АМИНОСИЛАНОВЫЙ ПРОМОТОР АДГЕЗИИ, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫЙ ДЛЯ УРЕТАНОВОЙ СИСТЕМЫ
AMINOSILANE ADHESION PROMOTER INTENDED FOR URETHANE SYSTEM

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение в целом относится к силансодержащему материалу, применимому в качестве промотора адгезии для полиуретановых систем.
Полиуретановые клеи обычно используют для ламинирования гибких пленок, предназначенных для упаковки пищевых продуктов. При заполнении упаковки жидкими ингредиентами не должно происходить расслоения клея. Для поддержания адгезии к металлическим пленкам и придания устойчивости к воздействию воды и химических веществ обычно используют силаны, например, N-(2-аминоэтил)-3-аминопропилтриметоксисилан, 3-аминопропилтриметоксисилан (АПТМС) и 3-аминопропилтриэтоксисилан (АПТЭС). Однако фазовое разделение силанов может уменьшить эффективность сравнительно дорогостоящих силанов. В патенте U.S. №5364955 раскрыты аддукты аминосиланов с малеиновой или фумаровой кислотой. Однако необходимы дополнительные решения для преодоления затруднений, связанных с фазовым разделением силана.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к сложному полиэфирполиолу, содержащему по меньшей мере одно этерифицированное звено формулы (I)
1
4
в которой L обозначает дифункциональную алифатическую группу, содержащую от 2 до 6 атомов углерода, и R обозначает C-C-алкильную группу.
Настоящее изобретение также относится к двухкомпонентной полиуретановой системе, включающей: (а) полиольный компонент, содержащий от 0,2 до 100 мас. % сложного полиэфирполиола, содержащего по меньшей мере одно этерифицированное звено формулы (I)
1
4
в которой L обозначает дифункциональную алифатическую группу, содержащую от 2 до 6 атомов углерода, и R обозначает C-C-алкильную группу; и (b) содержащий концевую изоцианатную группу преполимер, содержащий полимеризованные остатки: (i) по меньшей мере одного из следующих: дифенилметандиизоцианат (МДИ), толуолдиизоцианат (ТДИ), гексаметилендиизоцианат, тример гексаметилендиизоцианата, изофорондиизоцианат, тример изофорондиизоцианата, аддукт изофорондиизоцианата с триметилолпропаном, мета-ксилилендиизоцианат, аддукт мета-ксилилендиизоцианата с триметилолпропаном, тример мета-ксилилендиизоцианата и бис(4-изоцианатоциклогексил)метан, и смеси этих разных содержащих концевую изоцианатную группу преполимеров; и (ii) гликоля или второго полиола.
Настоящее изобретение также относится к клею, включающему содержащий концевую изоцианатную группу преполимер; указанный преполимер содержит этерифицированные звенья формулы (I)
1
4
в которой L обозначает дифункциональную алифатическую группу, содержащую от 2 до 6 атомов углерода, и R обозначает С-С-алкильную группу.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Все содержания, выраженные в процентах, являются массовыми (мас. %) и все температуры указаны в °C, если не указано иное. Исследования и реакции проводили при температуре окружающей среды (20-25°C), если не указано иное. Выраженные в процентах содержания мономерных остатков приведены в пересчете на содержание твердых веществ, т.е. при отсутствии растворителей. "Сложный полиэфир-простой полиэфирполиол" означает полиол, содержащий и сложноэфирную и простую эфирную связи. Эти полимеры являются продуктами реакции конденсации простых полиэфирполиолов (например, этиленгликоля, пропиленгликоля и их олигомеров) с дикарбоновыми кислотами или ангидридами кислот, или их получают по реакции алкиленоксида (например, этилен- или пропиленоксида) с дикарбоновыми кислотами или со сложными эфирами, полученными по реакции гликолей или спиртов с ангидридами кислот."(Мет)акриловый" означает акриловый или метакриловый. "Фталевая кислота" означает бензол-1,2-дикарбоновую кислоту и "изофталевая кислота" означает бензол-1,3-дикарбоновую кислоту. Полимеризованные остатки фталевой кислоты могут быть образованы при использовании в качестве исходного вещества фталевой кислоты или фталевого ангидрида. Толуолдиизоцианат (ТДИ) означает имеющийся в продаже продукт, продающийся под таким же названием, который в основном состоит из 2,4-изомера и содержит небольшие количества 2,6-изомера и, возможно, других изомеров.
