ОДНОКОМПОНЕНТНЫЙ ВЛАГООТВЕРЖДАЕМЫЙ ПОЛИМЕРНЫЙ ПЕНОМАТЕРИАЛ
SINGLE-COMPONENT MOISTURE-CURABLE POLYMER FOAMED MATERIAL

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области однокомпонентных, влагоотверждаемых пеноматериалов, содержащих полимеры, имеющие изоцианатные группы и/или алкоксисилановые группы.
Известный уровень техники
Вследствие более низкого расходования материала и сопутствующего снижения себестоимости и/или снижения массы, но также для изменения свойств композиции или для заполнения пустот для звукоизоляции или для упрочнения, композиции, большую часть которых используют в качестве адгезивов или герметиков/уплотняющих материалов, вспенивали в течение длительного времени.
Также известны полиуретановые композиции, которые хранятся, например, в контейнерах под давлением, и вспениваются под действием вспенивающего вещества (порообразователь) во время нанесения, то есть при выходе из контейнера под давлением и при сопутствующем стравливании давления. Например, композиции, которые содержат термо- или влагоактивируемые вспенивающие вещества и которые являются вспененными только после их нанесения, также известны. Недостаток таких вспенивающих способов заключается в том, что точное/ровное нанесение пеноматериала является фактически невозможным. Увеличение объема композиции и направление, в котором пеноматериал расширяется, когда его получают посредством химических или физических вспенивающих веществ, во время нанесения или после нанесения, не могут быть предсказаны очень точно. Расширяющийся пеноматериал может, например, толкать подложки, которые должны быть адгезионно связаны (связаны склеиванием), по направлению друг другу или вытекать из мест соединения при герметизации, так что получаются в результате конечные продукты плохого качества.
Дополнительный недостаток таких пеноматериалов заключается в том, что степень вспенивания очень трудно определить и невозможно проверить до нанесения.
Краткое изложение сущности изобретения
Задачей настоящего изобретения, следовательно, является обеспечение однокомпонентного, влагоотверждаемого пеноматериала, который преодолевает недостатки известного уровня техники и может быть нанесен точно/ровно.
В соответствии с изобретением, это достигается посредством отличительных признаков первого пункта формулы. Неожиданно было обнаружено, что однокомпонентный, влагоотверждаемый пеноматериал, который присутствует в форме пены даже до нанесения, является особенно подходящим для применения в качестве адгезива или герметика/уплотняющего материала, для получения покрытий или для заполнения пеноматериалом полых конструкций.
Преимуществом настоящего изобретения является, в числе других, то, что область применения однокомпонентных, влагоотверждаемых композиций расширяется, и теперь они могут быть применены экономично и с экономией массы в качестве пеноматериала даже на больших площадях. Дополнительным очень важным преимуществом является то, что однокомпонентный, влагоотверждаемый пеноматериал может быть нанесен очень точно/ровно и в значительной степени сохраняет свою форму и структуру во время процесса отверждения. Таким образом, можно получить высокоточные контактные адгезионные (клеевые) связи или герметизированные соединения даже посредством однокомпонентных, влагоотверждаемых полимерных пеноматериалов. Дополнительным преимуществом изобретения является то, что степень вспенивания однокомпонентного, влагоотверждаемого пеноматериала может быть очень точно скорректирована, и также можно получить пеноматериалы, имеющие очень высокую долю газа. В результате точной корректировки степени вспенивания, пеноматериалы, которые имеют различные свойства и которые могут быть использованы для различных целей, могут быть получены из идентичных однокомпонентных, влагоотверждаемых композиций.
Посредством подходящего способа получения и непосредственного последующего нанесения однокомпонентных, влагоотверждаемых пеноматериалов даже можно изменить содержание газа в пеноматериале во время нанесения. Это является особенно преимущественным, особенно в случае механического нанесения с помощью робота для нанесения, поскольку, следовательно, нет необходимости использовать много установок, и нанесение может быть осуществлено за один проход, то есть без (пере)устанавливания устройства для нанесения.
Дополнительные особенности изобретения составляют предмет дополнительных независимых пунктов формулы изобретения. Особенно предпочтительные варианты осуществления изобретения составляют предмет зависимых пунктов формулы изобретения.
Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
Настоящее изобретение относится к однокомпонентному, влагоотверждаемому пеноматериалу, состоящему из 10-60% по объему, по меньшей мере, одного газа и однокомпонентной, влагоотверждаемой композиции Z, содержащей, по меньшей мере, один полимер Р, имеющий изоцианатные группы и/или алкоксисилановые группы, и из 5-50% по массе, в частности 6-50% по массе, предпочтительно 10-30% по массе, сажи, исходя из общей массы однокомпонентного, влагоотверждаемого пеноматериала.
В настоящем документе термин «пеноматериал» понимают как обозначение структуры, содержащей наполненные газом, сферические или многогранные поры, которые соединены жидкими, полужидкими, высоковязкими или твердыми материалами-каркасами пор, заполняющими пространство между порами.
В настоящем документе названия веществ, начинающиеся с «поли», такие как полиол или полиизоцианат, обозначают вещества, которые формально содержат две или более функциональных групп, имеющих место в их названии на (моно)молекулу.
