УЛУЧШЕННАЯ ГЕРМЕТИЗИРУЮЩАЯ КОМПОЗИЦИЯ
IMPROVED SEALING COMPOSITION

Область техники
Изобретение относится к улучшенным композициям для применения при Герметизации, например, для ремонта, поврежденного надувного изделия. Более конкретно, но не исключительно, изобретение относится к улучшенным композициям для применения при герметизации, например, для ремонта, поврежденной, например, проколотой, шины транспортного средства. Изобретение также относится к получению таких композиций.
Уровень техники
Изобретение относится к улучшению или модификации герметизирующей композиции, являющейся объектом изобретения согласно заявке PCT/AU2007/001222 настоящего заявителя.
Прокол может быть серьезным источником опасности, в связи с применением надувных несущих нагрузку изделий, таких как шины, установленных на автомобили, грузовики, мотоциклы, велосипеды и т.д. Когда возникает прокол, например, в случае автомобиля, традиционной практикой является замена поврежденной/проколотой шины запасной шиной, причем такая запасная шина предназначена для обеспечения возможности использования транспортного средства либо только в течение ограниченного времени и на ограниченном расстоянии, чтобы позволить водителю доехать до места, где можно отремонтировать поврежденную шину и снова установить на транспортное средство, или, альтернативно, чтобы обеспечить возможность управления транспортным средством без проблем до того времени, когда можно будет закрепить и установить замененную или отремонтированную шину.
В связи с этим могут возникать трудности, во-первых, при снятии проколотой шины и, во-вторых, при размещении запасной или заменяемой шины. Эти трудности могут включать отсутствие в наличии инструмента, необходимого для снятия поврежденной шины и замены ее на запасную шину, и осуществляемое физическое усилие, связанное с этими задачами, не говоря уже о потенциальной опасности/травме для человека, выполняющего эту задачу. Более того, известно возникновение такой ситуации, что запасная шина может быть недостаточно накачана для надлежащего и безопасного использования.
В соответствии с предшествующим уровнем техники, для введения герметизирующей композиции в проколотую шину используют установку, состоящую из емкости под давлением для герметизирующей композиции, которая вмещает сжиженный газ, любого подходящего типа, в качестве источника давления. С целью дозирования содержимого, такая емкость включает вентиль или подобное устройство, соединенное или предназначенное для соединения с переходником, который обеспечивает возможность соединения всей емкости с вентилем шины. Такой переходник может быть навинчивающегося типа или любого другого известного типа. При такой компоновке герметизирующую композицию распыляют в шину через вентиль шины, причем шину затем повторно накачивают посредством газа-вытеснителя, что тогда обеспечивает возможность вождения машины.
В другой известной компоновке герметизирующую композицию размещают в сжимаемой колбе, которая предназначена для соединения, через переходник любого известного типа, с вентилем шины, причем сначала из этого вентиля удаляют вкладыш или стержень вентиля. При такой компоновке герметизирующую композицию распыляют в шину путем приложения давления к сжимаемой колбе. После удаления стержня или вкладыша вентиля, шину можно повторно накачать, если требуется (используя любое известное средство и способ). Этот способ и компоновка имеет недостаток в том, что для его осуществления необходимо механически удалять стержень или вкладыш вентиля из самого вентиля шины.
В соответствии с уровнем техники, ранее также использовали герметизирующие композиции, предназначенные для впрыскивания в поврежденную шину, полезные для неотложного (и почти не имеющего альтернативы), временного ремонта следа прокола в протекторе такой шины. Такие композиции обычно включают латекс (или равноценный заменитель) в качестве основной составляющей. Композиции предназначены для впрыскивания в шину через вентиль шины (с вставленным стержнем вентиля или без него).
Однако применение латекса (или равноценного заменителя) как такового создает проблемы из-за его «липкой» природы. Во-первых, при применении латекса остается липкий, грязный остаток в самом вентиле шины, который чаще всего требуется удалять/вычищать перед повторным использованием вентиля. Во-вторых, распределение композиции на латексной основе из емкости для нее означает, что такая емкость может быть непригодна для повторного использования, снова по причине того факта, что любая форсунка или подобное дозирующее средство, соединенная с этой емкостью, и/или трубка или шланг для пропускания герметизирующей композиции из емкости в шину, засоряются, возможно даже блокируются или герметизируются остатком или нераспределенной композицией.
Кроме того, когда используют композицию на латексной основе, складывается такая ситуация, что когда воздух еще выходит из шины, через прокол, и латексная композиция просачивается (под давлением) через отверстие в шине, воздух вызывает сшивание латекса и связывание его с резиной шины. Конечным результатом является то, что хотя прокол может быть герметизирован, действительное место прокола становится очень трудно, или фактически, даже невозможно определить. Эта неспособность определить место отремонтированного прокола приводит к своим собственным проблемам. Согласно правилам, а также руководствуясь здравым смыслом, если известно о существовании прокола в шине, и даже если этот прокол временно отремонтирован, с использованием такой композиции на латексной основе, все еще необходимо отремонтировать шину тщательно и надолго. Если нельзя определить место, нельзя выполнить долговечный ремонт. Тогда альтернативой является физическая замена шины, что в действительности представляет собой дорогостоящую задачу.
