпринимают меры по сведению к минимуму захвата композицией влаги, а в некоторых случаях по уменьшению содержания влаги в композиции. В общем случае это включает нагревание смеси и/или подключение линии вакуума для удаления воды, однако для достижения приемлемого уровня содержания влаги может быть использован и любой другой способ, известный специалисту в соответствующей области. Предпочтительно отверждаемая влагой клеевая композиция настоящего изобретения характеризуется уровнем содержания влаги, меньшим около 1000 ч./млн, более предпочтительно меньшим около 800 ч./млн, а наиболее предпочтительно меньшим около 600 ч./млн согласно измерению в соответствии с ASTM Test Method D4672. Также предпочтительно клеевая композиция характеризуется уровнем содержания влаги, превышающим около 200 ч./млн согласно измерению в соответствии с ASTM Test Method D4672. Предпочтительно отверждаемая влагой клеевая композиция характеризуется уровнем содержания легколетучих веществ, меньшим около 10 мас.%, более предпочтительно меньшим около 5 мас.%, еще более предпочтительно меньшим около 3 мас.%, еще более предпочтительно меньшим около 1 мас.%, а наиболее предпочтительно меньшим около 0,5 мас.% от полной клеевой композиции согласно измерению в соответствии с ASTM Test Method D1490.
В одном варианте реализации настоящего изобретения отверждаемую влагой клеевую композицию используют для соединения, по меньшей мере, двух склеиваемых материалов (или же, по меньшей мере, двух материалов либо кусков материала, подлежащих склеиванию). Склеиваемые материалы включают следующее, но не ограничиваются только им: бумага, металл, керамика, стекло, различные виды текстиля, ткань, пластмасса, каучук, пенопласты, каменная кладка, древесина, кожа, композиты и тому подобное. Кроме этого два либо более склеиваемых материала могут быть одинаковыми либо различающимися материалами. Отверждаемую влагой клеевую композицию, включающую полимер, содержащий реакционно-способные кремнийсодержащие концевые группы, наносят, по меньшей мере, на один из двух склеиваемых материалов. Клей предпочтительно относится к одноупаковочному типу, но также может включать две либо более упаковки. Клей можно нанести на одну сторону, две стороны либо много сторон склеиваемых материалов подобно обычно используемым клеям. Клей можно наносить по обычно используемым способам, таким как использование рук/пальцев человека, шпателей, валиков, мастерков либо распылителей, и его можно отпускать в обычно используемой упаковке, такой как тюбики, жестяные банки либо контейнеры. Предпочтительно отверждаемую влагой клеевую композицию наносят таким образом, чтобы первоначально ее толщина доходила бы вплоть до около 7 мм, более предпочтительно превышала величину, находящуюся в диапазоне от около 1 мм до около 5 мм, а более предпочтительно от около 1,5 до около 4 мм. Предпочитается, чтобы отверждаемую влагой клеевую композицию наносили бы поверх, по меньшей мере, 25% поверхности одного склеиваемого материала, которая будет присоединена к другому склеиваемому материалу.
Поверхности склеиваемых материалов, подлежащие склеиванию, можно выдерживать вне контакта друг с другом до тех пор, пока в клее в результате воздействия атмосферной влаги не разовьется клейкость, достаточная для удерживания склеиваемых материалов вместе. Предпочтительно склеиваемые материалы выдерживают вне контакта друг с другом (с другими склеиваемыми материалами) в течение менее чем около 20 минут, предпочтительно в течение менее чем около 15 минут, а более предпочтительно в течение менее чем около 10 минут и еще более предпочтительно в течение менее чем около 1 минуты.
