ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНЫЙ КЛЕЙ-РАСПЛАВ НА ОСНОВЕ СОПОЛИМЕРА ЭТИЛЕНА И ВИНИЛАЦЕТАТА Российский патент 2012 года по МПК C09J123/08 B82B1/00 

Описание патента на изобретение RU2455331C1

Изобретение относится к клеям-расплавам на основе сополимера этилена и винилацетата (ЭВА) и может быть использовано в обувной и других отраслях промышленности для склеивания натуральной, искусственной и синтетической кожи, текстильных материалов, бумаги, картона, древесины, резины, в том числе и пористой.

Известно / Петрова А.Л. Клеящие материалы. Справочник. /Под ред. чл.-корр. РАН, д-ра техн. наук Е.Н.Каблова, д-ра техн. паук С.В.Резниченко. - М.: ЗАО «Редакция журнала «Каучук и резина» (К и Р), 2002. - 196 с.)/, широкое применение термоплавких адгезивов на основе термопластичного сополимера этилена и винилацетата в различных областях. Содержание винилацетата в сополимерах оказывает влияние на прочность клеевых соединений. Сополимеры, содержащие менее 10 мас.% винилацетата, являясь неполярными полимерами, не могут быть использованы в качестве клеев. При увеличении содержания винилацетата до 30 мас.% прочность клеевых соединений при расслаивании заметно увеличивается и при содержании 44 мас.% составляет 0,9 Н/мм (по сравнению с 0,2 Н/мм для сополимера с содержанием винилацетата 30 мас.%).

Сополимеры ЭВА, содержащие от 15 до 40 мас.% винилацетата, имеют хорошую адгезию ко многим субстратам, хорошо совместимы с компонентами клеев, имеют высокие показатели липкости и морозостойкости. Для повышения прочности ЭВА применяют в сочетании с канифолью, оптимальное содержание которой составляет 35-40 мас.%.

Известны клеи-расплавы на основе сополимера этилена и винилацетата, используемые в мебельной, строительной, полиграфической и обувной промышленностях (RU 551353, 1977 г., C09J/14//С08К 5/49; RU 555124, 1977 г., C09J/14//С08К 5/54), однако, из-за недостаточных стабильности во времени, когезионной прочности использование данных клеев для склеивания обувных материалов затруднительно, так как не обеспечивается нормативная прочность склеивания.

Наиболее близким по техническим характеристикам к изобретению является композиция для производства адгезивов-расплавов (RU 2143451, 1999 г., C09J 123/08), содержащая сополимер этилена с винилацетатом с 5-30 мас.% винилацетата - 100 мас.ч. и продукт, включающий аморфный диоксид кремния - 0,4-5,0 мас.ч. Применение данных клеев-расплавов снижает себестоимость клеевой продукции благодаря уменьшению количества применяемых компонентов и упрощению технологии изготовления клеев-расплавов, расширяет области функционального применения за счет увеличения ассортимента склеиваемых субстратов и упрощения технологии.

Однако наряду с достоинствами композиция-прототип (RU 2143451, 1999 г., C09J 123/08) обладает недостатками:

- низкой термостабильностью клея-расплава;

- недостаточной когезионной прочностью клеевой пленки;

- эластичностью клеевой пленки ниже эластичности склеиваемых обувных материалов;

- ползучестью клеевого шва под действием нагрузки, особенно при повышенной температуре.

Все это ограничивает область применения композиции-прототипа при склеивании таких материалов, как кожа, резина, ткани и других материалов.

Задачи настоящего изобретения:

- повышение термостабильности клея-расплава;

- снижение себестоимости производства клеев-расплавов на основе сополимера ЭВА за счет сокращения компонентов, входящих в их состав и упрощения технологии их изготовления;

- расширение области применения клеев-расплавов на основе сополимера ЭВА путем увеличения ассортимента склеиваемых субстратов, применяемых при производстве изделий из кожи, а также в других отраслях;

- повышение когезионной прочности и эластичности клеевого шва.

