Двухкомпонентная акриловая клеевая композиция для склеивания металлов и способ ее изготовления. Российский патент 2025 года по МПК C09J4/02 C09J133/08 C09J133/10 C09J133/12 C08L33/12 B32B7/12 

Изобретение относится к области клеевых композиций и может быть использовано для склеивания металлических поверхностей в различных отраслях промышленности, включая автомобилестроение, авиастроение и общее машиностроение.

Известна клеевая композиция, включающая первый компонент, который содержит одно или более эпокси-содержащих соединений, и второй компонент, который химически реагирует с первым компонентом, при этом второй компонент содержит политиоловый отверждающий агент и алканоламин, причем политиоловый отверждающий агент присутствует во втором компоненте в количестве, достаточном для обеспечения отношения эпоксидных функциональных групп первого компонента к тиольным функциональным группам второго компонента в диапазоне от 1,5:1 до 5:1 (Патент RU № 2750708, опубл. 01.07.2021). Недостатками композиции являются возможная сложность в соблюдении пропорций компонентов, что может привести к недостаточной прочности соединения, а также, чувствительность к условиям хранения и отверждения может ограничивать область применения.

Известна отверждаемая влагой клеевая композиция, которая 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 (Патент RU № 2286369, опубл. 27.10.2006). Недостатками данной композиции являются ограниченная прочность при высоких температурах и влажности, а отверждение зависит от условий окружающей среды, что может затруднить применение.

Известна водная клеевая композиция, содержащая 1-60 мас. % термообратимого гелеобразующего крахмала, представляющего собой модифицированный крахмал, способный образовывать термически обратимый гель при диспергировании в воде, 5-80 мас. % связующего крахмала, представляющего собой крахмал, не являющийся термообратимым и способным. упрочнять клеевое соединение и обеспечивать скорость схватывания клеевой композиции, а также пластификатор (Патент EA № 026822B1, опубл. 30.09.2013). Недостатками известной водной клеевой композиции являются ограниченная стабильность при длительном хранении и необходимость в контроле температуры во время применения.

Известна клеевая композиция, для склеивания (с одновременным обеспечением герметичности) разнородных материалов с разными коэффициентами температурного расширения в узлах, испытывающих высокие вибрационные и ударные нагрузки, а также воздействие температур от минус 150 до 200 °С и содержит следующее соотношение компонентов, мас.ч.: 30-40 эпоксидной диановой смолы, 8-10 монофункционального олигоэфирэпоксида, 8-10 трехфункционального олигоэфирэпоксида, 12-15 трициклокарбонатполиоксипропилентриола, 18-20 низкомолекулярной полиамидной смолы, 7-10 отвердителя аминного типа и 10-15 наполнителя (Патент RU № 2275405, опубл. 27.04.2006). Недостатками указанной композиции являются проблемы с адгезией к определенным материалам и ограниченная стойкость к воздействию влаги.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению являются композиции пероксида метилпропилкетона, содержащие более 60 мас.% пероксида метилпропилкетона типа-4 (из расчета массы активного кислорода пероксида метилпропилкетона типа-4 на полную массу активного кислорода всех пероксидов метилпропилкетона), причем упомянутый пероксид метилпропилкетона типа-4 составляет более чем 25 мас.% от массы всей композиции, и неводный флегматизатор в таком количестве, чтобы в тесте на самоускоряющееся разложение, голландском тесте в автоклаве и тесте Кенена была бы обеспечена безопасность работы и транспортировки при температурах 0-50 °С и способ отверждения смолы на основе ненасыщенного сложного полиэфира с использованием от 0,1 до 8 мас.% в расчете на смолу заявленной композиции пероксида (Патент RU № 2275357, опубл. 27.04.2006). Недостатками композиций являются:

Ограниченная стабильность при высоких температурах и влажности.

Зависимость от условий отверждения, что может затруднить использование в различных климатических условиях.

Возможные проблемы с адгезией к определенным материалам, что может ограничивать область применения.

Целью изобретения является создание быстроотверждаемой при комнатной температуре клеевой композиции с высокой прочностью склеивания металлов и устойчивостью к внешним воздействиям.

Технический результат достигается за счет использования двухкомпонентной системы на основе метилметакрилата с оптимальным соотношением компонентов и добавлением специальных модификаторов.