Дифенилметандиизоцианат (МДИ) может представлять собой смесь 4,4'- и 2,4'-изомеров.
2
i
Предпочтительно, если дифункциональная алифатическая группа L содержит по меньшей мере 3 атома углерода; более предпочтительно не более 5 атомов углерода. Предпочтительно, если L обозначает насыщенную алифатическую группу. В одном предпочтительном варианте осуществления L также содержит один атом азота или атом кислорода. В одном предпочтительном варианте осуществления L обозначает -(CH)-, где i обозначает целое число, равное от 2 до 4, предпочтительно равное 3.
3
8
2
j
4
12
5
9
1
1
Содержащаяся в сложном полиэфирполиоле структура формулы (I) обычно образуется в результате реакции по меньшей мере одного из следующих: малеиновый ангидрид, малеиновая кислота и фумаровая кислота, с диолом или эпоксидом и последующей реакции полученного полиола с аминосиланом. Предпочтительно, если каждый диол представляет собой C-C-α,ω-дигидроксиалкан или алкиленгликоль {H(OCHCHR)OH, где j равно от 1 до 20 и R обозначает водород, метил или этил}. Предпочтительно, если аминосилан добавляют в количестве, достаточном для реакции со всеми полимеризованными звеньями малеиновой или фумаровой кислоты, чтобы полиол также содержал эти звенья в дополнение к звеньям формулы (I). Сложный полиэфирполиол также может содержать этерифицированные звенья других дикарбоновых кислот, предпочтительно C-C-дикарбоновых кислот, более предпочтительно С-С-дикарбоновых кислот. Предпочтительные дикарбоновые кислоты включают глутаровую кислоту, адипиновую кислоту, азелаиновую кислоту, себациновую кислоту, фталевую кислоту, терефталевую кислоту и изофталевую кислоту; особенно предпочтительными дикарбоновыми кислотами являются адипиновая кислота, азелаиновая кислота, себациновая кислота и изофталевая кислота.
n
Особенно предпочтительные диолы включают этиленгликоль, пропиленгликоль, 1,4-бутандиол, 1,4-гександиол, диэтиленгликоль, дипропиленгликоль и высшие олигомеры этилен- или пропиленгликоля (т.е. содержащие от 3 до 20 звеньев). Сложный полиэфирполиол необязательно включает триолы или тетраолы, например, триметилолэтан, триметилолпропан, пентаэритрит и глицерин. Предпочтительно, если высшие олигомеры этилен- или пропиленгликоля обладают M, равной от 140 до 600, более предпочтительно от 140 до 400, более предпочтительно от 190 до 360. Предпочтительно, если сложный полиэфирполиол содержит от 0,5 до 60 мас. % этерифицированных звеньев янтарной кислоты, замещенной аминосиланом (т.е. звеньев формулы (I)), от 5 до 74 мас. % этерифицированных звеньев малеиновой или фумаровой кислоты и от 25 до 85 мас. % этерифицированных остатков по меньшей мере одного диола; более предпочтительно от 2 до 50 мас. % этерифицированных звеньев янтарной кислоты, замещенной аминосиланом, от 20 до 68 мас. % этерифицированных звеньев малеиновой или фумаровой кислоты и от 30 до 75 мас. % этерифицированных остатков по меньшей мере одного диола; более предпочтительно от 5 до 35 мас. % этерифицированных звеньев янтарной кислоты, замещенной аминосиланом, от 30 до 60 мас. % этерифицированных звеньев малеиновой кислоты и от 35 до 65 мас. % этерифицированных остатков по меньшей мере одного диола; более предпочтительно от 10 до 25 мас. % этерифицированных звеньев янтарной кислоты, замещенной аминосиланом, от 30 до 50 мас. % этерифицированных звеньев малеиновой кислоты и от 40 до 60 мас. % этерифицированных остатков по меньшей мере одного диола. Предпочтительно, если сложный полиэфирполиол содержит не более 80 мас. % этерифицированных остатков триола в пересчете на полное количество диола и триола, более предпочтительно не более 60 мас. %, более предпочтительно не более 50 мас. %.