Как только в клее разовьется клейкость, подлежащие соединению склеиваемые материалы впервые вводят в контакт, формируя между ними соединение, обусловленное наличием клея. Предпочтительно клейкость достаточна для временного недопущения растаскивания склеиваемых материалов до отверждения клея. Предпочтительно положение склеиваемых материалов можно изменять в течение определенного периода времени до первоначального отверждения. Первоначальное отверждение определяют как время, в течение которого со сборным элементом можно проводить манипуляции, то есть выполнять перемещения, не разрушая клеевое соединение. По истечении данного времени положение субстратов больше изменять будет нельзя без необратимого ухудшения порочности клеевого соединения. В случае клеевого соединения, в котором один субстрат неподвижен, то есть стена, это момент, в который для удерживания субстратов вместе крепление скобами больше не потребуется. Предпочтительно положение, по меньшей мере, двух склеиваемых материалов можно изменять друг по отношению к другу в течение более чем около 5 минут после того, как их впервые введут в контакт друг с другом, более предпочтительно в течение более чем около 10 минут, еще более предпочтительно в течение более чем около 15 минут, еще более предпочтительно в течение более чем около 20 минут, даже более всего предпочтительно в течение более чем около 30 минут. Также предпочитается, чтобы в клеевом соединении между, по меньшей мере, двумя склеиваемыми материалами отверждение прошло бы в степени, достаточной для недопущения последующего разрушения такого клеевого соединения по истечении разумного периода времени. Изобретатели предпочтительно рассматривают 90% отверждения как достаточную степень для того, чтобы было бы довольно трудно разрушить клеевое соединение в результате использования либо неправильного использования подвергнутых склеиванию материалов. 90% отверждения определяют как степень, когда около 90% от имеющихся реакционно-способных кремнийсодержащих концевых групп вступит в реакцию. При 23°С и 50% относительной влажности предпочтительно клей отверждается на около 90% в течение менее чем около 24 часов, более предпочтительно отверждается на около 90% в течение менее чем около 16 часов, еще более предпочтительно отверждается на около 90% в течение менее чем около 12 часов, а наиболее предпочтительно отверждается на около 90% в течение менее чем около 8 часов.
Предшествующее подробное описание приводится исключительно для достижения ясности понимания, и никакие излишние ограничения из его понимания вытекать не должны. Таким образом, специалистом в соответствующей области могут быть выполнены многочисленные модифицирования и изменения без отклонения от объема и сущности изобретения. Следующие далее примеры будут использоваться для дополнительной типизации природы изобретения, но они не должны быть восприняты в качестве ограничения его объема, который определяется исключительно в прилагаемой формуле изобретения.
Рабочие примеры
Примеры 1-3
В примерах 1-3 отверждаемые влагой клеевые композиции, перечисленные в приведенной ниже таблице 1, в общем случае получали в соответствии со следующей методикой: полупрозрачный маловязкий клей получали в результате составления смеси с полипропиленоксидом с метилдиметоксисилильной функциональной группой, продаваемым под торговым наименованием MS Polymer S303H компанией Kaneka из Осаки, Япония, в малоскоростном лабораторном многолопастном смесителе от компании Teledyne Readco из Йорка, Пенсильвания, держа смеситель закрытым для сведения к минимуму воздействия влаги. Смеситель запускали на малой скорости и проводили добавление следующих веществ: один из трех полипропиленгликолей, продаваемых под торговым наименованием Arcol Polyol PPG-2000, PPG-3025 и PPG-4000 компанией Bayer из Питтсбурга, Пенсильвания, и пространственно-затрудненный фенолсодержащий антиоксидант, продаваемый под торговым наименованием Irganox 1010 компанией Ciba Specialty Chemicals из Тэрритауна, Нью-Йорк. После этого смеситель герметизировали и нагревали до диапазона температур 71-77°С. В ходе нагревания к партии в смесителе подключали линию вакуума для непрерывной отгонки какой-либо воды, присутствующей в исходных веществах.
Для смеси проводили испытания для определения содержания воды после смешения при целевой температуре с целью выяснения того, был ли достигнут целевой уровень содержания, меньший, чем 1000 ч./млн. Нагревание и подключение линии вакуума сохраняли до тех пор, пока содержание влаги не становилось ниже 1000 ч./млн. Как только данный уровень достигали, нагревание прекращали, а линию вакуума перекрывали.
