СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КЛЕЯ-РАСПЛАВА
METHOD OF PRODUCING MELT ADHESIVE

Изобретение относится к области клеящих материалов и, более конкретно, к способам получения полимерных клеев-расплавов, предназначенных для формирования адгезионных соединений между различными материалами, в том числе металлами, характеризующихся высокой прочностью образованной связи в расширенном температурном диапазоне применения.
Известен способ получения полимерного клея-расплава с пониженной температурой плавления путем смешения на вальцах компонентов смеси состава, мас. ч.: сополимер этилена с винилацетатом (сэвилен) - 100, дивинилстирольный термоэластопласт ДСТ-30 - 20-25, вторичный полиэтилен 5-25, канифоль 10-33, полиэтиленовый воск 10-20 (а.с. SU 929677, кл. МПК C09J 3/14, опубл. 23.05.1982). Сэвилен является основой клея, обеспечивающей его прочность и адгезионные свойства, ДСТ-30 улучшает эластические свойства клея, канифоль увеличивает адгезию (является усилителем липкости), понижает температуру плавления и улучшает текучесть, полиэтиленовый воск облегчает гомогенизацию компонентов клея и регулирует температуру его плавления, а вторичный полиэтилен улучшает гомогенизацию компонентов и реологию клея, снижает его стоимость.
Недостатком данного клея является его предназначенность для склейки текстильной продукции, тогда как адгезия к металлу данного клея является низкой.
Наиболее близким аналогом по совокупности существенных признаков и достигаемому результату является способ получения клея-расплава, включающий гидрирование нефтеполимерной смолы - продукта сополимеризации циклопентадиена и его производных (циклопентадиена, дициклопентадиена и их алкильных производных) и индена и его алкильных производных (от 5 до 50 мас. ч.), а также винилтолуола и α-метилстирола, до получения смолы с температурой размягчения 60-130°С, в которой гидрировано 10-90% ароматических фрагментов, расплавление и одновременное смешение гидрированной нефтеполимерной смолы, сополимера этилена и винилацетата и полиэтиленового воска в трубке при 180°С и охлаждение при следующем соотношении компонентов клея-расплава (мас. ч.):
указанная гидрированная нефтеполимерная смола
20-300;
воск
0-500;
сополимер этилена и ненасыщенных сложных эфиров
100.
(Патент US 4315842, кл. МПК C08L 91/00, опубл. 16.02.1982).
Изобретение позволяет получать клеи-расплавы с высокими адгезионными свойствами, высокой прозрачностью, бесцветностью и отсутствием неприятного запаха.
Недостаток известного способа получения клея-расплава заключается в одновременном смешении всех компонентов. В этом случае для получения однородной смеси необходимо мощное смесительное оборудование и/или высокая температура. Однако, при температуре смешения 180°С происходит постепенная термоокислительная деструкция нефтеполимерной смолы и сополимера этилена и винилацетата, и, как следствие, повышение хрупкости клея-расплава.
Кроме того, применение мощных смесителей и высоких температур смешения приводят к удорожанию способа получения клея-расплава в целом.
Полученный клей также отличается высокой вязкостью, что связано с необходимостью его нагрева до высоких температур для возможного применения, кроме того температура помутнения клея-расплава составляет 66-130°С, что не позволяет применять его для склеивания материалов, которые при таких высоких температурах подвергаются плавлению, размягчению или разрушению.
Задачей изобретения является получение эластичного клея-расплава, подходящего для склейки различных поверхностей, включая металлические, при возможности его применения при более низких температурах и экономичности способа его получения.
Поставленная задача решается тем, что в способе получения клея-расплава, включающем гидрирование нефтеполимерной смолы, полученной сополимеризацией мономеров - винилтолуола, дициклопентадиена, индена и α-метилстирола, смешение гидрированной нефтеполимерной смолы с сополимером этилена с винилацетатом и полиэтиленовым воском и охлаждение в качестве мономера дополнительно используют стирол при соотношении мономеров в смоле, % мас.:
стирол
30-50;
винилтолуол
10-20;
дициклопентадиен
30-40;
инден
4-12;
α-метилстирол
4-8,
гидрирование проводят до получения нефтеполимерной смолы, в которой гидрировано 10-55% ароматических фрагментов, а при смешении сначала гидрированную нефтеполимерную смолу растворяют в расплаве полиэтиленового воска с получением гомогенного раствора, затем в полученный раствор вводят сополимер этилена и винилацетата и перемешивают с помощью двухроторного смесителя при 110-130°С до получения однородной смеси при следующем соотношении компонентов клея-расплава, мас. %:
гидрированная нефтеполимерная смола
10-40;
полиэтиленовый воск
10-40;
сополимер этилена с винилацетатом
остальное.
