ЭНЕРГЕТИЧЕСКИ АКТИВИРУЕМАЯ ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ, ПЕРЕКАЧИВАЕМАЯ ПРИ КОМНАТНОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ, И УСТРОЙСТВО ДЛЯ АКТИВИРОВАНИЯ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТАКОЙ КОМПОЗИЦИИ
ROOM TEMPERATURE ENERGY-ACTIVATED POLYMER COMPOSITION AND APPARATUS FOR ACTIVATING AND DISPENSING SAID COMPOSITION

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к энергетически активируемым полимерным композициям, перекачиваемым при комнатной температуре, и устройствам для активирования и распределения таких композиций для образования твердых ячеистых или твердых неячеистых полимерных материалов.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В традиционных системах распределения термоплавких клеев твердые термопластичные гранулы композиции термоплавкого клея транспортируют в сосуд или котел для расплава. Гранулы в большом количестве нагревают в котле до температуры выше температуры плавления композиции термоплавкого клея. Расплавленный в котле термоплавкий материал перекачивают в нагретом состоянии через нагреваемые шланги или трубопроводы в нагреваемые удаленные распределительные устройства, которые обычно расположены на значительном расстоянии от котла.
Существует несколько недостатков использования традиционных систем распределения термоплавких клеев. Например, значительное количество энергии затрачивают на плавление большого количества термоплавкой композиции в котле, а также на транспортировку расплавленного материала через нагреваемые трубопроводы к нагреваемому распределительному оборудованию. Нарушение стабильности клеящего материала, герметика, покрытия или прокладочного материала и/или нагревательной системы может привести к засорению трубопроводов и значительному простою. К тому же, обычно из котла исходят неприятные запахи и испарения. Нагретый котел и нагретые шланги представляют угрозу безопасности на рабочем месте. Более того, сложность системы увеличивает время, необходимое для обслуживания, и затрудняет замену оборудования. Также, необходимость поддерживать термоплавкий клеящий материал при высокой температуре в течение длительного периода времени может приводить к деградации композиции и ее клеящих свойств.
Stumphauzer et al. в патенте US 7285583 (далее здесь «патент "583»), описание которого включено в данный документ во всей его полноте путем ссылки, описана многокомпонентная полимерная композиция, перекачиваемая при комнатной температуре, но которая образует расплавленную термоплавкую композицию при нагревании выше примерно 149°С (300°F) и перемешивании. Расплавленную термоплавкую композицию можно распределять с образованием твердого клеящего материала после охлаждения. В этом патенте описано, что композиция может включать «вспенивающие агенты», такие как азо-бис-дикарбонамид, для образования пены в расплавленной термоплавкой композиции, которая расширяет объем и снижает плотность твердого клеящего материала. Азо-бис-дикарбонамид высвобождает газообразный азот при нагревании. Газообразный азот рассматривают как нереакционноспособный порообразователь.
Stumphauzer et al. в патенте US 7221859 (далее здесь «патент '859»), описание которого также включено в данный документ во всей его полноте путем ссылки, описано устройство, которое можно использовать для нагревания многокомпонентной полимерной композиции, такой как описана в патенте '583, от перекачиваемого при комнатной температуре состояния до температуры, при которой материал становится расплавленной жидкостью. Устройство обеспечивает статическое перемешивание расплавленной жидкости, которое преобразует ее в термоплавкий клей по мере того, как она выходит из устройства в промышленно выпускаемые раздаточные головки для термоплавкого клея. После распределения расплавленного материала из раздаточных головок, материал проявляет клеящие свойства, которые по существу аналогичны традиционному упаковочному термоплавкому клею.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Принимая во внимание вышеизложенное, в настоящем изобретении предложены композиции, устройства, системы и способы, которые предоставляют существенные преимущества по сравнению с известными системами термоплавких и холодных клеев. Композиции по изобретению находятся в нерасплавленном перекачиваемом состоянии при комнатной температуре (если не указано иначе, термин «комнатная температура» здесь определяют как температуру, составляющую 22±3°С (72±5°F)) и других температурах окружающей среды от примерно 0°С до 60°С (от 32 до 140°F), предпочтительно, от 10°С до 49°С (от 50 до 120°F), более предпочтительно, от 16°С до 43°С (от 60 до 110°F), однако могут быть активированы с образованием по существу гомогенных расплавленных материалов, которые могут быть распределены с образованием после охлаждения ячеистых или сплошных неячеистых полимерных материалов в твердой фазе. Композиции по изобретению включают твердые частицы, содержащие один или более полимеров (иногда здесь и далее называемые «первый компонент»), которые эмульгированы, диспергированы и/или суспендированы в жидком носителе (иногда здесь и далее называемом «второй компонент»). Композиции по изобретению дополнительно включают одну или сочетание двух или более технологических добавок, таких как реакционноспособные порообразователи, поверхностно-активные вещества с низкой молекулярной массой, поверхностно-активные вещества с высокой молекулярной массой, одно или сочетание двух или более соединений, присутствующих в латексной краске, и/или крахмал и полученные из целлюлозы продукты. Технологические добавки обеспечивают различные преимущества, включающие, например, пониженную плотность, улучшенные санитарные условия производства, улучшенную стабильность пены, сокращенное время связывания и/или более низкие температуры обработки.
В изобретении также предложены устройства, которые способны активировать композиции по изобретению до температуры сплавления и таким образом создавать по существу расплавленный гомогенный материал, который после распределения способен при охлаждении образовать по существу сплавленную затвердевшую массу, которая проявляет превосходные связующие свойства. В настоящем изобретении также предложены способы получения твердых ячеистых или твердых неячеистых полимерных материалов, которые можно использовать в качестве клеев, герметиков, покрытий или прокладочных материалов, и способы получения и применения композиций и устройств.
В настоящем изобретении нет необходимости в расплавлении большого количества твердого клеящего материала в удаленном котле для термоплавкого клея под воздействием температур или в транспортировке расплавленного термоплавкого материала в нагреваемых шлангах к распределительному оборудованию. В настоящем изобретении таким образом устраняют неприятные запахи и испарения, связанные с удаленными котлами, и большие энергетические затраты и угрозы безопасности, связанные с такими системами. Более того, в настоящем изобретении нет необходимости в поддержании большого количества твердого клеящего материала при высокой температуре в течение значительного времени, и поэтому устраняют термическое разложение клеящей композиции, в то же время уменьшая сложность системы, которая может приводить к избыточному простою. Композиции по настоящему изобретению необходимо только энергетически активировать в точке распределения, что таким образом предоставляет множество преимуществ применений холодного клея, однако обладает преимуществом над системами холодного клея, выражающимся в более высокой скорости, обусловленной высоким содержанием твердых веществ, возможности использовать материалы, которые обычно деградируют при длительном и повторяющемся воздействии высоких температур, более чистом и быстром нанесении при повышенных температурах в точке распределения.
Вышеперечисленные и другие признаки изобретения далее описаны здесь более полно и особенно отмечены в формуле изобретения, причем следующее описание подробно изложено в некоторых иллюстративных воплощениях изобретения, однако они демонстрируют только некоторые из различных путей, которыми можно реализовать сущность настоящего изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На Фиг.1 представлено изображение в частично разобранном перспективном виде типичной системы активирования и распределения жидких полимерных композиций по изобретению.
На Фиг.2 представлен вид сбоку типичного изолятора по изобретению.
На Фиг.3 представлено боковое сечение изолятора, показанного на Фиг.2, по линии III-III.
На Фиг.4 представлен вид в перспективе собранного реактора по изобретению.
На Фиг.5 представлен вид в перспективе реактора, показанного на Фиг.4, с удаленным внешним трубчатым элементом, чтобы показать сердцевину.
На Фиг.6 представлен вид в перспективе реактора, показанного на Фиг.4.
На Фиг.7 представлено изображение в разобранном перспективном виде реактора с альтернативной системой канавок.
На Фиг.8 представлена блок-схема, показывающая различные расположения компонентов системы по изобретению.
На Фиг.9 представлен боковое сечение типичного реактора/распределительного устройства по изобретению.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
А. Первый компонент
Первый компонент композиций согласно изобретению включает твердые частицы одного или более полимеров, которые можно получить полимеризацией любого сочетания этилена, пропилена, бутилена, высших α-олефинов или их изомеров, стирола и его изомеров, изопрена, бутадиена, высших α-диенов или их изомеров, норборнена, дициклопентадиена, акриловой кислоты и ее производных, метакриловой кислоты и ее производных, олефин-ненасыщенной дикарбоновой кислоты и ее производных, акрилонитрила, винилхлорида, винилиденхлорида, сложного винилового эфира, простых виниловых эфиров, винилсиланов и подобных соединений. Дополнительные полимеры можно создать путем сочетания исходных молекул с реакционно-способным водородом, таких как вода, сорбит, глицерин, сахароза, многофункциональные амины и подобные вещества, либо, при необходимости, с мономерами как таковыми, либо в сочетании с их оксидами, такими как, например, этиленоксид, пропиленоксид, тетрагидрофуран и подобные вещества, различными многофункциональными кислотами или ангидридами, например, терефталевой кислотой, фталевым ангидридом, адипиновой кислотой, янтарным ангидридом и подобными веществами, гликолями, такими как этиленгликоль, пропиленгликоли, бутиленгликоль и подобными веществами и/или с различными многофункциональными аминами, например мочевиной, этилендиамином, гексаметилендиамином и подобными веществами. Эти реагенты в различных сочетаниях приводят к образованию простых полиэфиров, сложных полиэфиров, полиамидов, простых полиэфираминов, что может привести к высококачественным конечным продуктам. Узкоспециализированные полимеры могут включать кремнийорганические соединения, приготовленные для обеспечения адгезии, похожие на соединения, используемые в способах вулканизации при комнатной температуре (ВКТ), где силанолы конденсируют при высоких температурах. Природные полимеры, такие как протеины и их производные, крахмалы и их производные, целлюлозы и их производные, жиры и масла и их производные, например природные и синтетические каучуки, лигнины, терпеновые смолы, сложные эфиры канифоли, производные древесины, камедь и таловую канифоль можно использовать в любых сочетаниях с вышеупомянутыми полимерами ископаемого топлива, что делает возможным их эмульгирование, диспергирование или суспендирование в твердом виде во втором компоненте (жидком носителе) при комнатной температуре до примерно 60°С (140°F), и обеспечивает способность первого компонента к активации при температурах сплавления для создания по существу расплавленного однородного материала, который способен охлаждаться с образованием по существу сплавленной затвердевшей массы. Для применений в клеящих материалах, герметиках, покрытиях и прокладках также важно, чтобы первый компонент был способен связывать одну или более основ при его распределении.
Используемые в первом компоненте полимеры можно получить в виде первичного материала, материала, полученного рециклом или материала, полученного из отходов, в форме гранул, листов, трубок, прутков, пленок, формованных материалов, бутылей и т.п. Однако для того чтобы достичь надлежащей вязкости пластизоля, стабильности, перекачиваемости и общих характеристик подачи, такие материалы следует измельчать до среднего размера частиц (диаметра) примерно менее 3000 мкм, предпочтительно, менее примерно 1500 мкм и, наиболее предпочтительно, ниже примерно 1000 мкм. Таким образом, может быть преимущественным приобретение материала в форме порошка или в другой гранулированной форме. Это изобретение обладает преимуществом, отличающим его от обычных пластизолей, латекса и других дисперсионных и эмульсионных технологий, где получаемые жидкие продукты должны быть первичными материалами и часто содержат менее 65% твердых веществ, которые характеризуются размером частиц менее 100 мкм.
Фактический полимер или сочетание полимеров, используемые в качестве первого компонента в изобретении, выбирают на основе существенной стойкости первого компонента к поглощению второго (жидкого) компонента при температурах хранения и предварительной обработки, способности первого компонента необратимо поглощать в основном большую часть второго (жидкого) компонента, когда композицию подвергают повышенным температурам обработки, при которых материалы сплавляются, и способности первого компонента препятствовать миграции на поверхность второго (жидкого) компонента из сплавленного твердого материала, который образуется при охлаждении композиции от повышенной температуры обработки. Другие факторы, которые влияют на выбор полимеров, включают воздействие на вязкость композиции в ее перекачиваемом состоянии перед активацией, воздействие на вязкость нагретой объединенной массы при активации, влияние на сроки службы оборудования, стоимость и подобные факторы. Было определено, что измельченные полимеры этиленвинилацетата, полипропилена и полиэтилена менее подвержены влияниям температуры сплавления, чем полимеризованные в эмульсии полимеры этиленвинилацетата, что допускает разработку систем подачи, в которых существует вариант использования обратного клапана, теплового разрыва/изолятора или сочетания этих устройств для создания гибких и простых систем.
Первый компонент может включать сочетания полимеров, которые могут изменяться от гомополимеров до полимеров, полученных из множества исходных продуктов, сополимеризованных, полимеризованных в несколько стадий, или любые сочетания вышеперечисленного в газовой или жидкой фазе. Способы могут включать аддитивную, конденсационную, свободнорадикальную, анионную или катионную, газовую, жидкостную или твердофазную каталитические полимеризации и подобные типы полимеризации. Выбор способа полимеризации и композиций может привести к полимерам со статистической, блочной, разветвленной структурой, структурой с концевыми функциональными группами или с сочетанием таких структур, приводящим к различным распределениям вдоль цепи или цепей.
Особое внимание уделяют полимерам с концевыми функциональными группами, которые можно энергетически активировать в по существу объединенных, расплавленных смесях, таким как, например, полиэфирполиолы с концевыми аминами, полимеры с концевыми блокированными изоционатами, крахмалы с концевыми группами малеинового ангидрида, в которых существует возможность как для этерификации, так и для химии свободных радикалов, полимеры с концевыми группами акрилата, полимеры с множественными концевыми группами силана и подобные вещества. К тому же, полимеры, которые имеют привитые мономеры и функциональные группы на полимерной цепи, могут приводить к дополнительным улучшениям.
Разумный выбор этих параметров в конце концов приводит к различным макроструктурам, которые могут включать стандартную структуру полимерных материалов, способных к измельчению, полимеры с более высокой или более низкой кристалличностью, сферические частицы или частицы с неровными краями, частицы с ядром и оболочкой и подобные структуры.
Сочетание микроструктуры и итоговой макроструктуры может влиять на стабильность, вязкость, реологические свойства и подобные свойства жидких эмульсий, дисперсий и/или суспензий ниже 60°С (140°F). Твердые вещества могут находиться в форме того же типа полимера с одинаковыми или различными распределениями частиц по размерам и характеристиками, или в форме сочетаний различных полимерных типов с одинаковыми или различными распределениями частиц по размерам и характеристиками. Измельченные при криогенных температурах этиленвинилацетаты, которые, как полагают, представляют собой частицы с неровными краями, в сочетании с полимеризованными в эмульсии этиленвинилацетатами, которые представляли собой гладкие круглые частицы, давали дисперсию и/или суспензию жидкой композиции, которая имела намного более низкие вязкости, чем измельченные этиленвинилацетаты при том же содержании твердых веществ в соевом масле. Если сверхмелкие частицы полипропилена и/или полиэтилена эмульгировали в соевом масле, могла возникать необходимость в дополнительной стабилизации жидких композиций. Важность этих выборов сочетаний дополнительно иллюстрируется тем фактом, что полипропилены и полиэтилены, измельченные до частиц с аналогичным размером, вносят намного меньший вклад в вязкость, исходя из твердых частиц, чем сравнимые измельченные при криогенных температурах полимеры этиленвинилацетата, в соевом масле. Не ограничивая себя какой-либо конкретной теорией, полагают, что выбор зависит от полимера и его молекулярной массы и полярности, например, этиленвинилацетат более высокой полярности, с более низкой молекулярной массой и соевое масло более высокой полярности имеют большее поверхностное взаимодействие, чем неполярные полипропилены, независимо от молекулярной массы полипропилена, с соевым маслом. В других случаях, измельченный при криогенных температурах этиленвинилацетат с мелкими частицами неорганических соединений, например карбоната кальция, обладал более низкими вязкостями, чем сравнимые твердые частицы измельченного этиленвинилацетата как такового. Похожие соотношения для крахмалов и их производных, целлюлозных полимеров и их производных, жиров и их производных и протеинов и их производных ожидают в случае полярных жидких носителей, например глицерина, пропиленгликоля, этиленкарбоната и/или пропиленкарбоната и подобных веществ, или неполярных жидкостей, например растительных масел, биодизельного топлива и/или минеральных масел и подобных веществ.
Частицы с меньшей кристалличностью могут привести к жидким композициям ниже 60°С (140°F), которые являются более устойчивыми к разделению дисперсиями и/или эмульсиями, которые можно расплавлять более быстро, улучшая способность способа к получению по существу однородной, объединенной расплавленной массы и итогового охлажденного продукта, и приводя к более твердому конечному продукту при охлаждении ниже 60°С (140°F). Например, можно выбрать линейный полиэтилен низкой плотности, полученный из этилена и высших α-олефинов, таких, как бутен, гексен, октен или подобные вещества, в качестве неполярного полимера, который имеет более низкую вязкость расплава и улучшенное относительное удлинение в конечном продукте, или этиленвинилацетаты с более высоким содержанием винилацетата, до 50%, предпочтительно, до 40% и, более предпочтительно, до 30%, которые, как было обнаружено, приводят к лучшей адгезии в более широком диапазоне основ, или сополимеры этилена и акриловой кислоты и/или метакриловой кислоты и тройные сополимеры, приводящие к материалам с более высокой полярностью, которые показывают повышенное связывание с глянцевыми акриловыми покрытиями.
