ОТВЕРЖДАЕМАЯ КОМПОЗИЦИЯ СМОЛЫ
CURABLE RESIN COMPOSITION

Перекрестная ссылка на родственные заявки
Данная заявка претендует на приоритет патентной заявки США №12/171821, поданной 11 июля 2008 г.
Известный уровень техники
Настоящее изобретение относится к композициям смолы. Более конкретно изобретение относится к композиции, которая содержит отверждаемую смолу и которая может быть использована, в числе прочих областей применения, для починки поврежденной изоляции и/или для обеспечения защиты от воздействия окружающей среды герметизированных изделий и кабелей или соединений проводников.
Смолы использовались в энергетике, инженерных коммуникациях и телекоммуникациях для герметизации, обеспечения защиты от воздействия окружающей среды и починки поврежденной изоляции, окружающей герметизированные изделия и кабели или соединения проводников. В области телекоммуникаций устройства передачи сигналов (такие как электрические и оптические кабеля) типично содержат множество индивидуальных соединительных элементов, каждый из которых проводит сигнал.
Смолы обычно поставляются в виде двух или больше частей или компонентов. Ингредиенты компонентов (часто размещаемые в отдельных отсеках) смешиваются для протекания реакции и наносятся на устройство передачи сигналов или сросток кабеля или его часть. Ингредиенты затем взаимодействуют друг с другом с образованием смолы, часто включая сшивание для отверждения смолы.
Некоторые существующие смолы содержат один или несколько уретановых, эпоксидных или сложных полиэфирных компонентов. Хотя многие смолы на основе уретанов имеют низкую себестоимость, смолы на основе уретанов содержат изоцианатные функциональные группы, страдающие от множества недостатков. Некоторые потребители коммерческих смол могут быть химически сенсибилизированы по отношению к изоцианатсодержащим соединениям, и композиции на основе уретанов обычно проявляют тенденцию к вспениванию в присутствии воды.
Смолы на основе эпоксидов обычно являются эластичными, но имеют высокую себестоимость и могут проявлять экзотермическую реакцию во время образования смолы.
Вследствие этого сростки кабелей, кабелепроводы, изоляция, соединительные устройства и оконечные кабельные компоненты могут быть повреждены в результате нанесения смолы. Смолы на основе сложных полиэфиров могут иметь низкую себестоимость, но обычно обладают низкой жесткостью и упругостью и имеют твердость по шкале Шора А типично не более примерно 20.
Вследствие таких различных недостатков обычных материалов смол существует потребность в композициях смол, которые бы являлись гидролитически устойчивыми, обладали повышенной жесткостью, упругостью и имели пониженную себестоимость производства. Также существует потребность в экологически безвредной смоле, которая имела бы низкий экзотермический эффект.
Сущность
Различные варианты исполнения настоящего изобретения обеспечивают отверждаемые композиции смолы, которые могут быть использованы для починки поврежденной изоляции и/или для защиты сростков кабелей, кабелепроводов и аналогичных устройств и конструкций. В одном аспекте композиции смолы по изобретению обычно включают по меньшей мере одно функционализированное ангидридом соединение, имеющее ангидридные реакционноспособные центры, функционализированное полиолом соединение, имеющее полиольные реакционноспособные центры, функционализированное эпоксидом соединение, имеющее эпоксидные реакционноспособные центры, функционализированное уретанполиолом соединение и катализатор.
В другом аспекте предусматривается набор для отверждаемой композиции смолы, который включает первый отсек, содержащий по меньшей мере одно функционализированное ангидридом соединение, имеющее ангидридные реакционноспособные центры и по меньшей мере одно функционализированное эпоксидом соединение, имеющее эпоксидные реакционноспособные центры; и второй отсек, содержащий по меньшей мере одно функционализированное полиолом соединение, имеющее реакционноспособные полиольные центры и по меньшей мере одно функционализированное уретанполиолом соединение, имеющее уретанполиольные реакционноспособные центры.
В еще одном аспекте предусматривается способ герметизации устройства передачи сигналов, который включает обеспечение устройства передачи сигналов и набора, включающего первый отсек, содержащий по меньшей мере одно функционализированное ангидридом соединение, имеющее ангидридные реакционноспособные центры и по меньшей мере одно функционализированное эпоксидом соединение, имеющее эпоксидные реакционноспособные центры, и второй отсек, содержащий по меньшей мере одно функционализированное полиолом соединение, имеющее реакционноспособные полиольные центры, по меньшей мере одно функционализированное уретанполиолом соединение, имеющее уретанполиольные реакционноспособные центры, и катализатор; перемешивание компонентов первого отсека с компонентами второго отсека для получения реакционноспособной смеси; и нанесение реакционноспособной смеси на устройство.