Предпочтительно, если сложный полиэфирполиол обладает гидроксильным числом, равным от 5 до 300 мг КОН/г; более предпочтительно равным не менее 10 мг КОН/г, более предпочтительно равным не менее 25, более предпочтительно равным не менее 50, более предпочтительно равным не менее 75, более предпочтительно равным не менее 100; предпочтительно равным не более 250 мг КОН/г, более предпочтительно равным не более 220, более предпочтительно равным не более 200.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения сложный полиэфирполиол обладает структурой, представленной формулой (II)
1
2
1
1
2
2
n
в которой R и R независимо обозначают водород, метил или этил; m равно от 1 до 15 и n равно от 2 до 20. Аминосилановый заместитель может быть присоединен к любой метиленовой группе, содержащейся в этерифицированном звене малеиновой кислоты. Полиол формулы (II) можно получить по реакции алкиленгликоля, H(OCHCHR)OH, с малеиновым ангидридом и последующей реакции полученной дикарбоновой кислоты с алкиленоксидом и последующей реакции с аминосиланом. Предпочтительно, если R обозначает водород или метил, более предпочтительно водород. Предпочтительно, если R обозначает водород или метил, более предпочтительно метил. Предпочтительно, если m равно от 2 до 12, более предпочтительно от 3 до 10, более предпочтительно от 4 до 8. Предпочтительно, если n равно от 3 до 15, более предпочтительно от 3 до 12, более предпочтительно от 4 до 10. Предпочтительно, если сложный полиэфирполиол содержит от 0,5 до 35 мас. % этерифицированных звеньев янтарной кислоты, замещенной аминосиланом (т.е. звеньев формулы (I)), от 5 до 44 мас. % этерифицированных звеньев малеиновой или фумаровой кислоты и от 50 до 85 мас. % этерифицированных остатков алкиленгликолей; более предпочтительно от 2 до 30 мас. % этерифицированных звеньев янтарной кислоты, замещенной аминосиланом, от 14 до 35 мас. % этерифицированных звеньев малеиновой или фумаровой кислоты и от 55 до 80 мас. % этерифицированных остатков алкиленгликолей; более предпочтительно от 5 до 28 мас. % этерифицированных звеньев янтарной кислоты, замещенной аминосиланом, от 15 до 30 мас. % этерифицированных звеньев малеиновой или фумаровой кислоты и от 57 до 75 мас. % этерифицированных остатков алкиленгликолей; более предпочтительно от 10 до 25 мас. % этерифицированных звеньев янтарной кислоты, замещенной аминосиланом, от 10 до 20 мас. % этерифицированных звеньев малеиновой или фумаровой кислоты и от 60 до 75 мас. % этерифицированных остатков алкиленгликолей.
