СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЛЕЯЩЕЙ КОМПОЗИЦИИ И КЛЕЯЩАЯ КОМПОЗИЦИЯ Российский патент 2013 года по МПК C09J183/04 C09J163/02 

Предлагаемая для рассмотрения заявка на изобретение относится к области технологии склеивания и материалов для склеивания, а именно к способам изготовления композиций для соединения изделий с разнородными или однородными поверхностями, а также к составам этих композиций. Применение предмета изобретения предполагается в технологических процессах склейки различных направлений техники. Известно значительное количество клеев, отличающихся по химическому составу, способу и режимам применения («Клеи и герметики» под ред. Д.А.Кардашова, М., Химия 1978 г., с.132-149). Наиболее универсальным и распространенным в технике является обширный класс клеев на основе эпоксидных смол («Энциклопедия полимеров» т.3, М., Сов. Энциклопедия 1977 г., с.937-943). Эпоксидные клеи технологичны, их подготовка несложна. Однако им свойственен ряд недостатков. Первоначальная вязкость жидких клеев невелика, а время их отверждения может достигать многих часов. В этих условиях склеиваемые поверхности смещаются относительно друг друга; приклеиваемое изделие при этом скользит по наклонной плоскости и не держится на вертикальной поверхности при отсутствии постоянного прижимного усилия. Расклейка шва эпоксидного клея сложна и малоэффективна. Время «жизни» и окончательного отверждения значительно и трудно регулируется. Передозировка состава или его перегрев приводят к охрупчиванию или разрушению клеевого контакта. Помимо сложности управления процессом отверждения, к недостаткам следует отнести и хрупкость при длительной эксплуатации шва в условиях знакопеременных температурных нагрузок и многократных механических воздействий.

Проблема расклейки увеличивается, когда требуется бездефектное разъединение поверхностей со сложным профилем, шероховатостями и значительными площадями контакта. Применение растворителей и нагрева существенных результатов не приносит. Неэффективным является применение пластификаторов эпоксидных клеев, например, на основе сложных эфиров. При этом проблемы хрупкости клеевого шва и его расклейки практически остаются нерешенными, а клеящие свойства состава и прочность склейки зачастую ухудшаются. Все сказанное относится в частности к эпоксидным связующим и композициям на их основе, описанных в патентах РФ №2317718, РФ №2160752, РФ №1470748, РФ №2220049 и целом ряде других отечественных и зарубежных источников.

Технической задачей настоящего изобретения является разработка способа изготовления клеящей композиции на эпоксидной основе с эластическими свойствами и возможностью разъединения склеенных поверхностей и их повторного соединения. Другой задачей является разработка состава композиции, изготавливаемой по данному способу. Решение поставленной задачи достигается тем, что эпоксидный клей на основе наполненных диановых смол и отверждаемый отвердителем аминного типа пластифицируют сложноэфирным раствором наполненного полисульфидного олигомера, дополнительно содержащим аминный отвердитель, например, ПЭПА. Особенностью способа является то, что окисляющий оксид металла, необходимый для отверждения полисульфида, заранее смешивают с эпоксидной клеевой основой. Пластифицирующий раствор вступает в химическое взаимодействие с наполненной основой эпоксидной смолы за счет аминного отвердителя. С другой стороны, окисляющий оксид эпоксидной основы, например, диоксид марганца, реагирует с полисульфидной составляющей пластифицирующего раствора. Гомогенизация состава происходит за счет сложноэфирной среды, хорошо растворяющей как эпоксидные, так и полисульфидные полимеры и олигомеры, а также за счет избытка аминного отвердителя, который становится ускорителем отверждения для полисульфидной составляющей. Суть способа заключается в предварительной подготовке двух композиционных составов (далее компонент А и компонент Б), вводимых в контакт непосредственно перед применением клеящей композиции.

Компонент А содержит эпоксидную диановую смолу, выбранную из ЭД-16, ЭД-20, ЭД-22 окислитель полисульфида, например, диоксид марганца, диалкилфталат, выбранный из диметилфталата, дибутилфталата и диоктилфталата, а также минеральный наполнитель, например, тонкодисперсный оксид кремния различных модификаций, в том числе сажа белая У-333,тальк, каолин, мел, технический углерод, оксиды некоторых металлов.