Уретаны, полиамиды, кремнийорганические соединения, сложные полиэфиры можно выбирать в зависимости от их характеристик при низких и высоких температурах, адгезионных характеристик по отношению к полярным поверхностям с высокой поверхностной энергией, таким как целлюлозные материалы и минералы, адгезионных характеристик по отношению к неполярным поверхностям с низкой поверхностной энергией, таким как полиэтилен и TEFLON. Например, полиамиды и кремнийорганические соединения более предпочтительны при более высоких температурах. Сложные полиэфиры подходят в высокомодульных случаях и полиуретаны подходят в низкомодульных случаях. В гомологических рядах полимеров, повторяющиеся звенья могут дополнительно определять рабочую характеристику, например относительное удлинение в уретанах, повторяющееся звено бифункционального полиалкиленоксида с высокой молекулярной массой имеет большее относительное удлинение, чем сравнимое повторяющееся звено полиалкиленоксида с низкой молекулярной массой.
Конечный выбор полимера(ов) для первого компонента зависит от многих обсужденных выше критериев, и к тому же от стойкости к окислению и излучению, такому как свет и микроволновое излучение, от затрат, степени прозрачности для излучения, времени высыхания до отлипания, которое является временем, после которого энергетически активированный полимер больше не прилипает, санитарных условий производства, времени схватывания, которое представляет собой время, в течение которого нанесенное покрытие поддается обработке, времени связывания, описанного ниже, времени схватывания по краям, которое представляет собой время, в течение которого нанесенное покрытие можно перемещать без ущерба для характеристик конечного продукта, жесткости, твердости, плотности, которая зависит как от полимера, так и от порообразователя, объема, эластичности, прилегаемости, упругости, ползучести, относительного удлинения, модуля упругости, химической стойкости, термостойкости, устойчивости к атмосферным воздействиям и сжимаемости, и т.п.
В. Второй компонент
Второй компонент должен представлять собой материал, находящийся в жидком состоянии при комнатной температуре. Второй компонент обеспечивает возможность перекачивания композиции при комнатных температурах вплоть до 43°С (110°F), предпочтительно, вплоть до 46°С (115°F) и, наиболее предпочтительно, до примерно 60°С (140°F), и вносит вклад в качество и уникальные свойства сплавленной матрицы при охлаждении. Второй компонент может быть выбран путем оптимизации ряда факторов, включающих стоимость, реакционную способность при условиях хранения и температурах распределения, совместимость с первым компонентом при различных температурах, летучесть, соображения безопасности, разрешения контролирующих органов и т.п. Подходящие материалы для использования в качестве второго компонента включают низколетучие растворители, таловые масла, жидкие пластификаторы, алифатические углеводороды, углеводородные сложные эфиры, растительные масла и их производные, глицерин и его производные, гликоли и их производные, полиолы и алкоксилаты. Такие жидкости должны быть существенно стабильными с первым компонентом, технологическими добавками и возможными жидкими и твердыми компонентами при температуре ниже примерно 29°С (85°F), предпочтительно, менее примерно 38°С (100°F) и, наиболее предпочтительно, менее примерно 60°С (140°F).
Жидкие натуральные продукты, такие как растительные масла и их производные и побочные продукты, жиры, углеводы и их производные, или другие натуральные материалы, получаемые из возобновляемых источников, являются предпочтительными в качестве второго компонента. Наиболее предпочтительным выбором для второго компонента является соевое масло и его производные (например, эпоксидированное соевое масло), биодизельное топливо, глицерин и т.п.
Композиции согласно изобретению, перед энергетической активацией, можно характеризовать как жидкие эмульсии, дисперсии и/или суспензии, в которых первый компонент и какие-либо другие возможные дополнительные твердые вещества или жидкости эмульгированы, диспергированы или суспендированы в виде отдельных или композиционных частиц во втором компоненте. Альтернативно, возможные жидкие или твердые компоненты могут быть растворимы во втором компоненте. Например, повышающие клейкость твердые вещества и соевое масло могут быть соединены в различных соотношениях для получения более высокой доли жидкого носителя и более низкой вязкости жидких полимерных композиций. Эти возможные компоненты также могут включать термореактивные полимеры, натуральные побочные продукты, такие как производные лигнина, неперерабатываемые животные и растительные белки, инициаторы, отверждающие агенты, ускорители отверждения, катализаторы, сшивающие агенты, усилители клейкости, пластификаторы, красители, ингибиторы горения, связующие агенты, пигменты, модификаторы ударопрочности, регулирующие текучесть добавки, вспенивающие агенты, наполнители, стеклянные обработанные и необработанные микросферы, неорганические и органические полимерные микрочастицы, другие частицы, включающие электропроводящие частицы, теплопроводные частицы, синтетические, растительные и животные волокна, антистатики, антиоксиданты, и поглотители УФ излучения, биоциды, модификаторы реологических свойств, пленкообразующие вещества, повышающие клейкость дисперсии смол, повышающие клейкость растворимые вещества и их производные.
Таким образом, композиции согласно изобретению могут существовать в четырех различных состояниях, в зависимости от условий:
1) жидкая эмульсия, дисперсия или суспензия, при хранении при температурах от примерно 0°С (32°F) до примерно 60°С (140°F);
2) по существу гомогенная, объединенная, расплавленная смесь, при первоначальном нагревании выше примерно 60°С (140°F) (и более предпочтительно, выше примерно 100°С (212°F) и перемешивании;
3) по существу гомогенная, объединенная расплавленная смесь, которую можно наносить непосредственно, или вспененной посредством порообразователя, при распределении выше примерно 60°С (140°F) (и более предпочтительно, выше примерно 100°С (212°F), и
4) термопластичный ячеистый или сплошной неячеистый твердый полимерный материал, который может обеспечивать связывание одной или более основ, когда распределенная по существу гомогенная, объединенная расплавленная смесь охлаждается до температуры ниже примерно 60°С (140°F).
Полимеры этилвинилацетата преимущественно используют в качестве первого компонента, без необходимости использования активирующего агента, такого как себациновая кислота, для поглощения второго компонента во время обработки. Объединенная гомогенная смесь, включающая такие полимеры, проявляет отличное сцепление с широким разнообразием основ при охлаждении до температуры ниже примерно 60°С (140°F). Возможность обходиться без себациновой кислоты и других дикислот является преимущественной, потому что такие материалы могут приводить к губительному износу металлических деталей, особенно при температурах выше 60°C(140°F).
В другом воплощении изобретения сочетания высокого содержания нереакционноспособных гомополимеров с низкой поверхностной энергией, которые обычно не считаются клеящими материалами сами по себе, таких как гомополимеры полипропилена или полиэтилена, используют в сочетании с полимерами этилвинилацетата для создания перекачиваемых при комнатной температуре композиций, которые не требуют активаторов, таких как себациновая кислота. Количество полипропилена предпочтительно составляет до примерно 40 масс.% от общей массы композиции, и более предпочтительно, менее примерно 30 масс.%, и наиболее предпочтительно, менее примерно 20 масс.% от общей массы композиции. Количество полиэтилена предпочтительно составляет до примерно 20 масс.% от общей массы композиции, и более предпочтительно, менее примерно 15 масс.% и, наиболее предпочтительно, менее примерно 10 масс.% от общей массы композиции. В соответствии с изобретением, возможно получать перекачиваемые при комнатной температуре композиции, которые имеют вязкость менее примерно 25000 сП, предпочтительно, менее примерно 20000 сП и, наиболее предпочтительно, менее 15000 сП.
С. Технологические добавки
1. Реакционноспособные порообразователи
Известно, что летучие, конденсируемые и неконденсируемые, нереакционноспособные материалы, например азот, фторуглероды, углеводороды, диоксид углерода и т.п. можно использовать в качестве технологических добавок, которые действуют в качестве порообразователя с образованием газовых пор в жидких и твердых полимерах, используемых для связывания основ, без сложностей, связанных с изменением композиционной структуры получаемой матрицы. В случае быстрых, высокоэффективных систем, практически невозможно использовать реакционноспособные порообразователи в качестве вспенивающих агентов в нагреваемых котлах и шлангах для традиционных систем термоплавкого типа, из-за длительного нагревания и воздействия, которое оказывают реакционноспособные химические вещества на полимерную систему, и возможности возникновения нежелательных остатков пены и отходов в системе. В случае низкотемпературных, медленных систем, только материалы, которые являются чрезвычайно летучими или газами при комнатной температуре, можно использовать в таких системах, как системы холодного клея, из-за отсутствия тепловой энергии, необходимой для испарения технологической добавки, достаточного для создания газовых пор в жидких и твердых полимерах, используемых для связывания основ.
В одном воплощении настоящего изобретения композиции согласно изобретению включают технологическую добавку, которая представляет собой материал, отличный от первого и второго компонента, и которая способна облегчить протекание химических реакций с первым компонентом, вторым компонентом и/или возможным компонентом, и может одновременно служить в качестве порообразователя. Например, вместо использования химического порообразователя, такого как азо-бис-дикарбонамид, для получения нереакционноспособного газообразного азота, небольшое количество реакционноспособных порообразователей, таких как вода, можно включать в композиции по изобретению, которые включают, например, сополимеры этиленвинилацетата, малеинированный полипропилен, полипропилен и полиэтилен, эмульгированные, диспергированные и суспендированные в соевом масле. Когда такие композиции нагревают и перемешивают при температурах выше 100°С (212°F), вода кипит и образует водяной пар, который выполняет многочисленные функции порообразователя, реагента и отверждающего агента (т.е. вода может способствовать раскрытию ангидридного кольца, этерификации или конденсации продуктов реакции). Использование реакционноспособного порообразователя улучшает свойства получаемого конечного вспененного твердого материала.
Подача реакционноспособного порообразователя может принимать различные формы. В одном воплощении его непосредственно добавляют в виде чистого порообразователя в жидкую полимерную композицию в неограниченном особым образом порядке для получения требуемой плотности и свойств сплавленного полимерного продукта. В другом воплощении изобретения порообразователь можно вводить в качестве агента, связанного другим материалом. Например, крахмал обычно содержит примерно 10% остаточной воды и гидратированный сульфат кальция имеет обратимую воду гидратации, которая может быть использована в процессе вспенивания. В другом воплощении изобретения реакционноспособный порообразователь может представлять собой побочный продукт одной или более химических реакций. Например, метоксисилан может конденсироваться с высвобождением метанола и воды, или пропиленкарбонат может разлагаться с высвобождением реакционноспособных пропиленгликоля и диоксида углерода, В другом воплощении изобретения реакционноспособный порообразователь может служить в качестве жидкого носителя, например вода или краски на основе растворителя и латексы.
3
3
Получаемые вспененные твердые материалы согласно изобретению проявляют эксплуатационные качества, которые аналогичны или выше, чем эксплуатационные качества эквивалентных невспененных композиций, но при этом обеспечивают снижение плотности в точке распределения расплавленного материала на величину от 0,05 г/см до 1 г/см. Подходящие для использования в изобретении реакционноспособные порообразователи включают, например, спирты, диолы, триолы, воду, амины, кислоты, ангидриды, акриловую кислоту, акрилонитрил, стирол, метилметакрилат, этиленкарбонат, пропиленкарбонат, гидратированные минералы, алкоксисиланы (моно-, ди-, три- и тетраалкокси), гидролизованные силаны (мономеры, димеры или тримеры гидролизованных силанов), олигомеры предварительно гидролизованных органосиланов, блокированные изоционаты, гидратированные неорганические соединения. Количество реакционноспособных порообразователей, используемое в композиции, изменяется в зависимости от конкретной композиции и используемого материала.
В настоящее время вода является наиболее предпочтительным реакционноспособным порообразователем для использования в изобретении, с точки зрения ее стоимости, негорючести, нетоксичности и эксплуатационных характеристик. Когда воду используют в качестве реакционноспособного порообразователя в жидкой полимерной композиции, включающей сополимеры этиленвинилацетата и малеинированный полипропилен, количество воды, необходимое для образования вспененного твердого материала, обычно составляет от примерно 0,05 масс.% до примерно 10 масс.%, предпочтительно, от 0,1% до примерно 5%, наиболее предпочтительно, от 0,2% до примерно 2%. Отношение объема, занимаемого после вспенивания, к объему, занимаемому до вспенивания, составляет до примерно 20:1, предпочтительно, до примерно 10:1 и, наиболее предпочтительно, до 5:1 в объемных долях.
2. Улучшение санитарных условий производства
Если не указано иначе, улучшение «санитарных условий производства» относится к снижению «образования нитей», которое представляет собой явление, характеризующееся «нитями» нагретого полимерного материала, тянущимися от наконечника распределительного устройства до основы или формы, в которую или на которую распределяют расплавленный полимерный материал. Устранение или уменьшение степени образования нитей и обеспечение посредством этого по существу чистого среза на распределительном устройстве может снизить количество отходов материала и простой, связанный с уборкой таких нитей.
В одном воплощении настоящего изобретения жидкие полимерные композиции согласно изобретению включают технологическую добавку, содержащую одну или более молекул с низкой молекулярной массой, относящихся к типу поверхностно-активных веществ, которые способны улучшить санитарные условия производства. Широкий ряд низкомолекулярных ионных и неионных поверхностно-активных веществ можно использовать в качестве технологических добавок в пределах области защиты настоящего изобретения. Предусматривается, что такие поверхностно-активные вещества могут быть получены из кремнийорганических соединений, продуктов гидролиза целлюлоз и их производных, продуктов гидролиза крахмалов и их производных, включая их гидрированные производные, полиалкиленоксидов, полиолефина, углеводородов, сложных полиэфиров, полиангидридов, полимеризованных олефиновых материалов и различных сочетаний их производных. Дополнительно, ионные материалы могут включать анионы, которые включают сульфонаты, фосфаты и т.п., и катионы, которые могут включать соли четвертичного аммония, ионы металлов, включая моно- и многофункциональные анионы, натрий, калий, кальций, цинк и т.п. Например, эти материалы можно соединять с образованием линейных структур с низкой молекулярной массой, таких как АВ, АВА, ВАВ, где А является гидрофобным моно- или бифункциональным материалом, В является гидрофильным моно- или бифункциональным материалом. Предусматривается, что указанный выше бифункциональный пример приведен для простоты иллюстрации и может быть распространен на другие более сложные многоразветвленные возможности. Неограничивающие примеры включают нонафенолэтоксилат или углеводородные сульфонаты, гребенчатые полимеры, такие как негидролизуемые сополимеры кремнийорганических соединений и полиалкиленоксида, разветвленные и звездообразные структуры, такие как сложные сорбитановые эфиры, сложные сорбитановые алкиленкосидные эфиры и т.п., гидролизуемые сополимеры кремнийорганических соединений и полиалкиленоксида. Присутствие поверхностно-активных веществ с низкой молекулярной массой в композициях согласно изобретению улучшает санитарные условия производства, без образования стабильной пены или подавления адгезионных характеристик. Авторы изобретения полагают, что поверхностно-активные вещества с низкой молекулярной массой можно также преимущественно использовать в традиционных термоплавких композициях для этой цели.
Количество технологической добавки с низкой молекулярной массой, используемой в композиции для улучшения санитарных условий производства, изменяется в зависимости от конкретной композиции и используемого материала. Когда используют неионное поверхностно-активное вещество, молекулярная масса предпочтительно составляет менее 5000, более предпочтительно, менее 4000 и, наиболее предпочтительно, менее 3000. Когда используют ионное поверхностно-активное вещество, молекулярная масса предпочтительно составляет менее 2500, более предпочтительно, менее 2000 и, наиболее предпочтительно, менее 1500. Количество технологической добавки, используемой в композиции, изменяется в зависимости от конкретной композиции и используемого материала. Полагают, что подходящим является количество от 0,1% до 18%, более предпочтительно, от 0,1% до 12% и, наиболее предпочтительно, от 0,1% до 6%.
3. Стабилизаторы пены
В другом воплощении изобретения технологическую добавку используют для улучшения стабильности пены, образуемой реакционноспособным вспенивающим агентом. Создание однородно распределенных, стабильных ячеек из газовых пор, образуемых путем добавления порообразователя к расплавленной вспениваемой массе по этому изобретению, может приводить к сохранению тепла для оптимизации времени схватывания по краям или рабочего времени, увеличению укрывистости или снижению расхода материала на одно нанесение и улучшению изоляционных свойств, связанных с однородными, закрытыми ячейками. Проблемы, связанные с созданием однородных, стабильных ячеистых структур, обостряются при повышенных температурах распределения этих динамических полимерных систем, в частности, когда существует потребность в наиболее низкой возможной вязкости для улучшенных санитарных условий производства.
n
n
n
-2
+2
Технологическую добавку, образуемую путем нейтрализации себациновой кислоты карбонатом кальция, можно добавлять к композициям согласно изобретению для получения структур с мелкими, стабильными ячейками в расплавленном, объединенном материале после распределения. Аналогичные соединения согласно формуле (АВ), где А представляет собой повторяющееся звено, являющееся гидрофобным бифункциональным материалом, В представляет собой повторяющееся звено, являющееся гидрофильным бифункциональным материалом и n является числом больше 25, по-видимому, будут давать аналогичные результаты. В случае ионных поверхностно-активных веществ с высокой молекулярной массой, получаемых из себациновой кислоты и карбоната кальция, А в формуле (АВ) представляет собой себацат с зарядом , В представляет собой кальций с зарядом и n является числом более 25. В случае неионных поверхностно-активных веществ с высокой молекулярной массой, получаемых из бифункционального силоксанового полимера с концевыми группами Si-H, гидролизованного полимером на основе полиалкиленоксида с аллилными концевыми группами, в формуле (АВ) А представляет собой силоксановый полимер, В представляет собой полимер на основе полиалкиленоксида, n является числом более 25. Исследование неожиданно показало, что поверхностно-активные вещества с низкой молекулярной массой не оказывают такого же стабилизирующего эффекта на структуру ячеек, как поверхностно-активные вещества с высокой молекулярной массой, например полиалкиленоксидные сополимеры этилена и пропиленоксида, кремнийорганические поверхностно-активные вещества, используемые для стабилизации полиуретновой пены и традиционной пены и т.п.
