Клеевая композиция

Настоящее изобретение имеет отношение к созданию клея (адгезива), предназначенного для использования при герметичном соединении вместе двух поверхностей в стекольной промышленности в общем и, в частности, при закреплении ветровых стекол транспортного средства, и/или окон, и/или других узлов транспортного средства, которые могут потребовать замены, таких как, но без ограничения, панелей автомобиля; а также к способу, предназначенному для использования при установке и/или замене ветровых стекол транспортного средства и/или других стекол, установленных на транспортных средствах, в зданиях и т.п. Композиция содержит адгезив с терморасширяемыми микрокапсулами, которые действуют в качестве диспергированных в нем активизаторов адгезии создания давления. Микрокапсулы активизируются теплотой и выделяют при этом по меньшей мере одно расширяемое летучее вещество, заключенное в оболочке микрокапсул. Использование способа позволяет заменить стекло с меньшими возможными повреждениями и способ является более экономически выгодным как для изготовителя, так и для потребителя. 5 н. и 26 з.п. ф-лы.

 

Настоящее изобретение имеет отношение к созданию клея (адгезива), предназначенного для использования при герметичном соединении вместе двух поверхностей в стекольной промышленности в общем и, в частности, при закреплении ветровых стекол транспортного средства, и/или окон, и/или других узлов транспортного средства, которые могут потребовать замены, таких как, но без ограничения, панелей автомобиля; в изобретении раскрыт также способ, предназначенный для использования при установке и/или замене ветровых стекол транспортного средства и/или других стекол, установленных на транспортных средствах, в зданиях и т.п.

Обычно для установки оконного стекла в деревянную, пластиковую или металлическую раму оконное стекло прежде всего удерживают в заданном положении при помощи гвоздей или других средств крепления, а затем закрепляют в заданном положении при помощи замазки или строительного гипса. Подходящая замазка представляет собой клеящее вещество, изготовленное из мела для побелки и льняного масла, которое отверждается с течением времени и создает периферийный обод оконного стекла, что позволяет разделить внутреннюю и внешнюю окружающие среды и предотвратить проникновение воздуха, влаги и/или передачу теплоты. Установка становится законченной в тот момент, когда замазка высыхает, на что требуется до 6 часов или около того в зависимости от вида использованных материалов.

Для снятия оконного стекла, закрепленного в заданном положении в раме, необходимо соскоблить или удалить стамеской затвердевшую замазку или строительный гипс из рамы вокруг стекла. Указанная операция удаления может привести к повреждению рамы или ее покрытия.

В рабочих условиях оконное стекло жестко удерживается по своим кромкам, так что даже относительно небольшие вибрационные механические перемещения, такие как вызванные землетрясением или разрывом бомбы, а также сильные порывы ветра, могут привести к разрушению оконного стекла.

В автомобильной промышленности сходящие с заводского конвейера машины обычно уже имеют ветровые стекла и другие закрепленные в окнах стекла, в том числе стеклопакеты, непосредственно закрепленные в заданном положении в ободе рамы при помощи адгезивов. Срок службы ветрового стекла машины и других закрепленных в ее окнах стекол существенно ниже срока службы самого транспортного средства частично за счет ухудшения параметров или повреждения или же за счет сознательного разбиения вандалами или автомобильными ворами. Таким образом, автомобилист может быть вынужден заменять ветровое стекло несколько раз в течение срока службы машины.

Кроме того, клеевое крепление стекла следует заменять всякий раз при замене стекла, особенно ветрового стекла, вызванного ухудшением оптических характеристик стекла, например, получившего трещины за счет удара камнем или царапины от стеклоочистителя. Повреждение поверхности стекла может приводить к увеличению рассеяния света и ухудшать видимость до таких уровней, которые находятся ниже порога безопасности. По правилам министерства транспорта ветровое стекло не должно иметь мелких трещин (выкрашивания), визуальных искажений или расслоения. Несмотря на то что последние научные достижения позволили сделать ветровое стекло небьющимся, оно все еще может иметь выкрашивание и трещины, что приводит к необходимости его замены.