В настоящем документе термин «полимер», во-первых, включает группу макромолекул, которые являются химически однородными, но отличаются в отношении степени полимеризации, молярной массы и длины цепи, группу которых получают посредством «полиреакции» (полимеризация, полиприсоединение, поликонденсация). Во-вторых, термин также включает производные такой группы макромолекул из полиреакций, то есть соединения, которые получают посредством реакций, таких как, например, присоединения или замещения, фукциональных групп на указанных макромолекулах, и которые могут быть химически однородными или химически неоднородными. К тому же, термин также включает так называемые форполимеры, то есть реакционноспособные олигомерные пре-аддукты, функциональные группы которых являются вовлеченными в синтез макромолекул.
Термин «полиуретановый полимер» включает все полимеры, которые получают посредством так называемого процесса полиприсоединения диизоцианата. Он также включает те полимеры, которые фактически или полностью свободны от уретановых групп. Примерами полиуретановых полимеров являются полиуретаны на основе простых полиэфиров, полиуретаны на основе сложных полиэфиров, полимочевины на основе простых полиэфиров, полимочевины, полимочевины на основе сложных полиэфиров, полиизоцианураты и поликарбодиимиды.
Подходящие полимеры Р, во-первых, представляют собой полимеры на основе полимеров с концевыми алкоксисилановыми группами, которые известны специалисту в данной области под обозначением «полимеры MS», или, во-вторых, полимеры на основе полиуретанов с концевыми алкоксисилановыми группами, которые известны специалисту в данной области под обозначением «SPUR» (Полиуретаны с концевыми силановыми группами).
Они представляют собой, например, продукты реакции полиуретановых полимеров, имеющих изоцианатные группы, с органосиланами, реакционноспособными по отношению к изоцианатам и имеющими концевые алкоксисилановые группы, такие как, например, меркаптоалкилсиланы или аминоалкилсиланы, описанные, например, в патенте US 3632557, в особенности продукты реакции полиуретановых полимеров, имеющих изоцианатные группы, с аддуктами реакции Майкла аминоалкилсиланов и сложных диэфиров малеиновой или фумаровой кислоты, описанные, например, в патенте EP 0403921; продукты реакций гидросилилирования полимеров, имеющих концевые двойные связи, в особенности, полиоксиалкиленовых полимеров с концевыми аллильными группами, с алкоксисиланами, описанные, например, в патентах US 3971751 и US 6207766; продукты реакции полимеров, содержащих активные атомы водорода, например, в форме гидроксильных групп или меркаптогрупп, с изоцианатоалкилсиланами, описанные, например, в патентах US 4345053 и US 5990257; полимеры, содержащие 3-(N-силилалкил)аминопропеноатные группы, которые являются продуктами реакции полимеров, содержащих 3-оксопропаноатные группы, и аминоалкилсиланов, описанные, например, в международной патентной публикации WO 2004/056905. Содержание патентов, упомянутых выше, таким образом, включено путем ссылки в эту заявку, и их раскрытие таким образом включено.
С другой стороны, полиуретановые полимеры, имеющие изоцианатные группы, также подходят в качестве полимера Р. Такие подходящие полиуретановые полимеры могут быть получены, в частности, реакцией, по меньшей мере, одного полизоцианата с, по меньшей мере, одним полиолом. Такая реакция может быть осуществлена путем реакционного взаимодействия полиола и полиизоцианата посредством обычных процессов, например, при температурах от 50°С до 100°С, необязательно с сопутствующим применением подходящих катализаторов, где полиизоцианат дозируют так, что его изоцианатные группы присутствуют в стехиометрическом избытке относительно гидроксильных групп полиола. Преимущественно, полиизоцианат дозируют так, чтобы поддерживать соотношение NCO/OH, равное 1,5-5, в особенности, соотношение NCO/OH, равное 1,8-3. Здесь, под соотношением NCO/OH понимают значение соотношения числа использованных изоцианатных групп к числу использованных гидроксильных групп. Содержание свободных изоцианатных групп 0,5-15% по массе, особенно предпочтительно 1-10% по массе, предпочтительно сохраняется в полиуретановом полимере после реакции всех гидроксильных групп полиола.
Для получения полиуретанового полимера могут быть использованы в качестве полиизоцианатов коммерчески доступные алифатические, циклоалифатические или ароматические полиизоцианаты, в частности диизоцианаты.
