Анаэробная герметизирующая композиция
Изобретение относится к анаэробным герметизирующим композициям, используемым для герметизации и стопорения резьбовых, цилиндрических или фланцевых соединений. Композиция содержит эфир (мет)акриловой кислоты - смесь ароматического и алифатического олигоэфиракрилатов, содержащую не менее 10 мас.% ароматического олигоэфиракрилата, инициирующую добавку, ускоряющую добавку - предварительно сплавленную смесь сульфимидного, аминного и гидразинного соединений, взятых в соотношении (молей) (2-2,5):1:1, стабилизирующую добавку и наполнитель. Изобретение позволяет повысить качество анаэробной композиции за счет сокращения времени выдержки собираемого узла при комнатной температуре после введения композиции в зону сопряжения резьбового, цилиндрического или фланцевого соединения. 2 табл.
Изобретение относится к области химии, в частности к анаэробным герметизирующим композициям, которые используются для герметизации и стопорения резьбовых, цилиндрических или фланцевых соединений.
В настоящее время для этих целей применяются аналогичные композиции, однако при их использовании требуется выдерживать герметизируемый узел не менее суток для достижения рабочей прочности полимера в зоне соединения.
Известна анаэробная герметизирующая композиция, защищенная патентом РФ №2036946, кл. C09K 3/10, опубл. 1995.06.09. Композиция содержит мас.ч.: эфир (мет)акриловой кислоты 100; инициирующая добавка 2,0-10,5%, стабилизирующая добавка 0,01-0,5; порошкообразный полимерный наполнитель 5-50; неионогенное поверхностно-активное вещество 0,5-20. Недостатком этой композиции является длительность ее отверждения, после нанесения на сопряженные поверхности, не менее 24 часов при комнатной температуре до проведения испытаний на прочность и введения в эксплуатацию.
Известна анаэробная герметизирующая композиция, защищенная патентом РФ №2036947, кл. C09K 3/10, опубл. 1995.06.09. Композиция содержит мас.ч.: эфир (мет)акриловой кислоты 100; инициирующая добавка 1,5-10,5%, стабилизирующая добавка 0,01-0,5; порошкообразный полимерный наполнитель с размером частиц не более 100 мкм 5-50; неионогенное поверхностно-активное вещество 0,5-20. Эта композиция обладает теми же недостатками, что и упомянутая выше (24 часа выдержки при комнатной температуре после сборки герметизируемого узла).
Наиболее близкой к заявляемой композиции по технической сущности и достигаемому результату, выбранной в качестве прототипа, является анаэробная герметизирующая композиция, описанная в А.С. СССР №1358390, кл. C09K 3/10, C08L 67/06, опубл. 1995.11.20. Композиция содержит мас.ч.: акриловый олигомер 100; аминный ускоритель 0,2-2,5, сульфимидный ускоритель 0,2-2,5, гидроперекисный инициатор 0,2-4,5, стабилизатор 0,002-0,200; олигомерный карбоксилсодержащий каучук 2-40; поверхностно-активное вещество 0,01-10,0. Однако и эта анаэробная композиция требует выдержки в течение 24 часов при комнатной температуре для достижения рабочей прочности полимера в зоне герметизации или стопорения.
Задача, решаемая предлагаемым изобретением, - создание анаэробной герметизирующей композиции, рецептура которой обеспечивает достижение рабочей прочности полимера в зоне соединения в течение 2-3 часов выдержки при комнатной температуре.
Технический результат заключается в повышении качества анаэробной герметизирующей композиции за счет сокращения времени выдержки собираемого узла (при комнатной температуре) после введения композиции в зону сопряжения резьбового, цилиндрического или фланцевого соединения.
Указанный результат достигается тем, что анаэробная герметизирующая композиция, содержащая эфир (мет)акриловой кислоты, инициирующую добавку, ускоряющую добавку, стабилизирующую добавку и наполнитель, в качестве эфира (мет)акриловой кислоты содержит смесь ароматического и алифатического олигоэфиракрилатов, содержащую не менее 10% ароматического олигоэфиракрилата, а в качестве ускоряющей добавки содержит предварительно сплавленную смесь сульфимидного, аминного и гидразинного соединений, взятых в соотношении (молей) (2-2,5):1:1 соответственно при следующем соотношении компонентов, масс.ч.:
Смесь ароматического и алифатического
олигоэфиракрилатов, содержащая
не менее 10% ароматического
олигоэфиракрилата 100
Инициирующая добавка 1-10
Предварительно сплавленная смесь
сульфимидного, аминного и гидразинного
соединений, взятых в соотношении (молей) (2-2,5):1:1 0,1-2,0
Стабилизирующая добавка 0,01-0,5
Наполнитель 0,1-50.