Существуют экологические проблемы, связанные с латексом и применением композиций на латексной основе для временного ремонта шин, которые можно обобщить следующим образом:
1) срок службы или предельная долговечность латекса обычно составляет 5 лет;
2) если колющий предмет не остается в шине, практически невозможно определить место, осмотреть и отремонтировать шину надолго; тогда, для удовлетворения правилам и стандартам безопасности шину следует выбрасывать;
3) нельзя допускать, чтобы латекс попадал в сточные/поверхностные воды или грунтовые воды;
4) любую использованную упаковку, загрязненную отвержденным латексом, нельзя очистить для повторного использования, и поэтому она должна быть утилизирована вместе с веществом;
5) при наличии латекса очистка и мытье шины являются проблематичными; шину можно очистить только путем впитывания жидкости с помощью ткани/ветоши с помещением их в контейнеры для утилизации отходов;
6) латексная эмульсия сильно выделяет пары аммиака и поэтому не распространена в шиноремонтных мастерских и подобных местах, из-за этого вредного запаха;
7) латексная эмульсия имеет величину рН, равную 10, и при контакте может вызвать раздражение глаз, кожи или слизистой оболочки;
8) пролитый латекс безвозвратно пачкает одежду или предметы рабочей одежды, если только избыточный латекс не удалить сразу и тщательно не промыть предметы одежды прежде, чем произойдет сшивание, что обычно неосуществимо на практике;
9) в идеальном случае, латексные герметики следует заливать в бутыли под слоем азота для сведения к минимуму сшивающего действия кислорода на латекс; любое окисление отрицательно влияет на герметизирующую способность латекса и также повышает возможность попадания гранулированных частиц в вентиль шины; даже случайные капли латекса, содержащиеся в сжатом воздухе (или подобном газе) в шлангах могут начать «образование пленки» в шланге и могут также заканчивать агломерацию в зоне вентиля, и
10) латекс содержит летучие органические соединения, которые могут быть вредны для здоровья при вдыхании, вызывать кислотные ожоги, могут вызывать раздражение при контакте с кожей и являются сильно токсичными для водных организмов.
Помимо проблем, связанных с предшествующим уровнем техники, как отмечено выше, в настоящее время существует тенденция при конструировании транспортных средств, что транспортные средства изготавливают и продают, не снабжая их запасным колесом. Это означает, что существует потребность в обеспечении практичного, работоспособного ремонтного комплекта, причем такой комплект должен быть простым в эксплуатации, предпочтительно многоразовым и не требующим очистки от избытка липких герметизирующих соединений (таких как, например, латекс или подобные соединения).
Целью настоящего изобретения является преодоление проблем и трудностей, связанных с технологиями предшествующего уровня техники, путем обеспечения композиции и устройства, которые обеспечивают возможность быстрого ремонта на месте, например, путем повторной герметизации, проколотой шины, посредством чего устраняют потребность ее замены (по меньшей мере временно).
С использованием композиции и устройства по настоящему изобретению нет необходимости удалять стержень или вкладыш вентиля из вентиля шины. Более важным является то, что композиция по настоящему изобретению, благодаря тому, что она не содержит латекса (или равноценного заменителя), устраняет необходимость очистки и утилизации остаточного нежелательного материала (латекса) после завершения какого-либо ремонта.
Специалистам в данной области техники понятно, что проколы, которые можно эффективно герметизировать с помощью этих типов композиций, представляют собой проколы, который возникают в большинстве случаев в колесах транспортных средств в течение нормального использования, как например, проколы шин автомобилей и грузовиков гвоздями, болтами, кусками проволоки и т.п.
Было обнаружено, что добавление полиакрилатных соединений и других подобных синтетических эластомеров и, более конкретно, полиакрилата натрия, к известным герметизирующим композициям, и даже к компонентам известных герметизирующих композиций, приводит к итоговой композиции, которая проявляет значительно повышенные герметизирующие свойства (по сравнению, например, со свойствами, описанными в вышеупомянутой международной заявке настоящего заявителя).
Описание изобретения
Следовательно, согласно настоящему изобретению, обеспечивают улучшенную композицию для герметизации проколотой шины на месте, причем композицию можно вводить в шину через вентиль этой шины, без всякой необходимости сначала удалять стержень или вкладыш вентиля и без возникновения какой-либо закупорки самого вентиля шины и какой-либо связанной с ним системы труб, при этом вся композиция способна проходить через ограниченный канал, имеющийся внутри клапана.
В соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения, обеспечивают герметизирующую композицию для герметизации проколотой шины, включающую жидкий носитель, один или более регулирующих вязкость и суспендирующих агентов, один или более наполнителей и герметиков (представляющих собой смолы или придающие липкость вещества) и одно или более полиакрилатных соединений.
В соответствии с предпочтительным аспектом, герметизирующая композиция согласно настоящему изобретению включает, в качестве основных компонентов, пропиленгликоль, воду и одно или более полиакрилатных соединений, предпочтительно, полиакрилаты щелочных металлов, более конкретно, полиакрилат натрия, живичную канифоль, предпочтительно, при добавлении аммиака.
Указанный жидкий носитель выбран из группы, состоящей из воды, смесей воды и пропиленгликоля; смесей воды и этиленгликоля; смесей воды, пропиленгликоля и этиленгликоля и смесей пропиленгликоля и этиленгликоля.
Один или более указанных регулирующих вязкость и суспендирующих агентов выбраны из группы, состоящей из полисахаридной смолы, карбоксиметилцеллюлозы, метилгидроксиэтилцеллюлозы, пирогенного диоксида кремния и порошка оболочки семян подорожника.
Один или более наполнителей и герметиков выбраны из группы, состоящей из измельченного порошка древесной коры; измельченной арахисовой шелухи; измельченного волокнистого материала; измельченного целлюлозного материала; тонкоизмельченной каучуковой крошки; тонкоизмельченного полиэтилена высокой и/или низкой плотности; измельченных полимерных материалов, выбранных из нейлона, полипропилена, стирола и полиэтилтетрагидрофталата; измельченного в порошок полевого хвоща (Equisetum Arvense); чайного порошка; диатомита; бентонита, природной смолы, силиката натрия и стеарата цинка.