Например, они представляют собой диизоцианаты, изоцианатные группы которых связаны в каждом случае с алифатическим, циклоалифатическим или арилалифатическим атомом С, также называемые как «алифатические диизоцианаты», такие как 1,6-гексаметилендиизоцианат (HDI), 2-метилпентаметилен-1,5-диизоцианат, 2,2,4- и 2,4,4-триметил-1,6-гексаметилендиизоцианат (TMDI), 1,12-додекаметилендиизоцианат, диизоцианат лизина и диизоцианат сложного эфира лизина, циклогексан-1,3-диизоцианат, циклогексан-1,4-диизоцианат, 1-изоцианато-3,3,5-триметил-5-изоцианатометилциклогексан (= изофорондиизоцианат или IPDI), пергидро-2,4'-дифенилметан-диизоцианат и пергидро-4,4'-дифенилметан-диизоцианат, 1,4-диизоцианато-2,2,6-триметилциклогексан (TMCDI), 1,3 и 1,4-бис(изоцианатометил)циклогексан, m- и p-ксилилен-диизоцианат (m- и p-XDI), m- и p-тетраметил-1,3-ксилол-диизоцианат, m- и p-тетраметил-1,4-ксилол-диизоцианат, бис(1-изоцианато-1-метилэтил)нафталин; и диизоцианаты, имеющие изоцианатные группы, связанные в каждом случае с ароматическим атомом С, также называемые как «ароматические диизоцианаты», такие как 2,4- и 2,6-толуол-диизоцианаты (TDI), 4,4'-, 2,4'- и 2,2'-дифенилметандиизоцианат (MDI), 1,3- и 1,4-фенилен-диизоцианат, 2,3,5,6-тетраметил-1,4-диизоцианатобензол, нафталин-1,5-диизоцианат (NDI), 3,3'-диметил-4,4'-диизоцианатобифенил (TOBI); олигомеры и полимеры вышеупомянутых изоцианатов, и любые смеси вышеупомянутых изоцианатов.
Подходящие полиолы представляют собой полиолы на основе простых полиэфиров, полиолы на основе сложных полиэфиров и полиолы на основе поликарбонатов и смеси этих полиолов.
Особенно подходящие полиолы на основе простых полиэфиров, также называемые как полиоксиалкиленполиолы или олигоолы на основе простых олигоэфиров, представляют собой полиолы на основе простых полиэфиров, которые являются продуктами полимеризации этиленоксида, 1,2-пропиленоксида, 1,2- или 2,3-бутиленоксида, оксетана, тетрагидрофурана или их смесей, необязательно полимеризованных посредством инициатора, имеющего два или более активных атома водорода на молекулу, такого как, например, вода, аммиак или соединения, имеющие множество групп ОН или NH, такие как, например, 1,2-этандиол, 1,2- и 1,3-пропандиол, неопентилгликоль, диэтиленгликоль, триэтиленгликоль, изомерные дипропиленгликоли и трипропиленгликоли, изомерные бутандиолы, пентандиолы, гександиолы, гептандиолы, октандиолы, нонандиолы, декандиолы, ундекандиолы, 1,3- и 1,4-циклогександиметанол, бисфенол А, гидрогенизированный бисфенол А, 1,1,1-триметилолэтан, 1,1,1-триметилолпропан, глицерин, анилин и смеси вышеупомянутых соединений. Могут быть использованы как полиоксиалкиленполиолы, которые имеют низкую степень ненасыщения (измеренная согласно стандарту ASTM D-2849-69 и установленная в миллиэквивалентах ненасыщения на грамм полиола (мэкв/г)), изготовленные, например, посредством так называемых катализаторов на основе двойного металл-цианидного комплекса (катализаторы DMC), и полиоксиалкиленполиолы, имеющие более высокую степень ненасыщения, изготовленные, например, посредством анионных катализаторов, таких как NaOH, KOH, CsOH или алкоголяты щелочных металлов.
Особенно подходящими являются полиоксиэтиленполиолы и полиоксипропиленполиолы, в частности полиоксиэтилендиолы, полиоксипропилендиолы, полиоксиэтилентриолы и полиоксипропилентриолы.
Особенно подходящими являются полиоксиалкилендиолы или полиоксиалкилентриолы, имеющие степень ненасыщения менее чем 0,02 мэкв/г, и имеющие молекулярную массу в диапазоне от 1000 до 30000 г/моль, и полиоксиэтилендиолы, полиоксиэтилентриолы, полиоксипропилендиолы и полиоксипропилентриолы, имеющие молекулярную массу 400-8000 г/моль. В настоящем документе под «молекулярной массой» всегда понимают значение средней молекулярной массы Mn.
Подобным образом, особенно подходящими являются так называемые полиоксипропиленполиолы с концевыми этиленоксидными группами. Последние представляют собой особые полиоксипропиленполиоксиэтиленполиолы, которые получают, например, если чистые полиоксипропиленполиолы, в частности полиоксипропилендиолы и -триолы, дополнительно подвергают алкоксилированию после завершения реакции полипропоксилирования и которые, соответственно, имеют первичные гидроксильные группы. В этом случае, полиоксипропиленполиоксиэтилендиолы и полиоксипропиленполиоксиэтилентриолы являются предпочтительными.
К тому же, являются подходящими полибутадиенполиолы с концевыми гидроксильными группами, такие как, например, полибутадиенполиолы с концевыми гидроксильными группами, которые получают полимеризацией 1,3-бутадиена и аллилового спирта или окислением полибутадиена, и продукты их гидрогенизации.
Полиолы на основе простых полиэфиров с привитым стирол-акрилонитрилом, которые являются коммерчески доступными, например, под торговым наименованием Lupranol в компании Elastogran GmbH, Germany, являются также подходящими.
Особенно подходящие полиолы на основе сложных полиэфиров представляют собой сложные полиэфиры, которые несут, по меньшей мере, две гидроксильные группы и которые получают известными способами, в частности поликонденсацией гидроксикарбоновых кислот или поликонденсацией алифатических и/или ароматических поликарбоновых кислот с двухатомными или многоатомными спиртами.