В качестве ароматического олигоэфиракрилата используют, например, бис(метакрилоилокси)олиго(триэтиленгликольфталат) (МГФ-9), этоксилированный бисфенол А диметакрилат (E2BADMA, E4BADMA или E10BADMA).
В качестве алифатического олигоэфиракрилата используют диметакрилат диэтиленгликоля (ДМЭГ), диметакрилат триэтиленгликоля (TEGDMA, ТГМ-3) или триметакриалат триметилолпропана (ТМРТМА).
В качестве инициирующей добавки используют гидроперекись кумила (ГПК) или гидроперекись третбутила (ГПТБ).
В качестве ускорителя используют предварительно сплавленную смесь сульфимидного, аминного и гидразинного соединений. В качестве сульфимидного соединения используют о-бензосульфимид или ди-бензосульфимид, аминного соединения - N,N-ди-метил-п-толуидин, диметиланилин, диметил-п-анизидин или гидроксиэтил-п-толуидин, гидразинного соединения - 1-ацетил-2-фенил гидразин, 1-ацетил-2-п-толил гидразин или 1-бензоил-2-фенил гидразин. Предварительно смесь этих соединений, взятых в соотношении (молей) (2-2,5):1:1 соответственно сплавляют при температуре 130-140°С. В результате этого образуется не смесь этих веществ, а новое вещество, о чем свидетельствует исчезновение ряда характеристических полос поглощения исходных индивидуальных веществ и появление новых линий поглощения в ИК спектре сплавленной смеси. Это соединение является более эффективным ускорителем полимеризации, чем исходные вещества или их смеси, не подвергнутые предварительному сплавлению.
Известно совместное использование в составе анаэробной композиции о-бензосульфимида и N,N-диметил-п-толуидина (прототип), а также бензосульфимида и 1-ацетил-2-фенил гидразина (патент США №4287330, Кл.3 C08F 24/00, опубл. 1975.05.23), однако совместное введение трех веществ (о-бензосульфимида, N,N-диметил-п-толуидина и 1-ацетил-2-фенил гидразина) в рекомендуемом соотношении с предварительным сплавлением в композицию, содержащую смесь ароматического и алифатического олигоэфиракрилатов, содержащую не менее 10% ароматического олигоэфиракрилата, не описано.
В состав стабилизирующей добавки могут входить: гидрохинон, п-метоксихинон, 2,2,6,6-тетраметил-4-оксопиперидин-1-оксил, щавелевая кислота, 4,4-бис(диметиламино)трифенилметаноксолат (малахитовый зеленый), динатриевая соль этилендиамин-N,N,N',N'-тетрауксусной кислоты (трилон Б).
В качестве наполнителей используют различные вещества, влияющие на эластичность, вязкость, прочностные и адгезионные характеристики анаэробной герметизирующей композиции, ее внешний вид. Например: диоктилфталат, диоктилсебацинат, глицерин, полистирол, поливинилацетат, нитрильный каучук (СКН-18 или СКН-26), монометакрилаты этилен- или пропиленгликоля, аэросил, красители, поверхностно-активные вещества и т.д.
Сокращение времени набора полной прочности полимера при выдержке собираемого узла (при комнатной температуре) после введения предлагаемой композиции в зону сопряжения резьбового, цилиндрического или фланцевого соединения происходит вследствие ускорения полимеризации смеси алифатического и ароматического олигоэфиракрилатов, содержащей не менее 10% ароматического олигоэфиракрилата, в присутствии сплавленной смеси сульфимидного, аминного и гидразинного соединений, взятых в соотношении (молей) (2-2,5):1:1, за счет образования нового соединения (соединений), обладающего повышенной ускоряющей активностью реакции полимеризации олигоэфиракрилатов вследствие взаимодействия и образования химической связи между серой сульфимидного соединения и третичным азотом аминного и гидразинного соединений.