Количество поверхностно-активного вещества с высокой молекулярной массой, используемого в композиции, зависит от конкретной композиции и используемого материала. Обычно считают подходящим количество от 0,05% до 18%, предпочтительно, от 0,1% до 12% и, наиболее предпочтительно, от 0,1% до 6%. Молекулярная масса неионного поверхностно-активного вещества, используемого для стабилизации пены, составляет более примерно 5000, более предпочтительно, более примерно 7500 и, наиболее предпочтительно, более примерно 10000. Молекулярная масса ионного поверхностно-активного вещества, используемого для стабилизации пены, составляет более примерно 2500, более предпочтительно, более примерно 5000 и, наиболее предпочтительно, более примерно 7500.
4. Вещества, сокращающие время связывания
Сокращение времени связывания (т.е. минимального времени, необходимого для удерживания двух основ вместе, пока обеспечивают возможность существенного отверждения клеящего материала, расположенного между этими основами, для выполнения его назначения) является крайне желательным, поскольку оно связано с более высокой производительностью технологических линий, более высокой эффективностью капитальных вложений и повышенной способностью к герметизации основ. Меньшее время связывания соответствует более быстрым и более эффективным клеящим материалам, герметикам, покрытиям и прокладочным материалам. Не ограничиваясь какой-либо конкретной теорией, время связывания полагают уникальной характеристикой для жидких полимерных композиций согласно изобретению, так как предполагают, что жидкие полимерные композиции не кристаллизуются или не затвердевают подобно традиционным термоплавким и холодным клеям, для которых измерения таких параметров, как время схватывания, время высыхания до отлипания и время схватывания по краям используют для характеристики систем. Термоплавкие и холодные клеи характеризуют временем схватывания, где процесс обычно завершают, когда установлено что материал кристаллизован или высушен, посредством чего получают материал, который затвердел и может быть употреблен по назначению. Это время схватывания характеризуется временем, после которого происходит немедленный разрыв по волокну, т.е. разрушение основы, в противоположность когезионному разрушению клеящего материала, герметика, покрытия или прокладочного материала. По прошествии времени, любой дополнительный отжиг структуры в термоплавких и холодных клеях может привести к отставанию основы, либо когезионному, либо адгезионному, либо по обоим механизмам. Специфическая особенность этой эксплуатационной характеристики часто требует составления смесей различных продуктов для мягких и суровых условий окружающей среды, которые включают температуру, влажность и воздействие химических веществ, таких как нефть, растворители и т.п. Жидкие полимерные композиции по этому изоберетнию являются уникальными, поскольку они фактически продолжают повышать прочность и эксплуатационные характеристики с течением времени, особенно в таких ситуациях, когда в основе присутствуют масла, пластификаторы или растворимые химические вещества, которые могли бы ухудшить эксплуатационные характеристики термоплавкого клея, и в частности, когда один состав требуется для низкой и высокой температуры.
Было обнаружено, что латексная краска, при использовании ее в качестве технологической добавки, приводит к сокращению времени связывания и улучшению качества ячеистой структуры по существу однородного, объединенного, расплавленного материала при распределении. Не ограничиваясь какой-либо конкретной теорией, предполагают, что латексная краска содержит ряд соединений, ранее определенных здесь как технологические добавки, включающих, но не ограничивающихся перечисленным: (1) реакционноспособный порообразователь в форме воды и (2) поверхностно-активные вещества и эмульгаторы, которые способствуют получению однородного, стабилизированного ячеистого, объединенного, расплавленного материала. Составы латексных красок также обычно содержат «выравнивающие агенты», присутствием которых можно объяснить, почему распределенная объединенная, расплавленная масса композиций по изобретению, содержащих латексную краску, имеет способность к растеканию, что повышает общую площадь поверхности расплавленной массы, контактирующей с основой, тем самым улучшая адгезию и время связывания. Этот новый результат может также быть эффектом одного или синергетического сочетания двух или более других компонентов латексной краски, которые служат в качестве модификаторов реологических свойств, пленкообразующих веществ, диспергирующих агентов и т.п.Латексную краску можно добавлять в количестве до примерно 20 масс.% от общей массы композиции, более предпочтительно, менее примерно 15 масс.% и, наиболее предпочтительно, менее 5 масс.% от массы композиции, в зависимости от общего содержания твердых веществ, формы носителя и общей реакционной способности содержимого в краске, для получения требуемого эффекта улучшенного времени связывания и однородной, стабильной, ячеистой пены низкой плотности.
Конкретный состав латексной краски изменяется в зависимости от изготовителя и торговой марки. Снижение времени связывания было получено при использовании латексных красок нескольких различных торговых марок. Среди опробованных торговых марок, акриловая латексная краска Behr Ultra Pure White No. 1050 обеспечивала наибольшее сокращение времени связывания. ICI ULTRA™ Velvet Sheen White Latex и Sherwin-Williams DURATION Extra White Latex также обеспечивали сокращение времени связывания, но не до такой степени, как продукт Behr. Точный состав этих рецептур латексных красок является собственностью производителей. Авторы настоящего изобретения предполагают, что один или сочетание двух или более компонентов, обычно присутствующих в рецептурах латексных красок, в итоге окажутся в первую очередь ответственными за улучшение времени связывания. Такие соединения, вероятно, содержат воду и одно или более из следующих соединений: 2-этилгексилбензоат или аналогичное соединение; этиленгликоль, гидроксид алюминия; диоксид титана; каолин; карбонат кальция; диоксид кремния и/или силикаты; акриловые полимеры и сополимеры; латекс и/или пленкообразующие вещества на основе спиртов/сложных эфиров.
5. Вещества, понижающие вязкость и время связывания
Снижение вязкости композиции в ее низкотемпературном состоянии перед обработкой является желательным, поскольку это позволяет поставлять материал посредством силы тяжести, пневматического оборудования, перистальтических насосов, шестеренчатых насосов, поршневых насосов и т.п. Предполагалось, что добавление частиц, которые имеют средний размер менее 100 мкм, способствует достижению этого желательного положительного эффекта по сохранению и/или снижению вязкости.
В примере 10 ниже, полученный эмульсионной полимеризацией полимер этиленвинилацетата (ЭВА) (MICROTHENE FE532), который обычно использовали в других примерах для поддержания более низких вязкостей при более высоком содержании твердых веществ, при использовании в сочетании с молотыми ЭВА, мог бы быть заменен полимерными полиолами и латексами для получения аналогичных вязкостей при таких же содержаниях твердых веществ. Неожиданно, добавление этих полимерных полиолов и латексов приводило к улучшенному времени связывания, времени связывания при более низкой температуре и/или большим распределяемым массам, по сравнению с полученным эмульсионной полимеризацией полимером этиленвинилацетата (MICROTHENE FE532). Полагают, что большие распределяемые массы соответствуют улучшенным санитарным условиям и/или меньшему образованию нитей.
Данное изобретение охватывает дисперсии и эмульсии с содержанием твердых веществ от 100% до примерно 20%. Примерами технологической добавки, которая рассматривается как содержащая 100% твердых веществ в этом изобретении, являются дисперсии, известные как полимерные полиолы, мономеры стирола и акрилонитрила, полимеризованные в полиалкиленоксидном полиоле с образованием твердой полимерной дисперсии стирола-акрилонитрила в полиалкиленоксидном полиоле в качестве носителя. Латексы являются примерами эмульсий, которые характеризуются общим содержанием твердых веществ от 25 до 75%. Латексы образуют в носителе, который считается реакционноспособным порообразователем (вода), и они состоят из полимеров, образованных из таких полимеризованных мономеров, как акриловая кислота, винилацетат, сложный акрилатный эфир и/или подобные вещества, с образованием дисперсии и/или эмульсий в воде при содержании твердых веществ в продукте 25-60%. Третий пример материалов с маленькими частицами, которые демонстрируют широту изобретения и рассматриваются как имеющие общее содержание твердых веществ 100%, являются мелкие частицы неорганических веществ. Технологические добавки со средним размером частиц менее 100 мкм можно добавлять в количестве до 20 масс.% от общей массы композиции, более предпочтительно, менее примерно 15 масс.% и, наиболее предпочтительно, менее примерно 5 масс.% от массы композиции, в зависимости от общего содержания твердых веществ в добавке, формы носителя и общей реакционной способности содержимого.
D. Экологичные продукты
Повышение количества экологичных, получаемых из биологического сырья, перерабатываемых натуральных продуктов (здесь и далее иногда называемых «экологичными продуктами») является желательной целью с точки зрения защиты окружающей среды. Углеводные продукты, такие как целлюлозы и крахмалы и их производные, широко используют в холодных клеях, т.е. в клеях, которые отверждаются при температурах окружающей среды или в низкотемпературных (например, <32°С (90°F)) процессах. Эти компоненты обычно не рассматривают как добавки или используют в высокоэнергетических средах из-за карамелизации и разложения химических веществ, которые сопутствуют применению этих материалов при высоких температурах. Неожиданно было обнаружено, что добавление этих типов материалов обеспечивает перекачиваемые жидкие композиции, которые имеют чрезвычайно низкие вязкости и расширяют диапазон применения при более низких температурах, так как жидкие полимерные композиции можно было перерабатывать с получением по существу гомогенной, объединенной расплавленной массы, пригодной для связывания одной или более основ или нанесения на них покрытий, при температуре выше температуры кипения воды, более предпочтительно, при температуре выше 107°С (225°F) и, наиболее предпочтительно, при температуре выше 138°С (280°F). Такие продукты, как крахмалы и их производные, целлюлозы и их производные, например полидекстроза, гидроксиэтилированная целлюлоза, лигнины и их производные, пропоксилированный крахмал, гидрированный гидролизат крахмала, декстрины, твердые вещества кукурузных паток, мальтодекстрины и т.п., можно использовать в количестве до 40%, более предпочтительно, менее 20% и, наиболее предпочтительно, менее 15%. Наиболее предпочтительно использовать материалы, в которых снижена реакционная способность остаточных альдегидов.
Таким образом, изобретение способствует получению экологичных композиций, изготавливаемых из полученных из биологического сырья, экологичных материалов в количестве более 40 масс.%, предпочтительно, более 60 масс.% или 80 масс.% и, наиболее предпочтительно, от примерно 90 масс.% до 100 масс.%, при использовании в качестве компонентов для композиции, например, крахмалов и их производных, целлюлозных материалов и их производных, животных и растительных белков и их производных, животных и растительных жиров и масел и их производных и т.п.
Экологичная композиция включает первый компонент в количестве от 30 масс.% до 80 масс.%, предпочтительно, от 40 масс.% до 80 масс.% и, наиболее предпочтительно, от 40 масс.% до 70 масс.%, где первый компонент представляет собой натуральный продукт в экологичной твердой фазе, который суспендирован, диспергирован, эмульгирован или солюбилизирован во втором жидкофазном компоненте и который способен необратимо взаимодействовать с жидкой фазой и/или поглощать ее при температурах выше 60°С (140°F) с образованием по существу гомогенной, сплавленной твердой композиции. Например, было показано, что из крахмала (твердофазный материал) и глицерина (жидкофазный материал) можно образовать дисперсию при комнатной температуре, причем крахмал необратимо удерживает большую часть жидкого носителя после нагревания до температуры выше 60°С (140°F). Примеры неожиданно показали, что высокое содержание гидрофильных экологичных полимеров можно использовать в гидрофобной среде, где жидкая фаза представляет собой гидрофобное соевое масло, причем композиции все же приводят к хорошей адгезии при отсутствии выпотевания. Авторы изобретения предполагают использование растительных и животных белков, крахмалов, целлюлоз, лигнинов, предпочтительно растительных и животных белков для приготовления высокопрочных полимеров, которые содержат более 80% и, наиболее предпочтительно, 100% экологичных продуктов, с получением таких конечных продуктов, как клеящий материал, герметики, покрытия и прокладки.
Композиция включает второй компонент в количестве от примерно 20% до 70%, предпочтительно, от 20% до 60% и, наиболее предпочтительно, от 30% до 60% натурального продукта или сочетания натуральных продуктов в качестве экологичного жидкого носителя, который является жидким при температурах ниже 60°С (140°F), например глицерин, получаемый из процесса производства биодизельного топлива, или сорбит из процесса расщепления производных крахмала, 1,3-пропандиол, получаемый из переработки производных крахмала с использованием генетически модифицированных организмов, или растительные масла, например соевое мало, или животное биодизельное топливо, получаемое из процесса производства биодизельного топлива с использованием животных жиров, или животные жиры, такие как рыбий жир, и подобные натуральные продукты и процессы. Температура кипения жидкости должна быть выше 60°С (140°F), предпочтительно, выше 100°С (212°F) и, наиболее предпочтительно, выше 121°С (250°F). Обеспечение сбалансированности соотношения этих гидрофильных и гидрофобных носителей играет важную роль в определении выбора первого полимерного компонента и способности создания композиций, имеющих содержание более 80% экологичных композиций, которые имеют эксплуатационные качества согласно требованиям специализированных применений клеящего материала, герметика, покрытия или прокладочного материала.
Воду можно преимущественно использовать как не оказывающую влияния на окружающую среду, экологичную жидкость-сопутствующий носитель, вместе с экологичным жидким носителем, при содержании менее 20 масс.% от массы композиции, предпочтительно, менее 15 масс.%; и, наиболее предпочтительно, менее 10 масс.%. И, как отмечено выше, при температуре выше 100°С (212°F) вода может служить в качестве реакционноспособного порообразователя.
При необходимости, можно добавлять технологические добавки, которые являются предметом этого изобретения, или описанные здесь возможные компоненты, и они остаются в пределах защиты этого аспекта изобретения. Например, может быть желательным добавление биоцидов и консервантов в это конкретное изобретение, поскольку композиция считается биоактивной во влажных условиях или в тех случаях, когда активность воды является высокой.
Экологичную композицию можно подвергать воздействию условий обработки, определенных здесь, с преимуществами как перед холодными клеями, так и термоплавкими клеями. Холодные клеи часто получают из большего количества экологичных материалов, таких как крахмал, декстрины, целлюлозы, животные белки и т.п., суспендированных, диспергированных, эмульгированных или солюбилизированных в воде или других летучих носителях, которые обеспечивают возможность отверждения твердых веществ через период времени. Эти продукты описывают как холодные клеи, поскольку их следует применять при низких температурах, когда натуральные продукты не разлагаются, и следует предоставлять возможность испарения летучих компонентов, что приводит к медленному связыванию и отверждению, более низкой эффективности и большему времени цикла, по сравнению с эквивалентными системами термоплавких клеев. Системы термоплавких клеев обычно гораздо быстрее, но имеют недостатки, заключающиеся в дефиците требуемых высоких содержаний производных ископаемого топлива, например, этиленвинилацетата, полиэтилена, полипропилена, парафинов, полиуретанов, полиамида и т.п., и необходимости применения при высоких температурах. Экологичные композиции, описанные здесь, можно обрабатывать при температурах от примерно 60°С (140°F) до примерно 177°С (350°F), более предпочтительно, от примерно 100°С (212°F) до примерно 160°С (320°F) и, наиболее предпочтительно, от примерно 107°С (225°F) до примерно 149°С (300°F) и поддерживать эксплуатационные преимущества холодных клеев и эффективность термоплавких клеев.
Е. Технологическое оборудование
Чтобы использовать жидкую полимерную композицию по настоящему изобретению в качестве клеящего материала, герметика, покрытия или прокладочного материала, композицию следует подавать через устройство, которое обеспечивает возбуждение и активацию жидкой полимерной композиции до состояния, в котором она становится по существу гомогенным, объединенным расплавленным материалом. Традиционное технологическое оборудование для термоплавких клеев имеет ряд ограничений, которые включают нагревание партиями в открытых баках, нагреваемые шланги, отсутствие оборудования теплового контроля секции комнатной температуры и нагреваемой секции и отсутствие оборудования для смешивания и перемешивания жидкой полимерной композиции с получением гомогенного сплавленного материала, ограниченную производительность на единицу времени, засорение трубопроводов и неспособность справляться с вводимыми внутрь порообразователями. Настоящее изобретение обеспечивает устройства и сочетание устройств, которые способны обеспечить возбуждение, смешивание и распределение жидких полимерных композиций по изобретению таким способом, который преодолевает недостатки предшествующего уровня техники. Таким образом, сочетания обеспечивают возможность промышленной поставки по требованию и нагревания и обработки жидких полимерных композиций, с высокими производительностями и без проблем, связанных с закупоркой шлангов или расклиниванием насосов, которые иногда осложняют работу с традиционными системами обработки термоплавких клеев.