Согласно предлагаемому изобретению в качестве полимерной основы клея-расплава используют сополимер этилена и винилацетата, в качестве нефтеполимерной смолы - продукт сополимеризации стирола (30-50%), винилтолуола (10-20%), дициклопентадиена (30-40%), индена (4-12%) и α-метилстирола (4-8%), выпускаемый ОАО "Нижнекамскнефтехим" по ТУ 2451-089-05766801-99 и содержащий изначально 65.5% алифатических фрагментов (по данным 1Н ЯМР), и в котором дополнительно гидрированы все олефиновые и 10-55% ароматических фрагментов, а в качестве полиэтиленового воска - воск марки ПВ-200, производимый ОАО "Нафтан", представляющий собой олигомерный полиэтилен с средней молекулярной массой 4300 г/моль, температурой размягчения 103°С и вязкостью расплава 0.35 Па⋅с. Такое химическое строение нефтеполимерной смолы обеспечивает гидрированной нефтеполимерной смоле на ее основе низкую вязкость (порядка 0.1-3 Па⋅с) и невысокую температуру размягчения (не более 70°С), а также хорошую совместимость с полиэтиленовым воском и сополимером этилена и винилацетата и, как результат, придает высокую эластичность клеям-расплавам.
Согласно предлагаемому способу смешение всех компонентов осуществляют не одновременно, как в прототипе, что приводит к получению высоковязкой, трудно перемешиваемой смеси, а сначала растворяют гидрированную смолу в расплаве воска, получая низковязкий гомогенный раствор, в который затем вводят сополимер этилена с винилацетатом, благодаря чему становится возможным понизить продолжительность и температуру смешения без применения мощного смесительного оборудования. Применение температуры смешения, не превышающей 130°С, обеспечивает отсутствие термоокислительной деструкции компонентов смеси, что также повышает эластичность полученного клея-расплава.
Технический результат, который может быть получен от использования предлагаемого изобретения, заключается в повышении эластичности клея-расплава и расширении температурного диапазона его применения.
Нижеследующие примеры иллюстрируют предлагаемое техническое решение.
Пример 1
Для получения полимерного клея-расплава проводят смешение 30 г нефтеполимерной смолы со степенью гидрирования ароматических фрагментов 37.2% (согласно 1Н ЯМР), 40 г сополимера этилена и винилацетата и 30 г полиэтиленового воска. Используют нефтеполимерную смолу, полученную сополимеризацией мономеров (% мас.): стирола - 39.5, винилтолуола - 10.1, дициклопентадиена - 38.3, индена - 4.2 и α-метилстирола - 7.9. Вначале гидрированную нефтеполимерную смолу (30 г), растворяют в расплаве полиэтиленового воска (30 г) с получением гомогенного раствора. Затем в полученный раствор вводят сополимер этилена и винилацетата в количестве 40 г и перемешивают с помощью двухроторного смесителя при 120°С до получения однородной смеси. Для получения клея-расплава полученную смесь охлаждают до комнатной температуры.
При испытании смесь выгружают из смесителя, помещают между двумя слоями антиадгезионной пленки и пропускают через ламинатор при 120°С для формования пленки адгезива.
Состав и характеристики полученного клея-расплава приведены в таблице.
Пример 2
Полимерный клей-расплав получают и формуют аналогично способу, указанному в примере 1, но в качестве ароматической нефтеполимерной смолы используют ароматическую нефтеполимерную смолу, содержащую (% мас.) стирол - 37.6, винилтолуол - 17.1, дициклопентадиен - 37.1, инден - 4.0 и α-метилстирол - 4.2 со степенью гидрирования ароматических фрагментов 26.7%. Смешение компонентов ведут при 110°С.
