Клеевая полиуретановая композиция
Владельцы патента RU 2790020:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технологический университет" (ФГБОУ ВО "КНИТУ") (RU)
Изобретение может быть использовано при склеивании кож, тканей и резин. Клеевая полиуретановая композиция включает уретановый сложноэфирный каучук, полиизоционат и полярный органический растворитель. Уретановый сложноэфирный каучук получен путем взаимодействия полибутиленгликольадипината с молекулярной массой 1850-2000, удлинителя цепи – 2-бис-[4-(2-оксиэтокси)-фенил]-пропана и 4,4'-дифенилметандиизоцианата при мольном соотношении компонентов реакционной смеси 1/1,1/2 соответственно. Изобретение позволяет увеличить прочность адгезионного шва и сократить время приготовления клеевой полиуретановой композиции. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 8 пр.
Изобретение относится к клеевым композициям на основе уретанового сложноэфирного каучука, которые могут быть использованы в обувной, резинотехнической и других отраслях народного хозяйства для склеивания различных типов кож, тканей, резин и других материалов.
Клеи на основе полиуретанов характеризуются высокой адгезией к большинству материалов. Адгезионные свойства клеевых полиуретановых композиций обуславливаются наличием в их составе полярных уретановых сложноэфирных, аллофанатных и биуретовых групп. Отверждение клеевой полиуретановой композиции происходит за счет реакции взаимодействия концевых гидроксильных групп уретанового сложноэфирного каучука с изоционатными группами полиизоционата. В качестве исходных используют гидроксилсодержащий компонент и изоционатный компонент. Как правило в качестве гидроксилсодержащего компонента выступает уретановый сложноэфирный каучук, а в качестве изоционатного компонента могут служить 4,4'-дифенилметандиизоцианат, 2,4-толуилендиизоцианат, полиизоционат и т.п.
Известна полиуретановая клеевая композиция, включающая раствор уретанового сложноэфирного каучука УК-1 в этилацетате и полиизоционат. Каучук УК-1 получен путем взаимодействия полибутиленгликольадипината (ПБА), 1,4-бутандиола, 2,4-толуилендиизоционата (Технология производства обуви. Рецептура клеев, отделочных и вспомогательных материалов. Методы приготовления и применения, ч.7. ЦНИИТЭИ легпром. М. 1978, с 8-11).
Недостатками данной клеевой полиуретановой композиции являются низкие значения прочности адгезионного шва, а также длительное время приготовления приготовление композиции.
Известна клеевая полиуретановая композиция, включающая уретановый сложноэфирный каучук "Десмоколл-400" - основа, полиизоционат-отвердитель, полярный органический растворитель и добавку - фурфурол при следующем соотношении компонентов, % мас.
| Уретановый сложноэфирный каучук | 18,0-20,0 |
| Полиизоционат | 0,6-0,7 |
| Ацетон | 2,4-2,8 |
| Фурфурол | 1,0-8,0 |
| Этилацетат | Остальное |
(А.с. СССР SU 1073270, C09J 175/06, опубл. 15.02.84).
Каучук "Десмоколл-400" получен путем взаимодействия полибутиленгликольадипината, 1,4-бутандиола, 2,4-толуилендиизоционата.
Недостатками данной клеевой полиуретановой композиции являются низкое значение прочности адгезионного шва, а также продолжительное время приготовления композиции из-за длительного растворения сложноэфирного уретанового каучука «Десмоколл-400» в этилацетате.
В качестве прототипа выбрана клеевая композиция для склеивания деталей обуви (патент RU №2096437, C09J 175/06, опубл. 20.11.1997). Композиция включает уретановый сложноэфирный каучук (УК-1), полиизоцианат, глицерофосфат кальция, полярный органический растворитель при следующем соотношении компонентов, % масс.:
| Уретановый сложноэфирный каучук | 18,0-20,0 |
| Полиизоционат | 0,6-1,7 |
| Глицерофосфат кальция | 0,5-4,01 |
| Полярный органический растворитель | Остальное |
Недостатками прототипа являются низкое значение прочности адгезионного шва и продолжительное время приготовления клеевой полиуретановой композиции из-за длительного растворения сложноэфирного уретанового каучука в этилацетате.
Технической проблемой является увеличение прочности адгезионного шва, сокращение времени приготовления клеевой полиуретановой композиции.
Техническая проблема решается клеевой полиуретановой композицией, включающей уретановый сложноэфирный каучук, полиизоционат и полярный органический растворитель, в которой в качестве уретанового сложноэфирного каучука используют каучук, полученный путем взаимодействия полибутиленгликольадипината с молекулярной массой 1850-2000, удлинителя цепи 2-бис-[4-(2-оксиэтокси)-фенил]-пропана (ДФП-2) и 4,4'-дифенилметандиизоцианата, при мольном соотношении компонентов реакционной смеси 1/1, 1/2 соответственно, при следующем соотношении компонентов клеевой полиуретановой композиции, масс. %:
| Уретановый сложноэфирный каучук | 18-20 |
| Полиизоционат | 1,3-2,8 |
| Полярный органический растворитель | остальное |
В качестве полярного органического растворителя в композиции может быть использован один из этилацетата, бутилацетата, ацетона, метилэтилкетона, толуола.