В различных вариантах исполнения изобретения компоненты отверждаемых композиций смолы по изобретению могут поставляться в виде двух или больше частей. Могут быть созданы условия для смешения и взаимодействия компонентов для образования и отверждения композиции смолы. В некоторых вариантах исполнения композиции смолы по изобретению обычно являются отверждаемыми при комнатной температуре.
Различные варианты исполнения настоящего изобретения предусматривают отверждаемые композиции смолы, которые являются гидролитически устойчивыми, имеют повышенную жесткость, проявляют низкий экзотермический эффект или его отсутствие, являются эластичными и имеют сравнительно более низкую себестоимость производства.
Различные варианты исполнения настоящего изобретения предусматривают отверждаемые композиции смолы для герметизации устройства передачи сигналов или герметизированных изделий. Композиции могут быть использованы для починки поврежденной изоляции и/или для обеспечения защиты от воздействия окружающей среды компонентов, на которые они наносятся.
Детальное описание
Композиции смолы по изобретению при отверждении обычно содержат по меньшей мере одно функционализированное ангидридом соединение, имеющее ангидридные реакционноспособные центры, функционализированное полиолом соединение, имеющее полиольные реакционноспособные центры, функционализированное эпоксидом соединение, имеющее эпоксидные реакционноспособные центры, функционализированное уретанполиолом соединение и катализатор. В различных вариантах исполнения компоненты, образующие композиции смолы по изобретению, могут быть обеспечены в двух или больше отсеках. Два или больше отсеков изолированы друг от друга перед образованием смолы.
Отверждаемые композиции смолы по изобретению обычно включают по меньшей мере одно функционализированное ангидридом соединение, имеющее ангидридные реакционноспособные центры. Полимеры, олигомеры или мономеры, которые имеют реакционноспособные ангидридные центры, являются пригодными для использования в качестве функционализированного ангидридом соединения. Примеры функционализированных ангидридом соединений, пригодных для использования при получении отверждаемых композиций смол по изобретению, включают стиролмалеиновые ангидриды (sma), поли(метилвиниловый эфир--малеиновый ангидрид) (такой как Gantrez AN 119 производства фирмы ISP), привитой малеиновым ангидридом полибутадиен (такой как линейка продуктов "Ricon MA" фирмы Sartomer и линейка продуктов "Lithene" фирмы Synthomer), и их комбинации. Функционализированное ангидридом соединение может присутствовать в количестве от примерно 30 весовых процентов (мас.%) до примерно 60 мас.% в пересчете на общий вес смолы.
Отверждаемая смола также может содержать по меньшей мере одно функционализированное полиолом соединение, имеющее полиольные реакционноспособные центры. Полимеры, олигомеры или мономеры, которые имеют реакционноспособные полиольные центры, являются пригодными для использования в качестве функционализированного полиолом соединения. Примеры функционализированных полиолом соединений, пригодных для использования при получении отверждаемых композиций смолы по изобретению, включают полиолы касторового масла, такие как Caspol 5004, Polycin M365 и т.п.
Функционализированное полиолом соединение может присутствовать в количестве от примерно 10 мас.% до примерно 25 мас.% в пересчете на общий вес смолы.
Отверждаемые композиции смол также могут содержать функционализированное эпоксидом соединение, имеющее эпоксидные реакционноспособные центры. Полимеры, олигомеры или мономеры, которые имеют реакционноспособные эпоксидные центры, являются пригодными для использования в качестве функционализированного эпоксидом соединения. Примеры функционализированных эпоксидом соединений, пригодных для использования при получении отверждаемых композиций смолы по изобретению, включают бисфенол-А-эпокси (EPON 828 или 2-[[4-[2-[4-(оксиран-2-илметокси)фенил]пропан-2-ил]фенокси]метил]оксиран), соевое масло, льняное масло и их комбинации. Функционализированные эпоксидом соединения могут присутствовать в количестве от примерно 15 мас.% до примерно 40 мас.% в пересчете на общий вес композиции смолы.
Композиции смол могут содержать по меньшей мере одно функционализированное уретанполиолом соединение, имеющее реакционноспособные уретанполиольные центры. Полимеры, олигомеры или мономеры, которые имеют реакционноспособные уретановые и полиольные центры, являются пригодными для использования в качестве функционализированного уретанполиолом соединения по изобретению. Примеры функционализированных уретанполиолом соединений, пригодных для использования при получении отверждаемых композиций смолы по изобретению, включают уретандиолы (такие как коммерчески доступный ICFLEX UD320-100), полиуретандиолы и их комбинации. Функционализированное уретанполиолом соединение может присутствовать в количестве от примерно 5 мас.% до примерно 15 мас.% в пересчете на общий вес композиции смолы.