Компонент Б содержит основу полисульфидного герметика, выбранного из пасты герметиков У-30М, УТ-32, ВИТЭФ на основе жидкого тиокола, диалкилфталат, выбранный из диметилфталата, дибутилфталата и диоктилфталата, аминный отвердитель, например, ПЭПА, а также минеральный наполнитель.

Компонент А и компонент Б готовят отдельно и помещают в отдельную тару для хранения. Компоненты вводят в контакт непосредственно перед процессом склейки. Смешение составляющих производят в течение 0,3-0,6 часа. При приготовлении компонента А, к эпоксидной диановой смоле добавляют диалкилфталат, затем диоксид марганца, нагревают до 50°С и в последнюю очередь вносят наполнитель. Наполнитель может представлять собой смесь нескольких продуктов, указанных выше. Компонент Б готовят добавлением диалкифталата к полисульфидной основе герметика, затем добавляют аминный отвердитель эпоксидных смол, например, ПЭПА, и в последнюю очередь вносят наполнители, указанные выше, или их смеси. Количество компонентов позволяет обеспечить равномерное смешение составляющих продуктов с приданием им вязкотекучих свойств и сохраняемостью в отдельной таре в течение технологически необходимого времени. Соотношение компонента Б составляет от 10 м.ч. до 50 м.ч. на 100 м.ч. компонента А. Соотношение определяют в зависимости от необходимых вязкотекучих свойств композиции, температурных и временных условий склеивания, геометрии и площади соединяемых поверхностей.

Составляющие ингредиенты компонента А, мас.ч.:

эпоксидная диановая смола (выбранная из ЭД-16, ЭД-20 и ЭД-22) 100 диалкифталат, выбранный из диметилфталата,   дибутилфталата или диоктифталата 10-40 наполнитель, выбранный из диоксида   кремния: сажа белая У-333,   оксида цинка, оксида железа, диоксида титана, каолина,   технического углерода 110-250 диоксид марганца 5-10

Составляющие ингредиенты компонента Б, мас.ч.:

основа полисульфидного герметика:   наполненный полисульфидный   олигомер, выбранный из паст герметиков тиоколовых   У-30М, УТ-32, ВИТЭФ на основе жидкого тиокола 100 отвердитель аминный, например, ПЭПА 15-30 диалкифталат, выбранный из диметилфталата,   дибутилфталата или диоктифталата 30-50 наполнитель мелкодисперсный,   выбранный из тонкодисперсного   диоксида кремния (например, сажа белая У-333),   оксида цинка, оксида железа, диоксида титана,   каолина, технического углерода 10-80

В качестве компонентов используют следующие химические продукты:

Смола эпоксидная ЭД-20, ЭД-22 ГОСТ 10587-84 Паста герметика тиоколового У-30М ГОСТ 13489-79 Паста герметика тиоколового УТ-32 ГОСТ 24285-80 Паста герметика тиоколового ВИТЭФ ТУ 38.1051291-84 Отвердитель ПЭПА ТУ 2413-214-0020-3312-2002 Диоксид марганца ГОСТ 25823-83 Дибутилфталт ГОСТ 8728-88 Диметилфталат ГОСТ 8728-88 Диоктилфталат ГОСТ 8728-88 Диоксид титана ГОСТ 22552.4-77 Оксид цинка ГОСТ 202-84 Сажа белая У-333 ТУ 2168-016-00204872-2003 Каолин ГОСТ 19607-74 Оксид железа ТУ 6-10-1618-7 Углерод технический ГОСТ 7885-86

При изготовлении клеящей композиции используют смесительное оборудование, обеспечивающее получение гомогенных вязкотекучих смесей компонента А и компонента Б.

Новым в способе, обеспечивающем решение поставленной задачи, является последовательное приготовление эпоксидсодержащего компонента А, причем смешение всех компонентов производится в определенной, указанной выше последовательности. Составляющие компонент А вещества между собой не взаимодействуют. Компонент А может храниться в отдельной таре в течение технологически необходимого времени.

Новым в способе является также приготовление полисульфидного компонента Б (раствор полисульфидного олигомера, а именно пасты герметиков на основе жидкого тиокола в полиалкилфталате), причем смешение всех компонентов производится в определенной, указанной выше последовательности. Составляющие компонент Б вещества между собой не взаимодействуют. Компонент Б может храниться в отдельной таре в течение технологически необходимого времени.