4
12
2
12
2
12
2
12
4
12
5
9
4
12
4
12
4
12
4
12
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения сложный полиэфирполиол содержит этерифицированные остатки: (i) янтарной кислоты, замещенной аминосиланом (т.е. звенья формулы (I)), (ii) малеиновой или фумаровой кислоты, (iii) по меньшей мере одной С-С-дикарбоновой кислоты, отличающиеся от описывающихся формулой (I), малеиновой или фумаровой кислоты, и (iv) C-C-диола. C-C-Диолом может являться α,ω-дигидроксиалкан или алкиленоксид, или олигомер. Предпочтительные С-С-диолы включают этиленгликоль, пропиленгликоль, 1,4-бутандиол, 1,4-гександиол, диэтиленгликоль, дипропиленгликоль и олигомеры этилен- или пропиленгликоля (т.е. содержащие более двух звеньев). Предпочтительно, если сложный полиэфирполиол дополнительно содержит от 0 до 30 мас. % этерифицированных звеньев C-C-дикарбоновой кислоты, отличающихся от описывающихся формулой (I), малеиновой или фумаровой кислоты; более предпочтительно от 0 до 20 мас. %, более предпочтительно от 5 до 15 мас. %. Предпочтительно, если дикарбоновой кислотой является С-С-дикарбоновая кислота. Предпочтительно, если сложный полиэфирполиол содержит от 0,5 до 60 мас. % этерифицированных звеньев янтарной кислоты, замещенной аминосиланом (т.е. звеньев формулы (I)), от 10 до 74 мас. % этерифицированных звеньев по меньшей мере одной С-С-дикарбоновой кислоты, отличающихся от описывающихся формулой (I) (включая звенья малеиновой или фумаровой кислоты), и от 25 до 85 мас. % этерифицированных остатков по меньшей мере одного диола; более предпочтительно от 2 до 50 мас. % этерифицированных звеньев янтарной кислоты, замещенной аминосиланом, от 20 до 68 мас. % этерифицированных звеньев по меньшей мере одной С-С-дикарбоновой кислоты, отличающихся от описывающихся формулой (I), и от 30 до 75 мас. % этерифицированных остатков по меньшей мере одного диола; более предпочтительно от 5 до 35 мас. % этерифицированных звеньев янтарной кислоты, замещенной аминосиланом, от 30 до 60 мас. % этерифицированных звеньев по меньшей мере одной С-С-дикарбоновой кислоты, отличающихся от описывающихся формулой (I), и от 35 до 65 мас. % этерифицированных остатков по меньшей мере одного диола; более предпочтительно от 10 до 25 мас. % этерифицированных звеньев янтарной кислоты, замещенной аминосиланом, от 30 до 50 мас. % этерифицированных звеньев по меньшей мере одной С-С-дикарбоновой кислоты, отличающихся от описывающихся формулой (I), и от 40 до 60 мас. % этерифицированных остатков по меньшей мере одного диола.
2
n
1
В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения сложный полиэфирполиол получают постадийно, позволяя малеиновому ангидриду вступать в реакцию с олигомером алкиленгликоля, H(OCHCHR)OH, при температуре, равной от 80 до 150°C, предпочтительно равной от 90 до 140°C. Предпочтительно, если затем реакционную смесь нагревают при температуре, равной от 160 до 250°C, более предпочтительно равной от 200 до 225°C. Продолжительность реакции, разумеется, будет меняться в зависимости от других условий и ее легко может определить специалист в данной области техники, но обычно она находится в диапазоне от 5 до 30 ч, предпочтительно от 12 до 25 ч. Предпочтительно, если давление при проведении реакции примерно равно атмосферному давлению (примерно 100 кПа), хотя для содействия удалению воды, образующейся при реакции этерификации, также можно использовать пониженное давление. Предпочтительно, если катализатор реакции этерификации/переэтерификации содержится в количестве, составляющем не более 0,2 мас. %, более предпочтительно не более 0,05 мас. %. Эти катализаторы хорошо известны в данной области техники и включают катализаторы на основе олова, титана, висмута и циркония. Предпочтительными являются катализаторы на основе олова, в особенности трис-алканоаты алкилолова и гидроксибутилоксид олова, но также можно использовать титанаты, например, тетра-алкоксититанаты, или алканоаты висмута или их смеси.