Когда партия остывала до температуры, меньшей 50°С, в смесь добавляли дегидратирующий агент винилтриметоксисилан, продаваемый под торговым наименованием Silquest A-171 Silane компанией Witco OSI Specialties из Дэнбери, Коннектикут, и проводили перемешивание при малой скорости в течение пяти минут. После этого в смесь добавляли усилитель адгезии N-(3-триметокси-1,2-этандиамин)силан, продаваемый под торговым наименованием Silquest А-1120 компанией Witco OSI Specialties из Дэнбери, Коннектикут, и проводили перемешивание при малой скорости в течение 5 минут. Затем в смесь добавляли катализатор оксид дибутилолова в диизооктилфталате, продаваемый под торговым наименованием FomRez SUL-11A компанией Witco OSI Specialties из Дэнбери, Коннектикут, подключали линию вакуума и смесь перемешивали при малой скорости в течение пяти минут. После этого смесь переводили в воздухонепроницаемый контейнер для проведения последующих испытаний.
Вязкость композиции из примера 1 (вискозиметр Брукфильда, шпиндель Т/В, 5 об/мин при 23°С): 2400 сП. Клей композиции из примера 1 распределяли на одном слое склеиваемого материала брезента и немедленно накрывали вторым склеиваемым материалом брезентом и проводили измерения значений прочности на раздир. Значения прочности на раздир для пяти образцов для испытаний были равны 0,823, 0,771, 0,788, 0,753 и 0,823 кН/м при средней величине прочности на раздир 0,788 кН/м плюс либо минус 0,0438 кН/м.
Клеевую композицию из примера 1 наносили между склеиваемыми материалами формальдегидным компаундом «Формика» и клееной фанерой. Мастерком наносили отверждаемую влагой клеевую композицию только на одну поверхность (1/8'' × 1/8''), а после этого проводили испытание для определения адгезии. Сборный элемент формальдегидный компаунд «Формика»/клееная фанера помещали в печь и нагревали до 105°С в течение около 3 часов. Никакого отслаивания по кромкам не наблюдалось.
Для композиции из примера 2 проводили испытания для определения предела прочности при сдвиге на древесине. В соответствии с ASTM D 1002 предел прочности при сдвиге был следующим: 1017,7 кПа по истечении 24 часов после нанесения, 1368,6 кПа по истечении 48 часов и 1208,0 кПа по истечении 1 недели.
Также проводили испытания для определения твердости клеевой композиции из примера 2. Твердость А по Шору была равна 32А по истечении 24 часов после нанесения и была равна 37А по истечении 48 часов.
Твердость А по Шору
Испытания для определения предела прочности при сдвиге у композиции из примера 2 на древесине проводили по истечении 24 часов, 48 часов и 1 недели. Результаты были получены следующие:
Предел прочности при сдвиге (древесина):
Примеры 4-11
В примерах 4-11 отверждаемые влагой клеевые композиции, перечисленные в приведенной ниже таблице 2, в общем случае получали в соответствии со следующей методикой: прозрачный клей получали в результате составления смеси с полипропиленоксидом с метилдиметоксисилильной функциональной группой, продаваемым под торговым наименованием MS Polymer S303H компанией Kaneka из Осаки, Япония, в малоскоростном лабораторном многолопастном смесителе от компании Teledyne Readco из Йорка, Пенсильвания, держа смеситель закрытым для сведения к минимуму захвата влаги. Лабораторный многолопастный смеситель запускали на малой скорости и добавляли следующее: наполнитель коллоидальный аморфный диоксид кремния с площадью удельной поверхности 50 м2/г, продаваемый под торговым наименованием Aerosil OX-50 компанией Degussa Corporation из Риджфильд-Парка, Нью-Джерси; антиоксидант замещенный бензотриазол, продаваемый под торговым наименованием Tinuvin 327 компанией Ciba Specialty Chemicals из Тэрритауна, Нью-Йорк; антиоксидант светостабилизатор на основе пространственно-затрудненного амина, продаваемый под торговым наименованием Tinuvin 770 компанией Ciba Specialty Chemicals из Тэрритауна, Нью-Йорк; и пространственно-затрудненный фенолсодержащий антиоксидант, продаваемый под торговым наименованием Irganox 1010 компанией Ciba Specialty Chemicals из Тэрритауна, Нью-Йорк.
После этого смеситель герметизировали и нагревали до диапазона температур 71-77°С. В ходе нагревания к смесителю подключали линию вакуума для непрерывной отгонки какой-либо воды, присутствующей в смеси. Для смеси проводили испытания после достижения целевой температуры с целью выяснения того, был ли достигнут целевой уровень содержания влаги, меньший, чем 1000 ч./млн. Нагревание и подключение линии вакуума сохраняли до тех пор, пока не добивались достижения данной цели. Сразу после ее достижения нагревание прекращали, а линию вакуума перекрывали.