В герметизирующую композицию могут быть добавлены один или более ингибиторов коррозии. Одни или более указанных ингибиторов коррозии выбраны из группы, состоящей из карбоната аммония, бикарбоната натрия и бората натрия.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения, обеспечивают композицию для герметизации проколов в пневматических шинах, содержащую:
а) один или более компонентов, выбранных из пропиленгликоля, пропилен-этиленгликолевой смеси и воды (содержание каждого компонента составляет 10-90 масс.% от массы композиции);
б) один или более регулирующих вязкость и суспендирующих агентов, выбранных из ксантановой смолы (от 0,001 до 0,3 масс.%), метилгидроксиэтилцеллюлозы (от 0,001 до 0,3 масс.%), карбоксиметилцеллюлозы (от 0,001 до 0,3 масс.%), пирогенного диоксида кремния (от 0,001 до 0,1 масс.%), порошка оболочки семян подорожника (от 0,002 до 0,5 масс.%);
в) один или более наполнителей и герметиков в виде частиц, выбранных из тонкоизмельченной каучуковой крошки, сортированной по размеру до <60 мкм (от 0,01 до 1,5 масс.%), тонкоизмельченного полиэтилена высокой плотности, сортированного по размеру до 180 мкм (от 0,1 до 2,5 масс.%), измельченных полимерных материалов, выбранных из нейлона, полипропилена, стирола и полиэтилтетрагидрофталата (от 0,01 до 2,5 масс.%), диатомита диаметром <60 мкм (0,5-5,0 масс.%), бентонита (от 0,01 до 0,3 масс.%), живичной канифоли диаметром <100 мкм (от 0,1 до 1,5 масс.%), казеиновой смолы (от 0,1 до 1,5 масс.%) и 40% силиката натрия (от 0,1 до 2,0 масс.%);
г) один или более ингибиторов коррозии, выбранных из аммиака (от 0,05 до 1,5 масс.%), бикарбоната натрия (от 0,05 до 1,5 масс.%) и бората натрия (от 0,1 до 2,5 масс.%);
д) один или более синтетических эластомеров полиакрилатного типа (составляющих от 0,05 до 2,0 масс.% от компонентов (а)-(г));
е) консервирующую добавку (составляющую остальную часть композиции).
Один или более синтетических эластомеров может представлять собой полиакрилат натрия.
Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения, обеспечивают композицию для применения при герметизации поврежденного надувного изделия, которая включает:
от 20 до 80 масс.% воды;
от 20 до 80 масс.% пропиленгликоля;
от 0,001 до 0,3 масс.% полисахаридной смолы;
от 0,001 до 0,3 масс.% целлюлозного полимера, такого как, например, карбоксиметилцеллюлоза;
от 0,001 до 0,3 масс.% пирогенного коллоидального диоксида кремния; от 0,5 до 5,0 масс.% диатомита (менее 60 мкм);
от 0,1 до 3,0 масс.% порошка ПЭВП (полиэтилена высокой плотности) (менее 180 мкм);
от 0,1 до 1,0 масс.% бентонита (менее 60 мкм);
от 0,1 до 3,0 масс.% живичной канифоли (менее 100 мкм);
одно или более полиакрилатных соединений в количестве от 0,01 до 1,0% и
от 0,1 до 0,5 масс.% консервирующей добавки.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения обеспечивают способ получения композиции для герметизации проколов в пневматических шинах, включающий стадии:
а) образование заранее приготовленной смеси горячей фазы путем введения канифоли (составляющей от 0,5 до 5,0 масс.% от массы готовой композиции) и пропиленгликоля (составляющего от 0,5 до 5,0 масс.% от массы готовой композиции) в сосуд с паровой рубашкой и нагревания до температуры примерно 100°C с выдержкой до полного расплавления канифоли в пропиленгликоле, за которым следует охлаждение при перемешивании до достижения температуры примерно 50°C, затем добавление, при продолжении перемешивания, этилового спирта (составляющего от 0,3 до 5,0 масс.% от массы готовой композиции), 20% аммиака (составляющего от 0,15 до 1,5 масс.% от массы готовой композиции), воды (составляющей от 0,0 до 5,0 масс.% от массы готовой композиции), порошка полиэтилена (размером от 30 мкм до 180 мкм) (составляющего от 0,15 до 5,0 масс.% от массы готовой композиции), диатомита (составляющего от 0,5 до 5,0 масс.% от массы готовой композиции);
б) образование заранее приготовленной смеси гелевой фазы в отдельном сосуде путем добавления, при перемешивании, полиакрилата натрия (составляющего от 0,05 до 1,0 масс.% от массы готовой композиции) к воде (составляющей от 10 до 20 масс.% от массы готовой композиции) при температуре примерно 25°C, продолжения перемешивания в течение периода времени до 4 часов, затем добавления при перемешивании пропиленгликоля (составляющего от 1,0 до 5 масс.% от массы готовой композиции), 20% аммиака (составляющего от 0,01 до 0,3 масс.% от массы готовой композиции) и части заранее приготовленной смеси горячей фазы, полученной на стадии (a) (составляющей от 0,2 до 5,0 масс.% от массы готовой композиции);
в) введение в другой отдельный сосуд и смешивание при перемешивании воды (составляющей от 20 до 80 масс.% от массы готовой композиции), пропиленгликоля (составляющего от 10 до 70 масс.% от массы готовой композиции), 20% аммиака (составляющего от 0,02 до 0,5 масс.% от массы готовой композиции), оставшейся части заранее приготовленной смеси горячей фазы (общее количество заранее приготовленной смеси горячей фазы в итоге составляет от 1,0 до 10,0 масс.% от массы готовой композиции), заранее приготовленной смеси гелевой фазы (после пропускания через устройство для измельчения для уменьшения частиц до размеров от 50 мкм до 250 мкм) (составляющей от 2,0 до 20 масс.% от массы готовой композиции);
затем непрерывного перемешивания полученной композиции в течение периода времени до 24 часов при достижении температуры окружающей среды.
Подробное описание изобретения
В композициях согласно изобретению достигают эффективных результатов, по сравнению с композициями на латексной основе предшествующего уровня техники, посредством их преимущества, основанного на/заключающегося в форме коллоидной дисперсии, смешанной с другими мелкими частицами, которая способна проходить через ограниченный канал, который обеспечен в стержне вентиля шины, не приводя к закупорке этого вентиля, в то же время еще сохраняя достаточные герметизирующие свойства для обеспечения возможности ремонта проколов. Также важным является то, что происходит лишь минимальное разделение компонентов внутри камеры шины, когда жидкость подвергается действию центробежной силы при 80 км/час.