Особенно подходящими полиолами на основе сложных полиэфиров являются полиолы на основе сложных полиэфиров, которые получают из двухатомных или трехатомных спиртов, таких как, например, 1,2-этандиол, диэтиленгликоль, 1,2-пропандиол, дипропиленгликоль, 1,4-бутандиол, 1,5-пентандиол, 1,6-гександиол, неопентилгликоль, глицерин, 1,1,1-триметилолпропан или смеси вышеупомянутых спиртов, с органическими дикарбоновыми кислотами или их ангидридами или сложными эфирами, такими как, например, сукциновая кислота, глутаровая кислота, адипиновая кислота, триметиладипиновая кислота, пробковая кислота, азелаиновая кислота, себациновая кислота, додекандикарбоновая кислота, малеиновая кислота, фумаровая кислота, димерная жирная кислота, фталевая кислота, фталевый ангидрид, изофталевая кислота, терефталевая кислота, диметилтерефталат, гексагидрофталевая кислота, тримеллитовая кислота и тримеллитовый ангидрид или смеси вышеупомянутых кислот, и полиолы на основе сложных полиэфиров, полученные из лактонов, таких как, например, ε-капролактон.
Диолы на основе сложных полиэфиров являются особенно подходящими, особенно диолы на основе сложных полиэфиров, которые получают из адипиновой кислоты, азелаиновой кислоты, себациновой кислоты, додекандикарбоновой кислоты, димерной жирной кислоты, фталевой кислоты, изофталевой кислоты и терефталевой кислоты в качестве дикарбоновой кислоты и из лактонов, таких как например, ε-капролактон, и из этиленгликоля, диэтиленгликоля, неопентилгликоля, 1,4-бутандиола, 1,6-гександиола, диола на основе димерной жирной кислоты и 1,4-циклогександиметанола в качестве двухатомного спирта.
Особенно подходящими поликарбонатполиолами являются поликарбонатполиолы, получаемые реакционным взаимодействием, например, вышеупомянутых спиртов, используемых в синтезе полиолов на основе сложных полиэфиров, с диалкилкарбонатами, такими как диметилкарбонат, с диарилкарбонатами, такими как дифенилкарбонат, или с фосгеном. Особенно подходящими являются поликарбонатдиолы, в частности аморфные поликарбонатдиолы.
Дополнительные подходящие полиолы представляют собой поли(мет)акрилатные полиолы.
Кроме того, подходящими являются также полиолы на основе полиуглеводородов, также называемые как олигоуглеводородные спирты, например полигидрокси-функционализированные этилен-пропиленовые, этилен-бутиленовые или этилен-пропилен-диеновые сополимеры, которые производит, например, компания Kraton Polymers, USA, или полигидрокси-функционализированные сополимеры, получаемые из диенов, таких как 1,3-бутадиен, или смеси диенов, и виниловых мономеров, таких как стирол, акрилонитрил или изобутилен, или полигидрокси-функционализированные полибутадиенполиолы, например полигидрокси-функционализированные полибутадиенполиолы, которые получают сополимеризацией 1,3-бутадиена и аллилового спирта и которые также могут быть гидрогенизированы.

К тому же, являются подходящими полигидрокси-функционализированные акрилонитрил/бутадиеновые сополимеры, которые могут быть получены, например, из эпоксидов или аминоспиртов и акрилонитрил/бутадиеновых сополимеров с концевыми карбоксильными группами (коммерчески доступные под наименованием Hycar CTBN в компании Emerald Performance Materials, LLC, USA). Упомянутые выше полиолы предпочтительно имеют среднюю молекулярную массу 250-30000 г/моль, в частности 1000-30000 г/моль, и среднюю функциональность по ОН в диапазоне от 1,6 до 3.
Особенно подходящие полиолы представляют собой полиолы на основе сложных полиэфиров и полиолы на основе простых полиолов, в частности полиоксиэтиленполиол, полиоксипропиленполиол и полиоксипропиленполиоксиэтиленполиол, предпочтительно полиоксиэтилендиол, полиоксипропилендиол, полиоксиэтилентриол, полиоксипропилентриол, полиоксипропиленполиоксиэтилендиол и полиоксипропиленполиоксиэтилентриол.
Доля полимера P составляет предпочтительно 20-80% по массе, в особенности 20-60% по массе, предпочтительно 25-50% по массе, исходя из общей массы пеноматериала.
Сажа, которая присутствует в качестве наполнителя в однокомпонентном, влагоотверждаемом пеноматериале, в частности, представляет собой промышленно выпускаемую сажу.
В дополнение к саже, однокомпонентный, влагоотверждаемый пеноматериал может необязательно содержать дополнительные наполнители, такие как слюда, тальк, каолин, волластонит, полевой шпат, сиенит, хлорит, бентонит, монтмориллонит, карбонат кальция (осажденный или измельченный/растертый), кристобалит, оксид кальция, гидроксид алюминия, оксид магния, полые керамические сферы, полые стеклянные сферы, полые органические сферы, стеклянные сферы или цветные пигменты.