Предпочтительно, если включенный в двухкомпонентную полиуретановую систему полиольный компонент содержит не менее 0,5 мас. % сложного полиэфирполиола, содержащего по меньшей мере одно этерифицированное звено формулы (I), более предпочтительно не менее 5 мас. %, более предпочтительно не менее 10 мас. %, более предпочтительно не менее 20 мас. %. Предпочтительно, если полиольный компонент содержит не более 99 мас. % полиола, не содержащего по меньшей мере одно этерифицированное звено формулы (I), более предпочтительно не более 95 мас. %, более предпочтительно не более 90 мас. %, более предпочтительно не более 80 мас. %. Предпочтительно, если аминосилан добавляют к полиольному компоненту и он вступает в реакцию in situ с этерифицированными звеньями малеиновой кислоты.
n
Предпочтительно, если содержащий концевую изоцианатную группу преполимер содержит полимеризованные остатки МДИ и/или ТДИ, и гликоля или полиола. Предпочтительно, если в содержащем концевую изоцианатную группу преполимере не менее 80 мас. % полимеризованных остатков изоцианатов являются остатками МДИ и ТДИ, более предпочтительно не менее 85 мас. %, более предпочтительно не менее 90 мас. %, более предпочтительно не менее 95 мас. %. Предпочтительно, если не менее 50 мас. % остатков МДИ являются остатками 4,4'-изомера, более предпочтительно не менее 70 мас. %, предпочтительно не менее 80 мас. %, более предпочтительно не менее 90 мас. %, более предпочтительно не менее 95 мас. %. Дифункциональный ароматический изоцианат смешивают с полиолом и получают содержащий концевую изоцианатную группу преполимер. Предпочтительно, если содержащий концевую изоцианатную группу преполимер содержит от 1 до 21 мас. % изоцианатных групп, более предпочтительно от 2 до 18 мас. %, более предпочтительно от 3 до 15 мас. %. Содержащий концевую изоцианатную группу преполимер необязательно содержит полимеризованные остатки гликоля, обладающего Мп, равной от 300 до 3500, в количестве, составляющем не более 85 мас. %, предпочтительно не более 70 мас. %, более предпочтительно не более 50 мас. %, более предпочтительно не более 40 мас. %, предпочтительно в количестве, составляющем не менее 10 мас. %, более предпочтительно не менее 20 мас. %, более предпочтительно не менее 30 мас. %. Предпочтительно, если М равна не менее 400, более предпочтительно не менее 600, более предпочтительно не менее 900; предпочтительно, если она равна не более 17000, более предпочтительно не более 4500, более предпочтительно не более 3000. Предпочтительно, если гликоль содержит полимеризованные остатки этиленгликоля, пропиленгликоля, бутиленгликоля, 1,4-бутандиола или их смесь, предпочтительно содержит полиэтиленгликоль, полипропиленгликоль или их смесь. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения полиол, который смешивают с изоцианатным компонентом, представляет собой по меньшей мере один из дифункциональных или трифункциональных полимеров этиленоксида, пропиленоксида или их комбинацию.
В двухкомпонентной уретановой системе отношение количества изоцианатных групп к количеству групп, реакционноспособных по отношению к изоцианатным группам, может меняться так, как это необходимо, предпочтительно при молярном отношении (группы NCO)/(группы OH), находящемся в диапазоне от 0,9:1 до 2:1. Предпочтительно, если молярное отношение (группы NCO)/(группы OH) составляет от 1:1 до 1,8:1, альтернативно от 1,1:1 до 1,6:1, альтернативно от 1,2:1 до 1,4:1.
Предпочтительно, если до нанесения покрытия на подложку компоненты двухкомпонентной уретановой системы разбавляют растворителем. При использовании в настоящем изобретении термин "растворитель" означает вещество, которое является жидкостью при 25°C и при атмосферном давлении обладает температурой кипения, равной не более 100°C. Предпочтительно, если объединенные компоненты системы, наносимые на подложку, содержат 45-60 мас. % твердых веществ, более предпочтительно 46-57 мас. %, более предпочтительно 47-55 мас. %, более предпочтительно 48-53 мас. %. Подходящие растворители включают этилацетат, метилацетат и метилэтилкетон. Особенно предпочтительным является этилацетат.