Из-за ограниченного канала, доступного в стержне вентиля, жидкость следует выбирать таким образом, чтобы герметизирующие частицы, остающиеся в этой жидкости, беспрепятственно проходили через свободный вентиль и, следовательно, нигде не агломерировались, чтобы избежать возможности возникновения закупорки.
Жидкий носитель может представлять собой воду, в количестве от 10 до 90 масс.%. В качестве альтернативы можно использовать смесь воды и пропиленгликоля и/или этиленгликоля, также в количестве от 10 до 90 масс.%. В еще одном альтернативном варианте жидкий носитель может представлять смесь пропиленгликоля или этиленгликоля, также в количестве от 10 до 90 масс.%. Основное требование к жидкому носителю состоит в том, что он является по существу инертным в показателях его взаимодействия с другими составляющими композиции в целом. В особенно предпочтительном воплощении жидкий носитель представляет собой смесь из воды в количестве до 30 масс.% и пропиленгликоля и/или этиленгликоля в количестве до 30 масс.%.
Что касается регулирующих вязкость и суспендирующих агентов, можно использовать любое одно (или более) из следующих веществ:
а) полисахаридная смола, такая как, например, ксантановая смола, в количестве от 0,001 до 0,3 масс.%, более предпочтительно примерно 0,0025 масс.%;
б) карбоксиметилцеллюлоза и/или метилгидроксиэтилцеллюлоза, в количестве от 0,01 до 0,3, более предпочтительно примерно 0,02 масс.% и/или
в) пирогенный диоксид кремния (в особенности, имеющийся в продаже под торговым наименованием/маркой AEROSIL R972), в количестве от 0,001 до 0,3, более предпочтительно примерно 0,0015 масс.%.
Предпочтительная суспензионная среда представляет собой сочетание от 0,002 до 0,003% ксантановой смолы и от 0,015 до 0,03% метилгидроксиэтилцеллюлозы. Для обеспечения возможности длительного хранения в автомобилях (до 8 лет) все твердые частицы в составе должны оставаться по существу во взвешенном состоянии во время испытания, при котором состав подвергают воздействию температуры 80°C в течение 12 часов, и могут быть легко повторно диспергированы после встряхивания.
Наполнители или частицы в композиции, назначением которых является герметизация прокола, могут включать любой один или более из следующих материалов:
а) измельченный порошок древесной коры и/или измельченная арахисовая шелуха или подобные волокнистые или целлюлозные материалы, с размером частиц менее 150 мкм и в количестве от 0,01 до 1,0, более предпочтительно примерно 0,075 масс.%;
б) измельченный в порошок Equisetum Arvense (общеизвестный как «хвощ») с размером частиц менее 150 мкм и в количестве от 0,01 до 1,0, более предпочтительно примерно 0,06 масс.%;
в) чайный порошок с размером частиц менее 150 мкм и в количестве от 0,01 до 1,0, более предпочтительно примерно 0,05 масс.%;
г) диатомит с размером частиц менее 60 мкм и в количестве от 0,05 до 5,0, более предпочтительно примерно 1,5 масс.%;
д) бентонит с размером частиц менее 60 мкм и в количестве от 0,01 до 0,5, более предпочтительно примерно 0,05 масс.%;
е) живичная канифоль с размером частиц менее 60 мкм и в количестве от 0,05 до 1,5, более предпочтительно примерно 0,3 масс.%, и/или
ж) оксид цинка в количестве от 0,01 до 1,0, более предпочтительно, примерно 0,10 масс.%.
Было обнаружено, что добавление синтетических эластомеров, таких как полиакрилатные соединения, существенно снижает оседание и улучшает суспензию мелких частиц и дополнительно улучшает герметизирующую характеристику герметизирующей композиции. Предпочтительное количество добавляемого полиакрилатного соединения или подобных синтетических эластомеров составляет от 0,05 масс.% до 1,0 масс.% от общей массы композиции. Процент добавления зависит от типа полимера. Было обнаружено, что более высокое процентное содержание полиакрилатного соединения повышает вязкость и серьезно ограничивает свободное протекание герметика внутри камеры шины.
Также было обнаружено, что полиакрилатное соединение короткое время работает как герметик, когда его добавляют к растворам этиленгликоля/пропиленгликоля/воды. Предпочтительная герметизирующая композиция согласно этому аспекту содержит пропиленгликоль, глицерин, диатомит, силикат натрия, воду, аммиак, формалин и глушитель PVA; к этой смеси добавляют полиакрилатное соединение или любой другой синтетический эластомер, в соотношении от 0,05 масс.% до 2,0 масс.%, после чего осуществляют измельчение в мельнице до менее 150 мкм. Эта композиция работает в качестве временного герметика и способна проходить через стержень вентиля. Полиакрилатное соединение добавляют к другим компонентам и пропускают через смеситель с высоким сдвиговым усилием. В результате получают тонкое распределение синтетического полимера по всей композиции, который имеет двойное назначение, как суспендирующий агент и как герметизирующий агент. Хотя композиции этого конкретного состава показывают удовлетворительные герметизирующие свойства, долговечность композиций вызывает сомнения.
Как видно из описанного выше, герметизирующая композиция в соответствии с настоящим изобретением находится в форме стабильной водной суспензии из одного или более материалов в виде твердых частиц, где материал в виде частиц предпочтительно составляет несущественное количество от всей композиции. Текучая среда-носитель, такая как вода или вода в сочетании с пропиленгликолем и/или этиленгликолем, и несущественное количество одного или более материалов в виде частиц (которые по существу нерастворимы в жидких компонентах композиции) инертны по отношению к резиновой смеси шины, в которой должна быть помещена композиция.
Материал в виде частиц, составляющий «твердый» компонент композиции может включать такие материалы, как вермикулит, диатомовая земля и другие инфузорные земли, различные формы слюды и другие тонкодисперсные твердые вещества.