Как только партия остывала до температуры, меньшей 50°С, в смесь добавляли дегидратирующий агент винилтриметоксисилан, продаваемый под торговым наименованием Silquest A-171 Silane компанией Witco OSI Specialties из Дэнбери, Коннектикут, и проводили перемешивание при малой скорости в течение 5 минут. После этого в смесь добавляли усилитель адгезии N-(3-триметокси-1,2-этандиамин)силан, продаваемый под торговым наименованием Silquest А-1120 компанией Witco OSI Specialties из Дэнбери, Коннектикут, и проводили перемешивание при малой скорости в течение 5 минут. Затем в смесь добавляли катализатор оксид дибутилолова в диизооктилфталате, продаваемый под торговым наименованием FomRez SUL-11A компанией Witco OSI Specialties из Дэнбери, Коннектикут, подключали линию вакуума и смесь перемешивали при малой скорости в течение 5 минут. После этого смесь переводили в воздухонепроницаемые контейнеры для проведения последующих испытаний.
Испытание для определения предела прочности при сдвиге у отверждаемой влагой клеевой композиции из примера 4 проводили в соответствии с ASTM D 1002, и результаты были получены следующие:
Отверждаемую влагой клеевую композицию из примера 4, содержащую 27,5 мас.% коллоидального диоксида кремния (ОХ-50), помещали в прибор для испытания на атмосферостойкость Q-UV: по истечении 1687 часов клеевая композиция демонстрировала только незначительные пожелтение и растрескивание.
Испытание для определения предела прочности при сдвиге у композиции из примера 5, содержащей 21,8 мас.% наполнителя в виде коллоидального диоксида кремния, проводили, измеряя предел прочности при сдвиге по истечении 24 часов отверждения и по истечении 1 недели отверждения на нескольких различных субстратах. Результаты были получены следующие:
Испытание для композиции из примера 9 также проводили и с использованием Q-UV. Композиция из примера 9, содержащая 14,7% коллоидального диоксида кремния с площадью удельной поверхности, равной около 90 квадратным метрам на один грамм, демонстрировала следующие эксплуатационные характеристики:
100 часов: Отсутствие пожелтения
150 часов: Незначительное пожелтение
938 часов: Умеренное пожелтение
Предел прочности при сдвиге у композиции из примера 9 также измеряли для образцов из древесины, и результаты были получены следующие:
24 часа: 1758,2 кПа, 50% разрушения по древесине
48 часов: 1882,3 кПа, 100% разрушения по древесине
1 неделя: 1889,9 кПа, 100% разрушения по древесине
Испытание для определения атмосферостойкости и стойкости к УФ-излучению:
Для клеевой композиции из примера 10, содержащей 3,7 мас.% коллоидального диоксида кремния, и клеевой композиции из примера 11, содержащей 1,2 мас.% коллоидального диоксида кремния, проводили испытания для определения атмосферостойкости. Данные композиции поливом наносили на алюминий и оставляли для отверждения в течение 24 часов при комнатной температуре. После этого образцы помещали в прибор для испытания на атмосферостойкость Q-UV. По истечении 100 часов воздействия УФ-излучения было замечено, что у композиции из примера 10 с относительно меньшим содержанием коллоидального диоксида кремния начало развиваться пожелтение. У композиции из примера 11 по истечении 100 часов воздействия УФ-излучения отмечалось незначительное пожелтение. Однако результаты для композиции из примера 11 показали слабое пожелтение по истечении 160 часов нахождения в приборе для испытания на атмосферостойкость.
Для определения вязкости у образцов из примеров 4-8 и 13 испытания проводили в соответствии с методикой, установленной согласно ASTM D 1084-88 Test Method В, с измерением вязкости смеси в исходном состоянии и по истечении 24 часов, и результаты измерений приводятся ниже:
Испытания показали, что при использовании коллоидального аморфного диоксида кремния вязкость зависит от площади удельной поверхности использованных частиц диоксида кремния. Вязкость образцов из примеров 2 и 4 находилась в неподходящем диапазоне при измерении по истечении 24 часов. Испытания для образца из примера 6 также продемонстрировали, что достижения высокого значения степени введения наполнителя можно добиться без увеличения вязкости до значений, выходящих из диапазона, подходящего для клея.