Процесс замены ветрового стекла транспортного средства является длительным и трудоемким. Слесарь-стекольщик должен прежде всего удалить дефектное ветровое стекло (обычно в исходном (неповрежденном) виде), чему препятствует прочное крепление ветрового стекла затвердевшим клеевым герметиком. Обычно слесарь-стекольщик использует для удаления стекла устройство, которое содержит проволоку для резки сыра, которая позволяет разрезать (распилить) затвердевшую резину вокруг периферии ветрового стекла. Этот процесс требует приложения значительного физического усилия и может приводить к травмам слесаря. Кроме того, при применении этого способа удаления стекла указанная проволока может разрываться в результате перегрева за счет трения.

Среди других способов отделения ветрового стекла от клеевого герметика можно указать следующие: использование ножей (резаков) с механическими колебаниями для разрезки затвердевшего материала; использование направленного источника теплоты, такого как лазерный пучок, для размягчения герметика ранее удаления ветрового стекла при помощи проволоки для резки сыра или другого специализированного режущего инструмента. При использовании непосредственно приложенной к герметику теплоты возникает проблема, связанная с тем, что теплота, необходимая для размягчения затвердевшего клеевого герметика, может нанести сопутствующее и нежелательное повреждение окраске автомобиля и/или другим внешним поверхностям. Например, импульсный лазер со слишком высокой частотой импульсов не вырабатывает достаточно энергии для размягчения клеевого герметика, а лазер со слишком низкой частотой импульсов будет сжигать клеевой герметик или превращать его в жидкое состояние.

После освобождения ветрового стекла из резинового уплотнения его можно вынуть, причем следует произвести зачистку посадочного места перед установкой нового стекла. Уже известно использование адгезивов на базе уретана для крепления по месту и уплотнения заменяемого ветрового стекла, а также нанесение адгезива при помощи дозирующего распылителя только на заданные периферические кромки, чтобы не ухудшить оптические свойства ветрового стекла. Для отверждения такого адгезива обычно требуется около 8 часов.

Последние промышленные достижения привели к появлению адгезивов и катализаторов с быстрым отверждением, что позволяет снизить время ремонта транспортного средства. Адгезивы и катализаторы с быстрым отверждением могут быть предварительно перемешаны в клеевой композиции или, альтернативно, они могут смешиваться с адгезивом в момент выхода из дозирующего распылителя. Однако по-прежнему остается проблема трудоемкого и длительного удаления ветрового стекла и последующей его замены, причем этот процесс может приводить к повреждению отделки приборной панели или окраски транспортного средства.

Существует насущная необходимость в адгезиве, который соответствует стандартам безопасности транспортного средства и позволяет производить быстрое, эффективное и не создающее сопутствующих повреждений удаление дефектного ветрового стекла или других закрепленных стекол транспортного средства.

Надо сказать, что в совершенно другой технической области используют терморасширяемые микрокапсулы или микросферы для изготовления пористых или легких материалов, имеющих малую плотность и высокие акустические и тепловые изоляционные свойства, которые применяют в качестве облицовочных материалов или в качестве перегородок. Эти микрокапсулы или микросферы имеют полимерную оболочку или оболочку из другого аналогичного материала, причем указанная оболочка имеет определенную толщину и обладает заданными химическими, физическими и механическими свойствами. Эта оболочка заключает внутри такие материалы, как летучие органические растворители, расширяемые газы или активизирующие агенты (активизаторы), в том числе взрывчатые вещества или любой другой материал, который способен разрывать оболочку и разширяться при некоторых специфических условиях в выбранной матрице. Микрокапсулы при нагревании до достаточно высокой температуры, обычно в диапазоне около 75-180°С, в зависимости от заключенного в оболочке материала, а также от толщины и состава оболочки, могут увеличивать свой объем с высокой скоростью расширения, причем в некоторых случаях до предела объемного расширения, составляющего от 70 до 160 крат исходного объема. К параметрам, которые могут влиять на объем расширения слоя, заключенного между двумя другими материалами, относятся процентное содержание и распределение микросфер в данной композиции, их степень расширения, рабочий диапазон температур, диапазон перехода к размягчению оболочки, а также когезионная прочность и консистенция матрицы.