Герметик или герметизирующая композиция в соответствии с настоящим изобретением, являющаяся улучшенной по сравнению с используемыми в настоящее время композициями на латексной основе, представляет собой средство для ремонта (по меньшей мере, временного) прокола в пневматической шине, причем указанную композицию можно легко вводить в поврежденную шину посредством сжатого воздуха или газа-вытеснителя.
Исполнение является таким, что позволяет впрыскивать герметизирующую композицию на основе частиц, в отличие от композиций на латексной основе предшествующего уровня техники, в поврежденную шину через стержень вентиля, причем стержень вентиля остается на своем месте.
Экологические преимущества нелатексных герметизирующих композиций включают:
1) срок годности упакованного продукта существенно увеличивается;
2) после очистки шины возможно определить место прокола для осмотра и ремонта и избежать выбрасывания шины;
3) можно допускать попадание герметика на основе частиц в канализационную систему;
4) упаковку можно легко очистить для повторного использования и/или возвращения в цикл;
5) ветошь для очистки можно вымыть и повторно использовать неоднократно, без необходимости включать ее в поток отходов;
6) герметик не на латексной основе не имеет вредного запаха;
7) продукт имеет почти pH около 8,5 и, кроме содержащегося этиленгликоля, не считается раздражающим средством;
8) следы проливания или брызги на одежде или оборудовании можно легко вытереть или отмыть и
9) благодаря регулируемому размеру частиц в жидкости-носителе, в вентиле остается лишь минимальное загрязнение после обработки шины.
В соответствии с требованиями автомобильной промышленности, чтобы герметизирующая композиция была одобрена для применения в транспортных средствах (или с транспортными средствами), она должна удовлетворять определенным требованиям и соответствовать определенным параметрам. Например, требуется, чтобы герметизирующая композиция была эффективна в диапазоне температур от -40°C до +80°C. С таким требованием для композиций, которые определены и продемонстрированы на примерах, например, в международной патентной заявке №PCT/AU2007/001222 настоящего заявителя были обнаружены проблемы, связанные с рабочими характеристиками. Только в качестве примера, было обнаружено, что такие вещества, как ксантановая смола, рисовые отруби и т.д., упоминаемые в указанной международной патентной заявке, ограничивают протекание жидкости в камере шины и, поэтому, не так эффективны в отношении своей способности к герметизации проколов. Хотя было обнаружено, что такие вещества работают удовлетворительно при температурах до -20°C, при более низких температурах их вязкость оказывается повышенной до такой степени, что они могут не протекать столь беспрепятственно через ограниченное пространство стержня вентиля шины или т.п., приводя к повышению вероятности закупорки такого вентиля.
Для достижения оптимального результата и удовлетворения вышеупомянутых требований, а также предпочтительно для обеспечения упрощенной рецептуры композиции в целом, желательно использовать композицию, которая течет все еще свободно при таких низких температурах, как -40°C. В этом отношении, чтобы достигнуть герметизации в области высокой деформации «отпечатка» шины, степень гибкости должна быть присуща частицам, предназначенным для образования герметизирующей заплаты в или на месте прокола. Этого, в соответствии с настоящим изобретением, можно достичь путем включения эластичного/эластомерного материала, такого как тонкоизмельченная каучуковая крошка, полиэтилен низкой плотности, полиакрилат натрия и подобные материалы.
Наполнители и частицы из таких компонентов, как эластомеры, которые проявляют степень гибкости, могут замещать по существу негибкие герметизирующие частицы, упоминаемые в указанной международной патентной заявке №PCT/AU2007/001222.
Гранулы полиакрилата натрия при диспергировании в воде быстро размягчаются и набухают. В зависимости от размера частиц, тонкоизмельченные частицы полиакрилатных соединений также могут проявлять псевдо-вязкие гелеподобные свойства. Это явление обеспечивает возможность надежно продавливать размягченные частицы полиакрилата натрия, предпочтительно, размером от 30 мкм до 300 мкм, через ограниченный канал стержня вентиля шины. Физические свойства полиакрилата натрия облегчают транспорт твердых частиц наибольшего возможного размера (до 200 мкм) путем сопровождения частиц через сильно ограниченный проход стержня вентиля шины.
Эластомерная желеобразная структура набухшего насыщенного полиакрилата натрия также обеспечивает возможность механического внедрения твердых частиц, таких как порошок полиэтилена (не превышающий 180 мкм), измельченная древесная кора, чай, хвощ и т.д., в размягченный полиакрилат натрия. Очень большие частицы полиакрилата натрия (до 300 мкм) имеют двойное назначение, с одной стороны, направляя твердые частицы, они действуют в качестве скребка, который способствует постоянному вычищению каких-либо частиц, которые могут удерживаться в механизме стержня вентиля шины. Процесс, подобный частичному инкапсулированию, позволяет обеспечить регулируемое и равномерное распределение твердых частиц в композиции и является эффективным средством ограничения опасности закупорки стержня вентиля шины. Когда герметизирующая композиция находится под давлением и транспортируется с помощью давления воздуха/газа, составляющего 0,6-0,8 МПа (6-8 бар), через стержень вентиля шины, получаемая высокая скорость герметизирующей композиции, проходящей через стержень вентиля шины (равная примерна 20 мл/с), подавляет тенденцию твердых частиц к агломерации и закупорке стержня. Если скорость потока через стержень вентиля шины падает до примерно 2-3 мл/с, стержень вентиля мгновенно или очень быстро закупоривается. В отсутствие сочетания высокой скорости и частичного внедрения твердых частиц в полиакрилат натрия или частичного обволакивания твердых частиц полиакрилатом натрия, закупорка стержня вентиля шины происходит мгновенно или очень быстро.