Поставленные задачи достигаются путем введения в сополимер этилена с винилацетатом наноразмерных частиц диоксида кремния SiO2 с размером частиц 100-300 нм в оптимальных дозировках.

В качестве полимерной основы (матрицы) используется гранулированный сополимер этилена с винилацетатом, содержащий 15-30% винилацетата с показателем текучести расплава (индексом расплава) 1,0-20,0 г/10 мин, плотностью 0,925-0,950 г/см3 соответственно.

Для сравнения свойств прототипа с предлагаемым изобретением были приготовлены клеи-расплавы двух видов. В качестве модифицирующей добавки для предлагаемого изобретения использовались наночастицы диоксида кремния (размер частиц 100-300 нм) и для образцов сравнения аморфный высокодисперсный диоксид кремния (с размером частиц около 100 мкм), предложенный в прототипе. Было показано, что за счет сил межмолекулярного взаимодействия, а также под воздействием капиллярных сил высокодисперсного диоксида кремния SiO2 достигается положительный эффект.

В случае использования наночастиц диоксида кремния SiO2 уменьшается размер надмолекулярных структур в сополимере ЭВА (сферолитов). Происходит повышение плотности полимерной матрицы вследствие сближения ее макромолекул (т.е. уменьшение межмолекулярного пространства), что приводит к увеличению физических сил межмолекулярного взаимодействия (сил Ван-дер-Ваальса) и повышению когезионной прочности клеевой пленки. Эти данные были получены путем исследования структуры клеевых пленок методами оптической и электронной (растровой) микроскопии. Благодаря наноразмерам частицы диоксида кремния не снижают прочностные характеристики сополимера ЭВА в отличие от макрочастиц диоксида кремния с размером не более 100 мкм. Таким образом, размерный фактор обуславливает изменение механизма модифицирующего действия частиц диоксида кремния.

При плавлении гранул сополимера ЭВА наночастицы диоксида кремния оказываются внедренными в расплав контактирующих гранул сополимера ЭВА, и тем самым они способствуют упрочнению полученного адгезива. Так как наночастицы диоксида кремния имеют гидрофобную поверхность, то они не агломерируют в большие кластеры, а более равномерно распределяются в полимерной матрице. В результате проведенных экспериментальных исследований установлено, что оптимальной по технологическим, эксплутационным и экономическим показателям является концентрация модифицирующей добавки в пределах 0,1-1,0 мас.ч. на 100 мас.ч. сополимера ЭВА.

Установлено, что введение в качестве модифицирующей добавки наноразмерного диоксида кремния SiO2 снижает ползучесть клеевой пленки, что может быть объяснено образованием флуктационной сетки между макромолекулами сополимера ЭВА за счет установления новых физических связей между ними. Также наблюдается повышение эластичности клеевой пленки, что подтверждается возрастанием относительной деформации при разрыве клеевых пленок на основе модифицированного сополимера ЭВА.

Клей-расплав на основе сополимера ЭВА, указанный в изобретении, относится к экологически безопасным клеям, поскольку в его составе не содержатся токсичные и экологически опасные компоненты.

Интервал размягчения клея-расплава, определяемый по методу «шар-кольцо», составляет от 65-83 до 120-146°С. Вязкость (текучесть) клея-расплава определялась согласно ГОСТ 11645-73 «Пластмассы. Метод определения показателя текучести расплава термопластов». Показатель текучести полученного клея-расплава составляет от 6 до 40 г/10 мин при температуре 150°С.

Прочность склеивания обувных материалов определяется при расслаивании согласно ГОСТ 28966.1-91 «Клеи полимерные. Метод определения прочности при расслаивании». Водостойкость клеевых соединений оценивается по снижению прочности склеивания после выдержки склеенных образцов в течение 24 часов в воде, затем образцы подвергаются испытаниям на расслаивание, прочность склеивания сравнивалась с прочностью склеивания контрольных образцов, не подвергнутых воздействию воды. Термостойкость оценивалась по снижению прочности склеивания после воздействия на склеенные образцы температуры 45°С в течение 1 часа, после чего подвергались испытаниям на расслаивание. Согласно нормативам, снижение прочности склеивания после термообработки образцов не должно превышать 20%. Результаты испытаний прочности склеивания на расслаивание, термостойкость и водостойкость для прототипа и предлагаемого изобретения приведены в таблице (фиг.1).