Было обнаружено, что при перемешивании соответствующего имеющего подходящие реологические параметры адгезива с определенным % специально разработанных микрокапсул в виде порошка, имеющего специфический диапазон распределения по размерам, можно получить композицию, которая может быть эффективно использована для клеевого уплотнения при остеклении. Более того, особым преимуществом такой композиции является то, что адгезивные связи в ней могут быть ослаблены за счет приложения к композиции прямого тепла, в результате чего происходит достаточное размягчение клеевого материала, так что ветровое или другое закрепленное стекло транспортного средства может быть легко отделено от материала крепления и указанное стекло может быть быстро вынуто из рамы. Давление отделения легко может быть рассчитано, причем обработка расширяющихся микросфер происходит аналогично тому, как это происходит при помощи создающего давление в объеме адгезива пружинного механического исполнительного механизма или аналогично исполнительному механизму, производящему "бомбометание" на границах раздела между двумя слоями.

Мы полагаем, что в соответствии с настоящим изобретением предлагается первый случай использования полиэфирного материала для остекления в автомобильной промышленности.

Однако следует иметь в виду, что адгезив в соответствии с настоящим изобретением может найти применение и в других областях, когда необходимо производить соединение вместе двух поверхностей и когда одна из поверхностей может затем потребовать замены из-за ее повреждения или износа; например, но без ограничения, при изготовлении панелей душевых и транспортных средств, когда одна часть или деталь изготовлена из различного рода пластмасс, а другая из металла или обе выполнены из пластмассы, а также в случаях остекления других объектов, например зданий.

Дальнейшее описание проведено применительно к транспортным средствам, которые включают в себя, но без ограничения, автомобили, грузовики, автофургоны, суда, самолеты, вагоны фуникулера, вертолеты, суда на воздушной подушке, а также любые другие транспортные средства, в которых имеется закрепленное остекление.

Изобретение имеет отношение к способу соединения двух поверхностей вместе и их рассоединению с помощью композиции, содержащей инициируемые теплотой дезактивирующие адгезию микрокапсулы, которые диспергированы в адгезиве.

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предлагается способ соединения двух поверхностей вместе с использованием клеевой композиции, которая содержит терморасширяемые микрокапсулы, а также адгезив, и последующего рассоединения соединенных поверхностей с приложением теплоты к клеевой композиции, в результате чего терморасширяемые микрокапсулы расширяются и снижают сцепление компонентов адгезива на границе раздела между соединенными поверхностями.

Под микрокапсулой здесь понимают микросферу или микрошарик.

Каждая микрокапсула преимущественно содержит оболочку, внутри которой содержится по меньшей мере один расширяемый газ, летучее расширяемое вещество или взрывчатое вещество. Оболочка преимущественно образована из полимера или другого подходящего материала.

Указанные микрокапсулы известны, в частности, под торговыми марками Expancel™ (фирма производитель Akzo Nobel AB, Швеция) и Micropearl™ (производитель Sekisui Co, Япония)

Адгезив преимущественно представляет собой уретан, или полиуретан, или поливинилхлорид.

Преимущественно терморасширяемые капсулы представляет собой микросферы или полые волокна в виде порошка со специфическими размерами частиц и свойствами.

Порошок может образовывать предварительную смесь с адгезивом в резервуаре, или же порошок может быть введен в адгезив и перемешан с ним или с одним из его компонентов в момент выхода из дозирующего устройства, то есть композиция может быть образована в виде предварительно созданной смеси или может быть образована в момент ее использования или незадолго до этого. Дозирующее устройство может иметь в точке выхода композиции хорошо смазанный статический миксер, обеспечивающий оптимальное перемешивание.