На Фиг.1 показана одна типичная конфигурация системы 10 для активации и распределения жидкой полимерной композиции согласно изобретению. Система 10 включает реактор 20 большой вместимости, изоляционное устройство 30, которое можно использовать вместо теплорассеивателей предшествующего уровня техники, источник 40 жидких полимерных композиций с подачей под давлением, здесь и далее называемый емкостью, и распределительное устройство 50 (например, распылительный пистолет). Хотя на Фиг.1 показано распределительное устройство с ручным управлением, изобретение предусматривает другие ручные и автоматические распределительные устройства, известные в уровне техники. В других конфигурациях используют механический обратный клапан 60.
1. Реактор
Как показано на Фиг.4-7, реактор 20 согласно изобретению обеспечивает максимизацию объема возбуждаемой энергией и перемешиваемой жидкой полимерной композиции, постоянно находящейся в реакторе при температуре распределения, и степени перемешивания материала, что увеличивает количество композиции, которое можно распределять на единицу времени. Это приводит к максимальной производительности систем, которые доставляют материал к месту активации, которое расположено рядом с местом распределения и нанесения. Таким образом, в настоящем изобретении предложено устройство, которое одновременно выполняет следующие функции: (1) оно обеспечивает возбуждение энергией поступающей перекачиваемой композиции до активированных условий распределения; (2) оно обеспечивает статическое перемешивание композиции; (3) оно обеспечивает максимизацию объема и перемешивания композиции, поддерживаемой в активированных условиях.
Реактор согласно изобретению обеспечивает максимизацию отношения жидкой полимерной композиции к массе и размерам устройства, воздействие источника энергии на жидкую полимерную композицию и перемешивание. Важнейшим конструктивным принципом новой конструкции является использование спирали для максимизации поверхностного контакта жидкого полимера с поверхностью переноса энергии. Не ограничиваясь какой-либо конкретной теорией, полагают, что центробежная сила, возникающая вследствие протекания материала в спирали, побуждает материал с наиболее низкой вязкостью, расположенный ближе всего к нагревателю, дифференциально протекать от нагретой поверхности с другой поверхности; посредством чего одновременно обеспечивают перемешивание материала и резкое увеличение способности к плавлению и смешиванию жидких полимерных композиций в реакторе.
В наиболее предпочтительном воплощении спиральной конструкции настоящее изобретение представляет собой устройство, включающее реактор с внутренним нагревом, который включает взаимосвязанные каналы, обеспечивающие проходы, через которые перекачиваемая композиция должна протекать по окружности по меньшей мере по одному маршруту, предпочтительно, по двум маршрутам, на следующий уровень, где она снова попадает в каждый из следующих каналов, прежде чем выходит из реактора. В случае, когда каждый промежуток между каналами чередуется через 180°, материал разделяется и возникает эффект затекания материала в поток этого же материала каждый раз, когда он проходит через канал. Каналы предпочтительно ограничены взаимосвязанными рядами из по меньшей мере одной канавки, которые обеспечены между внешней цилиндрической боковой стенкой сердцевины и внутренней стенкой внешнего трубчатого элемента, который выполнен с возможностью скольжения по сердцевине. Эта конструкция является уникальной в том, что она может минимизировать количество частей реактора до двух секций, при этом выполняя операцию более сложных сочетаний многокомпонентного теплообменника и смесителя.
Конструкционные материалы для спиральной конструкции реактора выбирают, исходя из требований применения, например, температур, давлений, химических составов. Для мощных источников энергии, такой как ультрафиолетовое излучение, микроволновое излучение, тепловая энергия или т.п., конструкционный материал, передающий энергию жидкой полимерной композиции, должен быть по существу прозрачным по отношению к источнику энергии, чтобы гарантировать максимальную передачу энергии жидкой полимерной композиции, например кварц для передачи энергии рентгеновского излучения и ультрафиолетового излучения, стекло для передачи энергии видимого света, определенные пластмассы для передачи энергии микроволнового излучения, и т.п. Для термических процессов целесообразно использовать проницаемые материалы, которые являются высокопроводящими, такие как сталь, алюминий, медь, латунь или подобные материалы. Наиболее предпочтительно использовать металлы, которые могут одновременно выдерживать повышенные температуры от источника тепла, повышенное давление, имеют высокую проводимость и легкий вес, такие как алюминий.
Кожух или поверхность, которая не вовлечена в процесс передачи энергии, можно изготавливать из такого же материала, как материал устройства, вовлеченного в передачу энергии жидкой полимерной системе, или другого материала. Выбор зависит от требований по температуре, давлению, химическому составу и потребности в изолировании переноса энергии и источника энергии в установке. В некоторых случаях целесообразно, чтобы этот материал обеспечивал поглощение всей энергии жидким полимерным материалом, например, металлическая отражающая поверхность, в случае ультрафиолетового излучения и видимого света, и изолирующие материалы с низкой проводимостью, такие как конструкционные пластмассы, подобные полиэфирэфиркетону, керамические материалы и металлы, подобные нержавеющей стали, в случае систем с кондуктивным нагревом. Предпочтительными являются конструкционные пластмассы, керамические материалы, нержавеющая сталь и алюминий в системах с кондуктивным нагревом.
Источник энергии можно устанавливать на внешней или внутренней поверхности реактора, в зависимости от ограничений системы, которые включают практически осуществимые конфигурации источника энергии, требования по размещению и ограничения на затраты. Например, при наличии высокоэнергетических ламп или плоских нагревателей, которые можно установить на внешней поверхности, или вставных излучательных ламп, патронных нагревателей или их сочетаний, которые можно установить на внутренней поверхности, предпочтительно иметь источник энергии, размещенный внутри, чтобы максимизировать эффективность использования энергии в реакторе.
В другом воплощении изобретения источник энергии испускает УФ излучение, которое можно использовать для активации композиций согласно изобретению, а также традиционных термоплавких клеев и холодных клеев. Источник энергии, который испускает УФ излучение, можно размещать в осевом направлении внутри сердцевины, при условии, что сердцевина изготовлена из материала, который позволяет обеспечить передачу УФ излучения композиции, текущей в окружной канавке. Альтернативно, источник энергии, который испускает УФ излучение, можно размещать с внешней стороны сердцевины для передачи УФ излучения композиции, протекающей через окружную канавку.
Входную сторону реактора, соединенную с системой подачи, можно при необходимости соединять с изолятором или теплорассеивателем для предотвращения миграции энергии из реактора в устройство подачи и активирования таким образом поступающего материала. Если материалы являются достаточно стойкими к переносу энергии назад в систему подачи, шланг, трубопровод или устройство транспортировки могут в достаточной степени служить в качестве изолятора, например гидравлический шланг, выполненный из достаточно низкопроводящей резины, может служить в качестве изолятора. Выходную сторону реактора соединяют с распределительным устройством, способным обеспечить регулирование количества материала, подаваемого для нанесения.
На Фиг.4-6 показаны различные виды наиболее предпочтительного на настоящий момент воплощения реактора со спиральной конструкцией. Реактор 20 включает сердцевину 70 и внешний трубчатый элемент 80, который выполнен с возможностью скольжения по сердцевине 70. Сердцевина 70 может быть выполнена из алюминия, нержавеющей стали, меди или другого материала, который способен обеспечить быстрый перенос энергии и является совместимым с перекачиваемой композицией. Внешний трубчатый элемент 80 также может быть выполнен из алюминия, нержавеющей стали, меди или другого материала, способного выдерживать нагревание и высокие давления. Также внешний трубчатый элемент 80 может быть выполнен из керамических материалов, конструкционных пластмасс или других материалов, которые предотвращают потерю тепла из сердцевины 70.
Сердцевина, используемая в сопроводительных примерах, была изготовлена на станке из цельной алюминиевой цилиндрической заготовки, имеющей длину примерно 13 см (5 дюймов) и диаметр примерно 4 см (1,5 дюйма). Следует понимать, что можно использовать другие длины и диаметры. Цельную цилиндрическую заготовку обрабатывают на станке, чтобы обеспечить внешнюю цилиндрическую боковую стенку, имеющую диаметр примерно 3 см (1,25 дюйма). Во внешней цилиндрической боковой стенке сердцевины 70 обеспечивают канавки 90. Канавки 90 можно прорезать в сердцевине 70, используя токарный станок. Альтернативно, сердцевину 70 можно отливать в форме или формировать другим способом с канавками 90, используя другие средства изготовления. В воплощении изобретения, использованном в сопроводительных примерах, в сердцевине 70 были образованы двадцать три (23) канавки. Следует понимать, что число канавок 90 само по себе не является критическим фактором и что в качестве подходящего можно использовать большее или меньшее количество канавок 90.
В сердцевине, используемой в сопроводительных примерах, каждая канавка 90 имела глубину примерно 6 мм (0,250 дюйма) и ширину 2 мм (0,084 дюйма) и была расположена на расстоянии от каждой другой канавки 90, равном примерно 1 мм (0,050 дюйма). Невырезанное пространство в цилиндрической боковой стенке сердцевины 70 между соседними канавками 90 можно рассматривать как ребро 100. Глубину и ширину канавок 90 и ребер 100 можно регулировать для различных композиций, расходов, потребностей обратного давления и подобных характеристик.
Как показано конкретно на Фиг.5, каждая канавка 90 взаимосвязана с каждой соседней канавкой 90 посредством прорези 110. Возможны дополнительные прорези и конфигурации прорезей, в зависимости от расходов, требований обратного давления и необходимой степени перемешивания. Минимально должна присутствовать одна прорезь. Каждая прорезь 110 может иметь такую же ширину и глубину, как каждая канавка 90. В сердцевине 70, использованной в сопроводительных примерах, прорези 110 имели ширину 3 мм (0,125 дюйма) и глубину 5 мм (0,200 дюйма). Предпочтительно прорези 110, соединяющие последовательные канавки 90, расположены примерно на 180° друг от друга чередующимся образом. Принимают во внимание, что глубину и ширину канавок 90 и прорезей 110 можно регулировать для обеспечения оптимального нагревания, перемешивания и мгновенной производительности для композиции, обрабатываемой в данном применении.
Как отмечено выше, внешний трубчатый элемент 80 скользит по сердцевине 70, таким образом покрывая канавки 90 и прорези 110. Верхнее уплотнительное кольцо 120 и нижнее уплотнительное кольцо 130 обеспечивают герметизацию от текучих сред между внешним трубчатым элементом 80 и сердцевиной 70. Внутренний диаметр внешнего трубчатого элемента 80, использованного в сопроводительных примерах, составлял 3 см (1,26 дюйма), что позволяло внешнему трубчатому элементу 80 едва скользить по ребрам 100 сердцевины 70 и таким образом образовывать по существу непроницаемую для текучих сред герметизацию между ребрами 100 и внутренней стороной внешнего трубчатого элемента 80. Таким образом, внутренняя сторона внешнего трубчатого элемента 80 и канавки 90 и прорези 110 в сердцевине 70 совместно ограничивают ряд взаимосвязанных окружных каналов потока жидкости (обозначение потока - стрелки на Фиг.5). Для прикрепления внешнего трубчатого элемента 80 к сердцевине 70 можно использовать упорное кольцо 140 или другие запорные устройства.
1
4
Как показано на Фиг.6, перекачиваемую композицию нагнетают из источника 40 подачи, предпочтительно через промежуточный теплорассеиватель или изолятор 30, через вход 150, образованный на входном конце 160 сердцевины 70. Вход 150 гидравлически сообщается с первой канавкой 90а на стороне, противоположной первой прорези 110а. В сердцевине, используемой в сопроводительных примерах, вход 150 включал плоскодонное отверстие глубиной 1 см (0,400 дюйма), в котором была нарезана резьба для приема входного патрубка 31 мм (1/8 дюйма) НТР (нормальная трубная резьба) и которое дополнительно включало отверстие 9,5 мм (0,375 дюйма), просверленное дополнительно на 22 мм (0,875 дюйма), чтобы достичь первой канавки 90а в сердцевине. Таким образом, перекачиваемая композиция протекает в первую канавку 90а, где она разделяется на два потока, каждый из которых протекает в противоположном направлении по окржуности сердцевины 70, чтобы достичь первой прорези 110а. В этой точке два потока материала сходятся и объединяются по мере протекания через первую прорезь, и затем опять разделяются и текут в противоположных направлениях по окружности сердцевины 70 во второй канавке 90b, где они снова сходятся и объединяются во второй прорези (расположенной на 180° от первой прорези 110а). Это разделение и воссоединение потоков повторяется в каждой последующей канавке 90 и прорези 110 до достижения материалом последней канавки 90z. В этой точке перекачиваемая композиция находится в нагретом, по существу гомогенном состоянии, и готова для распределения. Материал покидает сердцевину 70 через выходное соединительное приспособление 170 (см. Фиг.1), который вставлен в аксиальное просверленное отверстие 180, образованное на выходном конце 190 сердцевины 70, которое находится в гидравлическом сообщении с последней канавкой 90z через отверстие 95, просверленное к центру сердцевины. Распределительное устройство 50 соединено с выходным соединительным приспособлением 170. В устройстве, используемом в примерах, осевое просверленное отверстие 180 имело в глубину примерно 21 мм (0,830 дюймов) и включало соединительную резьбу 63 мм (/ дюйма) НТР для соединения с соединительным приспособлением. Следует понимать, что расположение, тип и размер входа 150 и выхода 180 не являются критическими факторами сами по себе, и что их выбор зависит от требований конкретной конструкции устройств, присоединяемых к установке.
На Фиг.7 показано альтернативное воплощение, в котором канавки 90 сформированы спирально в сердцевине 70. В этом воплощении не требуется никаких прорезей, так как канавки 90 образуют единственный путь от входного конца 150 до выходного конца 190. В воплощении, показанном на Фиг.7, не получают настолько эффективного перемешивания на единичный интервал, как в воплощении, которое показано на Фиг.6, однако оно может быть предпочтительным для композиций, которые не требуют высокого обратного давления, требуют меньшего перемешивания или занимают небольшое пространство, так что при необходимости можно присоединить смеситель на выходе реактора.
Тепло подают к сердцевине 70 посредством патронного нагревательного элемента 200 (например, нагревателя мощностью 500 Вт), выполненного с возможностью закрепления в аксиальном отверстии 210, которое проходит в продольном направлении через входной конец 160 сердцевины 70. В воплощении, используемом в примерах, аксиальное отверстие 210 имело диаметр 13 мм (0,500 дюйма) и глубину 8,9 см (3,5 дюйма). Патронный нагревательный элемент 200 нагревает всю трубчатую сердцевину 70 теплообменника изнутри.
В альтернативном воплощении патронный нагревательный элемент, который имеет различные теплоемкости, можно монтировать в аксиальном отверстии 210, проходящем в продольном направлении через входной конец 160 сердцевины 70. Расположенная выше по потоку или входная часть (приблизительно 35-50% доступной длины патрона) патронного нагревательного элемента поставляет 60-85% доступного тепла. Более высокая теплоемкость в расположенной выше по потоку секции реактора обеспечивает более непосредственное нагревание входной части корпуса нагревателя, которая находится в контакте с материалом комнатной температуры, таким образом обеспечивая секцию более быстрого нагревания, чтобы нагревать композицию комнатной температуры до температур плавления. Расположенную ниже по потоку часть проточных каналов и корпуса нагревателя нагревают косвенно до меньшей степени путем теплопередачи из верхней части и более низкой теплоемкости в секции выхода патронного нагревательного элемента. В наиболее предпочтительном воплощении электрический нагревательный элемент в корпусе непосредственно нагревает только расположенную выше по потоку часть проточных каналов и корпуса нагревателя. Патронный нагревательный элемент может составлять от 25 до 70% от длины реактора, обеспечивая таким образом большую часть тепла, сосредоточенную в области реактора, содержащей материал, который необходимо нагреть до расплавленного состояния. Расположенную ниже по потоку часть проточных каналов и корпуса нагревателя нагревают косвенно до меньшей степени путем теплопередачи от расположенной выше по потоку части. Расположенная ниже по потоку часть действует как тепловой аккумулятор, который подавляет чрезмерное повышение и чрезмерное понижение температуры текучей среды в выходном отверстии. Следует понимать, что можно расположить альтернативные источники энергии внутри аксиального отверстия 210 и/или, что нагревательный элемент можно расположить по окружности вокруг внешнего трубчатого элемента 80.
Предохранитель 220 от перегрева также выполнен с возможностью установки в просверленном отверстии 230 на входном конце 160 сердцевины 70. Предохранитель 220 от перегрева отсекает мощность патронного нагревательного элемента 200, если температура превышает предварительно определенную максимальную температуру. В воплощении, используемом в примерах, просверленное отверстие 230 представляло собой снабженное резьбой отверстие с резьбой 6-32, которое имело глубину 9,5 мм (0,375 дюйма). Следует понимать, что это устройство не является особо важным для изобретения и добавлено только как дополнительное устройство безопасности.
Входной конец 160 сердцевины 70 также предпочтительно включает просверленное отверстие 240 для помещения резистивного датчика температуры (РДТ) 250, который измеряет температуру сердцевины 70. РДТ 250 сообщается с контроллером температуры (не показан), который подает мощность на патронный нагревательный элемент 200, что необходимо для поддержания требуемой температуры. В воплощении, используемом в примерах, просверленное отверстие 240 имело диаметр 3 мм (0,126 дюйма) и глубину 15 мм (0,600 дюйма). Этот чувствительный элемент, при необходимости, может представлять собой любое подходящее устройство для регулирования подачи энергии в реактор.