Физический процесс герметизации прокола в шине с помощью свободно проходящей через вентиль герметизирующей композиции на основе частиц зависит от скорости потока. В результате сравнительно низкой скорости воздуха, выходящего через границы места прокола в шине при давлении воздуха примерно 0,2 МПа (2 бар) (она составляет примерно от 0,1 мл/с до 3 мл/с), пониженная скорость твердых частиц обеспечивает агломерацию и эффективную закупорку и герметизацию прокола мгновенно или очень быстро, тогда как во время введения герметизирующей композиции через стержень вентиля шины при 20 мл/с, высокая скорость частиц противодействует эффекту закупорки.
Герметизация проколов в области короны шины является относительно простой, поскольку поддерживается постоянная подача герметика на место прокола при управлении транспортным средством. Когда прокол расположен вне этой области и в крайней плечевой области, возможность заливки герметизирующей композицией места прокола при скорости более 3 км/ч является минимальной. Если колющий предмет шире 5 мм и до 6,5 мм в диаметре и если место прокола находится в плечевой области, существует вероятность, что давление воздуха в шине будет падать. Задача, как в случае всех герметиков для шин, состоит в обеспечении долговечности заплаты в плечевой области в течение более длительного периода времени безостановочного вождения. Обычно рекомендованная максимальная скорость вождения ограничена до 90 км/ч. Это дает возможность водителю безопасно управлять транспортным средством в случае внезапной потери давления во временно отремонтированной шине. Если транспортным средством постоянно управляют, когда давление воздуха в шине теряется вследствие прокола в плечевой области, вызванного колющим предметом диаметром 6,25 мм, потеря воздуха обычно прекращается после того, как шина потеряет примерно 65% рекомендованного давления воздуха в шине. По мере того, как шина теряет давление воздуха, область отпечатка шины увеличивается и расстояние от боковин до области отпечатка уменьшается. Это вызывает изменение динамики режима течения жидкой герметизирующей композиции внутри шины. По мере увеличения области отпечатка, также увеличивается ширина охвата этой области герметизирующей композицией. Из-за радиального изменения, жидкая герметизирующая композиция «оставляет хвосты» в плоской области отпечатка, что принуждает герметизирующую композицию достигать краев боковин с каждым поворотом шины.
Описание предпочтительных воплощений
Для обеспечения лучшего понимания изобретения и его применения на практике, далее подробно описаны предпочтительные воплощения герметизирующих композиций согласно изобретению.
ПРИМЕР 1
Герметизирующая композиция согласно настоящему изобретению включает подходящий эластомер, в частности, полиакрилат натрия, в суспензии. Полиакрилат натрия в форме частиц, находящийся в такой суспензии проходит через вентиль шины, не вызывая его закупорки.
Композицию получают из двух частей, здесь и далее называемых заранее приготовленный раствор (A) на основе живичной канифоли и раствор (B), содержащий твердые частицы, соответственно, которые затем соединяют, как пояснено ниже.
Заранее приготовленный раствор (A) на основе живичной канифоли включает следующие компоненты (где все количества выражены в массовых процентах):
1) этиленгликоль
18
2) пропиленгликоль
24
3) воду
15,8
4) 20% аммиак
4,0
5) спирт
4,0
6) формалин
0,2
7) пропиленгликоль
24,0
8) живичная канифоль
10,0
Этот раствор (A) образуют как пояснено ниже.
Сначала соединяют компоненты (1)-(6) в порядке убывания, предпочтительно, при перемешивании. Отдельно добавляют живичную канифоль (7) в оставшийся пропиленгликоль и эту смесь нагревают до приблизительно 80°C и выдерживают до полного расплавления живичной канифоли. Эту горячую смесь живичной канифоли и пропиленгликоля затем добавляют к смеси компонентов (1)-(6), при перемешивании.
Раствор, содержащий твердые частицы предпочтительно получают из следующих компонентов:
9) полиакрилат натрия
0,75
10) вода
41,0
11) пропиленгликоль
5,9
12) этиленгликоль
42,0
13) аммиак (20%)
0,2
14) формалин
0,15
причем остальное, приблизительно 10 масс.%, восполняет заранее приготовленный раствор (A) на основе живичной канифоли.
Было обнаружено, что раствор на основе живичной канифоли при добавлении к раствору (B), содержащему твердые частицы, предотвращает превращение в гель полиакрилата натрия. Раствор (B), содержащий твердые частицы, перемешивают с высоким усилием сдвига или измельчают, и важно чтобы в течение такого процесса не происходило гелеобразования.
На практике раствор (B) перемешивают с высоким усилием сдвига с помощью гомогенизатора и/или пропускают через устройство для измельчения жидкости для уменьшения размера частиц полиакрилата натрия первоначальной формы. Такую обработку продолжают до получения ровной суспензии. Затем суспензию предпочтительно охлаждают до температуры примерно -20°C, и затем продукт пропускают через коллоидную мельницу (или аналогичное устройство для измельчения), чтобы гарантировать, что наибольший размер частиц не превышает 130 мкм.
Экспериментальное исследование показало, что требуется полиакрилат в количестве примерно от 0,05 до 1,0, более предпочтительно примерно 0,25 масс.%, чтобы достичь приемлемого герметизирующего действия. Такие эксперименты также показали, что в отсутствие живичной канифоли композиция неработоспособна, особенно при температурах около -40°C. При таких температурах композиция в целом, без живичной канифоли, слишком вязкая и даже может проявлять некую хрупкость. Фактически, при температурах такого порядка снижение степени эластичности означает, что частицы, присутствующие в композиции и предназначенные для герметизации прокола, не осуществляют надлежащую герметизации, проявляя тенденцию к отделению от прокола, например, из-за вибраций и т.д., вызванных движением шины.
Было обнаружено, что использование живичной канифоли обеспечивает возможность регулирования и контроля вязкости всего раствора. В результате применения раствора канифоли возможно поддерживать общую вязкость композиции на приемлемом уровне, обеспечивая возможность ее легкой транспортировки из контейнера, через вентиль в шину и затем на место прокола.