В таблице (фиг.2) представлены адгезионные характеристики (пределы прочности при расслаивании, а также пределы прочности при испытании на термостойкость и водостойкость в системах (кожа/натуральная - резина монолитная, кожа искусственная - резина монолитная, ткань - резина монолитная) заявляемой композиции, полученной введением наночастиц диоксид кремния в расплав сополимера ЭВА.

Таким образом, клей-расплав, указанный в изобретении, обеспечивает прочность склеивания не ниже 2,7-3 кН/м - для основного склеивания деталей обуви и изделий из кожи, 0,8-3 кН/м - для второстепенного склеивания деталей обуви и изделий из кожи, что соответствует нормативным значениям прочности для клеев, используемых в обувной промышленности.

Клей-расплав может быть применим при температуре от 130 до 180°С и производиться в виде гранул, пленок, прутка, жгута.

Похожие патенты RU2455331C1

название год авторы номер документа
КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА АДГЕЗИВОВ РАСПЛАВОВ И СПОСОБ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ 1998
  • Решетов В.А.
  • Дубровин В.Д.
  • Шишкин Н.Н.
  • Шишкин А.Н.
  • Морковин В.В.
RU2143451C1
КЛЕЕВАЯ ПОЛИУРЕТАНОВАЯ КОМПОЗИЦИЯ 2011
  • Михайлова Галина Анатольевна
  • Тимофеева Екатерина Сергеевна
  • Сагидуллина Альбина Котдусовна
RU2469061C1
КЛЕЕВАЯ КОМПОЗИЦИЯ 2013
  • Фатхутдинов Равиль Хилалович
  • Уваев Вильдан Валерьевич
  • Карасева Ирина Павловна
  • Пухачева Элеонора Николаевна
  • Зарипова Валерия Маратовна
  • Саляхова Миляуша Акрамовна
RU2532520C2
ТЕРМОКЛЕЙ ДЛЯ СКЛЕИВАНИЯ И ГЕРМЕТИЗАЦИИ 2005
  • Хайруллин Ильнур Ильясович
  • Устюгова Ольга Владимировна
  • Хайруллин Ильяс Карипович
  • Поманская Марина Павловна
  • Кутыркин Игорь Вячеславович
  • Мищенко Елена Овсеевна
  • Плужнов Станислав Константинович
RU2287001C1
КЛЕЕВАЯ КОМПОЗИЦИЯ 2015
  • Кильдебекова Раушания Насгутдиновна
RU2590542C1
КЛЕЕВАЯ КОМПОЗИЦИЯ 2022
  • Субоч Георгий Анатольевич
  • Левченко Светлана Ивановна
  • Пен Владимир Робертович
  • Роот Евгений Владимирович
  • Боброва Анастасия Викторовна
RU2786096C1
Клеевая композиция на основе бутадиен-нитрильного каучука 2018
  • Субоч Георгий Анатольевич
  • Левченко Светлана Ивановна
  • Гаврилова Наталья Алексеевна
  • Семиченко Елена Сергеевна
  • Пен Владимир Робертович
RU2689583C1
АДГЕЗИОННАЯ КОМПОЗИЦИЯ 2021
  • Субоч Георгий Анатольевич
  • Левченко Светлана Ивановна
  • Пен Владимир Робертович
  • Бобров Павел Сергеевич
RU2781891C1
Клей-расплав 1980
  • Протасов Владлен Гаврилович
  • Магомедова Татьяна Владимировна
  • Горячева Мария Михайловна
  • Чернобаева Людмила Федоровна
  • Рясик Ирина Ивановна
  • Беседин Алексей Николаевич
  • Засецкая Галина Ивановна
  • Белякова Вера Ивановна
  • Смирнова Евгения Ивановна
  • Сердюк Наталия Ивановна
SU925973A1
АДГЕЗИОННАЯ КОМПОЗИЦИЯ 2003
  • Савинов А.А.
  • Борисов В.Б.
RU2233305C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 455 331 C1