Реактор 20 предпочтительно покрыт слоем теплоизоляции, который сам по себе может быть покрыт внешней обшивкой. Изоляция и внешняя обшивка предотвращают нежелательную потерю теплоты из реактора 20 и защищают пользователей от высоких температур внутри реактора 20. Количество и тип изоляции зависит от передачи энергии через внешний трубчатый элемент 80, например, если трубчатый элемент 80 изготовлен из непроводящей конструкционной пластмассы, может не возникнуть необходимости в каком-либо дополнительном изолирующем материале, или если источник энергии представляет собой систему, активируемую светом, не требуется никакой теплоизоляции.
Как при непрерывной, так и при периодической эксплуатации, реактор может обеспечивать густой поток заряженного энергией, по существу гомогенного материала в распределительное оборудование при расходе от примерно 1 г/мин до примерно 15000 г/мин, предпочтительно, от 2 г/мин до примерно 10000 г/мин, наиболее предпочтительно, от 5 г/мин до примерно 5000 г/мин при давлении от примерно 172 кПа до примерно 20,7 МПа (от 25 до 3000 фунтов на кв. дюйм), предпочтительно, от 276 кПа до 13,8 МПа (от 40 до 2000 фунтов на кв. дюйм) и, наиболее предпочтительно, от 345 кПа до 10,35 МПа (от 50 до 1500 фунтов на кв. дюйм), и при температуре от 60°С до 257°С (от 140 до 500°F), предпочтительно, от 100°С до 202°С (от 212 до 400°F) и, наиболее предпочтительно, от 120°С до 191°С (от 250 до 380°F). Можно изменить расположение частей теплообменника в сборе, не выходя за рамки изобретения, при условии, что устройство обеспечивает надлежащую температуру и перемешивание, когда оно находится в смонтированном теплообменнике,
2. Изолятор
Как показано на Фиг.2 и 3, изолятор 30 прикреплен ко входному концу 160 реактора 20 и его используют для подавления или прекращения обратного переноса скрытой энергии реактора по направлению к источнику 40 подачи. Это обеспечивает возможность подачи жидкой полимерной композиции в реактор 20 и активирования ее только тогда, когда она находится в реакторе 20, избегая таким образом преждевременных химических и физико-химических взаимодействий, которые могли бы вызвать закупоривание, пониженный расход и приостановку источника 40 подачи. Для того чтобы достичь этого с источником энергии ультрафиолетового излучения или видимого света, можно использовать закрывающую поверхность, например прямоугольный выгиб, изготовленный из поглощающей свет пластмассы или нержавеющей стали, в качестве изолятора для устранения передачи энергии к активируемой светом композиции, поступающей из системы подачи. Для того чтобы достичь этого с источником тепловой энергии, предпочтительно используют материал, не проводящий тепло, например не проводящую тепло пластмассу или шланг, для устранения или существенной минимизации передачи тепла назад, по направлению к поступающей из источника 40 подачи композиции. Наиболее предпочтительное воплощение представляет собой конструкционную пластмассу, которая обладает преимуществом по термическим характеристикам, характеристикам давления и характеристикам теплопроводности, например полиэфирэфиркетон (ПЭЭК).
-6
-5
На Фиг.2 и 3 показано теплоизолирующее устройство, иногда здесь называемое терморазрывом. Перекачиваемую композицию нагнетают к входной стороне 260 изолятора 30 из источника 40 подачи. Источник 40 подачи может представлять собой сосуд под давлением, как показано на Фиг.1, или просто трубу, шланг или другое устройство подачи, через которое подают под давлением жидкие полимерные композиции. Жидкая полимерная композиция протекает через аксиальное просверленное отверстие 270 в изолятор 30 и вытекает через выпускное отверстие 280. Как отмечено выше, конкретная конструкционная пластмасса представляет собой полиэфирэфиркетон, который обладает теплопроводностью менее 20,8 Вт/м/°К (3,0 БТЕ/час/кв.фут/°F) и коэффициентом линейного теплового расширения менее 8,5×10 см/см/°С (1,2×10 дюйм/дюйм/°F). Этот терморазрыв можно использовать при давлении до 20,7 МПа (3000 фунтов на кв. дюйм) и температуре до 232°С (450°F). Верхняя и нижняя внутренние НТР резьбы 290 и 300, соответственно, приспособлены для принятия входящих в них входного и выходного соединительных приспособлений с наружной резьбой 1/8 дюйма. Соединительные приспособления можно изготовить из любого материала, подходящего для данных давлений, температур и химической активности среды, однако наиболее предпочтительными являются соединительные приспособления с низкой теплопроводностью, такой как у нержавеющей стали. При необходимости, в детали ПЭЭК можно нарезать наружную резьбу.
3. Система подачи
Предпочтительно механический или динамический одноходовой обратный клапан 310 обеспечен между источником 40 подачи и реактором 20 (изолятор, когда его используют, предпочтительно расположен между обратным клапаном 310 и реактором 20). Обратный клапан 310 позволяет жидкой полимерной композиции протекать только в направлении к реактору 20. Это постоянное одностороннее протекание жидкой полимерной композиции позволяет избежать нежелательного закупоривания деталей источника 40 подачи, которое может возникнуть, если давление случайно, намерено или как-либо иначе понижается, что приводит к возвращению активированного материала назад в систему подачи и затвердеванию.
На Фиг.8 схематически представлены различные элементы, которые можно использовать для подачи жидких полимерных композиций в реактор. В одном воплощении, содержащаяся в резервуаре 320 жидкая полимерная композиция протекает через устройство 330 для повышения давления к механическому обратному клапану 310. Резервуар 320 может представлять собой контейнер, бак, железнодорожную цистерну или любую систему хранения или доставки. Устройство 330 для повышения давления может представлять собой поршень пневматического цилиндра, поршень насоса или поршень пневматического привода, и т.п. Клапан 340 сброса обеспечивает открытие клапана и отведение потока и давления жидкой полимерной композиции, поступающей из устройства 330 для повышения давления через контур 350 обратной связи в резервуар 320, когда система вступает в фазу задержки, переменный временной режим, относящийся ко времени, когда движение жидкой полимерной композиции является стационарным, и к периоду, когда насос может продолжать работать, и это не приводит к заклиниванию или закупорке насоса из-за отделения носителя, гистерезиса и/или разогрева и подобных факторов, например, когда материал не распределяют. В этом случае клапан 340 сброса открыт и обратный клапан 310 остается закрытым, поддерживая по существу постоянное давление на материал на выходной стороне обратного клапана 310. Когда давление системы на выходной стороне обратного клапана 310 меньше, чем давление на входе, обратный клапан 310 открывается, клапан 340 сброса закрывается и обеспечивает возможность прохождения материала через обратный клапан 310, например, когда распределяют материал.
В другом воплощении данного изобретения можно использовать дроссельное устройство для замены клапана сброса, чтобы позволить устройству для повышения давления сохранять постоянное давление, оставаться активным и не вызвать заклинивание или закупорку насоса вследствие отделения носителя, гистерезиса и/или разогрева и подобных факторов. Дроссельное устройство представляет собой трубку небольшого диаметра, предпочтительно, менее 48 мм (3/16 дюйма), предпочтительно, менее 32 мм (1/8 дюйма) и, наиболее предпочтительно, менее 24 мм (3/32 дюйма) внутреннего диаметра, длиной 30 м (100 футов), предпочтительно, менее 15 м (50 футов) и, наиболее предпочтительно, менее 7,5 м (25 футов), которая совместима с температурами, давлениями, химическим составом и другими характеристиками находящихся под давлением жидких полимерных композиций. Это дроссельное устройство можно использовать с системой повышения давления отдельно, в качестве динамического обратного клапана, или в сочетании с описанным выше механическим обратным клапаном.
После прохождения через обратный клапан 310, материал проходит через сосуд 360. Сосуд 360 может представлять собой трубку, трубопровод, нагнетательный бак или шланг, и т.п., способные выдерживать рабочие механическое, пневматическое или гидравлическое давления, температуры и химические составы; в случае Фиг.1, 40 является типичным примером сосуда. Сосуд 360 может также представлять собой небольшое соединительное приспособление между обратным клапаном 310 и следующим компонентом, находящимся с ним в гидравлическом сообщении.
Следует понимать, что жидкие полимерные композиции можно подавать в сосуд 360, используя другое устройство под давлением, как снабженное, так и не снабженное обратным клапаном. На Фиг.8 показано устройство 370 постоянного давления, обеспечивающее подачу композиции в сосуд 360 через промежуточный обратный клапан 310. На Фиг.8 также показано устройство 380 постоянного давления, которое обеспечивает доставку композиции в сосуд 360 без использования обратного клапана 310, например баллон или сосуд с азотом.
Давление, прикладываемое к перекачиваемой композиции, можно создавать механически, пневматически или гидравлически, например механически поднимаемой с помощью рычага перегородкой, подачей воздуха, сжатым газом или насосом, включая, например, диафрагму, поршень, зубчатый насос и подобные устройства, от примерно 172 кПа до примерно 20,7 МПа (от 25 до 3000 фунтов на кв. дюйм), предпочтительно от 276 кПа до 13,8 МПа (от 40 до 2000 фунтов на кв. дюйм) и наиболее предпочтительно от 345 кПа до 10,35 МПа (от 50 до 1500 фунтов на кв. дюйм). Важно, что давление превышает обратное давление, создаваемое внутренним порообразователем в композиции, если система не соединена с механическим одноходовым обратным клапаном, т.е. постоянное механическое, пневматическое или гидравлическое давление действует как динамический обратный клапан, вместо механического обратного клапана.
Большинство устройств для повышения давления теряют давление, если его постоянно не восполняют, что делает использование механического обратного клапана 310 предпочтительным воплощением изобретения. В случае систем нагнетания, в которых желательно отключать насос для избежания нежелательного гистерезиса, понижать давление для избежания утечки или уменьшения износа, было обнаружено, что устройство механического обратного клапана является предпочтительным воплощением изобретения. В случае некоторых поршневых насосов, например, Graco Fireball, 300, когда поддержание этого давления в течение продолжительных периодов времени приводит к ситуациям расклинивания, когда масло вытекает из герметизирующих прокладок под давлением, к устройству для повышения давления присоединяют клапан 340 сброса, например, Dump Valve от Precision Pneumatics, Лорейн, Огайо. После периода бездействия, который составляет предпочтительно менее 1 часа и, наиболее предпочтительно, менее 30 минут, клапан 340 сброса понижает давление путем обеспечения возможности возвращения в резервуар перекачиваемой композиции. Подходящим обратным клапаном 310 для использования в изобретении является Check Valve Part # EDC30B от Detrol Fluid Products, который служит для поддержания постоянного давления, когда устройство для повышения давления (например, Graco Fireball 300) больше не создает давления.
Как показано на Фиг.8, сосуд 360 может быть при необходимости гидравлически соединен с реактором 20 через промежуточный теплорассеиватель 390 в сборе, такой как описан в патенте '583, через изолятор 30, как описано выше, или напрямую. В наиболее предпочтительном воплощении изобретения сосуд 360 присоединен к изолятору 30, который присоединен к реактору 20.
4. Сочетание реактора и распределительного устройства
На Фиг.1 показано, что нагретую, активированную композицию можно распределить посредством по существу любого обычного распределительного устройства 50 для термоплавкого клея или нагретого холодного клея. На Фиг.9 показано альтернативное воплощение, в котором реактор и распределительное устройство составляют объединенный блок 400, который можно соединить с изолятором 30, как описано выше.
Жидкая полимерная композиция, подаваемая под давлением из источника подачи, проходит через изолятор 30 и поступает во вход 410 устройства 400. Вход 410 соединен с набором канавок 90, которые обеспечены по окружности сердцевины 70, как описано выше в связи с реактором 20. Нагретая, активированная композиция выходит через выход 420. Выход 420 находится в гидравлическом сообщении с игольчатым клапаном 430, который приводится в действие пусковым механизмом 440. Когда пусковой механизм 440 сжимают, пружина 450 сжимается и игольчатый клапан 430 извлекается, позволяя активированной композиции протекать через форсунку 460. После освобождения пускового механизма 440, пружина 450 отклоняет игольчатый клапан 430 назад в закрытое положение, вызывая таким образом прекращение распределения активированного материала из форсунки 460. Преимущества этой новой конструкции включают использование только одной нагреваемой области для регулирования, по сравнению с предшествующим уровнем техники, в котором оборудование состоит из предварительно нагреваемого устройства подачи в форме нагреваемого шланга, теплообменника или подобных устройств, и отдельного нагреваемого устройства для распределения в форме автоматического блока, распределительного трубопровода, распылителя и подобных устройств, ее можно сконструировать для моделирования с оптимальными затратами ситуации с нулевой областью кавитации для устранения нежелательного образования нитей, ее можно поместить в чрезвычайно узком пространстве и так, что только подвижные детали чрезвычайно легко устанавливать и заменять с доступом с внешней стороны распределительной форсунки 460.
Реактор 20 может включать все ранее описанные элементы, включая термостат, внутренний нагревательный элемент, устройства безопасности, предохраняющее от перегрева, и РДТ элементы. Пусковой механизм 440 можно приводить в действие вручную или посредством механических средств, соединенных с компьютерами, посредством, например, программируемых логических контроллеров. Устройство 400 имеет чрезвычайно малую массу, и его можно использовать для подачи больших объемов материала при очень высоких расходах непрерывным образом или периодически, как требуется в конкретном применении.
F. Способы и продукты
В настоящем изобретении также предложены способы получения и применения описанных здесь композиций и устройств, и продукты, полученные такими способами.
1. Способ получения жидких полимерных композиций
В первом способе по изобретению твердые частицы, включающие первый компонент, диспергируют во втором компоненте, который представляет собой жидкий материал. Частицы первого компонента должны иметь относительно небольшой размер, как описано ранее. Частицы можно суспендировать, диспергировать и/или эмульгировать в жидкости совместно с возможными технологическими добавками и/или другими компонентами. Альтернативно, технологические добавки и/или другие компоненты можно суспендировать, диспергировать, эмульгировать или растворять во втором компоненте до введения первого компонента.
2. Способ активирования жидких полимерных композиций
В настоящем изобретении также предложен способ активирования жидких полимерных композиций по изобретению. Согласно способу жидкую полимерную композицию подают в реактор в текучем жидком состоянии при температуре ниже 60°С (140°F). Композицию нагревают и перемешивают в реакторе до температуры, при которой она становится по существу гомогенным, объединенным, расплавленным материалом. Композиция выходит из реактора, и ее распределяют. Распределенная композиция может затвердевать с образованием клеящего материала, герметика, покрытия или может затвердевать с образованием прокладки или другого твердого материала.
3. Способы применения композиции
В настоящем изобретении также предложен способ приклеивания первой основы ко второй основе. В соответствии со способом, композицию, такую как описанная здесь композиция, термически активируют с образованием по существу гомогенной расплавленной смеси. Затем по существу гомогенную расплавленную смесь размещают между первой основой и второй основой. Это можно выполнить наилучшим образом, используя описанные здесь устройства. По существу расплавленную смесь удерживают между первой основой и второй основой в течение времени связывания, в течение которого расплавленная смесь охлаждается с образованием сплавленного твердого материала, который склеивает первую и вторую основы.
Состав основ как таковой не является определяющим фактором. Превосходную адгезию получают, когда по меньшей мере одна из первой основы и второй основы включает целлюлозные волокна (например, бумага, бумажный картон, картон, древесно-стружечная плита, крафт-бумага и т.д.). Сплавленный твердый материал способен обеспечивать адгезию с разрывом по волокну по отношению к основам, включающим целлюлозные волокна. Время связывания обычно составляет менее примерно четырех секунд.
Следует учитывать, что конструкционные клеи согласно изобретению (например, термореактивные продукты) можно использовать для соединения друг с другом деревянных основ. В таких применениях прочность связи улучшается, когда композиция дополнительно включает катализатор, который ускоряет реакции сшивания в сплавленном твердом материале под воздействием влаги (например, атмосферной влажности). Это рассматривают как латентное отверждение, так как реакция сшивания не ускоряется тепловой энергией в течение обработки, а скорее под воздействием влаги, после того как сплавленный твердый материал образовал начальную связь.
В настоящем изобретении также предложен способ образования герметизирующей или уплотняющей прокладки. В соответствии со способом, композицию, такую как описанная здесь композиция, термически активируют с образованием по существу гомогенной расплавленной смеси. Затем, по существу гомогенную расплавленную смесь распределяют на основе. Это можно выполнить наилучшим образом, используя описанные здесь устройства. По существу расплавленную смесь оставляют охлаждаться с образованием сплавленного твердого материала, который может действовать как герметизирующая или уплотняющая прокладка. Следует учитывать, что стадию охлаждения можно ускорять путем направления охлаждающего воздуха на распределенную по существу гомогенную смесь.
4. Продукты
В изобретении также предложены упаковки (например, ящики и картонные коробки), имеющие одну или более основ (например, отвороты), которые связаны с использованием композиций. В изобретении также предложены герметизирующие прокладки, покрытия и уплотнительные прокладки, образованные с использованием композиций и способов по изобретению.
Следующие примеры предназначены только для иллюстрации изобретения и не должны быть истолкованы как накладывающие ограничения на формулу изобретения.