В различных вариантах исполнения изобретения катализатор может быть использован для ускорения процесса реакции и отверждения композиций смол. Примеры соединений, пригодных для использования в качестве катализатора, включают амины, олово и их комбинации. В различных вариантах исполнения изобретения в качестве катализатора может быть использован третичный амин (такой как DMP 30 / 2,4,6-трис(диметиламинометил)фенол). Катализатор может присутствовать в количестве больше 0 мас.%, но меньшем или равном примерно 25 мас.% в пересчете на общий вес композиции смолы. В некоторых вариантах исполнения композиции смол отверждаются при комнатной температуре. В других варианты исполнения композиции смол могут отверждаться при повышенной температуре.
В различных вариантах исполнения такие компоненты могут быть помещены в два или больше отсеков, которые изолированы друг от друга перед образованием и отверждением смолы. Отсеки может быть смешаны путем разрыва изолирующего слоя и создания возможности для смешения и взаимодействия компонентов для образования и отверждения смолы. Различные композиции смол отверждаются при комнатной температуре. В варианте исполнения изобретения смола может быть отверждена с применением повышенной температуры, с использованием катализатора и т.п.
В различных вариантах исполнения компоненты, образующие композиции смол, могут быть предусмотрены в виде двух или больше частей, или отсеков. Например, по меньшей мере одно функционализированное ангидридом соединение и по меньшей мере одно функционализированное эпоксидом соединение могут быть предусмотрены в одном отсеке. Другой отсек может содержать по меньшей мере одно функционализированное полиолом соединение и по меньшей мере одно функционализированное уретанполиолом соединение. Катализатор может находиться в любом отсеке, но обычно находится в отсеке, который также содержит полиол. Важно, чтобы реакционноспособные соединения хранились раздельно в отдельных отсеках. Например, рядовому специалисту в данной области техники понятно, что функционализированное полиолом соединение должно храниться отдельно от функционализированного ангидридом соединения.
В некоторых вариантах исполнения изобретения две части смолы могут быть залиты в два отдельных отсека, разделенных изолирующим слоем. Изолирующий слой может состоять из или содержать материал, изготовленный из микроволокон и выполняющий функцию разрывной изоляции. Разрывная изоляция может быть разрушена путем приложения силы, позволяя компонентам обоих отсеков смешиваться и взаимодействовать. Более детальное описание пригодного состоящего из двух частей средства доставки приведено в патенте США №6893696 (Hansen et al), озаглавленном "Rupturable seal" (Разрывная изоляция), описание которого настоящим целиком включено сюда в качестве ссылки.
В различных вариантах исполнения изобретения, когда создаются условия для смешения и взаимодействия компонентов из по меньшей мере двух отсеков, реакция конденсации спирта с одним или несколькими материалами, содержащими ангидридную функциональную группу, может привести к образованию сложноэфирного компонента композиции смолы. Например, один или несколько материалов, содержащих ангидридную функциональную группу, могут реагировать с материалом, содержащим полиольную функциональную группу, с образованием функционализированного сложным эфиром соединения. В различных вариантах исполнения изобретения функционализированное сложным эфиром соединение может включать соединение на основе сложного полиэфира. Один или несколько материалов, содержащих ангидридные функциональные группы, далее реагируют с функционализированным уретанполиолом соединением для получения уретана. Далее, неполный сложный эфир многоатомной кислоты (half-acid), образующийся в результате реакции конденсации спирта, может реагировать с эпоксидом и уретаном с образованием эпоксидного и уретанового компонентов композиции смолы, тем самым придавая композиции характеристики сложного полиэфира, эпоксида и уретана.
После отверждения смола может быть использована в качестве герметика в устройстве передачи сигналов, например, сростке кабеля. В различных вариантах исполнения сросток кабеля может включать оболочку, по меньшей мере один проводник сигнала и по меньшей мере одно соединительное устройство. Проводящее устройство сигнала может быть способным передавать сигнал, например, электрический сигнал и оптический сигнал и т.п.
6
2
6
2
5
5
Отвержденные композиции смол могут иметь твердость по шкале Шора А от примерно 30 до примерно 90, от примерно 50 до примерно 90 или даже от примерно 70 до примерно 90. Отвержденная композиция может иметь предел прочности на разрыв от примерно 1,03×10 Н/м до примерно 4,13×10 Н/м. Отвержденная композиция может иметь пробивное напряжение диэлектрика от примерно 78×10 В/м до примерно 177×10 В/м.