Преимущественно композиция дополнительно включает в себя вещество быстрого отверждения или катализатор, за счет чего клеевая композиция быстро отверждается или схватывается. Преимущественно композиция также включает в себя краситель, причем отвержденная композиция имеет черный цвет.

Примененный здесь термин "отверждение" включает в себя схватывание адгезивной смеси, причем отверждение или схватывание может быть усилено химическим и нехимическим путем.

Преимущественно микрокапсулы капсулируют (заключают в себе) не один материал, причем в идеальном случае этот материал выбран из группы, в которую входят вспенивающее вещество, вещество, способное к сублимации (возгонке), вода, взрывчатое вещество или активизатор.

Преимущественно активизаторы способны к вспениванию (ценообразованию) или к усадке. В соответствии с настоящим изобретением предусмотрено одновременное использование микрокапсул, которые капсулируют множество различных веществ, по отдельности или в комбинации. Дополнительные микрокапсулы активизируются за счет разрывания или создания проницаемости полимерной оболочки, в результате чего их содержимое выделяется и вступает во взаимодействие с адгезивной смесью. Активирование микрокапсул является результатом специфических приложенных условий и поэтому оно является управляемым. Оболочки микросфер не разрываются и не образуют трещин в расширенном (растянутом) состоянии и сохраняют свою целостность, так что активированная композиция содержит нетронутые (целые) расширенные микросферы, а также микрокапсулы, которые выделили (выпустили) свое содержимое в матрицу композиции.

Следует иметь в виду, что вспенивающее вещество внутри капсулы способно активизировать процесс вспенивания адгезивной композиции, причем вещество, способное к сублимации, позволяет композиции расширяться (вспениваться) в некоторых специфических условиях. Оба эти процесса протекают после разрыва оболочки микрокапсулы или появления трещин в ней, причем они способствуют облегчению отслаивания (вспучивания) материала крепления стекла и удалению фиксированного остекления. Введение воды в микрокапсулы позволяет при определенных условиях ослаблять клеевую композицию, а наличие активизатора позволяет производить сшивание или полимеризацию клеевой композиции, в результате чего происходит усадка и клеевая композиция ослабляется.

Преимущественно диаметр микросфер лежит в диапазоне от 10 до 120 мкм.

Преимущественно толщина оболочки микрокапсул лежит в диапазоне от 3 до 7 мкм.

Композиция преимущественно содержит микрокапсулы в диапазоне 1-30% по объему, а еще лучше в диапазоне 2-10% по объему.

Композицию преимущественно активизируют при помощи теплоты, причем диапазон активизации при помощи теплоты составляет 80-170°С, а идеально 120-150°С.

Композиция преимущественно образована из смеси микрокапсул различного диаметра или микрокапсул, имеющих различный диаметр оболочки, или же отличающихся температурами активизации или различными подходящими коэффициентами расширения.

Температура ветрового стекла транспортного средства может превышать 100°С в естественных условиях эксплуатации. Следовательно, активизация теплом микрокапсул в композиции в соответствии с настоящим изобретением должна проводиться при превышении любой возможной температуры эксплуатации, однако ниже такой температуры, которая может вызвать повреждение отделки приборной панели или окраски транспортного средства. Предусматривается использование композиции в соответствии с настоящим изобретением в различных областях и в различных климатических условиях, так что композиция может иметь избранные диапазоны активизации теплом, зависящие от конкретного предположительного вида использования и/или страны использования для обоих видов микрокапсул, а именно для увеличивающихся в объеме микросфер и для микрокапсул с разрываемыми оболочками. Например, в случае использования композиции для крепления и уплотнения панелей душа можно предусмотреть диапазон активизации теплом микрокапсул клеевой композиции 80-100°С, в то время как для большинства случаев остекления автомобилей диапазон активизации теплом микрокапсул составляет 120-150°С. Кроме того, потребитель может потребовать, чтобы микрокапсулы той или другой композиции были способны выделять отвердитель и/или активизатор, способный к усадке.