2
2
2
Газ, который присутствует в однокомпонентном, влагоотверждаемом пеноматериале, выбирают из группы, состоящей из азота (N), водорода (H), оксида углерода (СО), закиси азота (NO), инертного газа и смесей этих газов и воздуха. Азот или осушенный воздух является особенно подходящим. Осушенный воздух является предпочтительным. Под осушенным воздухом понимают воздух, который по мере возможности обезвожен, в частности полностью обезвожен.
Газ является заключенным в порах в однокомпонентном, влагоотверждаемом пеноматериале, которые, в частности, распределены в пеноматериале равномерно.
Композиция Z для получения однокомпонентного, влагоотверждаемого пеноматериала предпочтительно является свободной от химических вспенивающих веществ.
Однокомпонентный, влагоотверждаемый пеноматериал, к тому же, может содержать тиксотропное вещество С на основе производного мочевины. Производное мочевины представляет собой, в частности, продукт реакции ароматического мономерного диизоцианата с алифатическим аминосоединением. Также являются вполне возможными реакции ряда различных мономерных диизоцианатов с одним или более алифатическими аминосоединениями или мономерного диизоцианата с рядом алифатических аминосоединений. Продукт реакции 4,4'-дифенилметан-диизоцианата (MDI) с бутиламином, как оказалось, является особенно преимущественным.
Производное мочевины предпочтительно присутствует в материале-носителе. Материал-носитель может представлять собой пластификатор, в особенности фталат или адипат, предпочтительно диизодецилфталат (DIDP) или диоктиладипат (DOA). Среда носителя также может представлять собой недиффундирующую среду носителя.
Это является предпочтительным для гарантированного обеспечения настолько небольшого смещения, насколько это возможно, после отверждения непрореагировавших составляющих. Полиуретановые блокполимеры являются предпочтительными в качестве недиффундирующей среды носителя. Получение таких предпочтительных производных мочевины и материалов-носителей описаны подробно в патенте US 6548593, который является таким образом включенным путем ссылки в эту заявку. Материал-носитель преимущественно представляет собой полиуретановый блокполимер, в частности полученный путем реакционного взаимодействия трехфункционального полиола на основе простого полиэфира с IPDI и впоследствии путем блокирования концевых изоцианатных групп ε-капролактамом.
Общая доля тиксотропного вещества С составляет преимущественно 0,1-40% по массе, предпочтительно 5-25% по массе, исходя из общей массы пеноматериала. Предпочтительно массовое соотношение производного мочевины к необязательно присутствующей среде носителя составляет от 0,02:1 до 1:1, в частности от 0,05:1 до 0,3:1.
Однокомпонентный, влагоотверждаемый пеноматериал может содержать дополнительные составляющие, в частности катализаторы, термо- и/или светостабилизаторы, пластификаторы, растворители, вспенивающие вещества, красители и пигменты.
Такие дополнительные составляющие предпочтительно уже присутствуют во влагоотверждаемой композиции Z до получения пеноматериала. Следовательно, преимущественным является такой выбор необязательно присутствующих дополнительных составляющих, чтобы присутствие такого составляющего не сказывалось отрицательно на сроке хранения влагоотверждаемой композиции Z, или необязательно также однокомпонентного, влагоотверждаемого пеноматериала. В частности, способность композиции Z к вспениванию и свойства нанесения и отверждения пеноматериала не должны иметь отрицательного воздействия во время получения и хранения композиции Z. Это означает, что реакции, в частности, изоцианатных групп, которые приводят к химическому отверждению описываемого пеноматериала, не должны протекать в значительной степени во время хранения. Таким образом, особенно предпочтительно, что вышеупомянутые составляющие не содержат, или не высвобождают во время хранения, воду или содержат, или высвобождают во время хранения, самое большее, следы воды. По этой причине может быть целесообразным и приемлемым химическое или физическое осушивание некоторых составляющих до смешения с композицией.
Описанную композицию Z предпочтительно получают и хранят в отсутствии влаги. Она, таким образом, сохраняет стабильность при хранении, то есть она может храниться в отсутствии влаги в подходящей упаковке или в подходящем приспособлении, таком как, например, цилиндрический контейнер, мешок или картридж, в течение периода времени от нескольких месяцев до года или более без изменения, в степени, релевантной для ее применения.
Вышеизложенное применяется к однокомпонентному, влагоотверждаемому пеноматериалу, который предпочтительно также получают и хранят в отсутствии влаги и который, таким образом, является химически стабильным при хранении в течение относительно длительного периода времени, аналогично композиции Z.

В частности, в качестве композиции Z могут быть использованы однокомпонентные, влагоотверждаемые адгезивы и герметики/уплотняющие материалы, которые являются коммерчески доступными как товарная серия Sikaflex в компании Sika Schweiz AG.
После вспенивания и нанесения композиции Z отверждение пеноматериала происходит в силу того факта, что вышеупомянутый пеноматериал вступает в контакт с водой, в частности в форме атмосферной влаги, во время нанесения. Реакцию отверждения также называют как сшивание.