Двухкомпонентная акриловая клеевая композиция содержит:

1. Компонент А:

40-60 мас. % метилметакрилата для обеспечения быстрого отверждения и высокой прочности клеевого соединения;

10-30 мас. % полиметилметакрилата для повышения вязкости композиции и механических свойств клеевого шва;

5-15 мас. % метакриловой кислоты для повышения адгезии к металлическим поверхностям;

1-5 мас. % ускорителя отверждения на основе ароматического амина (предпочтительно N,N-диметил-п-толуидин) для обеспечения быстрого отверждения при комнатной температуре; 

1-5 мас. % тиксотропной добавки (предпочтительно пирогенный диоксид кремния) для предотвращения стекание клея с вертикальных поверхностей:

0,1-1 мас. % ингибитора полимеризации (предпочтительно гидрохинон) для повышения стабильности при хранении.

2. Компонент Б:

5-20 мас. % пероксида бензоила(ПБ) в качестве инициатора полимеризации;

60-70 мас. % пластификатора (предпочтительно дибутилфталат) в качестве носителя компонента Б.

10-15 мас. % мономера (предпочтительно метилметакрилат) в качестве связывающего для придания нужной вязкости и взвешивания ПБ.

Способ изготовления компонента А двухкомпонентной акриловой клеевой композиции для склеивания металлов, характеризующийся тем, что: в реакционную емкость, оснащенную мешалкой с регулируемой скоростью вращения, загружают 40-60 мас.% метилметакрилата; при постоянном перемешивании добавляют 10-30 мас.% полиметилметакрилата и продолжают перемешивание до полного растворения полимера; вводят 5-15 мас.% метакриловой кислоты и перемешивают до получения однородной смеси; добавляют 1-5 мас.% ускорителя отверждения на основе ароматического амина, предпочтительно N,N-диметил-п-толуидина; при интенсивном перемешивании вводят 1-5 мас.% тиксотропной добавки, предпочтительно пирогенного диоксида кремния; добавляют 0,1-1 мас.% ингибитора полимеризации, предпочтительно гидрохинона; осуществляют финальное перемешивание полученной композиции в течение 15-30 минут до достижения полной однородности; готовую композицию перемещают в герметичную тару для хранения и транспортировки.

Способ изготовления компонента Б двухкомпонентной акриловой клеевой композиции для склеивания металлов обеспечивает высокую эффективность смешивания компонентов, что критически важно для достижения оптимальных адгезионных свойств, и способствует тому, что отвердитель не расслаивается при хранении, что является важным качеством для надежности и долговечности склеивания металлов, характеризующийся тем, что в реакционную емкость с терморубашкой, оснащенную мешалкой с регулируемой скоростью вращения, загружают 5-20 мас. % пероксида бензоила, добавленного в 60-70 мас. % пластификатора, предпочтительно дибутилфталата, перемешивают в течение 2 часов, затем вводят 10-15 мас. % мономера и вакуумируют. Далее смесь выдерживают в водяной бане при температуре 40 °C в течение 48 часов, при необходимости смесь охлаждают, чтобы температура не превышала 45 °C. Готовую композицию перемещают в герметичную тару из инертного материала для хранения и транспортировки.

Все операции проводят в затемненном помещении для предотвращения преждевременного разложения пероксида бензоила под действием света. Процесс осуществляют в условиях, исключающих попадание влаги, пыли и других загрязнений в реакционную смесь. Помещение должно быть оборудовано эффективной вентиляцией.

При проведении всех операций строго соблюдают меры безопасности, предусмотренные при работе с органическими пероксидами, включая использование средств индивидуальной защиты и соблюдение температурного режима. Хранение готовой композиции осуществляют при температуре не выше 25 °C в местах, защищенных от прямых солнечных лучей и источников тепла.

Для проведения физико-механических испытаний было подготовлено 5 образцов двухкомпонентного клея. В таблице 1 указано соотношение компонентов, в таблице 2 – физико-механические характеристики.