Объекты и преимущества данного изобретения дополнительно проиллюстрированы приведенными ниже примерами, но конкретные материалы и их количества, указанные в этих примерах, а также другие условия и детали не должны истолковываться как ненадлежащим образом ограничивающие данное изобретение.
Примеры
Следующий перечень коммерчески доступных соединений был использован в приведенных ниже Примерах в различных пропорциях. Таблица 1 указывает функцию, или функциональность, каждого соединения, обозначенные следующим образом:
"AFC" - Функционализированное ангидридом соединение
"EFC" - Функционализированное эпоксидом соединение
"PFC" - Функционализированное полиолом соединение
"UPFC" - Функционализированное уретанполиолом соединение
"S" - Растворитель
"СА" - Катализатор
"Р" - Пластификатор
На практике компоненты, такие как перечисленные в Таблице 1, могут быть использованы вместе в разных пропорциях и могут поставляться в виде двух или больше частей. Две или больше частей могут быть смешаны для образования и отверждения композиции смол. В различных вариантах исполнения изобретения композиции смол могут быть отверждены при комнатной температуре. В некоторых вариантах исполнения, однако, композиции смол могут быть отверждены при повышенной температуре для ускорения процесса отверждения.
Таблица 1
Таблица компонентов
Материалы
Описание
Источник
Функция
Gantrez AN 119
Поли(метилвиниловый эфир/малеиновый ангидрид)
ISP Corp.
AFC
Полибутадиен, функционализиро-ванный 35% малеинового ангидрида (Ricon МА, Lithene)
Полибутадиеновая основная цепь с привитым малеиновым ангидридом, имеющим 35% функциональности
Sartomer Synthomer
AFC
EPON 828
Бисфенол-А-эпокси (2-[[4-[2-[4-(оксиран-2-илметокси)фенил] пропан-2-ил]фенокси]метил]-оксиран)
Resolution Performance Products
EFC
DMP 30
2,4,6-трис(диметиламинометил)-фенол, ускоритель отверждения эпоксидных смол
Near Chemical Specialties, Inc.
CA
RUETASOLV DI
Бис(изопропил)нафталин
Rutgers Kureha Solvents GmbH
S
KFLEX UD 320-100
Уретандиол, 100% активного вещества
King Industries
UPFC
NEVCHEM LR
Раствор углеводородной смолы
Neville Chemicals
S
CASPOL 5004
Полиол с высоким уровнем содержания первичных гидроксилов
Caschem, Inc.
PFC
PLASTHALL S-73
Эпоксидированный 2-этилгексилталлат, эпоксиэфирный пластификатор
The C.P. Hall Company
P
VIKOFLEX 7170
Эпоксидированное соевое масло
Atofina Chemicals Inc.
EFC
SMA 2625P
Сополимер стирола и малеинового ангидрида
Sartomer
AFC
XM308
Сложный полиэфирполиол
King Industries
Полиол
POLYCIN M365
Полиол касторового масла
Caschem
Полиол
Для приведенных ниже примеров один или несколько компонентов, перечисленных в Таблице 1, использовались в различных соотношениях, и было получено несколько отверждаемых композиций смол. Таблицы 2, 3 и 4 содержат перечень компонентов и их соотношения, по весу от общего количества смолы, использованные в описываемых далее Примерах. Приведенные примеры иллюстрируют состоящие из двух частей отверждаемые композиции смол. Следует понимать, однако, что компоненты также могут быть представлены в виде более чем двух частей, которые могут смешиваться для образования и отверждения композиции смол.
Таблица 2
Пример 1
Компонент
Весовой процент (от полной партии)
Эквивалентный вес (мольная доля)
Часть А
Полибутадиен, функционализированный 35% малеиновой кислоты
30
0,4
GANTREZ AN 119 (30% суспензия в Ruetasolv DI)
19,7
0,59
NEVCHEM LR (нафтен)
18,4
EPON 828
35,7
0,69
Часть В
RUETASOLV DI
14,7
-
NEVCHEM LR
25,4
-
KFLEXUD 320-100
9,2
0,34
CASPOL 5004
9,7
0,33
POLYCIN M365
5,2
0,3
DMP 30
7
-
Пример 1
Отверждаемую композицию смолы в соответствии с настоящим изобретением готовят в виде двух частей, Часть А и Часть В соответственно, как показано выше в Таблице 2. Часть А композиции смолы готовят следующим образом. Сначала 30 частей подибутадиена, привитого малеиновой кислотой, имеющего 35 процентов функциональности, смешивают с 19,7 части GANTREZ AN 119 (в виде 30-процентной суспензии в RUETASOLV DI), 18,4 части NEVCHEM LR и 35,7 процента EPON 828. Комбинацию перемешивают до достижения гомогенности смеси.