Состав и характеристики полученного клея-расплава приведены в таблице.
Пример 3
Полимерный клей-расплав получают и формуют аналогично способу, указанному в примере 1, но используют следующие массы компонентов: 20 г ароматической нефтеполимерной смолы, 60 г сополимера этилена и винилацетата и 20 г полиэтиленового воска. Причем используют нефтеполимерную смолу, содержащую (% мас.) стирол - 49.9, винилтолуол - 11.9, дициклопентадиен - 30.0, инден - 4.2 и α-метилстирол - 4.0 в которой гидрировано 10.3% ароматических фрагментов. Смешение компонентов ведут при 130°С.
Состав и характеристики полученного клея-расплава приведены в таблице.
Пример 4
Полимерный клей-расплав получают и формуют аналогично способу, указанному в примере 1, но используют нефтеполимерную смолу, содержащую (% мас.) стирол - 31.4, винилтолуол - 19.9, дициклопентадиен - 31.6, инден - 12.0 и α-метилстирол - 5.1 и гидрированную по ароматическим фрагментам на 42.0% при следующих соотношениях компонентов: 30 г ароматической нефтеполимерной смолы, 60 г сополимера этилена и винилацетата и 10 г полиэтиленового воска.
Состав и характеристики полученного клея-расплава приведены в таблице.
Пример 5
Полимерный клей-расплав получают и формуют аналогично способу, указанному в примере 1, но используют нефтеполимерную смолу, содержащую (% мас.) стирол - 37.8, винилтолуол - 15.7, дициклопентадиен - 33.8, инден - 5.5 и α-метилстирол - 7.2 и гидрированную по ароматическим фрагментам на 17.6% при следующих соотношениях компонентов: 10 г ароматической нефтеполимерной смолы, 60 г сополимера этилена и винилацетата и 30 г полиэтиленового воска.
Состав и характеристики полученного клея-расплава приведены в таблице. Пример 6
Полимерный клей-расплав получают и формуют аналогично способу, указанному в примере 1, но используют нефтеполимерную смолу, содержащую (% мас.) стирол - 30.2, винилтолуол - 16.6, дициклопентадиен - 39.8, инден - 8.5 и α-метилстирол - 4.9 и гидрированную по ароматическим фрагментам на 54.8% при следующих соотношениях компонентов: 10 г ароматической нефтеполимерной смолы, 80 г сополимера этилена и винилацетата и 10 г полиэтиленового воска.
Состав и характеристики полученного клея-расплава приведены в таблице.
В зависимости от соотношения компонентов, а также степени гидрирования ароматической нефтеполимерной смолы, клеям-расплавам присущи разные свойства и они могут применяться для разных областей техники.
Низкая вязкость клея-расплава обеспечивает возможность быстрого растекания клея по склеиваемым поверхностям и его применение при более низких температурах.
Клеи-расплавы имеют разную температуру перехода в жидкое состояние (температуру размягчения), которая определяет как минимальную температуру склейки, так и максимальную температуру эксплуатации склеенных изделий. Изменение соотношения компонентов в клее-расплаве определяется необходимостью придания продукту определенного уровня вязкости и температуры размягчения. Однако оно затрагивает и прочностные свойства клеев: когезионную прочность массы клея при разрушении, прочность сцепления клея с металлическим субстратом и его эластичность (относительное удлинение при разрыве).
Из таблицы видно, что полученные клеи-расплавы характеризуются температурой размягчения, сопоставимой с температурой размягчения известного клея, меньшей вязкостью в расплавленном состоянии и большей когезионной прочностью.
2
2
Кроме того, предлагаемый способ позволяет получать клеи-расплавы, характеризующиеся величиной адгезионной прочности до 1.71 г/см и значением относительного удлинения при разрыве до 521% и превосходящие получаемые по прототипу клеи-расплавы (0.36 г/см и 32.1% соответственно).
Значительно более низкая вязкость получаемого клея при температуре 120°С также обеспечивает возможность его применения при более низких температурах, чем у клея - расплава, получаемого по прототипу.
Таким образом, предложен способ получения полимерного клея-расплава с высокой эластичностью, высокой адгезией к металлу, который подходит для склейки различных, в том числе металлических, поверхностей в условиях невысоких температур.