Предпочтительно, если два компонента уретановой системы смешивают с использованием подходящего смесителя (например, механического смесителя с электрическим, пневматическим или другим приводом, или статического смесителя) до или в ходе нанесения на подложку с получением клеящего вещества. Таким образом, изоцианатный компонент обычно упаковывают отдельно от полиольного компонента. Смешивание можно провести в любой подходящий момент времени до проведения ламинирования. Все стадии, предлагаемые в настоящем изобретении, можно провести при температуре окружающей среды или при температуре, превышающей температуру окружающей среды. Например, два компонента можно нагреть непосредственно перед смешиванием и наносить при повышенной температуре в ходе нанесения покрытия и проведения ламинирования. Предпочтительно, если температура не превышает 65°C. Полученный ламинат при необходимости можно нагревать или охлаждать. Предпочтительно, если с помощью формного цилиндра смешанную клеящую композицию наносят на пленку, которую затем ламинируют со второй пленкой.
Двухкомпонентная уретановая система применима для склеивания вместе от 2 до 5 подложек. Подложки могут представлять собой одинаковые материалы или разные материалы. Предпочтительно, если слой клеящего вещества наносят на первый слой подложки и полученный слой клеящего вещества покрывают вторым слоем подложки и получают ламинированное изделие, в котором две подложки склеены вместе высушенным слоем клеящего вещества. Для получения трех- или четырехслойных ламинатов на этот ламинат можно нанести третий и четвертый слои пленки. Предпочтительно, если слои подложек поставляются в виде рулонов материалов подложки. Листы могут обладать толщиной порядка от 0,5 до 10 мил (от 0,0127 до 0,254 мм). Также можно использовать листы, обладающие большей толщиной, а также меньшей толщиной (например, порядка 5 мкм или более).
2
i
Предпочтительно, если в клее, включающем содержащий концевую изоцианатную группу преполимер, содержащий этерифицированные звенья формулы (I), дифункциональная алифатическая группа L содержит по меньшей мере 3 атома углерода; более предпочтительно не более 5 атомов углерода. Предпочтительно, если L обозначает насыщенную алифатическую группу. В одном предпочтительном варианте осуществления L также содержит один атом азота или кислорода. В одном предпочтительном варианте осуществления L обозначает -(CH)-, где i обозначает целое число, равное от 2 до 4, предпочтительно равное 3. Предпочтительно, если содержащий концевую изоцианатную группу преполимер получают из сложного полиэфирполиола, содержащего по меньшей мере одно этерифицированное звено формулы (I), описанное в настоящем изобретении, и диизоцианат, описанный в настоящем изобретении, и необязательно другой сложный полиэфирполиол, описанный в настоящем изобретении. Предпочтительно, если содержащий концевую изоцианатную группу преполимер содержит от 0,5 до 18 мас. % изоцианатных групп, более предпочтительно от 1 до 12 мас. %, более предпочтительно от 2 до 6 мас. %.
Композиции, предлагаемые в настоящем изобретении, можно наносить на необходимые подложки по обычным методикам нанесения, таким как ротационная глубокая печать, флексографическая печать, обычное или безвоздушное распыление, нанесение покрытия валиком, нанесение покрытия щеткой, нанесение покрытия стержнем, обмотанным проволокой, нанесение покрытия ножевым устройством, или по методикам нанесения покрытия, таким как нанесение покрытия наливом, обливом, электростатическим распылением, раскатным диском и погружением. Покрытие из клеящего вещества можно наносить на всю поверхность или только на ее часть, например, по краю или с промежутками. Клеящее вещество является особенно привлекательным для применения для упаковки и герметизации при использовании ламинированных пластмассовых пленок, металлических пленок или металлизированных пластмассовых пленок. Особенно предпочтительные пленки включают пленки из полиэтилена низкой плотности, полиэтилена высокой плотности, полипропилена (полученные литьем, ориентированным формованием раздувом, двухосной вытяжкой), нейлона, полистирола, пленки, полученные совместной экструзией, пленки из сложного полиэфира, пленки (из сложного полиэфира, нейлона и т.п.), содержащие керамическое (SiOx, AlOx) покрытие, пленки (из сложного полиэфира, нейлона и т.п.), содержащие покрытие из полиакриловой кислоты, пленки, содержащие покрытие из поливинилиденхлорида, металлизированные пленки (из сложного полиэфира, полипропилена и т.п.).