Анаэробную герметизирующую композицию готовят при комнатной температуре последовательным растворением входящих в нее компонентов.
Предлагаемую анаэробную герметизирующую композицию используют для герметизации и стопорения резьбовых, цилиндрических или фланцевых соединений. Нижеследующие примеры иллюстрируют настоящее изобретение.
Пример №1.
Предварительно сплавляют в отдельной емкости сульфимидное (I), аминное (II) и гидразинное (III) соединения. Далее готовят анаэробную герметизирующую композицию смешением компонентов следующего состава, г:
Смесь олигоэфиракрилатов:
ТГМ-3 и МГФ-9 (соотношение 80:20) 100
Инициирующая добавка:
Гидроперекись кумила 1,35
Сплавленный ускоритель
(соотношение компонентов согласно таблице 1) 1,6
Стабилизирующая добавка:
п-метоксихинон 0,12
2,2,6,6-тетраметил-4-оксопиперидин-1-оксил 0,25
малахитовый зеленый 0,12
Наполнители:
монометакрилат пропиленгликоля 5
диоктилфталат 5
аэросил 300 2,5
Примеры 2-11 проведены аналогично примеру 1. Данные испытаний различных составов композиций сведены в таблице 1.
В таблице 1 показано влияние соотношения количеств сульфимидного (I), аминного (II) и гидразинного (III) соединений в предварительно сплавленной смеси на степень полимеризации (время набора полной прочности) полимера в резьбовом зазоре.
| Таблица 1 | ||||||||
| Пример № | Соотношение компонентов ускорителя (молей) I:II:III | Степень полимеризации полимера в зазоре резьбовой пары (%) через | ||||||
| 1 час | 2 часа | 3 часа | 6 часов | 9 часов | 12 часов | 24 часа | ||
| 1 | 0:1:1 | 34 | 37 | 40 | 50 | 60 | 70 | 100 |
| 2 | 2:0:1 | 45 | 48 | 50 | 60 | 65 | 70 | 100 |
| 3 | 2:1:0 | 45 | 48 | 50 | 65 | 70 | 75 | 100 |
| 4 | 2:1:1 | 80 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 5 | 1:1:1 | 55 | 58 | 60 | 75 | 90 | 100 | 100 |
| 6 | 2:0,5:1 | 65 | 68 | 70 | 75 | 90 | 100 | 100 |
| 7 | 2:1:0,5 | 65 | 68 | 70 | 80 | 90 | 100 | 100 |
| 8 | 3:1:1 | 80 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 9 | 2:2:1 | 80 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 10 | 2:1:2 | 80 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 11 | 2:1:1 (последовательное растворение без предварительного сплавления) | 65 | 67 | 70 | 80 | 90 | 100 | 100 |
Таким образом, видно, что наибольшим ускоряющим эффектом обладает сплавленный ускоритель, приготовленный исходя из мольного соотношения компонентов сульфимидного, аминного и гидразинного соединений, взятом (2-2,5):1:1. При введении компонентов в количествах менее рекомендуемых или их исключении эффект ускорения выражен слабее или не наблюдается. Введение компонентов в количествах более рекомендуемых не дает повышения скорости полимеризации более наблюдаемой при оптимальном их соотношении и поэтому не целесообразно.
Примеры 12-20.
Готовят композиции следующего состава, грамм:
Смесь олигоэфиракрилатов:
(вид и количество согласно таблице 2) 100
Инициирующая добавка:
Гидроперекись кумила 1,12
Сплавленная смесь
(сахарин: N,N-диметил-п-толуидин: ацетофенилгидразин
в мольном соотношении 2:1:1) 1,6
Стабилизирующая добавка:
п-метоксихинон 0,12
2,2,6,6-тетраметил-4-оксопиперидин-1-оксил 0,25
малахитовый зеленый 0,12
Наполнитель:
поливинилацетат 2,25
диоктилфталат 6,5
аэросил 300 2,2
В таблице 2 показано влияние соотношения количеств олигоэфиракрилатов в смеси на степень полимеризации (время набора полной прочности) полимера в резьбовом зазоре.