Вода, необходимая для реакции отверждения, может возникать из воздуха (атмосферная влага), или пеноматериал может быть приведен в контакт с водосодержащим компонентом, например, путем промазывания, например, с использованием разглаживающего средства, или путем распыления, или водосодержащий компонент может быть добавлен в пеноматериал во время нанесения, например, в форме водосодержащей пасты, которую примешивают, например, посредством статического смесителя.
В отвержденном состоянии пеноматериал имеет высокую механическую прочность в сочетании с хорошей растяжимостью и имеет хорошие адгезионные свойства даже после значительного «попадания» влаги. Таким образом, он является подходящим для многих применений, в частности в качестве упругого адгезива, упругого герметика или в качестве упругого покрытия.
Изобретение, кроме того, включает способ получения однокомпонентного, влагоотверждаемого пеноматериала.
Первый, предпочтительный, способ получения однокомпонентного, влагоотверждаемого пеноматериала заключается в подаче газа в однокомпонентную, влагоотверждаемую композицию Z при температурах 0-80°С, в частности 10-60°С, и в примешивании его к композиции и в распределении его посредством замешивающего аппарата. В этом способе газ может быть подан, например, таким образом, когда газ вдувают в композицию посредством линии с избыточным давлением, или когда его засасывают в композицию посредством пониженного давления в замешивающем аппарате.
Такой предпочтительный способ описан, например, в патенте DE 102005 042 380 А1, который таким образом включен путем ссылки в эту заявку.
Второй способ получения однокомпонентного, влагоотверждаемого пеноматериала заключается в нагнетании газа, который присутствует в жидком или в сверхкритическом состоянии, в однокомпонентную, отверждаемую во влажной среде композицию Z, которая находится под давлением, и в примешивании/вмешивании его в композицию и в распределении его посредством замешивающего аппарата. Во время последующего стравливания давления композиции до атмосферного давления, газ расширяется, и образуется пеноматериал.
Существенный момент в случае всех способов получения однокомпонентного, влагоотверждаемого пеноматериала заключается в том, что композицию Z вспенивают перед нанесением, то есть процесс вспенивания является в значительной степени завершенным в момент нанесения. Только таким образом можно гарантированно обеспечить то, что композиция может быть точно/ровно нанесена, и, что в том случае, когда однокомпонентный, влагоотверждаемый пеноматериал используют в качестве адгезива, не происходит смещение подложек, которые должны быть адгезионно связаны (склеены), вследствие процесса вспенивания во время отверждения.
Кроме того, настоящее изобретение включает применение вышеописанного однокомпонентного, влагоотверждаемого пеноматериала в качестве адгезива или герметика/уплотняющего материала или для получения покрытий и для заполнения пеноматериалом полых конструкций. Пеноматериал может быть использован для большого ряда потенциальных применений.
В частности, однокомпонентный, влагоотверждаемый пеноматериал в соответствии с изобретением подходит в качестве влагоотверждаемого адгезива для упругих адгезионных связей и уплотнений/герметизированных соединений в конструкции транспортных средств.
Что касается однокомпонентного, влагоотверждаемого пеноматериала в соответствии с изобретением, то, исходя из композиции Z, можно варьировать плотность получающегося в результате влагоотверждаемого пеноматериала посредством различных степеней вспенивания. Следовательно, однокомпонентные, влагоотверждаемые пеноматериалы, имеющие различные доли газа, могут быть получены из одной и той же композиции Z и использованы для различных целей. С использованием подходящего вспенивающего и смесительного агрегата, который применяют непосредственно перед агрегатом для нанесения однокомпонентного, влагоотверждаемого пеноматериала, также можно изменить степень вспенивания во время нанесения за очень короткое время.
Настоящее изобретение, к тому же, относится к способу адгезионного связывания подложек S1 и S2, включающему стадии
с1) нанесения однокомпонентного, влагоотверждаемого пеноматериала в соответствии с вышеупомянутым описанием на подложку S1;
с2) приведения однокомпонентного, влагоотверждаемого пеноматериала в контакт со второй подложкой S2;
или
d1) нанесения однокомпонентного, влагоотверждаемого пеноматериала в соответствии с вышеупомянутым описанием на подложки S1 и S2;
d2) соединения двух подложек S1 и S2, покрытых однокомпонентным, влагоотверждаемым пеноматериалом.
Подложка S1 состоит из материала, который идентичен или отличается от материала подложки S2.
Настоящее изобретение также относится к способу герметизирования/уплотнения подложки S1 и/или S2, включающему стадии
е1) нанесения однокомпонентного, влагоотверждаемого пеноматериала в соответствии с вышеупомянутым описанием на подложку S1 и/или S2;
или
f1) нанесения однокомпонентного, влагоотверждаемого пеноматериала в соответствии с вышеупомянутым описанием между поверхностями подложек S1 и S2.
Подложка S1 состоит из материала, который идентичен или отличается от материала подложки S2.
Настоящее изобретение, к тому же, относится к способу получения покрытия на подложке S1, включающий стадию
g1) нанесения однокомпонентного, влагоотверждаемого пеноматериала в соответствии с вышеупомянутым описанием на подложку S1.
Настоящее изобретение также относится к способу заполнения пеноматериалом полых конструкций, включающему стадию
h1) впрыскивания однокомпонентного, влагоотверждаемого пеноматериала в имеющуюся полую конструкцию.