Примеры 12 и 13
В примерах 12-13 отверждаемые влагой клеевые композиции, перечисленные в приведенной ниже таблице 3, в общем случае получали в соответствии со следующей методикой: белый клей получали в результате составления смеси с полипропиленоксидом с метилдиметоксисилильной функциональной группой, продаваемым под торговым наименованием MS Polymer S303H компанией Kaneka из Осаки, Япония, в малоскоростном лабораторном многолопастном смесителе от компании Teledyne Readco из Йорка, Пенсильвания, держа смеситель закрытым для сведения к минимуму захвата влаги. Лабораторный многолопастный смеситель запускали на малой скорости и добавляли следующее: бутилбензилфталат, продаваемый под торговым наименованием Santicizer 160 компанией Solutia, Inc. из Сент-Луиса, Миссури; карбонат кальция, продаваемый под торговым наименованием Wingdale White компанией Imerys из Росвелла, Джорджия; отбеливатель диоксид титана, продаваемый под торговым наименованием Tiona RCL-9 компанией Millenium Inorganic Chemicals, Inc. из Балтимора, Массачусетс; наполнитель коллоидальный аморфный диоксид кремния с площадью удельной поверхности 200 м2/г, продаваемый под торговым наименованием Aerosil 200 компанией Degussa Corporation из Риджфильд-Парка, Нью-Джерси; антиоксидант замещенный бензотриазол, продаваемый под торговым наименованием Tinuvin 327 компанией Ciba Specialty Chemicals из Тэрритауна, Нью-Йорк; антиоксидант светостабилизатор на основе пространственно-затрудненного амина, продаваемый под торговым наименованием Tinuvin P компанией Ciba Specialty Chemicals из Тэрритауна, Нью-Йорк; и пространственно-затрудненный фенолсодержащий антиоксидант, продаваемый под торговым наименованием Irganox 1010 компанией Ciba Specialty Chemicals из Тэрритауна, Нью-Йорк.
После этого смеситель герметизировали и нагревали до диапазона температур 71-77°С. В ходе нагревания к смесителю подключали линию вакуума для непрерывной отгонки какой-либо воды, присутствующей в смеси. Для смеси проводили испытания после достижения целевой температуры с целью выяснения того, был ли достигнут целевой уровень содержания влаги, меньший, чем 1000 ч./млн. Нагревание и подключение линии вакуума сохраняли до тех пор, пока не добивались достижения данной цели. Сразу после ее достижения нагревание прекращали, а линию вакуума перекрывали.
Как только партия остывала до температуры, меньшей 50°С, в смесь добавляли дегидратирующий агент винилтриметоксисилан, продаваемый под торговым наименованием Silquest A-171 Silane компанией Witco OSI Specialties из Дэнбери, Коннектикут, и проводили перемешивание при малой скорости в течение 5 минут. После этого в смесь добавляли усилитель адгезии N-(3-триметокси-1,2-этандиамин)силан, продаваемый под торговым наименованием Silquest А-1120 компанией Witco OSI Specialties из Дэнбери, Коннектикут, и проводили перемешивание при малой скорости в течение 5 минут. Затем в смесь добавляли катализатор оксид дибутилолова в диизооктилфталате, продаваемый под торговым наименованием FomRez SUL-11A компанией Witco OSI Specialties из Дэнбери, Коннектикут, подключали линию вакуума и смесь перемешивали при малой скорости в течение 5 минут. После этого смесь переводили в воздухонепроницаемый контейнер для проведения последующих испытаний.
Вязкость клеевой композиции из примера 12 измеряли в исходном состоянии и по истечении 24 часов. Вязкость в исходном состоянии (по Брукфильду T/D при 5 об/мин) была равна 332000 сП. По истечении 24 часов вязкость была равна 370000 сП. Значения предела прочности при сдвиге у клеевой композиции из примера 12 были следующими:
Значение предела прочности при сдвиге в результате приводило к разрушению субстрата.
Образец было трудно перерабатывать вследствие высокой вязкости композиции, но он действительно позволял получить отверждаемый влагой клеевой продукт, обладающий свойствами, делающими его функциональным клеем.
