Способ изготовления клеящей композиции и клеящая композиция
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.
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.
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 |
Компонент Б, мас.ч.:
| Основа полисульфидного герметика: наполненный полисульфидный | |
| олигомер, выбранный из пасты тиоколовых герметиков | |
| У-30М, УТ-32, ВИТЭФ | 100 |
| Отвердитель аминный, например ПЭПА | 15-30 |
| Диалкилфталат, выбранный из диметилфталата, | |
| дибутилфталата или диоктилфталата | 30-50 |
| Наполнитель мелкодисперсный, выбранный из диоксида кремния | |
| (сажа белая), оксида цинка, оксида железа, диоксида титана, | |
| каолина, технического углерода | 10-80 |
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.