Новым является также сочетание температуры и времени смешения компонентов. Новым является введение заранее подготовленных компонентов А и Б в указанных пределах соотношений в процесс перемешивания с получением целевой композиции непосредственно перед нанесением ее на соединяемые склейкой поверхности. Ниже приведены примеры конкретного выполнения в соответствии с заявляемым способом. Способ получения клея проиллюстрирован примерами 1-12. Соотношение ингредиентов компонентов А и Б приведены в таблице 1 и таблице 2. Свойства клеящей композиции приведены в таблице 3.

Пример 1

Для приготовления компонента А в смесительное устройство, снабженное Z-образной мешалкой, рубашкой из теплоносителя и наружным обогревом загружают 100 г эпоксидной смолы ЭД-16 и 20 г диметилфталата (табл.1). Смесь перемешивают 0,1-0,2 часа при комнатной температуре. Вводят 5 г диоксида марганца и смесь перемешивают еще 0,1 ч. Нагревают до 50°С, вносят 20 г белой сажи У-333 и 110 г каолина и продолжают перемешивание 0,2-0,3 часа. Помещают полученную смесь в закрытую тару.

Пример 2

Для приготовления компонента А в смесительное устройство (см. пр.1) загружают 100 г смолы эпоксидной ЭД-20 и 30 г дибутилфталата (табл.1). Смесь перемешивают 0,1-0,2 часа при комнатной температуре. Вводят 9 г диоксида марганца и смесь перемешивают еще 0,1 ч. Нагревают до 50°С, вносят 240 г оксида цинка и продолжают перемешивание 0,1-0,2 ч. Помещают полученную смесь в закрытую тару.

Пример 3

Для приготовления компонента А в смесительное устройство (см. пр.1) загружают 100 г смолы эпоксидной ЭД-20 и 40 г диоктилфталата (табл.1). Смесь перемешивают 0,1-0,2 часа при комнатной температуре. Вводят 10 г диоксида марганца и смесь перемешивают еще 0,1 ч. Нагревают до 50°С, вносят 180 г диоксида титана и продолжают перемешивание 0,1-0,2 ч. Помещают полученную смесь в закрытую тару.

Пример 4

Для приготовления компонента А в смесительное устройство (см. пр.1) загружают 100 г смолы эпоксидной ЭД-22 и 10 г дибутилфталата (табл.1). Смесь перемешивают 0,1-0,2 часа при комнатной температуре. Вводят 8 г диоксида марганца и смесь перемешивают еще 0,1 ч. Нагревают до 50°С, вносят 140 г каолина и продолжают перемешивание 0,1-0,2 ч. Помещают полученную смесь в закрытую тару.

Пример 5

Для приготовления компонента Б в смесительное устройство, снабженное Z-образной мешалкой, рубашкой из теплоносителя и наружным обогревом загружают 100 г основы (пасты герметика тиоколового УТ-32) и добавляют 30 г дибутилфталата (табл.2). Перемешивают еще 0,2 часа до гомогенного однородного состояния. Вводят 20 г ПЭПА и продолжают перемешивание 0,1 часа. Вносят 45 г диоксида титана и перемешивают 0,1-0,3 часа. Помещают полученную смесь в закрытую тару.

Пример 6

Для приготовления компонента Б в смесительное устройство (см. пример 5) загружают 100 г основы (пасты герметика тиоколового У-ЗОМ) и добавляют 50 г диметилфталата (табл.2). Перемешивают еще 0,2 часа до гомогенного однородного состояния. Вводят 25 г ПЭПА и продолжают перемешивание 0,1 часа. Вносят 50 г диоксида титана и перемешивают 0,1-0,3 часа. Помещают полученную смесь в закрытую тару.

Пример 7

Для приготовления компонента Б в смесительное устройство (см. пример 5) загружают 100 г основы (пасты герметика тиоколового ВИТЭФ) и добавляют 40 г диоктилфталата (табл.2). Перемешивают еще 0,2 часа до гомогенного однородного состояния. Вводят 30 г ПЭПА и продолжают перемешивание 0,1 часа. Вносят 30 г каолина и перемешивают 0,1-0,3 часа. Помещают полученную смесь в закрытую тару.

Пример 8

Для приготовления компонента Б в смесительное устройство (см. пример 5) загружают 100 г основы (пасты герметика тиоколового УТ-32) и добавляют 35 г дибутилфталата (табл.2). Перемешивают еще 0,2 часа до гомогенного однородного состояния. Вводят 18 г ПЭПА и продолжают перемешивание 0,1 часа. Вносят 10 г белой сажи и 30 г диоксида титана и перемешивают 0,1-0,3 часа. Помещают полученную смесь в закрытую тару.