ПРИМЕРЫ
В следующих примерах ссылаются на материалы и сокращения, перечисленные ниже:
MICROTHENE FE532 EVA [24937-78-8], 9% винилацетат, показатель текучести расплава=9, от Equistar; средний размер частиц=20 мкм с распределением размеров частиц от 5 до 50 мкм
ATEVA 1231; сополимер этилена и винилацетата, 12% ВА, показатель текучести расплава 3, от Ateva
ATEVA 1820; сополимер этилена и винилацетата, 18% ВА, показатель текучести расплава 3, от Ateva
ATEVA 2604; сополимер этилена и винилацетата, 26% ВА, показатель текучести расплава 4, от Ateva
ATEVA 2830; сополимер этилена и винилацетата, 28% ВА, показатель текучести расплава 150, от Ateva
Малеинированный полипропилен А-С925Р, от А-С Performance Product, подразделения Honeywell Corporation
Полипропилен AC 1660, от А-С Performance Product, подразделения Honeywell Corporation
Полиэтилен AC-8, от А-С Performance Product, подразделения Honeywell Corporation
Соевое масло RBD (Refined, Bleached, Deodorized) (очищенное, обесцвеченное, дезодорированное), от Archer Daniels Midland Company (ADM)
EASTOTAC™ H115 (сорт R или W), углеводородный усилитель клейкости (гидрированные смолы) от Eastman
Себациновая кислота [111-20-6]
IRGANOX HP 2225 или В900 антиоксидант от Ciba
IRGAFOS (Трис-(2,4-дитретбутилфенил)фосфат) от Ciba
IRGANOX 1010 (Пентаэритритолтетракис(3-(3,5-дитретбутил-4-гидроксифенил)пропионат)) от Ciba
LACTONE™ HP 136 от Ciba
IRGANOX B900 антиоксидант от Ciba
Двухкомпонентная система теплового стабилизатора: IRGAFOS 168 (Трис-(2,4-дитретбутилфенил)фосфат) и IRGAFOS 1076 (Октадецил-3-(3,5-дитретбутил, бутил-4-гидроксифенол)-пропионат)
Вода
CELOGEN 780, порообразователь (азодикарбонамид) от Chemtura
Метанол
Этанол
Гексан
Минеральное масло DRAKEOL 35 от Penrico
Малеинированный полипропилен EPOLENE E43P от Westlake Chemical
Nanomer 1-44, поверхностно-обработанный наноразмерный монтмориллонит от Nanocor
3
Ионный материал (АВ)п, приготовленный Luquamelt Corp.путем реакции 1 моля себациновой кислоты и 1 моля СаСО, где А=себациновая кислота и В=Са и п является числом более 25
BIO-TERGE AS-40, 50% воды, 50% поверхностно-активного вещества (олефинсульфонат натрия (С14-С16)), произведенный Stepan Company
TERGITOL™ 15-S-3, поверхностно-активное вещество (нонофенолзтоксилат), произведенное The Dow Chemical Company
CHEMSTAT HTSA # 22-20M (эрукамид) от РСС Cheman, Inc. PLURONIC F-127 поверхностно-активное вещество (полимер этиленоксида и пропиленоксида) от BASF
Если не указано иное, термин «краска» означает латексную краску чистого белого цвета Behr ULTRA™ Pure White
UCAR™ Latex 91 89 от Dow Chemical Company
ARCOL Polyol HS-100 (полимерный полиол) от Bayer Material Science STA-LITE III и STA-LITE IIIF, полидекстроза, гидрированные крахмалы, Tate & Lyie
STADEX 82, декстрин, частично гидролизованные крахмалы, Tate & Lyie Микросферы ЗМ Microspheres S38, стеклянные шарики от 15 до 85 мкм с прочностью на раздавливание 27,6 МПа (4000 фунтов на кв. дюйм), 3М Company
HI-SIL™ T-700 Silica, загуститель на основе диоксида кремния, синтетический аморфный диоксид кремния, PPG Industries, Inc.
INSTANT-LOK 34-2635, термоплавкий клей, National Adhesives STADEX 124, декстрин, частично гидролизованные крахмалы, Tate & Lyie
HYSTAR 3375, сироп полиглицитола, Corn Products International SYLVATAC RE 100L, усилитель клейкости на основе канифоли, Arizona Chemical
NuvPoIymer 631-S, отверждающийся во влажной среде клеящий материал от NuvPolymers, Inc.
JEFFCAT DMDEE - 2,2'-диморфолиндиэтилэфир (полиуретановый катализатор) от Huntsman
Приготовление образцов
Стандартный способ 1 получения: Измельчение полимеров этилвинилацетата
Хотя точные значения распределения размеров частиц не являются критическими для изобретения, полимеры этиленвинилацетата, используемые в примерах, механическим образом измельчали до распределения по размерам, представленного ниже в таблице 1.
Таблица 1
Показания ротапа (Стандартные сита США)
% полимера на сетке
Сетка 35 меш (500 мкм)
<0,5
Сетка 40 меш (425 мкм)
<35
Сетка 60 меш (250 мкм)
<45
Сетка 80 меш (180 мкм)
<20
Сетка 100 меш (150 мкм)
<10
Сетка 140 меш (106 мкм)
<10
Поддон (сетка<140 меш)
<10
Стандартный способ 2 получения: Измельчение полипропилена
Хотя точные значения распределения размеров частиц не являются критическими для изобретения, полимеры полипропилена, используемые в примерах, механическим образом измельчали до распределения размеров, представленного ниже в таблице 2.
Таблица 2
Показания ротапа (Стандартные сита США)
% полимера на сетке
Сетка 40 меш (425 мкм)
<0,5
Сетка 60 меш (250 мкм)
<15-35
Сетка 80 меш (180 мкм)
<15-25
Сетка 100 меш (150 мкм)
<5-10
Сетка 140 меш (106 мкм)
<10-15
Поддон (сетка<140 меш)
<20-50
Стандартный способ 3 получения: Жидкие полимерные композиции
Если не указано иначе, один и тот же экспериментальный способ использовали для приготовления каждой жидкой полимерной композиции, описанной в сопроводительных примерах. Во всех случаях, ингибиторы (например, антиоксиданты), если их использовали, предварительно смешивали с достаточным количеством второго компонента (т.е. жидкого носителя) для образования раствора, эмульсии, дисперсии или суспензии. Второй раствор или дисперсию приготавливали путем предварительного смешивания других второстепенных компонентов, таких как парафины, усилители клейкости и подобные вещества, с другой аликвотой жидкого носителя для образования вторичного раствора, эмульсии, дисперсии или суспензии. Две аликвоты затем смешивали друг с другом, а также с каким-либо оставшимся количеством жидкого носителя для образования итогового раствора жидкого носителя для всей композиции. Различные полимерные порошки и, дополнительно, другие возможные основные твердые компоненты смешивали и диспергировали в растворе жидкого носителя, используя перемешивание, для получения жидких полимерных композиций. Этот способ выполняли для простоты эксперимента, и он не предназначен для ограничения возможностей других режимов, последовательностей или способов образования жидких полимерных композиций.
Способы испытаний
Стандартный способ 1 испытания: Снижение плотности/эффективность вспенивания
Испытание на снижение плотности выполняли путем нагнетания образцов жидких полимерных композиций при определенном давлении на гидравлическом насосе с коэффициентом накачки 15: 1 в реактор, как описано в патенте '859. Примерно от 5 до 15 г каждого образца распределяли в тарированном 50 мл химическом стакане с калибровкой объема при различных давлениях и температурах. В течение этой стадии материал расплавляли с получением по существу гомогенного, расплавленного раствора или дисперсии, как это происходит с термоплавкими композициями, описанными в патенте '583. Эффективность вспенивания определяли как массу отвержденной пены в химическом стакане, деленную на общий объем, заполненный распределенным клеящим материалом.
Стандартный способ 2 испытания: Время связывания
Испытание на время связывания выполняли путем нагнетания жидкой эмульсии, дисперсии или суспензии при определенном давлении на гидравлическом насосе с коэффициентом накачки 15:1 в реактор при переменной температуре, в общем описанной в патенте '859. Нагревание и любые получающиеся в результате этого химические реакции происходили в течение периода времени, определенного от момента, когда образец жидкой полимерной композиции поступал в нагреваемую реакционную зону в реакторе, до момента, когда распределенный материал отверждался в виде вспененного твердого материала на основе.
Для определения массы нанесенной клеящей композиции, полоску 38 мм (1,5 дюйма) клеящего материала распределяли на куске малярной ленты. После охлаждения клеящего материала, полоску 38 мм (1,5 дюйма) клеящего материала удаляли с малярной ленты и взвешивали. Это повторяли три раза и среднюю массу записывали как среднюю массу полосы материала для нормирования данных по клеящим свойствам.
Для определения клеящих свойств, гофрированную картонную основу сперва прикрепляли к плите основания массой 656 г и затем полоску 38 мм (1,5 дюйма) клеящей композиции распределяли на основе, в то время как основу (прикрепленную к указанной плите) пропускали под распределительным устройством для жидкого термоплавкого клея (конкретно, Hydomatic™ от Liquid Polymer Corporation, Лорейн, Огайо) со скоростью перемещения 22,86 м/мин (75 футов/мин); После распределения клеящего материала и после ожидания в течение переменного периода времени (t1) предварительного ламинирования, вторую гофрированную основу равных размеров ламинировали поверх первой основы при постоянном давлении в течение переменного периода времени (t2) под давлением. Затем вторую основу вертикально поднимали для испытания способности ламинированной структуры выдерживать массу плиты основания без расслоения. Наиболее короткий период времени (t2) под давлением, который можно было допустить без последующего расслоения, определяли как время связывания (требуются три последовательно проводимых испытания отдельных слоистых материалов, чтобы полагать, что рабочие условия дают время связывания). Нормированное время связывания затем получали по уравнению:
(время связывания t2)* средняя масса полосы материала / 0,10 г.
Наименьшее время связывания соответствует наиболее быстрым и более эффективным клеящим материалам.
Пример 1
Вышеупомянутые способы получения использовали для приготовления образцов жидких полимерных композиций RA-RI. Количество каждого компонента в каждом образце показано в массовых процентах ниже в таблице 3 (Примечание: количества, показанные в таблице 3 для воды, Celogen 780, метанола и гексана, являются дополнительным количеством по отношению к массе основной жидкой полимерной композиции RA).
Таблица 3
RA
RB
RC
RD
RE
RF
RG
RH
RI
FE532 ЭВА
11,43
11,43
11,43
11,43
11,43
11,43
11,43
11,43
11,43
ATEVA1231
26,67
26,67
26,67
26,67
26,67
26,67
26,67
26,67
26,67
А-С 925Р
11,90
11,90
11,90
11,90
11,90
11,90
11,90
11,90
11,90
Соевое масло
38,00
38,00
38,00
38,00
38,00
38,00
38,00
38,00
38,00
EASTOTAC H115
5,50
5,50
5,50
5,50
5,50
5,50
5,50
5,50
5,50
Себациновая кислота
6,00
6,00
6,00
6,00
6,00
6,00
6,00
6,00
6,00
IRGANOX HP 2225
0,50
0,50
0,50
0,50
0,50
0,50
0,50
0,50
0,50
Вода
-
-
-
-
0,25
0,50
0,75
-
-
CELOGEN 780
-
0,03
0,06
0,09
-
-
-
-
-
Метанол
-
-
-
-
-
-
-
0,89
-
Гексан
-
-
-
-
-
-
-
-
2,34
Пример 2
Образованные в примере 1 жидкие полимерные композиции RA-RH испытывали каждую по отдельности в соответствии со способом 1 испытания:
снижение плотности/эффективность вспенивания. Результаты испытаний представлены ниже в таблице 4.
Таблица 4
Снижение плотности (г/мин)
160°С (320°F)
176°C(350°F)
193°C(380°F)
RA
0,833
-
0,714
RB
0,833
-
0,556
RC
0,833
-
0,476
RD
0,847
-
0,564
RE
0,480
0,380
0,330
RF
0,380
0,330
0,280
RG
0,290
0,200
0,180
RH
0,260
0,210
0,210
Rl
0,360
0,270
0,230
Сравнительные измерения выявили, что при отсутствии вспенивающего агента (т.е. в жидкой полимерной композиции RA) достигают незначительного снижения плотности или не достигают его вообще. Когда используют обычный вспенивающий агент (т.е. в жидких полимерных композициях RB, RC и RD), достигают значительного снижения плотности, но только при достаточно высокой температуре для активирования разложения соединения (Примечание: продуктом разложения азодикарбонамида является главным образом азот, который считается нереакционноспособным порообразователем).
Когда использовали нереакционноспособный инертный газ (н-гексан) (т.е. жидкая полимерная композиция Rl), также получали значительное снижение плотности. В отличие от азобисдикарбонамида, не требовалось никакой реакции разложения, так как гексан сам по себе является нереакционноспособным вспенивающим газом. Следовательно, наблюдали, что н-гексан обеспечивает снижение плотности при значительно более низкой температуре, чем азодикарбонамид. Следует отметить, что в зависимости от характера конечного применения, иногда может требоваться более низкая температура вспенивания. И хотя н-гексан обеспечивает это возможное преимущество, он считается летучим органическим соединением («ЛОС»), подобно многим другим нереакционноспособным вспенивающим агентам, и поэтому он не может быть наиболее предпочтительным кандидатом для использования в качестве порообразователя.
С другой стороны, наблюдали, что не являющийся летучим органическим соединением, реакционноспособный порообразователь, такой как вода (т.е. жидкие полимерные композиции RE, RF и RG), обеспечивал значительное снижение плотности в широком диапазоне температур. Таким образом, вода в качестве реакционноспособного порообразователя обеспечивает двойное преимущество, не являясь газообразным летучим органическим соединением, и в то же время одновременно облегчая пенообразование в широком диапазоне температур.
Метанол (т.е. жидкая полимерная композиция RH) обеспечивает похожий результат при сравнении с водой и н-гексаном. Нужно ожидать, что другие реакционноспособные газы, такие как этанол, первичные и вторичные амины и подобные вещества, обеспечивают аналогичное преимущество в этих системах.
Пример 3
Жидкие полимерные композиции RA, RB, RC и RE, образованные в примере 1, нагнетали под давлением 414 кПа (60 фунтов на кв. дюйм) согласно способу испытания 2: нормированное время связывания. Данные представлены ниже в таблице 5.
Таблица 5
Нормированные данные в секундах
160°C(320°F)
176°C (360<sup>0</sup>F)
193°C (380°F)
RA
0,43
1,57
1,73
RB
4,64
2,31
8,85
RC
2,03
2,52
6,38
RE
0,52
2,80
3,50
Этот пример показывает, что при более низких температурах, когда клеящий материал вспенивают с помощью обычного вспенивающего агента, подобного азодикарбонамиду (жидкие полимерные композиции RB и RC), вспененная структура неожиданно более медленно отверждается, чем когда клеящий материал вспенивают водой (жидкая полимерная композиция RE). Этот результат показывает дополнительное преимущество воды, помимо того, что было упомянуто ранее. А именно, вода не только является вспенивающим агентом, отличным от летучих органических соединений, который способствует вспениванию при более низкой температуре, но она также способна минимизировать воздействие структуры пены на время отверждения.
Пример 4
Жидкие полимерные композиции RJ, RK, RL и RM получали путем диспергирования твердых ингредиентов в массовых процентных количествах, перечисленных в таблице 6, в минеральном масле при комнатной температуре (в 40 мл стеклянных сосудах с крышками). Дисперсии перемешивали вручную с помощью шпателя. Заметим, что в случае состава RK воду диспергировали в составе приблизительно за 5 минут до того, как состав расплавляли на горячей пластине, как описано ниже. В случаях составов RL и RM воду диспергировали в составах и затем составы выдерживали в течение приблизительно 16 часов до того, как их расплавляли на горячей пластине.
Таблица 6
RJ
RK
RL
RM
ЭВА FE-532
36,89
36,70
36,70
35,64
Малеинированный ПП Е43
16,39
16,31
16,31
15,84
Себациновая кислота
5,74
5,71
5,71
5,54
1-44 Nanomer
-
-
-
2,9
Минеральное масло
40,98
40,78
40,78
39,60
Дистиллированная вода
-
0,50
0,50
0,48
Сторона 1, % разрыва по волокну
60
100
100
100
Сторона 2, % разрыва по волокну
20
30
60
100
Аликвоту клеящего материала (от 1 до 2 г) размещали на куске алюминиевой фольги 10×10 см (4×4 дюйма). Фольгу помещали на горячую пластину при 214°С (385°F) и оставляли отверждаться в течение одной минуты. Клеящие материалы в «термоплавкой» форме затем перемешивали шпателем до тех пор, пока не достигали видимой гомогенности. На данной стадии одну половину бумажного образца размером 2×3 см (обычный исходный материал из непокрытой стороны либо коробки для крупы, либо упаковки для напитков) погружали в термоплавкий раствор, чтобы отмеренная сторона бумаги была покрыта наполовину термоплавким раствором (называемая «стороной 1» в этом примере). Образец извлекали и затем прижимали (прилагая умеренное давление вручную) к половине второго образца равного размера (называемой «сторона 2» в настоящем изобретении) так, что термоплавкий клей размещали между бумажными образцами путем соединения внахлест при сдвиге. Умеренное давление поддерживали в течение 10 секунд, затем образец оставляли охлаждаться. После охлаждения до комнатной температуры и после определенного периода времени соединенные внахлест при сдвиге образцы скручивали вручную, чтобы вызвать разрушение при разрыве склеенной поверхности. Образцы качественно оценивали, чтобы определить процент когезионного разрушения в бумажном сырье («разрыв по волокну») под площадью контакта клеящего материала (100% - разрыв полностью по волокну; 0% - когезионное разрушение в клеящем материале, промежуточные значения соответствуют частичному разрыву по волокну). Результаты, представленные в таблице 7 ниже, показывают средние значения по наборам из 10 образцов.