Изобретение относится к клеевой композиции, а именно к отверждаемой влагой клеевой композиции, и способу соединения двух склеиваемых материалов. Отверждаемая влагой клеевая композиция содержит от около 60% до около 97 мас.% полимера с реакционно-способной кремнийорганической концевой группой в расчете на полную массу композиции; от около 0,01% до около 4 мас.% катализатора в расчете на полную массу отверждаемой влагой композиции, выбранного из группы, состоящей из оловосодержащего катализатора, висмутсодержащего катализатора, и их смесей, и смесей либо отдельно, либо обоих с катализаторами на основе третичных аминов и/или свинцовых катализаторов; и от около 3% до около 35% разбавителя в расчете на полную массу отверждаемой влагой композиции, причем отверждаемая влагой клеевая композиция имеет вязкость в диапазоне от около 1000 сП до около 500000 сП и температуру стеклования ниже около -20°С. Отверждаемая влагой клеевая композиция демонстрирует улучшенные характеристики в отношении клейкости и саморастекания при низких вязкостях, меньших, чем около 10000 сантипуазов. В еще одном варианте реализации отверждаемая влагой клеевая композиция включает полимер, содержащий реакционно-способные кремнийсодержащие концевые группы, катализатор и вплоть до около 40 мас.% наполнителя в расчете на полную массу клеевой композиции. Отверждаемая влагой клеевая композиция сохраняет прозрачность при высоком значении степени введения наполнителя и отличается превосходной стойкостью к действию УФ-излучения. В еще одном варианте реализации отверждаемая влагой клеевая композиция включает полимер, содержащий реакционно-способную кремнийсодержащую группу, и от около 40% до около 85 мас.% наполнителя и характеризуется вязкостью, меньшей, чем около 500000 сантипуазов. Настоящее изобретение относится и к способу соединения двух склеиваемых материалов. 7 н. и 22 з.п. ф-лы, 3 табл.
от около 0,01 до около 4 мас.% катализатора в расчете на полную массу отверждаемой влагой композиции, выбранного из группы, состоящей из оловосодержащего катализатора, висмутсодержащего катализатора и их смесей, и смесей либо отдельно либо обеих с катализаторами на основе третичных аминов и/или свинцовых катализаторов; и
от около 3 до около 35% разбавителя в расчете на полную массу отверждаемой влагой композиции, причем отверждаемая влагой клеевая композиция имеет вязкость в диапазоне от около 1000 до около 500000 сП и температуру стеклования ниже около -20°С.
реакционноспособную кремнийорганическую группу выбирают из группы, состоящей из триэтоксисилана, метилдиэтоксисилана, трисиланола, алкоксисилана, замещенного силана, многозвенного силанола и их комбинаций.
от около 0,01 до около 4 мас.% катализатора в расчете на полную массу отверждаемой влагой клеевой композиции;
от около 0,01 до около 5 мас.% усилителя адгезии;
от около 0,01 до около 10 мас.% дегидратирующего агента;
от около 3 до около 35 мас.% разбавителя;
в которой полимер выбирают из группы, состоящей из полиалкилоксида, полиалкана, полиалкена, полиалкина, полимеров из мономеров стирола с замещенным алкилом и их смесей;
а реакционноспособную кремнийорганическую группу выбирают из группы, состоящей из триэтоксисилана, метилдиэтоксисилана, трисиланола, алкоксисилана, замещенного силана, звеньев с несколькими силанольными группами и их комбинаций, причем отверждаемая влагой клеевая композиция имеет вязкость от около 1000 до около 500000 сП и температуру стеклования ниже около -20°С.
нанесения отверждаемого влагой клея, включающего полимер, содержащий реакционноспособную кремнийсодержащую концевую группу, катализатор и разбавитель, по меньшей мере, на один склеиваемый материал;
выдерживания первого и второго склеиваемых материалов вне контакта друг с другом в течение менее чем около 20 мин до тех пор, пока клей не начнет отверждаться; и
введение в контакт второго склеиваемого материала с отверждаемым влагой клеем, нанесенным на первый склеиваемый материал, с получением клеевого соединения между двумя склеиваемыми материалами.