Активизация теплом микрокапсул приводит к терморасширению шариков и волокон, в результате чего создается давление вдоль обода стекла. Это эффективно снижает вязкость и напряжение среза или напряжение на разрыв клеевого материала. Кроме того, активизация теплом микрокапсул или их расширение снижает напряжение сцепления и/или напряжение межфазной клеевой связи клеевой пленки между двумя соединенными поверхностями, которыми обычно являются рама и слои стекла. Снижение напряжения сцепления или межфазной адгезии или того и другого вместе способствует снижению разрушающих напряжений и за счет этого облегчает удаление вставленного стекла из рамы, после того как произведено расширение микрокапсул в заданном диапазоне температур, в течение времени, обычно не превышающего 5 минут. Таким образом, композиция в соответствии с настоящим изобретением позволяет производить удаление вставленного стекла за счет снижения химического и/или физического сцепления компонентов клея на границе раздела между адгезивом и двумя соединенными поверхностями (поверхностями стекла и рамы). Другими словами, за счет расширения микрокапсул происходит снижение сцепления только на границе раздела между двумя соединенными поверхностями. В рабочих условиях сразу после активизации микрокапсул, снижение сил сцепления клеевого материала на границе раздела этого материала с соединенными поверхностями, в дополнение к расширению самого клеевого материала, приводит к ослаблению всего клеевого сцепления стекла в раме, так что ветровое или другое стекло легко может быть поднято из положения крепления и удалено из рамы.

В соответствии с дополнительным аспектом настоящего изобретения, предлагается использование композиции, которая содержит адгезив и диспергированные в нем терморасширяемые микрокапсулы, в качестве адгезива для крепления стекол. Преимущественно такая композиция дополнительно включает в себя одну или несколько ранее описанных характеристик.

Следует иметь в виду, что настоящее изобретение также предусматривает использование микрокапсул, которые могут быть непосредственно нанесены на поверхность стекла и/или на корпус транспортного средства.

В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предлагается способ установки и/или замены ветрового стекла транспортного средства, который включает в себя следующие операции:

(i) введение заподлицо ветрового стекла в отверстие обода стекла транспортного средства;

(ii) внесение композиции в соответствии с первым аспектом настоящего изобретения вокруг периферической области ветрового стекла;

(iii) выдержка в течение времени, достаточного для отверждения адгезива;

(iv) приложение теплоты к отвержденному адгезиву, достаточной для терморасширения микрокапсул и для ослабления за счет этого клеевого сцепления и межфазных связей композиции;

(v) удаление ветрового стекла из окна основного корпуса транспортного средства.

Следует иметь в виду, что в соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения способ устновки стекла содержит операции i-iii, в то время как в соответствии с другим аспектом настоящего изобретения способ удаления стекла содержит операции iv-v.

За счет использования предложенного в соответствии с настоящим изобретением способа ветровое или другое стекло транспортного средства может быть удалено и/или заменено быстрее и с меньшими возможными повреждениями рамы и/или покрытия краской, чем при использовании ранее известных способов, так что данный способ является более экономически выгодным как для изготовителя, так и для потребителя.

1. Способ соединения двух поверхностей, предусматривающий нанесение на соединяемые поверхности клеевой композиции, содержащей адгезив и терморасширяемые микрокапсулы дезактиваторы адгезии.

2. Способ по п.1, в котором каждая из микрокапсул содержит оболочку, внутри которой содержится по меньшей мере один расширяемый при приложении теплоты газ.

3. Способ по п.1, в котором каждая из микрокапсул содержит оболочку, внутри которой содержится по меньшей мере одно летучее расширяемое при приложении теплоты вещество.

4. Способ по п.1, в котором каждая из микрокапсул содержит оболочку, внутри которой содержится по меньшей мере одно взрывчатое вещество.

5. Способ по одному из пп.1-4, в котором оболочка образована из полимера.

6. Способ по п.1, в котором адгезив представляет собой уретан, или полиуретан, или поливинилхлорид.

7. Способ по п.1, в котором клеевая композиция дополнительно содержит быстродействующий отвердитель, или катализатор, и/или красящее вещество, придающее отвержденной композиции черный цвет.