| Таблица 2 | ||||||||
| Пример № | Марки и соотношение олигоэфиракрилатов в смеси (массовых частей) | Степень полимеризации полимера в зазоре резьбовой пары (%) через | ||||||
| 1 час | 2 часа | 3 часа | 6 часов | 9 часов | 12 часов | 24 часа | ||
| 12 | ТГМ-3 и МГФ-9 (80:20) | 80 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 13 | ТГМ-3 и МГФ-9(90:10) | 80 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 14 | ТГМ-3 и МГФ-9 (95:5) | 70 | 73 | 75 | 85 | 90 | 95 | 100 |
| 15 | ТГМ-3 и МГФ-9 (50:50) | 80 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 16 | ТГМ-3 и МГФ-9 (0:100) | 70 | 73 | 75 | 85 | 90 | 100 | 100 |
| 17 | ТГМ-3 и МГФ-9 (100:0) | 60 | 65 | 70 | 80 | 85 | 90 | 100 |
| 18 | ТГМ-3 и E4BADMA (80:20) | 80 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 19 | ДМЭГ и МГФ-9 (80:20) | 80 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 20 | ТМРТМА и МГФ-9 (80:20) | 80 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
Как видно из таблицы, при содержании менее 10% ароматического и более 90% алифатического олигоэфиракрилатов эффект ускорения полимеризации уменьшается и в индивидуальных одигоэфиракрилатах выражен значительно слабее, чем в смесях.
Таким образом, эффект увеличения скорости полимеризации при использовании предварительно сплавленной смеси, содержащей сахарин, N,N-диметил-п-толуидин и ацетофенилгидразин в мольном соотношении 2:1:1 наиболее выражен в анаэробных герметиках, приготовленных на смесях алифитического и ароматического олигоэфиракрилатов, содержащих не менее 10% (мас.) ароматического олигоэфиракрилата.
Степень полимеризации (время набора прочности) полимера определяли из результатов измерений величины момента развинчивания пары болт-гайка M10 (сталь 10 или сталь 20 без покрытия) как отношение момента развинчивания через 1, 2, 3, 6, 9 и 12 часов к моменту развинчивания через 24 часа и выражали в процентах. Резьбовые поверхности болта и гайки предварительно обезжиривали, наносили на болт анаэробную герметизирующую композицию и наворачивали гайку. Собранную резьбовую пару выдерживали при комнатной температуре в течение 1, 2, 3, 6, 9, 12 и 24 часов.
Как показали результаты экспериментов (таблицы 1, 2), применение в качестве ускоряющей добавки в составе анаэробной герметизирующей композиции предварительно сплавленной смеси сульфимидного, аминного и гидразинного соединений в соотношении (молей) (2-2,5):1:1, и когда эфир метакриловой кислоты представляет собой смесь алифитического и ароматического олигоэфиракрилатов, содержащую не менее 10% ароматического олигоэфиракрилата, позволяет значительно увеличить скорость полимеризации и сократить время набора полной прочности полимера в зоне резьбового сопряжения.
Таким образом, применение данного изобретения позволяет повысить качество анаэробной герметизирующей композиции за счет повышения скорости полимеризации и сокращения времени набора полной прочности полимера в зоне резьбового, цилиндрического или фланцевого сопряжения.
Анаэробная герметизирующая композиция, содержащая эфир (мет)акриловой кислоты, инициирующую добавку, ускоряющую добавку, стабилизирующую добавку и наполнитель, отличающаяся тем, что в качестве эфира (мет)акриловой кислоты она содержит смесь ароматического и алифатического олигоэфиракрилатов, содержащую не менее 10 мас.% ароматического олигоэфиракрилата, а в качестве ускоряющей добавки содержит предварительно сплавленную смесь сульфимидного, аминного и гидразинного соединений, взятых в соотношении (молей) (2-2,5):1:1 соответственно при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| смесь ароматического и алифатического | |
| олигоэфиракрилатов, | |
| содержащая не менее 10 мас.% | |
| ароматического олигоэфиракрилата | 100 |
| инициирующая добавка | 1-10 |
| предварительно сплавленная смесь | |
| сульфимидного, аминного и | |
| гидразинного соединений, | |
| взятых в соотношении (молей) (2-2,5):1:1 | 0,1-2,0 |
| стабилизирующая добавка | 0,01-0,5 |
| наполнитель | 0,1-50 |