Пеноматериал может быть использован для уплотнения/герметизирующего соединения и/или для звукоизоляции и/или для конструкционного упрочнения полой конструкции, например конструкционного элемента.
Как после адгезионного связывания стадий с2) и d2), так и после герметизирования/уплотнения стадий е1) и f1), так и после нанесения покрытия стадии g1), так и после заполнения пеноматериалом полых конструкций стадии h1), проводят отверждение однокомпонентного, влагоотверждаемого пеноматериала посредством воды, в частности в форме атмосферной влаги.
Нанесение однокомпонентного, влагоотверждаемого пеноматериала производят, в особенности, при температурах в диапазоне от 10 до 40°С, предпочтительно при температурах в диапазоне от 20 до 30°С.
Дополнительная часть изобретения представляет собой то, что в вышеописанном способе, степень вспенивания композиции Z и, следовательно, газосодержание однокомпонентного, влагоотверждаемого пеноматериала в соответствии с изобретением может варьироваться во время нанесения пеноматериала посредством подсоединения аппарата для расширения (увеличения объема с порообразованием) и аппарата для нанесения последовательно или с их совмещением. Это осуществляют, например, путем вспенивания композиции Z в аппарате для расширения и путем нанесения пеноматериала, таким образом полученного, непосредственно из аппарата для расширения. Для настоящего изобретения имеет большую важность то, что получение однокомпонентного, влагоотверждаемого пеноматериала завершается при нанесении, то есть, например, когда пеноматериал покидает головку устройства для нанесения. Подходящая установка для расширения и нанесения может быть приведена в действие компьютером посредством подходящего программного обеспечения для того, чтобы скорректировать степень вспенивания. Преимущество варьирования степени вспенивания во время нанесения заключается в том, что пеноматериалы, имеющие различные свойства, могут быть нанесены из одного и того же устройства для нанесения, предпочтительно без прерывания нанесения.
Фигура 1 схематически показывает способ получения и нанесения и отверждения однокомпонентного, влагоотверждаемого пеноматериала в соответствии с изобретением. Такой способ используют, например, для адгезионного связывания двух подложек S1 и S2 на технологической линии. Композицию Z подают вместе с газом из газового контейнера 2 в замешивающий аппарат М, где композицию Z 1 и газ смешивают друг с другом. Однокомпонентный, влагоотверждаемый пеноматериал 3, образующийся там, немедленно наносят из замешивающего аппарата М посредством устройства для нанесения или вручную на подложку S1 4. После этого подложку S1 4 соединяют со второй подложкой S2 4' с помощью однокомпонентного, влагоотверждаемого пеноматериала. Однокомпонентный, влагоотверждаемый пеноматериал затем отверждается посредством воды, в частности в форме атмосферной влаги, что дает влагоотверждаемый пеноматериал 3'.
Преимущество такого способа, в котором стадии для получения и нанесения пеноматериала происходят непосредственно одна за другой, заключается в том, что газосодержание в однокомпонентном, влагоотверждаемом пеноматериале может варьироваться в течение очень короткого времени. Таким образом, однокомпонентные, влагоотверждаемые пеноматериалы могут быть получены из одной и той же композиции Z и могут иметь различные свойства вследствие различного газосодержания в них. Нанесение таких однокомпонентных, влагоотверждаемых пеноматериалов может быть осуществлено таким способом без (пере)устанавливания устройства для нанесения для одного образца.
Фигура 2 схематически показывает каплю однокомпонентного, влагоотверждаемого пеноматериала 3 на подложке S1 4, где часть (в круге) показывают в большем масштабе. Газ присутствует в порах или ячейках 6, которые распределены равномерно в композиции Z.
Фигура 3 схематически показывает капот автомобиля, состоящий из внешнего металлического листа 5 и реброподобного внутреннего металлического листа 5' ниже для обеспечения жесткости, до адгезионного связывания. Однокомпонентный, влагоотверждаемый пеноматериал наносят в качестве адгезива из устройства для нанесения на стальную раму 5' без (пере)устанавливания вышеупомянутого устройства для нанесения. В зависимости от положения адгезионной связи, наносят пеноматериал, имеющий различное газосодержание. В тех положениях, которые требуют особенно высокой прочности и должны выдерживать большие механические нагрузки, предпочтительно наносят однокомпонентный, влагоотверждаемый пеноматериал 3а, имеющий низкое газосодержание, то есть имеющий газосодержание 10-40% по объему. В положениях, где влагоотверждаемый пеноматериал должен иметь лишь ограниченные структурно-прочностные свойства, например на внутреннем участке капота, где однокомпонентный, влагоотверждаемый пеноматериал наносят исключительно в качестве адгезива футеровки, используют однокомпонентный, влагоотверждаемый пеноматериал 3b, имеющий высокое газосодержание, то есть имеющий газосодержание 30-60% по объему. Путем изменения соотношения смешения композиции Z и газа во время процесса получения и нанесения можно наносить однокомпонентные, влагоотверждаемые пеноматериалы, имеющие низкое газосодержание 3а, и однокомпонентные, влагоотверждаемые пеноматериалы, имеющие высокое газосодержание 3b, на образец без прерывания нанесения из одного и того же аппарата.