8. Способ по п.1, в котором диаметр микрокапсул лежит в диапазоне от 10 до 120 мкм.

9. Способ по п.1, в котором толщина оболочки микрокапсулы лежит в диапазоне от 3 до 7 мкм.

10. Способ по п.1, в котором микрокапсулы присутствуют в клеевой композиции в диапазоне от 1 до 30% по объему.

11. Способ по п.12, в котором микрокапсулы присутствуют в диапазоне от 2 до 10% по объему.

12. Способ по п.1, в котором клеевая композиция содержит смесь микрокапсул различного диаметра, или с различной толщиной оболочки, или же с различными температурами активизации теплотой, или с различными коэффициентами расширения.

13. Способ по п.1, в котором терморасширяемые микрокапсулы представляют собой микросферы, оболочки которых не растрескиваются в ходе расширения.

14. Способ по п.1, в котором тероморасширяемые микрокапсулы предварительно перемешивают с адгезивом.

15. Способ по п.1, в котором используют терморасширяемые микрокапсулы, представляющие собой полые волокна, которые предварительно перемешивают с адгезивом.

16. Способ по п.1, в котором терморасширяемые микрокапсулы вводят в адгезив и перемешивают с ним, а также с дополнительными компонентами клеевой композиции в точке выхода из дозирующего устройства.

17. Способ по п.1, в котором используют терморасширяемые микрокапсулы, представляющие собой полые волокна, вводят их в адгезив и перемешивают с ним, а также с дополнительными компонентами клеевой композиции в точке выхода из дозирующего устройства.

18. Способ по п.1, в котором одна из соединяемых поверхностей представляет собой стекло.

19. Способ замены одной из двух поверхностей, соединенных способом по п.1, заключающийся в приложении к клеевой композиции теплоты, достаточной для расширения терморасширяемых микрокапсул и снижения сцепления клеевой композиции с соединенными поверхностями на границе их раздела.

20. Способ по п.19, в котором клеевую композицию нагревают до температуры 80-170°С, преимущественно до температуры 120-150°С.

21. Способ установки ветрового или иного стекла транспортного средства, который включает в себя следующие операции:

введение заподлицо ветрового или иного стекла в отверстие обода окна транспортного средства;

нанесение клеевой композиции, содержащей терморасширяемые микрокапсулы и адгезив, вокруг периферической области ветрового или иного стекла;

выдержка в течение времени, достаточного для отверждения клеевой композиции.

22. Способ удаления ветрового или иного стекла транспортного средства, которые установлены способом по п.21, включающий в себя приложение к клеевой композиции теплоты, достаточной для того, чтобы вызвать терморасширение микрокапсул и снижение сцепления клеевой композиции, и удаление ветрового или иного стекла из окна транспортного средства.

23. Применение терморасширяемых микрокапсул в качестве дезактиваторов адгезии клеевой композиции.

24. Применение по п.23, при котором каждая из микрокапсул содержит оболочку, внутри которой содержится по меньшей мере один расширяемый при нагревании газ или летучее расширяемое вещество.

25. Применение по п.23 или 24, при котором оболочка образована из полимера.

26. Применение по п.23, при котором диаметр микрокапсул лежит в диапазоне от 10 до 120 мкм.

27. Применение по п.23, при котором толщина оболочки микрокапсулы лежит в диапазоне от 3 до 7 мкм.

28. Применение по п.23, при котором микрокапсулы присутствуют в клеевой композиции в диапазоне от 1 до 30% по объему.

29. Применение по п.23, при котором микрокапсулы присутствуют в клеевой композиции в диапазоне от 2 до 10% по объему.

30. Применение по пп.23-29, при котором микрокапсулы имеют различный диаметр, или различную толщину оболочки, или же различные температуры активизации теплотой, или различные коэффициенты расширения.

31. Применение по п.23, при котором терморасширяемые микрокапсулы представляют собой микросферы, оболочки которых не растрескиваются в ходе расширения.