В случае прокола, находящегося в плечевой области шины, состав должен проявлять исключительную герметизирующую способность. Это является существенным, поскольку фактически ни одна жидкость не способна протекать на место прокола в плечевой области, когда транспортное средство эксплуатируют при скорости выше 3-4 км/ч. Жидкость удерживается во внутренней области короны внутри камеры шины из-за центробежной силы.
Поэтому важно правильное сочетание выбранных ингредиентов соединять в надлежащем соотношении, чтобы обеспечить возможность удовлетворительного функционирования композиции, независимо от места какого-либо прокола. Предпочтительно композиция должна быть способна герметизировать прокол, вызванный, например, штырем диаметром до примерно 6,25 мм.
ПРИМЕР 1A
Альтернативную композицию можно приготовить следующим образом. И снова, полиакрилат натрия в форме частиц, находящийся в суспензии, как в приведенной в качестве примера композиции, проходит через вентиль шины, не вызывая его закупорки.
Композицию получают из двух частей, здесь и далее называемых заранее приготовленный раствор (A) на основе живичной канифоли и раствор (B), содержащий твердые частицы, соответственно, которые затем соединяют, как пояснено ниже.
Заранее приготовленный раствор (A) на основе живичной канифоли включает следующие компоненты (где все количества выражены в массовых процентах):
РАСТВОР A
1) канифоль
1,95
2) пропиленгликоль
1,95
3) спирт
0,975
4) 20% аммиак
0,455
5) вода
<maths num="1"><math display="block"><mrow><mfrac><mrow><mn>1,17</mn></mrow><mrow><mn>6,5</mn><mi>%</mi></mrow></mfrac></mrow></math><img file="00000001.tif" he="11" wi="10" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
Этот раствор (A) образуют как пояснено ниже.
Сначала соединяют компоненты (1) и (2) при перемешивании. Живичную канифоль (8) добавляют в пропиленгликоль (7) и эту смесь нагревают до приблизительно 100°C и выдерживают до полного расплавления живичной канифоли. Эту горячую смесь живичной канифоли и пропиленгликоля перемешивают до охлаждения смеси до приблизительно 50°C. Затем добавляют оставшиеся компоненты (3)-(5) и перемешивают до охлаждения смеси до 28°C.
Раствор, содержащий твердые частицы, предпочтительно, приготавливают из следующих компонентов:
РАСТВОР В
6) вода
3,631
7) полиакрилат натрия
0,01
8) пропиленгликоль
1,0
9) аммиак
0,024
10) Раствор A
<maths num="2"><math display="block"><mrow><mfrac><mrow><mn>0,275</mn></mrow><mrow><mn>5,0</mn><mi>%</mi></mrow></mfrac></mrow></math><img file="00000002.tif" he="10" wi="10" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
причем остальное, приблизительно 10 масс.%, восполняет заранее приготовленный раствор (A) на основе живичной канифоли.
Было обнаружено, что раствор на основе живичной канифоли при добавлении к раствору (B), содержащему твердые частицы, предотвращает превращение в гель полиакрилата натрия. Раствор (B), содержащий твердые частицы, перемешивают с высоким усилием сдвига или измельчают, и важно чтобы в течение такого процесса не происходило гелеобразования.
На практике раствор (B) перемешивают с высоким усилием сдвига с помощью гомогенизатора и/или пропускают через устройство для измельчения жидкости для уменьшения размера частиц полиакрилата натрия первоначальной формы. Такую обработку продолжают до получения ровной суспензии. Затем суспензию пропускают через коллоидную мельницу (или аналогичное устройство для измельчения), чтобы гарантировать, что наибольший размер частиц не превышает 250 мкм, при среднем размере приблизительно 150 мкм;
ПРИМЕР 2
Другое предпочтительное воплощение относится к способу получения композиции для герметизации проколов и пневматических шин, включающему стадии:
а) образование заранее приготовленной смеси горячей фазы путем введения канифоли (составляющей 1,5 масс.% от массы готовой композиции) и пропиленгликоля (составляющего 1,5 масс.% от массы готовой композиции) в сосуд с паровой рубашкой и нагревание до температуры примерно 100°C с выдержкой до полного расплавления канифоли в пропиленгликоле, за которым следует охлаждение при перемешивании до достижения температуры примерно 50°C, затем добавление, при продолжении перемешивания, этилового спирта (составляющего 1,0 масс.% от массы готовой композиции), 20% аммиака (составляющего 0,4 масс.% от массы готовой композиции), воды (составляющей 0,7 масс.% от массы готовой композиции), порошка полиэтилена (размером от 10 мкм до 180 мкм) (составляющего 1,0 масс.% от массы готовой композиции), диатомита (составляющего 0,8 масс.% от массы готовой композиции) и стеарата цинка (составляющего 0,2 масс.% от массы готовой композиции);
б) образование заранее приготовленной смеси гелевой фазы в отдельном сосуде путем добавления, при перемешивании, полиакрилата натрия (составляющего 0,2 масс.% от массы готовой композиции) к воде (составляющей 11,43 масс.% от массы готовой композиции) при температуре примерно 25°C, продолжения перемешивания в течение периода времени до 6 часов, затем добавления при перемешивании пропиленгликоля (составляющего 3,5 масс.% от массы готовой композиции), 20% аммиака (составляющего 0,07 масс.% от массы готовой композиции) и части заранее приготовленной смеси горячей фазы, полученной на стадии (а) (составляющей 0,8 масс.% от массы готовой композиции);
б) образование заранее приготовленной смеси гелевой фазы в отдельном сосуде путем добавления, при перемешивании, полиакрилата натрия (составляющего 0,2 масс.% от массы готовой композиции) к воде (составляющей 11,43 масс.% от массы готовой композиции) при температуре примерно 25°C, продолжения перемешивания в течение периода времени до 6 часов, затем добавления при перемешивании пропиленгликоля (составляющего 3,5 масс.% от массы готовой композиции), 20% аммиака (составляющего 0,07 масс.% от массы готовой композиции) и части заранее приготовленной смеси горячей фазы, полученной на стадии (a) (составляющей 0,8 масс.% от массы готовой композиции);
в) введение в другой отдельный сосуд и смешивание при перемешивании воды (составляющей 25,0 масс.% от массы готовой композиции), пропиленгликоля (составляющего 48 масс.% от массы готовой композиции), 20% аммиака (составляющего 0,35 масс.% от массы готовой композиции), оставшейся части заранее приготовленной смеси горячей фазы (общее количество заранее приготовленной смеси горячей фазы в итоге составляет 0,5 масс.% от массы готовой композиции), заранее приготовленной смеси гелевой фазы (после пропускания через устройство для измельчения для уменьшения частиц до размеров от 20 мкм до 220 мкм) (составляющей 16 масс.% от массы готовой композиции);
затем непрерывное перемешивание полученной композиции в течение периода времени до 24 часов при достижении температуры окружающей среды.