Пример 9

Для приготовления клеящей композиции в технологическую емкость помещают 100 г компонента А (п.8 табл.1), добавляют частями 30 г компонента Б (п.1 табл.2). Добавление ведут при перемешивании примерно равными частями. Перемешивание производят вручную, непрерывно, по мере добавления компонента Б 0,05-0,1 часа. Передают композицию на операцию склейки.

Пример 10

Для приготовления клеящей композиции в технологическую емкость помещают 100 г компонента А (п.3 табл.1), добавляют частями 20 г компонента Б (п.2 табл.2). Добавление ведут при перемешивании примерно равными частями. Перемешивание производят вручную, непрерывно, по мере добавления компонента Б 0,05-0,1 часа. Передают композицию на операцию склейки.

Пример 11

Для приготовления клеящей композиции в технологическую емкость помещают 100 г компонента А (п.10 табл.1), добавляют частями 50 г компонента Б (п.8 табл.2). Добавление ведут при перемешивании примерно равными частями. Перемешивание производят вручную, непрерывно, по мере добавления компонента Б 0,05-0,1 часа. Передают композицию на операцию склейки.

Пример 12

Для приготовления клеящей композиции в технологическую емкость помещают 100 г компонента А (п.9 табл.1), добавляют частями 10 г компонента Б (п.9 табл.2). Добавление ведут при перемешивании примерно равными частями. Перемешивание производят вручную, непрерывно, по мере добавления компонента Б 0,05-0,1 часа. Передают композицию на операцию склейки.

Состав компонента А, полученного по описанному выше способу, приведен в табл.1.

Таблица 1 Состав компонента А клеящей композиции № п/п Количество эпоксидной смолы, м.ч. Количество диалкилфталата, м.ч. Количество наполнителя, м.ч. Количество диоксида марганца м.ч. ЭД-16 ЭД-20 ЭД-22 ДМФ ДБФ ДОФ Диоксид кремния Диоксид титана Оксид цинка Каолин 1 100     20     20     110 5 2 100         30 15 130     6 3 100         40     160   7 4   100   30       150     9 5   100     35       240   9 6   100   10           180 7 7   100       20   110     10 8   100     30       130   9 9     100     30 30   80   5 10     100   40     180     10 11     100 32       250     6 12     100   10   120     130 8

Состав компонента Б, полученного по описанному выше способу, приведен в табл.2.

Таблица 2 Состав компонента Б клеящей композиции № п/п Количество пасты герметика тиоколового, м.ч. Количество диалкилфталата, м.ч. Количество наполнителя, м.ч. Количество ПЭПА, м.ч. ВИТЭФ У-30М УТ-32 ДМФ ДБФ ДОФ Диоксид кремния Диоксид титана Оксид цинка Каолин 1 100     35     10       24 2 100       30   15     8 16 3 100         40   15   30 30 4   100     25 10       20 20 5   100   40     20   40   24 6   100     35         30 22 7   100   50     - 50     25 8     100     30 10 45     25 9     100   30   - 45     20 10     100 30       20 60   15 11     100   35     30     18 12     100     50 10   25   28

Из табл.3 видно, что наилучшее сочетание параметров клея, в том числе по значениям механической прочности и адгезии к поверхностям склеивания достигаются при соотношении количеств компонента А и компонента Б от 100:15 до 100:30. При соотношении 100:10 значение этих параметров ниже, а время отверждения композиции заметно выше. Дальнейшее снижение доли компонента Б нецелесообразно. Из табл.3 видно, что при соотношении компонентов А и Б 100:50 и адгезия к склеиваемым поверхностям, и прочность на разрыв минимальны во всем рассмотренном объеме соотношений. Дальнейшее увеличение доли компонента Б нецелесообразно.

Из табл.3 следует, что в отсутствие пластифицирующего сульфидсодержащего компонента Б, эпоксидные клеи на основе рассмотренных диановых смол хотя и проявляют значительную прочность и адгезию к поверхностям нанесения, но не обладают эластичностью даже в присутствии диалкилфталатов в качестве пластификаторов (составы 13-18). Попытка безаварийной и бездефектной расклейки, разделение склеенных поверхностей положительных результатов не дает, и простое добавление пластифицирующих полиалкифталатов к смоле безрезультатно.