Техническим результатом, достигаемым при использовании заявляемой клеевой композиции, является повышение прочности адгезионного шва почти в 2 раза по сравнению с прототипом и сокращение времени, необходимого для приготовления композиции, в 3-4 раза.
Сущность изобретения заключается в следующем.
В прототипе используют кристаллизующийся сложноэфирный уретановый каучук УК-1. В предлагаемой клеевой полиуретановой композиции используют аморфный уретановый сложноэфирный каучук, который благодаря нерегулярности расположения звеньев в цепи макромолекул (разноупорядоченности структур), в среде полярного органического растворителя способен принимать конформацию, которая благоприятна для глубокого проникновения в структурные элементы поверхностного слоя склеиваемых материалов, что приводит к увеличению прочности клеевых соединений. Аморфный сложноэфирный полиуретановый каучук по сравнению с кристаллизующимся УК-1 растворяется значительно легче, в результате сокращается время, необходимое для приготовления клеевой композиции.
Краткая характеристика компонентов клеевой полиуретановой композиции:
1) Уретановый сложноэфирный каучук представляет собой прозрачные пластины от бледно-желтого до янтарного цвета; плотность - 1,2 г/см3, содержание ОН-групп менее 1% по массе.
Уретановый сложноэфирный каучук получают по известной методике (см. патент RU 2771899, C08G 18/42, C08G 18/66, C08G 18/76, опубл. 13.05.2022), путем взаимодействия полибутиленгликольадипината (ОБА) с молекулярной массой 1850-2000, удлинителя цепи 2-бис-[4-(2-оксиэтокси)-фенил]-пропана (ДФП-2) и 4,4'-дифенилметандиизоцианата (МДИ), при мольном соотношении компонентов [ДФП-2]/[ОБА]/[МДИ]=1,1/1/2. Полученный уретановый сложноэфирный каучук представляет собой вязко-текучую композицию, которую заливают в предварительно прогретые при 100-120°С щелевые формы. Отверждение полимера проводят при 100-120°С в течение 20-25 часов. Далее образцы извлекают из форм и в течении не менее 14 дней выдерживают при комнатной температуре.
2) Полиизоцианат (ПИЦ) - вязкая жидкость янтарного цвета; массовая доля изоцианатных групп не менее 31%; ТУ 113-03-38-106-90.
3) Полярные органические растворители выбирают из группы: этилацетат (ГОСТ 8981 - 78), бутилацетат (ГОСТ 8981-78), ацетон (ГОСТ 2768-84), метилэтилкетон (ТУ 38.102.43-80), толуол (ГОСТ 14710-78).
Данное изобретение иллюстрируют следующие примеры конкретного выполнения.
Пример 1.
В емкость, снабженную мешалкой, заливают 26,9 г этилацетата (1/3 от необходимого количества растворителя), загружают 18,0 г предварительно измельченного уретанового сложноэфирного каучука и перемешивают со скоростью 70-80 об/мин до однородной массы в течение ~6 часов, после чего добавляют остальное количество этилацетата, перемешивают до полного растворения и гомогенизации системы. Непосредственно перед применением в полученный раствор вводят 1,3 г полиизоционата и перемешивают.
Пример 2-8 аналогичны примеру 1, варьируется содержание компонентов. Составы клеевых композиций приведены в таблице.
Время приготовления заявленной клеевой полиуретановой композиции оценивали по времени растворения уретанового сложноэфирного каучука в полярном органическом растворителе, которое составило 6-8 часов в зависимости от применяемого растворителя. Для корректного сравнения результатов определили время растворения УК-1 в этилацетате, которое составило ~20 ч.
Определение прочности при расслоении клеевого шва, полученного при использовании заявленной клеевой полиуретановой композиции, проводили на прямоугольных полосках кирзы шириной 25 мм и длиной 150 мм при комнатной температуре на разрывной машине по ГОСТ 6768-75. Полученные результаты в сравнении с прототипом приведены в таблице. Аналогичные результаты были получены при использовании в качестве полярного органического растворителя метилэтилкетона и толуола (в таблице не приведены).
Из табличных данных видно, что использование предлагаемой клеевой полиуретановой композиции обеспечивает возрастание прочности клеевого шва почти в 2 раза по сравнению с прототипом, при этом время приготовления композиции сокращается в 3 раза.
1. Клеевая полиуретановая композиция, включающая уретановый сложноэфирный каучук, полиизоционат и полярный органический растворитель, отличающаяся тем, что в качестве уретанового сложноэфирного каучука она содержит каучук, полученный путем взаимодействия полибутиленгликольадипината с молекулярной массой 1850-2000, удлинителя цепи – 2-бис-[4-(2-оксиэтокси)-фенил]-пропана и 4,4'-дифенилметандиизоцианата при мольном соотношении компонентов реакционной смеси 1/1,1/2 соответственно, при следующем соотношении компонентов клеевой полиуретановой композиции, мас.%:
| Уретановый сложноэфирный каучук | 18-20 |
| Полиизоционат | 1,3-2,8 |
| Полярный органический растворитель | остальное |
2. Клеевая полиуретановая композиция по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве полярного органического растворителя используют один из этилацетата, бутилацетата, ацетона, метилэтилкетона, толуола.