Реферат патента 2012 года ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНЫЙ КЛЕЙ-РАСПЛАВ НА ОСНОВЕ СОПОЛИМЕРА ЭТИЛЕНА И ВИНИЛАЦЕТАТА

Изобретение относится к термопластичному клею-расплаву на основе сополимера этилена и винилацетата, используемому в обувной промышленности для склеивания натуральной, искусственной и синтетической кожи, текстильных материалов, бумаги, картона, резины. Клеевая композиция включает сополимер этилена с винилацетатом и модифицирующую добавку. Модифицирующая добавка представляет собой диоксид кремния, с размером частиц 100-300 нм. Модифицирующая добавка способствует увеличению стабильности клеевой композиции и повышению когезии клеевого шва. Изобретение позволяет увеличить когезионную прочность и эластичность клеевого шва, повысить термостабильность клея, снизить его себестоимость и расширить области применения клеев-расплавов на основе сополимера этилена и винилацетата путем увеличения ассортимента склеиваемых субстратов. 2 табл.

Формула изобретения RU 2 455 331 C1

Экологически безопасный клей-расплав на основе сополимера этилена и винилацетата, отличающийся тем, что вводится модифицирующая добавка диоксид кремния с размером частиц 100-300 нм при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Сополимер этилена и винилацетата с 15-30% содержанием винилацетата 100 Диоксид кремния 0,1-1

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2012 года RU2455331C1

КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА АДГЕЗИВОВ РАСПЛАВОВ И СПОСОБ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ 1998
  • Решетов В.А.
  • Дубровин В.Д.
  • Шишкин Н.Н.
  • Шишкин А.Н.
  • Морковин В.В.
RU2143451C1
КЛЕЙ-РАСПЛАВ 2005
  • Велиюлин Ибрагим Ибрагимович
  • Салюков Вячеслав Васильевич
  • Расстригин Иван Иванович
  • Скубин Владимир Кузьмич
RU2288932C1
Клеевая композиция 1975
  • Лаврентьев Герман Васильевич
  • Скрипко Леонид Александрович
  • Бронникова Галина Васильевна
  • Смирнова Екатерина Борисовна
SU551353A1
ВОДНЫЕ ДИСПЕРСИИ КЛЕЕВ 2004
  • Арндт Вольфганг
  • Муш Рюдигер
  • Панскус Кнут
  • Рише Торстен
  • Вернер Ральф
  • Хеннинг Вольфганг
RU2366679C2
АДГЕЗИВНЫЙ ПОЛИМЕРНЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ, СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ, СОХРАНЯЮЩЕЕ ФОРМУ ИЗДЕЛИЕ И ГЕРМЕТИК ИЛИ АДГЕЗИВНАЯ КОМПОЗИЦИЯ, СОДЕРЖАЩАЯ НАЗВАННЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ 2003
  • Гверин Фредерик
  • Гво Шерон Кс.
RU2344151C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОНАПОЛНЕННЫХ ПЛИТ НА ОСНОВЕ ПОЛИМЕТИЛМЕТАКРИЛАТА 1994
  • Гюнтер Иттманн[De]
  • Манфред Криг[De]
RU2097186C1
КОМПОЗИЦИЯ, ЛИСТ, СЛОИСТЫЙ МАТЕРИАЛ (ЕГО ВАРИАНТЫ), КОМПОЗИТНЫЙ МАТЕРИАЛ, ЯВЛЯЮЩИЕСЯ ОПТИЧЕСКИМИ БАРЬЕРАМИ 1999
  • Ингрим Майкл
  • Рэброкер Бет
RU2171820C2
WO 2009129908 A1, 29.10.2009
0
SU153493A1
CN 101117437 A, 06.02.2008.

RU 2 455 331 C1

Авторы

Торосян Юлия Владимировна

Прохоров Владимир Тимофеевич

Тартанов Александр Алексеевич

Даты

2012-07-10Публикация

2010-12-14Подача