Фигура 4 схематически показывает боковое окно 7 автомобиля, по краям которого был нанесен однокомпонентный, влагоотверждаемый пеноматериал в качестве адгезива. Как описано на Фигуре 3, пеноматериал наносят из одного устройства для нанесения. По углам бокового окна наносят однокомпонентный, влагоотверждаемый пеноматериал 3а, имеющий низкое газосодержание. В промежуточных участках, где однокомпонентный, влагоотверждаемый пеноматериал должен иметь низкую прочность, наносят однокомпонентный, влагоотверждаемый пеноматериал 3b, имеющий высокое газосодержание.
Кроме того, изобретение включает влагоотверждаемый пеноматериал, который получают посредством стадии, включающей отверждение однокомпонентного, влагоотверждаемого пеноматериала, который описан выше.
Предпочтительно газ во влагоотверждаемом пеноматериале является заключенным в порах, которые имеют диаметр ≤ 1 мм, в особенности ≤ 0,5 мм, предпочтительно ≤ 0,1 мм, и которые распределены в композиции равномерно.
Более того, настоящее изобретение включает изделие, являющееся результатом таких способов адгезионного связывания, герметизирования/уплотнения, нанесения покрытия или заполнения пеноматериалом (конструкционных пустот). Такое изделие предпочтительно представляет собой транспортное средство или прицеп транспортного средства, в частности автомобиль.
Кроме того, однокомпонентный, влагоотверждаемый пеноматериал в соответствии с изобретением подходит не только для автомобилестроения, но также для других областей применения. Родственные применения в строительстве средств транспорта, таких как корабли, грузовые автомобили, автобусы или железнодорожные вагоны, или в конструировании товаров широкого потребления, таких как, например, стиральные машины, следует упомянуть в особенности.
Примеры
Получение однокомпонентного,
пеноматериала
влагоотверждаемого

3
3
300 г полиуретанового герметика Sikaflex 252, который сделан на основе полиуретанов, имеющих изоцианатные группы, и который является коммерчески доступным в компании Sika Schweiz AG, отвешивают в металлическую тару и перемешивают в растворителе (аппарат для растворения) при скорости перемешивания 2500 оборотов в минуту и при диаметре диска 8 см в течение 7 минут с перемещениями тары вверх и вниз. В то же самое время, в адгезив вдувают сухой азот посредством линии давления при давлении 3 бар. При постоянной массе плотность уменьшается от 1,18 кг/м до 1,05 кг/м, что соответствует увеличению объема, составляющему приблизительно 11%. Таким образом, получают однокомпонентный, влагоотверждаемый пеноматериал, имеющий долю газа, составляющую 11% по объему.
Эксперименты
Однокомпонентный, влагоотверждаемый пеноматериал, который получают так, как описано выше, наносят вручную шпателем на стальной лист, покрытый посредством катодного электроосаждения (CED), и который обычно используют в автомобилестроении. В качестве эталонного примера герметик, не подвергнутый расширению (увеличению в объеме с порообразованием), наносят сбоку аналогичным образом. Образец для испытаний затем подвергают отверждению при температуре 23°С и при относительной влажности 50% в течение 7 дней.
Результаты
Пеноматериал в соответствии с изобретением имеет очень хорошую адгезию к подложке. Кроме того, посредством разрезания и вскрытия влагоотвержденного пеноматериала, обнаружено, что наполненные газом поры пеноматериала распределены очень равномерно, то есть однородно, в пеноматериале.
Краткое описание рисунков
Действующие образцы изобретения разъяснены более подробно ниже со ссылкой на рисунки. Идентичные элементы или элементы, имеющие одинаковый эффект, обеспечены с одинаковыми номерами для ссылок на различных фигурах. Разумеется, изобретение не ограничено показанными и описанными действующими образцами.
Фигура 1 схематически показывает способ получения, нанесения и отверждения однокомпонентного, влагоотверждаемого пеноматериала;
фигура 2 схематически показывает поперечное сечение капли однокомпонентного, влагоотверждаемого пеноматериала или поперечное сечение капли по линии А-А на фигуре 1;
фигура 3 показывает схематическое представление капота автомобиля, состоящего из стального листа и стальной рамы внизу, до адгезионного связывания;
фигура 4 схематически показывает боковое окно автомобиля с нанесенным адгезивом.
На фигурах показаны только элементы, весьма важные для непосредственного понимания изобретения.
Список номеров для ссылок
1 - композиция Z
2 - газовый контейнер
3 - однокомпонентный, влагоотверждаемый пеноматериал
3а - однокомпонентный, влагоотверждаемый пеноматериал, имеющий низкое газосодержание
3b - однокомпонентный, влагоотверждаемый пеноматериал, имеющий высокое газосодержание
3' - влагоотвержденный пеноматериал
4 - часть, которая должна быть присоединена/подложка S1
4' - часть, которая должна быть присоединена/подложка S2
5 - капот/внешний металлический лист
5' - капот/внутренний металлический лист
6 - ячейки/поры
7 - боковое окно
М - смешивающее устройство