Таблица 7
RJ
RK
RL
RM
Сторона 1, % разрыва по волокну
60
100
100
100
Сторона 2, % разрыва по волокну
20
30
60
100
Когда к составу добавляли воду (составы RK и RL), наблюдали увеличение процента разрыва по волокну как на стороне 1, так и на стороне 2. Это улучшение дополнительно усиливалось, когда к составу добавляли поверхностно-обработанный наноразмерный монтмориллонит (жидкая полимерная композиция RM). Улучшение адгезии в присутствии воды демонстрирует, что вода способна выполнять функцию реакционноспособного вещества в клеящей композиции, посредством механизмов, которые могут включать, но не ограничиваются этим, реакции между карбоновыми кислотами (себациновая кислота) и фрагментами малеинового ангидрида (из малеинированного ПП). Следовательно, когда воду добавляют в состав в качестве порообразователя, она обладает уникальной отличительной особенностью, которая позволяет отнести ее к «реакционноспособному порообразователю». Таким образом, помимо того, что вода обеспечивает уникальные преимущества получения вспененного материала в широком диапазоне температур, она обладает потенциалом улучшения рабочих характеристик клеящего материала посредством взаимодействия с полимерной матрицей.
Пример 5
Жидкие полимерные композиции ВА, ВВ и ВС приготавливали согласно стандартному способу 1 получения жидкого полимера и испытывали согласно способу испытаний 2. Количество каждого компонента, в масс.%, и время связывания (ВС) приведены в таблице 8. Как видно, более высокое содержание воды в общем приводит к снижению времени связывания.
Таблица 8
ВА
ВВ
ВС
%
%
%
FE532
9,5
9,45
9,5
1820 ЭВА
24,60
24,48
24,6
Соевое масло
42,00
41,79
41,50
АС 952 (МАПП)
4,27
4,25
3,90
АС 1660 (ПП)
17,00
16,91
17,00
Вода
0,50
0,99
2,00
АС 8 (ПЭ)
1,91
1,90
1,93
Эрукамид
0,096
0,096
0,075
PLURONICF127
0,132
0,131
-
Результаты по времени связывания
ВА
ВВ
ВС
160°С/0,35 МПа ВС (с) (320°F/50 фунт/дюйм<sup>2</sup>)
0,75
0,75
0,75
160°С/0,35 МПа масса (г) (320°F/50 фунт/дюйм<sup>2</sup>)
0,09
0,09
0,10
160°С/0,48 МПа ВС (с) (320°F/70 фунт/дюйм<sup>2</sup>)
0,75
0,75
0,50
160°С/0,48 МПа масса (г) (320°F/70 фунт/дюйм<sup>2</sup>)
0,19
0,15
0,19
160°С/0,62 МПа ВС (с) (320°F/90 фунт/ дюйм<sup>2</sup>)
1,00
0,50
0,50
160°С/0,62 МПа масса (г) (320°F/90 фунт/ дюйм<sup>2</sup>)
0,28
0,27
0,31
177°С/0,35 МПа ВС (с) (350°F/50 фунт/ дюйм<sup>2</sup>)
2
0,5
0,50
177°С/0,35 МПа масса (г) (350°F/50 фунт/ дюйм<sup>2</sup>)
0,09
0,13
0,11
177°С/0,48 МПа ВС (с) (350°F/70 фунт/ дюйм<sup>2</sup>)
1
0,75
0,50
177°С/0,48 МПа масса (г) (350°F/70 фунт/ дюйм<sup>2</sup>)
0,21
0,25
0,26
177°С/0,62 МПа ВС (с) (350°F/90 фунт/ дюйм<sup>2</sup>)
0,75
0,75
0,75
177°С/0,62 МПа масса (г) (350°F/90 фунт/ дюйм<sup>2</sup>)
0,38
0,36
0,42
193°С/0,35 МПа ВС (с) (380°F/50 фунт/ дюйм<sup>5</sup>)
0,5
0,75
0,75
193°С/0,35 МПа масса (г) (380°F/50 фунт/дюйм<sup>2</sup>)
0,16
0,17
0,17
193°С/0,48 МПа ВС (с) (380°F/70 фунт/ дюйм<sup>2</sup>)
0,75
0,75
0,75
193°С/0,48 МПа масса (г) (380°F/70 фунт/ дюйм<sup>2</sup>)
0,29
0,29
0,32
193°С/0,62 МПа ВС (с) (380°F/90 фунт/дюйм<sup>2</sup>)
0,75
0,75
0,50
193°С/0,62 МПа масса (г) (380°F/90 фунт/ дюйм<sup>2</sup>)
0,4
0,46
0,47
Пример 6 Жидкие полимерные композиции НА-HF приготавливали согласно стандартному способу 3 получения жидких полимерных композиций, с использованием составов, представленных в Таблице 9 ниже, и испытывали согласно способу испытаний 2. Для определения степени образования нитей, распределительное устройство направляли горизонтально на 30,48 см (12 дюймов) пластмассовую форму, которая была установлена так, чтобы проходить мимо распределительного устройства с 2" (5,08 см) сепарацией. 30,48 см (12 дюймов) пластмассовую форму пропускали мимо распределительного устройства для горячего расплава гибридного пластизоля (Hydomatic™ от Liquid Polymer Corporation, Лорейн, Огайо) при скорости перемещения 22,86 м/мин (75 футов/мин). Распределительное устройство включали на 20,32 см (8 дюймов), выключали на 2,54 см (1дюймов) и включали на 2,54 см (1 дюймов). Это выполняли три раза и определяли среднюю величину в качестве значений. Обработку или образование нитей затем соотносили с массами, полученными для различных секций на форме, причем нулевая масса (выраженная в граммах) в начале, в середине и в конце считалась теоретически идеальной. Материал нагнетали при температуре 193°C (380°F) и давлении 0,62 МПа (90 фунтов на кв. дюйм) при степени сжатия на выходе гидравлического насоса 15:1.
Таблица 9
НА
НВ
НС
HD
НЕ
HF
FE532 ЭВА
11,43
11,43
11,43
11,43
11,43
11,43
ATEVA1231
26,67
26,67
26,67
26,67
26,67
26,67
А-С 925Р
11,90
11,90
11,90
11,90
11,90
11,90
Соевое масло
38,00
38,00
38,00
38,00
38,00
38,00
EASTOTACH115
5,50
5,50
5,50
5,50
5,50
5,50
Себациновая кислота
6,00
6,00
6,00
6,00
6,00
6,00
IRGANOX HP 2225
0,50
0,50
0,50
0,50
0,50
0,50
Вода
-
0,36
0,50
-
-
0,36
Ионный(АВ)
-
8
8
-
-
-
BIOTERGE AS-40
-
-
3
1,5
0,75
-
TERGITOL™ 15-S-3
-
-
-
-
-
3
Начальный хвост
0,01
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
Полоса материала 20,32 см (8 дюймов)
0,99
1,02
1,06
1,67
1,89
2,53
Конечный хвост
0,02
0,02
0,00
0,02
0,01
0,00
Полоса материала 2,54 см (1 дюйм)
0,14
0,12
0,15
0,20
0,22
0,38
Конечный хвост
0,01
0,01
0,00
0,01
0,02
0,02
В примерах НА и НВ результаты показали избыточное образование нитей и относительно низкую производительность. Неожиданно, в примере НС, было обнаружено, что можно достичь ступенчатого изменения в отношении снижения образования нитей. Из примеров HD и НЕ хорошо видно, что достигнуто 50-75% изменение производительности и минимальное, если оно присутствует, образование нитей. Это оказалось полностью неожиданным и обеспечивает гораздо большую доступность технологий подачи в областях применения с большим объемом и высокими скоростями. HF обеспечивала наиболее уникальные результаты с высокой производительностью и практическим отсутствием образования нитей.
Пример 7
Жидкие полимерные композиции СА-СН приготавливали согласно стандартному способу 3 получения жидких полимерных композиций с соответствующими количествами каждого компонента, указанными в масс.% в таблице 10 ниже. Следует отметить, что этот пример представляет собой случай, когда жидкое соевое масло и твердый Eastotac H115 соединяли с образованием жидкой фазы, как указано выше. Жидкие полимерные композиции испытывали согласно модифицированному способу 1 испытаний, описанному ниже.
n
n
Для всех образцов СА-СН было сделано визуальное наблюдение в отношении структуры ячеек и стабильности пены для различных эмульгаторов и поверхностно-активных веществ. Образцы СА и СВ обеспечивали ячейки пены от средних до крупных из распределительного устройства, которые немедленно начинали сливаться, разрушаться и оседать по мере подачи в чашу. Применение ионного (АВ) поверхностно-активного вещества и реакционноспособного порообразователя (воды) в образцах СС и CD неожиданно обеспечивало тонкую ячеистую полимерную структуру, которая сохранялась, несмотря на суровые условия температуры, падения давления и скорости распределения. Образцы СЕ-СН демонстрируют, что эта структура была получена, благодаря присутствию (АВ) поверхностно-активного вещества в материале. Результаты испытаний представлены ниже в таблице 10.
Таблица 10
Эксперимент
СА
СВ
СС
CD
СЕ
CF
CG
СН
Компоненты
%
%
%
%
%
%
%
%
FE532 ЭВА
11,43
11,43
10,8
10,8
11,02
11,09
11,34
11,09
ATEVA1231
26,67
26,67
25,1
25,1
25,70
25,87
26,47
25,87
А-С 925Р
11,90
11,90
11,2
11,2
11,47
11,55
11,82
11,55
Соевое масло
38,00
38,00
35,1
35,1
36,63
36,86
37,71
36,86
EASTOTACH115
5,50
5,50
5,2
5,2
5,3
5,34
5,46
5,34
Себациновая кислота
6,00
6,00
7,9
7,9
5,78
5,82
5,96
5,82
IRGANOX
0,50
0,50
0,47
0,47
0,48
0,49
0,5
0,49
CELOGEN780
0,06
-
-
-
-
-
-
-
Вода
-
0,50
0,36
0,36
0,50
-
-
-
Ионный (АВ)„
-
-
3,90
3,90
-
-
-
-
BIOTERGEAS-40
-
-
-
3,00
3,12
3
0,75
-
TERGITOL™ 15-S-3
-
-
-
-
-
-
-
3
Стабильная пена
нет
нет
да
да
нет
нет
нет
нет
Пример 8
Образец жидкой полимерной композиции FA был приготовлен согласно стандартному способу 1 получения жидкого полимера с относительными количествами каждого компонента, приведенными в массовых процентах ниже в таблице 11.
Таблица 11
FA
FE532 ЭВА
11,35
ATEVA 1231
26,45
A-С 925Р
11,80
Соевое масло
37,65
EASTOTACH115
5,50
Себациновая кислота
6,00
IRGANOX
0,50
Вода
0,25
Стеклянные сферы
0,50
Опытные образцы, изготовленные из гофрированного материала для изготовления упаковочных ящиков, герметизировали с помощью FA, а также с помощью обычной термоплавкой композиции Instant-Lock 34-2635, Hot Melt Adhesive, National Adhesives, которая обозначена FB ниже в таблице 12. Опытные образцы затем разрезали и помещали в печь при 60°С (140°F) на 48 часов. Процент разрыва по волокну измеряли сверху и снизу и записывали. Из данных, представленных ниже в таблице 12, можно видеть, что обычный термоплавкий продукт (FB) обладал плохой рабочей характеристикой. При 127°С (250°F) обычный термоплавкий продукт (FB) не выдержал испытаний, в то время как в жидкой полимерной композиции FA по изобретению продолжал происходить разрыв по волокну.
Таблица 12
FA
FB
% волокна после 48 ч/60°С(140°F)
% волокна после 48 ч/60°С(140°F)
Опытный образец 1
100/100
50/50
Опытный образец 2
100/100
60/0
Опытный образец 3
100/100
0/0
Опытный образец 4
100/100
0/0
Опытный образец 5
100/100
0/0
Опытный образец 6
100/100
0/40
Опытный образец 7
100/100
30/50
Опытный образец 8
100/100
40/0
Опытный образец 9
100/100
0/25
Опытный образец 10
100/100
40/50
Пример 9
Образцы жидкой полимерной композиции BD-ВН были приготовлены согласно стандартному способу 3 получения жидкого полимера с относительными количествами каждого компонента, приведенными в массовых процентах ниже в таблице 13. Образцы затем испытывали на время связывания согласно способу 2 испытания. Результаты представлены ниже в таблице 13.
Таблица 13
BD
BE
BF
BG
ВН
FE532
10,00
10,00
10,00
10,00
9,50
1231 ЭВА
25,25
24,94
24,25
24,25
22,50
2830 ЭВА
0
0
2,50
2,50
-
AC 925A
7,00
7,00
6,50
6,50
6,50
АС 1660
15,75
15,75
14,75
14,75
14,50
Соевое масло
41,50
41,50
41,50
41,50
42,00
Н20
0,50
0,50
0,50
0,50
-
Краска Behr
0,00
0,30
0,00
0,30
5,00
160°С/0,35МПа (320°F/50 фунт/дюйм<sup>2</sup>)
0,07 г
0,14 г
0,11 г
0,12 г
0,10 г
4 с
2 с
4 с
2 с
неуд.
160°С/0,48МПа (320°F/70 фунт/дюйм<sup>2</sup>)
0,24 г
0,31 г
0,27 г
0,31 г
0,18 г
0,75 с
1 с
0,5 с
0,5 с
2,0 с
160°С/0,62МПа (320°F/90 фунт/дюйм<sup>2</sup>)
0,51 г
0,47 г
0,45 г
0,58 г
0,33 г
0,75 с
0,5 с
0,5 с
0,5 с
0,5 с
177°С/0,35МПа (350°F/50 фунт/дюйм<sup>2</sup>)
0,11 г
0,13 г
0,14 г
0,19 г
0,13 г
2 с
0,75 с
2 с
0,75 с
0,50 с
177°С/0,48МПа (350°F/70 фунт/дюйм<sup>2</sup>)
0,3 г
0,32 г
0,31 г
0,36 г
0,24 г
1 с
0,75 с
2 с
0,75 с
0,50 с
177°С/0,62МПа (350°F/90 фунт/дюйм<sup>2</sup>)
0,52 г
0,51 г
0,46 г
0,63 г
0,52 г
не опред.
0,5 с
0,75 с
0,5 с
0,75 с
193°С/0,35МПа (380°F/50 фунт/дюйм<sup>2</sup>)
0,16 г
0,15 г
0,15 г
0,18 г
0,11 г
2 с
2 с
2 с
1 с
4 с
193°С/0,48 МПа (380°F/70 фунт/дюйм<sup>2</sup>)
0,41 г
0,38 г
0,36 г
0,49 г
0,30 г
не опред.
0,5 с
0,5 с
0,5 с
1 с
193°С/0,62МПа (380°F/90 фунт/дюйм<sup>2</sup>)
0,6 г
0,64 г
0,61 г
0,84 г
0,54 г
1 с
0,5 с
0,5 с
0,5 с
0,75 с
Данные в таблице 13 показывают, что почти во всех случаях время связывания значительно уменьшалось в составах, содержащих латексную краску (BE и BG), по сравнению со сравнимыми составами, которые не содержали латексную краску (BD и BF соответственно). Интересно, что латексная краска также приводила к получению очень мелких, однородных и стабильных ячеек, которые, как полагают, способствуют изобретению.
Пример 10
Образцы жидкой полимерной композиции BI-BO были приготовлены согласно стандартному способу 3 получения жидкого полимера с относительными количествами каждого компонента, приведенными в массовых процентах ниже в таблице 14. Образцы затем испытывали на время связывания согласно способу 2 испытания. Результаты представлены ниже в таблице 14.
Таблица 14
BI
BJ
ВК
BL
ВМ
BN
ВО
Е532
12,00
11,65
8,00
9,58
9,50
9,50
10,05
1231
27,00
26,21
27,00
23,70
24,04
24,04
24,37
МАПП: AC 925A
6,00
8,74
7,00
6,80
6,71
6,71
7,04
ПП: АС 1660
12,00
11,65
12,00
15,30
15,75
15,75
15,83
Вода
-
-
-
1,00
-
-
0,25
Соевое масло
43,00
41,75
43,00
43,62
43,00
43,00
42,21
Краска Behr
-
-
-
-
-
1,50
-
Полимерный полиол
-
-
3,00
-
-
-
-
UCAR™ 9189
-
-
-
-
1,00
1,00
-
Диоксид кремния Т-700
-
-
-
-
-
-
0,25
Сравнение времени связывания
BI
BJ
ВК
BL
ВМ
BN
ВО
149°С/0,35 МПа (300°F/50 фунт/дюйм<sup>2</sup>)
не опред.
не опред.
неуд. 0,07 г
не опред.
не опред.
не опред.
не опред.
149°С/0,48 МПа (300°F/70 фунт/дюйм<sup>2</sup>)
не опред.