от около 5 до около 95 мас.% полимера с реакционноспособной кремнийорганической концевой группой в расчете на полную массу композиции;
от около 0,01 до около 4 мас.% катализатора в расчете на полную массу отверждаемой влагой композиции; и
от около 5 до около 85% наполнителя в расчете на полную массу отверждаемой влагой композиции, причем наполнитель, представляющий собой коллоидный диоксид кремния, имеет площадь удельной поверхности менее чем около 90 м2/г, а размер частиц наполнителя находится в диапозоне от около 40 до около 60 нм, и дополнительно содержит от около 0,01 до около 7 мас.% второго наполнителя с площадью удельной поверхности, по меньшей мере, равной около 90 м2/г, при этом композиция не обнаруживает видимых пожелтения и растрескивания по истечению около 1000 ч пребывания в приборе для испытания на атмосферостойкость Q-UV.
от около 0,01 до около 10 мас.% дегидратирующего агента от всей массы отверждаемой влагой композиции.
реакционноспособную кремнийорганическую группу выбирают из группы, состоящей из триэтоксисилана, метилдиэтоксисилана, трисиланола, алкоксисилана, замещенного силана, звеньев с несколькими силанольными группами и их комбинаций; и
катализатор выбирают из группы, состоящей из октаноата олова(II), диацетата дибутилолова, дилаурата дибутилолова, меркаптида дибутилолова, тиокарбоксилата дибутилолова, дималеата дибутилолова, меркаптида диоктилолова, тиокарбоксилата диоктиолова, оксида дибутилолова в диизооктилфталате, алифатического оловоорганического соединения и их смесей.
от около 45 до около 95 мас.% полимера с реакционноспособной кремнийорганической концевой группой от всей массы композиции;
от около 0,1 до около 4 мас.% катализатора от всей массы отверждаемой влагой композиции;
от около 5 до около 35 мас.% наполнителя с площадью удельной поверхности, меньшей, чем около 90 м2/г в расчете на полную массу отверждаемой влагой композиции;
от около 0,01 до около 5 мас.% усилителя адгезии в расчете на полную массу отверждаемой влагой композиции; и
от около 0,01 до около 10 мас.% дегидратирующего агента в расчете на полную массу отверждаемой влагой композиции.
реакционноспособную кремнийорганическую группу выбирают из группы, состоящей из триэтоксисилана, метилдиэтоксисилана, трисиланола, алкоксисилана, замещенного силана, звеньев с несколькими силанольными группами и их комбинаций; и
катализатор выбирают из группы, состоящей из октаноата олова(II), диацетата дибутилолова, дилаурата дибутилолова, меркаптида дибутилолова, тиокарбоксилата дибутилолова, дималеата дибутилолова, меркаптида диоктилолова, тиокарбоксилата диоктиолова, оксида дибутилолова в диизооктилфталате, алифатического оловоорганического соединения и их смесей.
нанесения отверждаемого влагой клея, включающего полимер, содержащий реакционноспособную кремнийсодержащую концевую группу, катализатор и разбавитель, по меньшей мере, на один склеиваемый материал;
выдерживания первого и второго склеиваемых материалов вне контакта друг с другом в течение менее чем около 20 мин до тех пор, пока клей не начнет отверждаться; и
введение в контакт второго склеиваемого материала с отверждаемым влагой клеем, нанесенным на первый склеиваемый материал, с получением клеевого соединения между двумя склеиваемыми материалами.
а) от около 5 до около 95 мас.% полимера или сополимера, выбранного из группы, состоящей из полиалкилоксида, полиалкана, полиалкена, полиалкина, (со)полимеров из мономеров стирола с замещенным алкилом или акриловых полимеров и имеющих реакционно-способные кремнийсодержащие концевые группы;
в) от около 5 до около 85 мас.% наполнителя, представляющего собой коллоидный диоксид кремния со средней площадью удельной поверхности менее 250 м2/г и
с) от около 0,01 до около 10 мас.% дегидратирующего агента.
| Емкостный датчик уровня | 1972 |
|
SU442380A1 |
| WO 00/37534 A1, 29.06.2000 | |||
| КЛЕЕВАЯ КОМПОЗИЦИЯ | 1992 |
|
RU2048485C1 |