Способ смешения заранее приготовленных и отдельно хранимых компонентов удается осуществить за счет выбора качественного и количественного состава и оптимальных свойств компонента А и компонента Б. Составляющие компонент А и составляющие компонент Б химические продукты между собой при раздельном хранении не взаимодействуют. Успешное приготовление компонента А и компонента Б с необходимыми эксплуатационными свойствами возможно только при условиях и в последовательности, указанных в настоящей заявке. Заявляемый способ позволяет быстро достигнуть полного и быстрого отверждения клея за счет гомогенного распределения всех ингредиентов в полиалкифталатов. При этом избыток ПЭПА, отверждающего эпоксидную смолу, ускоряет отверждение полисульфида, входящего в компонент Б. Наилучшие результаты достигаются при соотношении количества компонента А к количеству компонента Б от 100:15 до 100:30. Расклейка соединенных поверхностей достигается без разрушения склеенных изделий. Остатки клеящей композиции могут быть удалены с поверхностей, а технический процесс склеивания при необходимости возобновлен. Только совокупность заявляемого состава 2-компонентной клеящей композиции и способа, включающего как последовательность соединения ингредиентов в компоненте А и компоненте Б, так и соединения этих компонентов непосредственно перед применением, и в оптимальных количественных соотношениях позволяет решить техническую задачу быстрого и управляемого процесса формирования клеевого шва с его возможным бездефектным разрушением и повторным соединением.

Заявитель просит рассмотреть представленные материалы на предмет выдачи патента РФ на способ изготовления клеящей композиции и состав.

Изобретение относится к клеящей композиции на основе эпоксидной диановой смолы и отвердителя аминного типа. Клеящая композиция содержит основу и пластификатор. Основа содержит эпоксидную диановую смолу, диалкилфталат, наполнитель и диоксид марганца. Пластификатор в своем составе содержит основу полисульфидного герметика, отвердитель аминный, диалкилфталат и мелкодисперсный наполнитель. Основой полисульфидного герметика является наполненный полисульфидный олигомер, выбранный из пасты тиоколовых герметиков. Клеящую композицию получают путем смешения основы и пластификатора. Основу получают смешением эпоксидной смолы и диалкилфталата, перемешиванием и введением диоксида марганца. Полученную смесь нагревают и добавляют минеральный наполнитель, с последующим перемешиванием. Пластификатор получают перемешиванием полисульфидного олигомера с диалкилфталатом. В полученную смесь вводят аминный отвердитель и добавляют тонкодисперсный наполнитель. Полученная клеящая композиция обладает достаточной эластичностью, что обеспечивает возможность разъединения склеенных поверхностей и их повторного разъединения. 2 н.п. ф-лы, 3 табл., 12 пр.

1. Состав клеящей композиции на основе эпоксидной диановой смолы и отвердителя аминного типа, отличающийся тем, что содержит основу (компонент А) и пластификатор (компонент Б) при следующем составе компонентов:
Компонент А, мас.ч.:
Эпоксидная диановая смола   (выбранная из ЭД-16, ЭД-20 и ЭД-22) 100 Диалкилфталат, выбранный из диметилфталата,   дибутилфталата или диоктилфталата 10-40 Наполнитель, выбранный из тонкодисперсного диоксида кремния   (сажа белая У-333), оксида цинка, оксида железа, диоксида титана,   каолина, технического углерода 110-250 Диоксид марганца 5-10

2. Способ изготовления клеящей композиции по п.1 на основе эпоксидной диановой смолы и отвердителя аминного типа путем смешения компонентов, отличающийся тем, что включает приготовление компонента А, полученного смешением эпоксидной смолы и диалкилфталата (пластификатора), с последующим перемешиванием при комнатной температуре в течение 0,1-0,2 ч и введением диоксида марганца и перемешиванием в течение 0,1 ч, нагреванием до 50°С и последующим добавлением минерального наполнителя и перемешиванием в течение 0,2-0,3 ч, приготовление компонента Б, полученного перемешиванием полисульфидного олигомера с диалкилфталатом (пластификатором) в течение 0,2 ч, введением аминного отвердителя, последующим перемешиванием в течение 0,1 ч и добавлением минерального наполнителя, перемешивание компонента А с компонентом Б в течение 0,05-0,1 ч, причем компонент А и компонент Б взяты в соотношении: 100 мас.ч. компонента А к 10-50 мас.ч. компонента Б.