Таблица 1 – Составы двухкомпонентного клея

Компоненты Содержание, мас. % Образец 1 Образец 2 Образец 3 Образец 4 Образец 5 1 Компонент А 2 Метилметакрилат 50 45 55 40 60 3 Полиметилметакрилат 20 25 15 30 10 4 Метакриловая кислота 10 12 8 15 5 5 Ускоритель отверждения 3 2 4 1 5 6 Тиксотропная добавка 3 4 2 5 1 7 Ингибитор полимеризации 0,5 0,3 0,7 0,1 1 8 Компонент Б 9 Пластификатор 80 75 82 65 80 10 Перексид бензоила 10 15 8 20 5 11 Метилметакрилат 10 10 10 15 15

Таблица 2 – Физико-механические характеристики

клеевого шва

Свойства Показатели для состава Образец 1 Образец 2 Образец 3 Образец 4 Образец 5 Прочность на сдвиг, МПа 18 20 22 19 17 Прочность на отрыв, МПа 12 14 15 13 11 Модуль упругости, МПа 2000 2200 2400 2100 1900 Относительное удлинение при разрыве, % 5 6 4 7 8 Время отверждения, ч 24 22 20 26 28 Теплостойкость, °C 80 85 90 75 70 Влагостойкость, % (поглощение воды за 24 ч) 0,5 0,4 0,3 0,6 0,7

Настоящее изобретение относится к двухкомпонентной акриловой клеевой композиции для склеивания металлических поверхностей, а также к способу ее получения. Двухкомпонентная акриловая клеевая композиция состоит из двух компонентов: компонента А и компонента Б. Компонент А включает 44-60 мас. % метилметакрилата, 24,9-30 мас. % полиметилметакрилата, 10-15 мас. % метакриловой кислоты, 2,5-5 мас. % ускорителя отверждения на основе ароматического амина, 2,5-5 мас. % тиксотропной добавки и 0,1-1 мас. % ингибитора полимеризации. Компонент Б содержит 15-20 мас. % пероксида бензоила, 65-70 мас. % пластификатора и 10-15 мас. % метилметакрилата. Полученная клеевая композиция быстроотверждаема при комнатной температуре, а также обеспечивает высокую прочность склеивания металлов и устойчивость к внешним воздействиям. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 табл., 5 пр.

1. Двухкомпонентная акриловая клеевая композиция для склеивания металлических поверхностей включает два основных компонента: компонент А - 44-60 мас. % метилметакрилата, 24,9-30 мас. % полиметилметакрилата, 10-15 мас. % метакриловой кислоты, 2,5-5 мас. % ускорителя отверждения на основе ароматического амина, 2,5-5 мас. % тиксотропной добавки, 0,1-1 мас. % ингибитора полимеризации; и компонент Б - 15-20 мас. % пероксида бензоила (ПБ), 65-70 мас. % пластификатора, 10-15 мас. % метилметакрилата

2. Способ производства двухкомпонентной акриловой клеевой композиции для склеивания металлов включает следующие этапы:

- изготовление компонента А – загрузка в реакционную емкость, оснащенную мешалкой с регулируемой скоростью вращения, 44-60 мас. % метилметакрилата, добавление 24,9-30 мас. % полиметилметакрилата при постоянном перемешивании до полного растворения, введение 10-15 мас. % метакриловой кислоты и перемешивание до получения однородной смеси, добавление 2,5-5 мас. % ускорителя отверждения, 2,5-5 мас. % тиксотропной добавки и 0,1-1 мас. % ингибитора полимеризации, с финальным перемешиванием в течение 15-30 минут до достижения полной однородности, после чего готовую композицию перемещают в герметичную тару для хранения и транспортировки;

- изготовление компонента Б - загрузка в реакционную емкость с терморубашкой, оснащенной мешалкой с регулируемой скоростью вращения, 15-20 мас. % пероксида бензоила, добавленного в 65-70 мас. % пластификатора, перемешивание в течение 2 часов, введение 10-15 мас. % метилметакрилата и вакуумирование, после чего смесь выдерживают в водяной бане при температуре 40 °C в течение 48 часов, охлаждая при необходимости, чтобы температура не превышала 45 °C, и затем перемещают готовую композицию в герметичную тару из инертного материала для хранения и транспортировки.

3. Двухкомпонентная акриловая клеевая композиция для склеивания металлических поверхностей по п. 1, где ускоритель отверждения представлен N,N-диметил-п-толуидином.

4. Двухкомпонентная акриловая клеевая композиция для склеивания металлических поверхностей по п. 1, где тиксотропная добавка представлена пирогенным диоксидом кремния.

5. Двухкомпонентная акриловая клеевая композиция для склеивания металлических поверхностей по п. 1, где ингибитор полимеризации представлен гидрохиноном.

6. Двухкомпонентная акриловая клеевая композиция для склеивания металлических поверхностей по п. 1, где пластификатор представлен дибутилфталатом.