Часть В композиции смолы готовят путем смешения 14,7 части RUETASOLV DI, 25,4 части NEVCHEM LR, 9,2 части KFLEX UD 320-100, 9,7 части CASPOL 5004, 5,2 части Polycin M365 и 7 частей DMP 30. Комбинацию перемешивают до достижения гомогенности смеси.
6
2
5
При температуре 23°C для отверждения двух частей отверждаемых композиций смол требовалось примерно 20 минут. Пример 1, описанный выше, давал отвержденную смолу, имеющую предел прочности на разрыв, равный примерно 2,84×10 Н/м, диэлектрическую прочность, равную примерно 13,5×10 В/м, и твердость по шкале Шора А, равную примерно 80.
Таблица 3
Пример 2
Компонент
Весовой процент (от полной партии)
Часть А
Полибутадиен, функционализированный 35% малеиновой кислоты
31,6
SMA 2625P
7,2
VIKOFLEX 7170
33
EPON 828
14,4
Часть В
ХМ 308
3
ICFLEX UD 320-100
6,8
DMP 30
3,2
Пример 2
Отверждаемую композицию смолы в соответствии с настоящим изобретением готовят в виде двух частей, Часть А и Часть В, следующим образом. Сначала 31,6 части полибутадиена, привитого малеиновой кислотой, имеющего 35 процентов функциональности, смешивают с 7,2 части SMA 2625P, 33 частей VIKOFLEX 7170 и 14,4 части EPON 828. Композицию перемешивают до достижения гомогенности.
Часть В готовят путем смешения 3 частей ХМ308, 6,8 части KFLEX UD 320-100 и 3,2 части DMP 30 и перемешивают до достижения гомогенности смеси.
6
2
6
2
5
Две части отверждаемой композиции смолы, Часть А и Часть В, разливают в отдельные, изолированные отсеки. Через некоторое время Части А и Части В дают возможность смешаться и отвердеть при комнатной температуре для получения отвержденной композиции смолы. Отвержденная композиция имела предел прочности на разрыв от примерно 0,68×10 Н/м до примерно 1,37×10 Н/м, диэлектрическую прочность, равную примерно 98,5×10 В/м, и твердость по шкале Шора А от примерно 35 до примерно 45.
Таблица 4
Пример 3
Компонент
Весовой процент (от полной партии)
Часть А
Полибутадиен, функционализированный 35% малеиновой кислоты
47,6
GANTREZAN 119
3,4
RUETASOLV DI
13,7
EPON 828
15,3
Часть В
KFlexUD320-100
13,6
PLASTHALL S-73
1,61
DMP 30
4,8
Пример 3
Отверждаемую композицию смолы в соответствии с настоящим изобретением готовят в виде двух частей, Часть А и Часть В, следующим образом. Часть А готовят путем смешения 47,6 части полибутадиена, привитого малеиновой кислотой, имеющего 35 процентов функциональности, с 3,4 части GANTREZ AN 119, 13,7 части RUETASOLV DI и 15,3 части EPON. Композицию перемешивают до гомогенного состояния смеси.
Часть В готовят путем смешения 13,6 части ICFLEX UD 320-100 с 1,61 части PLASTHALL S-73, 4,8 части DMP 30 и перемешивают до гомогенного состояния смеси.
Две части отверждаемой композиции смолы, Часть А и Часть В, разливают в отдельные, изолированные отсеки.
6
2
6
2
5
5
Через некоторое время Части А и Части В дают возможность смешаться и отвердеть при комнатной температуре для получения отвержденной композиции смолы. Отвержденная композиция имеет предел прочности на разрыв от примерно 0,58×10 Н/мдо примерно 1,05×10 Н/м, диэлектрическую прочность от примерно 90,5×10 В/м до примерно 130×10 В/м и твердость по шкале Шора А от примерно 79 до примерно 89.
Различные модификации и изменения настоящего изобретения будут очевидными для квалифицированных специалистов в данной области техники без выхода за пределы сущности и объема настоящего изобретения. Следует понимать, что настоящее изобретение не должно ненадлежащим образом ограничиваться иллюстративными вариантами исполнения и приведенными тут примерами и что такие примеры и варианты исполнения представлены только в качестве примера, а объем изобретения должен ограничиваться только приведенной ниже формулой изобретения.