В течение стадии (в) можно добавлять формалин (составляющий 0,1 масс.% от массы готовой композиции). Дополнительно, глушитель PVA и/или PVA/MA можно также добавлять в течение стадии (в). Хотя добавление глушителя PVA и/или PVA/MA является предпочтительным, он не является существенным компонентом, главное назначение этого компонента состоит в придании композиции непрозрачности, хотя он также способствует герметизирующей функции композиции.
Этиловый спирт в заранее приготовленной смеси горячей фазы способствует хранению этой смеси, в то время как порошок полиэтилена действует как связующее. Диатомит служит в качестве герметизирующего вещества. 20% аммиак служит для поддержания канифоли в растворе, как в заранее приготовленной смеси горячей фазы, так и в заранее приготовленной смеси гелевой фазы.
ПРИМЕР 3
Другое предпочтительное воплощение относится к способу получения композиции для герметизации проколов в пневматических шинах, включающему стадии:
1) получение заранее приготовленной МНК-смеси путем диспергирования маниокового крахмала (составляющего 0,16 масс.% от массы готовой композиции) в пропиленгликоле (составляющем 1,29 масс.% от массы готовой композиции) и воде (составляющей 1,13 масс.% от массы готовой композиции) при перемешивании и нагревании до 80°C до получения прозрачного раствора;
2) получение заранее приготовленной ПАН-смеси путем добавления полиакрилата натрия (составляющего 0,19 масс.% от массы готовой композиции) к воде (составляющей 10, 34 масс.% от массы готовой композиции) в сосуд при 25°C и перемешивания в течение шести часов, затем добавления пропиленгликоля (составляющего 2,52 масс.% от массы готовой композиции), 20% аммиака (составляющего 0,06 масс.% от массы готовой композиции) и раствора канифоли (составляющего 0,76 масс.% от массы готовой композиции) и осуществления циркуляции через насос с высоким сдвиговым усилием в течение 24 часов для уменьшения частиц полиакрилата натрия до размеров от 25 мкм до 250 мкм;
3) получение заранее приготовленной КЗН-смеси путем добавления казеина (составляющего 0,27 масс.% от массы готовой композиции) в отдельном сосуде к спирту (составляющему 0,22 масс.% от массы готовой композиции), пропиленгликолю (составляющему 0,22 масс.% от массы готовой композиции), 20% аммиаку (составляющему 0,03 масс.% от массы готовой композиции) и воде (составляющей 0,04 масс.% от массы готовой композиции) и осуществления циркуляции полученной смеси через насос с высоким сдвиговым усилием до получения однородной и вязкой заранее приготовленной смеси/раствора;
4) получение заранее приготовленной КНФ-смеси путем введения в сосуд с паровой рубашкой канифоли (составляющей 1,09 масс.% от массы готовой композиции) и пропйленгилколя (составляющего 1,09 масс.% от массы готовой композиции) и нагревания смеси до 100°C. После полного расплавления канифоли, смесь перемешивают и охлаждают до 55°C. Затем осуществляют добавление спирта (0,12 масс.% от массы готовой композиции), 20% аммиака (0,25 масс.% от массы готовой композиции), заранее приготовленной КЗН-смеси (составляющей 0,26 масс.% от массы готовой композиции) и воды (составляющей 0,10 масс.% от массы готовой композиции);
5) соединение заранее приготовленной МНК-смеси, заранее приготовленной ПАН-смеси и заранее приготовленной КНФ-смеси с силикатом натрия (составляющим 0,17 масс.% от массы готовой композиции), дополнительно с 20% аммиаком (составляющим 0,05 масс.% от массы готовой композиции), этиленгликолем (составляющим 7,82 масс.% от массы готовой композиции), дополнительно с пропиленгликолем (составляющим 38,71 масс.% от массы готовой композиции), формалином (составляющим 0,13 масс.% от массы готовой композиции), глушителем PVA (составляющим 0,16 масс.% от массы готовой композиции), карбонатом магния (составляющим 0,05 масс.% от массы готовой композиции), диатомитом (составляющим 1,6 масс.% от массы готовой композиции), порошком полиэтилена 180 VN (составляющим 1,29 масс.% от массы готовой композиции), ксантановой смолой (составляющей 0,002 масс.% от массы готовой композиции) и аэросилом R92 (составляющим 0,001 масс.% от массы готовой композиции) и смешивание до достижения требуемой консистенции.
Во всем тексте этого описания и формулы изобретения, приведенной далее, если это не противоречит контексту, слово «содержать» или его варианты, такие как «содержит» или «содержащий», следует понимать как включение установленного целого или стадии, или группы целых или стадий, но не исключение другого целого или стадии, или группы целых или стадий.
Ссылку на какой-либо документ предшествующего уровня техники в этом описании не следует воспринимать как подтверждение или любую форму предположения, что документ предшествующего уровня техники составляет часть общих знаний в Австралии.
В заключение, следует понимать, что вышеприведенное описание относится только к предпочтительным воплощениям изобретения и возможны изменения и модификации этих воплощений без отклонения от сущности и области защиты изобретения.