не опред.
0,50 с 0,19 г
не опред.
не опред.
не опред.
не опред.
149°С/0,62 МПа (300°F/90 фунт/дюйм<sup>2</sup>)
не опред.
не опред.
0,50 с 0,31 г
не опред.
не опред.
не опред.
не опред.
160°С/0,35МПа (320°F/50 фунт/дюйм<sup>2</sup>)
1,10 с 0,13 г
2,10 с 0,10 г
2,10 с 0,20 г
4,00 с 0,07 г
неуд. 0,02 г
неуд. 0,02 г
неуд. 0,04 г
160°С/0,48МПа (320°F/70 фунт/дюйм<sup>2</sup>)
1,10 с 0,23 г
2,10 с 0,21 г
1,10 с 0,30 г
не опред.
не опред.
не опред.
не опред.
160°С/0,62 МПа (320°F/90 фунт/дюйм<sup>2</sup>)
0,75 с 0,35 г
2,10 с 0,27 г
0,50 с 0,46 г
2,00 с 0,30 г
0,75 с 0,19 г
0,75 с 0,19 г
0,50 с 0,30 г
177°С/0,35МПа (350°F/50 фунт/дюйм<sup>2</sup>)
4,35 с 0,14 г
2,10 с 0,14 г
2,10 с 0,18 г
не опред.
не опред.
не опред.
не опред.
177°С/0,48МПа (350°F/70 фунт/дюйм<sup>2</sup>)
2,10 с 0,27 г
2,10 с 0,31 г
2,10 с 0,33 г
4,00 с 0,18 г
2,00 с 0,14 г
1,00 с 0,10 г
0,50 с 0,18 г
177°С/0,62МПа (350°F/90 фунт/дюйм<sup>2</sup>)
1,10 с 0,43 г
1,10 с 0,48 г
0,75 с 0,53 г
не опред.
не опред.
не опред.
не опред.
193°С/0,35МПа (380°F/50 фунт/дюйм<sup>2</sup>)
1,10 с 0,16 г
1,10 с 0,23 г
0,75 с 0,22 г
4,00 с 0,10 г
2,00 с 0,07 г
4,00 с 0,06 г
0,75 с 0,14 г
193°С/0,48МПа (380°F/70 фунт/дюйм<sup>2</sup>)
1,10 с 0,32 г
0,75 с 0,32 г
0,75 с 0,44 г
не опред.
не опред.
не опред.
не опред.
193°С/0,62МПа (380°F/90 фунт/дюйм<sup>2</sup>)
1,10 с 0,45 г
1,10 с 0,54 г
0,50 с 0,70 г
2,00 с 0,44 г
1,00 с 0,33 г
0,75 с 0,30 г
0,75 с 0,42 г
ВК показал равное или лучшее время связывания по сравнению с BI и BJ почти при всех температурах и давлениях. Контрольные образцы BI и BJ не испытывали при более низких температурах, так как известно, что результаты будут чрезвычайно низкими или неудовлетворительными. Заслуживает внимания, что массы в большинстве случаев были больше у ВК, что показывает, что можно ожидать улучшенных санитарных условий производства. В ВК жидкий носитель для дисперсии представляет собой полученный из глицерина полиалкиленоксид-полиол, состоящий из примерно 90% звеньев пропиленоксида и 10% звеньев этиленоксида с молекулярной массой примерно 3000. При более высоком содержании, носитель можно рассматривать как вариант для компонента 2.
Эксперименты для ВМ и BN показали улучшенные времена связывания при уменьшенных массах по сравнению с BL во всех случаях, за исключением 176°С и 35 МПа (320°F и 50 фунтов на кв. дюйм), когда массы и размер полосы материала были настолько малы, что измерения было трудно проводить и испытывали большое непостоянство результатов.
Пример 11
Образцы жидкой полимерной композиции LA и LB были приготовлены согласно стандартному способу 3 получения жидкого полимера с относительными количествами каждого компонента, приведенными в массовых процентах ниже в таблице 15.
Таблица 15
LA
LB
Е532
7,50
11,65
ЭВМ 820
22,00
-
ЭВА 2604
-
26,00
МАПП:АС 925А
3,86
9,00
ПП:АС 1660
15,00
12,00
ПЭ:АС8
1,91
-
Вода
0,60
-
Соевое масло
42,00
41,00
Полидекстроза
7,00
-
Декстрин
-
12,00
PLURONIC F-127
0,13
-
Образцы затем испытывали на время связывания согласно стандартному способу 2 испытания. Результаты представлены ниже в таблице 16.
Таблица 16
LA
LB
138°С/0,35МПа
не определено
неуд.
(280°F/50 фунт/дюйм<sup>2</sup>)
0,08 г
138°С/0,48МПа
0,50 с
2,10 с
(280°F/70 фунт/дюйм<sup>2</sup>)
0,17 г
0,06 г
149°С/0,35МПа
не определено
0,50 с
(300°F/50 фунт/дюйм<sup>2</sup>)
0,29 г
149°С/0,48МПа
0,75 с
0,50 с
(300°F/70 фунт/дюйм<sup>2</sup>)
0,20 г
0,47 г
149°С/0,62 МПа
не определено
0,50 с
(300°F/90 фунт/дюйм<sup>2</sup>)
0,64 г
160°С/0,35МПа
0,75 с
2,10 с
(320°F/50 фунт/дюйм<sup>2</sup>)
0,32 г
0,14 г
160°С/0,48МПа
не определено
0,75 с
(320°F/70 фунт/дюйм<sup>2</sup>)
0,40 г
160°С/0,62МПа
0,75 с
2,10 с
(320°F/90 фунт/дюйм<sup>2</sup>)
0,32 г
0,64 г
177°С/0,35МПа
не определено
2,10 с
(350°F/50 фунт/дюйм<sup>2</sup>)
0,18 г
177°С/0,48МПа
0,50 с
1,10 с
(350°F/70 фунт/дюйм<sup>2</sup>)
0,29 г
0,23 г
177°С/0,62МПа
не определено
2,10 с
(350°F/90 фунт/дюйм<sup>2</sup>)
0,61 г
193°С/0,35МПа
0,50 с
1,10 с
(380°F/50 фунт/дюйм<sup>2</sup>)
0,22 г
0,23 г
193°С/0,48МПа
не определено
0,75 с
(380°F/70 фунт/дюйм<sup>2</sup>)
0,32 г
193°С/0,62МПа
0,75 с
1,10 с
(380°F/90 фунт/дюйм<sup>2</sup>)
0,56 г
0,54 г
Образцы LA и LB показывали превосходную характеристику времени связывания по меньшей мере до 138°С (280°F), что существенно ниже температуры для материалов, не содержащих технологическую добавку.
Пример 12
Образцы жидкой полимерной композиции G1-G4 были приготовлены согласно стандартному способу 3 получения жидкого полимера с относительными количествами каждого компонента, приведенными в массовых процентах ниже в таблице 17. Для каждой жидкой полимерной композиции определяли время связывания (т.е. время, необходимое для удерживания основ вместе), время схватывания (т.е. время, необходимое для удерживания основ вместе без движения, но не обеспечивающее адгезию с разрывом по волокну), адгезию к волнистой поверхности, выпотевание (5 суток при комнатной температуре), вязкость пластизоля, оцененную вязкость пластизоля и прочность пленки (на растяжение). Данные также представлены ниже в таблице 17.
Таблица 17
G1
G2
G3
G4
ЭВА:1820
25
25
26,8
26,8
МАПП:АС 925А
3,5
3,5
3,7
3,7
ПП:АС 1660
2,3
2,3
1,5
0,5
Соевое масло
48,6
48,6
46
46
STADEX82
8,6
8,6
9,2
9,2
STADEX124
6
5
-
-
STA-LITEIII
6
6
12,8
12,8
HYSTAR3375
-
1
0
1
Итого, %
100
100
100
100
Содержание экологичных материалов, %
69,2
69,2
68
69
Результаты/наблюдения
G1
G2
G3
G4
Время связывания (время, необходимое для удерживания основ вместе)
среднее
среднее
большое
среднее
Время схватывания, с (время, необходимое для удерживания основ вместе без движения, но не обеспечивающее адгезию с разрывом по волокну)
2
2
3
2
Адгезия к волнистой поверхности
отличная
отличная
отличная
отличная
Выпотевание (5 суток комн. темп.)
отсутствует
отсутствует
отсутствует
отсутствует
Вязкость пластизоля
низкая
низкая
низкая
низкая
Оцененная вязкость пластизоля
1000 сП
1000 сП
1000 сП
1000 сП
Прочность пленки (на растяжение)
средняя
средняя/ высокая
средняя
средняя/ высокая
Этот пример показывает, что возможно использовать более 20% высокогидрофильных олигомеров и полимеров, таких как декстрины, полидекстроза и гидрированные продукты гидролиза крахмала, вместо гидрофобных полимеров, таких как этиленвинилацетат, полипропилен, малеинированный полипропилен и подобные вещества. Это приводило к поглощению или взаимодействию с гидрофобным жидким носителем, соевым маслом, что обеспечивало превосходную адгезию, сверхнизкие вязкости и отсутствие выпотевания масла.
Пример 13
Образцы жидкой полимерной композиции МА и MB были приготовлены согласно стандартному способу 3 получения жидкого полимера с относительными количествами каждого компонента, приведенными в массовых процентах ниже в таблице 18.
Таблица 18
МА
MB
ЭВА: 2604
22,00
22,00
МАПП:АС 925А
-
8,00
ПП:АС 1660
16,00
8,00
Соевое масло
37,00
37,00
СаСО<sub>3</sub>
25,00
25,00
3
Образцы МА и MB показывают, что тонкоизмельченный СаСО с молотым ЭВА 2604 можно использовать для образования перекачиваемой жидкой полимерной композиции, которая имеет высокое содержание твердых веществ (53 масс.%) без потребности в эмульгированных полимерах этиленвинилацетата (например, ЭВА 532) для уменьшения вязкости. Образец МА не содержит малеинированного полипропилена, присутствие которого в некоторых применениях может привести к нежелательным химическим реакциям и образованию, вследствие этого, пузырьков газа.
Пример 14
Жидкие полимерные композиции Х1 и Х2 были приготовлены согласно модифицированному стандартному способу 3 получения жидкого полимера с относительными количествами каждого компонента, приведенными в массовых процентах ниже в таблице 19. Способ модифицировали для предотвращения преждевременного отверждения отверждающегося во влажной среде клеящего материала NuvPolymer 631-5. Соответственно, все материалы сохраняли насколько возможно сухими. Соевое масло дегазировали и сушили, используя молекулярные сита, усилитель клейкости сушили, и полимеры MICROTHENE FE 532, ATEVA 1231 и AC 925A сушили при 45°С для сведения к минимуму остаточного содержания воды. К тому же, композицию приготавливали и хранили в атмосфере азота, во избежание воздействия на композицию воды, содержащейся в атмосфере (влажности).
Таблица 19
X1
X2
Соевое масло
42
38,84
SYLVATAC RE 100L
0
3,16
NuvPolymer631-S
4,44
4,59
СаО
4,76
4,76
MICROTHENE FE 532
11,43
11,43
ATEVA 1231
25,71
25,71
AC 925A
11,43
11,43
JEFFCAT DMDEE
0,23
0,08
Композиции Х1 и Х2 обрабатывали с помощью устройства TURBOMELTER™, которое обеспечивало нагревание и перемешивание композиции с получением по существу гомогенного, объединенного расплавленного материала. Расплавленные композиции распределяли и использовали для склеивания деревянных блоков между собой. Для ускорения латентного (т.е. после распределения) отверждения, деревянные блоки помещали в герметичные пластиковые мешки вместе с влажным бумажным полотенцем. Сила адгезионной связи была хорошей непосредственно после отверждения полимера, однако возрастала после воздействия воды.
Композиции X1 и X2 показывают, что возможно получить композиции, перекачиваемые при комнатной температуре, которые можно обработать с образованием расплавленных смесей, затвердевающих после охлаждения, и которые можно сшить, используя влагу для создания чрезвычайно прочных адгезионных связей. Такие композиции особенно подходят для использования в конструкционных применениях (например, строительство зданий и изготовление мебели, и т.д.), так как полученная адгезионная связь менее чувствительна к изменениям окружающей среды (температуре, влажности и т.д.). Как отмечено выше, после охлаждения быстро образуется твердый клеящий материал, который с течением времени и под воздействием влаги (из окружающей среды или поставляемой) претерпевает латентное отверждение с образованием термореактивного материала. Это является противоположным случаем по отношению к другим описанным в заявке примерам, в которых после охлаждения образуются термопластичные твердые вещества.
Пример 15
Жидкая полимерная композиция Т была приготовлена согласно модифицированному стандартному способу 3 получения жидкого полимера с относительными количествами каждого компонента, приведенными в массовых процентах ниже в таблице 20.
Таблица 20
Т
ЭВА: 1231
23,72
ЭВА: FE532
9,30
МАПП:AC 925A
6,66
ПП: АС 1660
14,70
ПЭ: АС 8
2,00
Соевое масло
42,12
Краска: Behr
1,50
Жидкую полимерную композицию Т затем обрабатывали в различных конфигурациях устройства TURBOMELTER™ (TURBOMELTER™ является торговой маркой Liquamelt Corp.), указанных ниже в таблице 21 (Примечание: данные конфигурации раскрыты в описании и проиллюстрированы на сопроводительных чертежах). В каждом случае обработанный материал распределяли через форсунку диаметром 0,4 мм (0,016 дюйма) и для него определяли время связывания согласно стандартному способу испытания 2. Результаты представлены ниже в таблице 21.
Таблица 21
ТА
ТВ
ТС
TD
Конфигурация TURBOMELTER™
Прямоточная без смесителя
Прямоточная через смеситель
Спиральный TURBOMELTER™
Разделенный поток TURBOMELTER™
160°С/0,35 МПа ВС (320°F/50 фунт/ дюйм<sup>2</sup>)
неуд.
неуд.
2,0
0,75
160°С/0,35 МПа масса (320°F/50 фунт/ дюйм<sup>2</sup>)
0,02
0,02
0,05
0,04
160°С/0,48 МПа ВС (320°F/70 фунт/ дюйм<sup>2</sup>)
2,00
4,00
1,00
1,00
160°С/0,48МПа масса (320°F/70 фунт/ дюйм<sup>2</sup>)
0,1
0,07
0,11
0,11
160°С/0,62 МПа ВС (320°F/90 фунт/ дюйм<sup>2</sup>)
4,00
4,00
1,00
0,75
160°С/0,62 МПа масса (320°F/90 фунт/ дюйм<sup>2</sup>)
0,16
0,14
0,20
0,23
177°С/0,35 МПа ВС (350°F/50 фунт/ дюйм<sup>2</sup>)
неуд.
4,00
0,75
0,50
177°С/0,35 МПа масса (350°F/50 фунт/ дюйм<sup>2</sup>)
0,05
0,04
0,06
0,08
177°С/0,48МПа ВС (350°F/70 фунт/дюйм<sup>2</sup>)
4,00
2,00
0,50
0,75
177°С/0,48МПа масса (350°F/70 фун / дюйм<sup>2</sup>)
0,11
0,09
0,19
0,16
177°С/0,62 МПа ВС (350°F/90 фунт/ дюйм<sup>2</sup>)
4,00
2,00
0,75
0,75
177°С/0,62 МПа масса (350°F/90 фунт/ дюйм<sup>2</sup>)
0,19
0,17
0,31
0,28
193°С/0,35 МПа ВС (380°F/50 фунт/дюйм<sup>2</sup>)
неуд.
1,00
0,75
0,75
193°С/0,35 МПа масса (380°F/50 фунт/дюйм<sup>2</sup>)
0,05
0,05
0,11
0,11
193°С/0,48 МПа ВС (380°F/70 фунт/дюйм<sup>2</sup>)
4,00
1,00
0,75
1,00
193°С/0,48 МПа масса (380°F/70 фунт/ дюйм<sup>2</sup>)
0,14
0,12
0,23
0,22
193°С/0,62 МПа ВС (380°F/90 фунт/ дюйм<sup>2</sup>)
2,00
0,75
0,75
не определено
193°С/0,62 МПа масса (380°F/90 фунт/дюйм<sup>2</sup>)
0,22
0,21
0,45
не определено
Быстрый перенос энергии к полимерным системам с низкой теплопроводностью и соответствующее перемешивание являются абсолютно решающими факторами для обеспечения продуктов с наилучшими характеристиками. В этом примере прямой поток через конструкцию, предложенный в предшествующем уровне техники, улучшают добавлением смесителя на выходе. Можно видеть, что присутствует еще большее улучшение при введении спиральной конструкции для обеспечения большей теплопередачи и смешивания на единицу объема. В наиболее предпочтительном воплощении изобретения разделенный поток TURBOMELTER™ дает наилучшие результаты, так как обеспечивают высокое отношение площади поверхности к клею, объем клея на единицу длины увеличивается, и перемешивание, которое происходит в каждом канале, оказывается значительным.
Дополнительные преимущества и модификации понятны специалисту в данной области техники. Поэтому изобретение в его наиболее широких аспектах не ограничено показанными и описанными здесь конкретными деталями и иллюстративными примерами. Соответственно, можно получить различные модификации без отклонения от сущности или области защиты общего изобретательского замысла, которая определена в прилагаемой формуле изобретения и ее эквивалентах.