ПРИМЕРЫ
Если не указано иное, вязкости измеряли с помощью вискозиметра Брукфилда, работающего при температуре, равной примерно 25°C, и снабженного принадлежностями, подходящими для исследуемых диапазонов вязкостей. Смолы получали так, описано в приведенных ниже методиках.
Пример 1.
Получение сложной полиэфирной смолы
1. Компоненты 1-3 загружали в реактор, снабженный мешалкой, термопарой, патрубком для подачи азота, фракционирующей колонной с паровой рубашкой и холодильником для сбора воды, отгоняющейся из реактора. В течение всего времени проведения реакции через свободное пространство реактора медленно пропускали азот.
2. Гетерогенную смесь нагревали до 100-120°C. Внешнее нагревание уменьшали и вследствие выделения тепла при проведении реакции температура повышалась примерно до 130°C. Температуру поддерживали равной 120-130°C в течение 0,25-0,50 ч.
3. Содержащую смолу смесь постепенно нагревали до 225°C. Примерно при 190°C начинала отгоняться вода. После того, как собирали воду в количестве, составляющем 85-95% от теоретического, из реактора периодически отбирали образцы и определяли вязкость (с помощью вискозиметра с конусом и пластинкой при 100°C) и кислотное число. Когда кислотное число становилось равным менее 20 мг КОН/(г образца), создавали вакуум и отгонку продолжали при пониженном давлении. Изначально давление устанавливали равным 450 торр. Давление постепенно понижали до равного примерно 25 торр. Давление поддерживали равным примерно 20-30 торр и температуру поддерживали равной 225°C до тех пор, пока кислотное число не становилось равным менее 2,0 мг КОН/(г образца).
4. Продукт охлаждали и объединяли с этилацетатом.
Смола обладала следующими характеристиками: содержание твердых веществ: 74,7%, OHN* = 24 мг КОН/г; кислотное число (КЧ*) = 1,4, OHN = 24; вязкость при 25°C: 814 мПа⋅c.
*OHN = Гидроксильное число, определенное по методике, соответствующей стандарту ASTM Е1899-08;
КЧ = Кислотное число, определенное по методике, соответствующей стандарту ASTM D3644-06 (American Society for testing and Materials, Conshohocken, PA, USA).
Пример 2. Получение сложной полиэфирной смолы
1. Компоненты 1-3 загружали в реактор, снабженный мешалкой, термопарой, патрубком для подачи азота, фракционирующей колонной с паровой рубашкой и холодильником для сбора воды, отгоняющейся из реактора. В течение всего времени проведения реакции свободное пространство реактора медленно продували азотом.
2. Гетерогенную смесь нагревали до 100-120°C. Внешнее нагревание уменьшали и вследствие выделения тепла при проведении реакции температура повышалась примерно до 130°C. Температуру поддерживали равной 120-130°C в течение 0,25-0,50 ч.
3. Содержащую смолу смесь постепенно нагревали до 225°C. Примерно при 190°C начинала отгоняться вода. После того, как собирали воду в количестве, составляющем 85-95% от теоретического, из реактора периодически отбирали образцы и определяли вязкость (с помощью вискозиметра с конусом и пластинкой при 100°C) и кислотное число. Когда кислотное число становилось равным менее 20 мг КОН/(г образца), создавали вакуум и отгонку продолжали при пониженном давлении. Изначально давление устанавливали равным 450 торр. Давление постепенно понижали до равного примерно 25 торр. Давление поддерживали равным примерно 20-30 торр и температуру поддерживали равной 225°C до тех пор, пока кислотное число не становилось равным менее 2,0 мг КОН/(г образца).
4. Продукт охлаждали и объединяли с этилацетатом.
Смола обладала следующими характеристиками: до добавления растворителя: кислотное число = 1,7 мг КОН/г; вязкость, определенная с помощью вискозиметра с конусом и пластинкой при 100°C: 2080 мПа⋅с. После добавления этилацетата: содержание твердых веществ: 75,5%, OHN = 27 мг КОН/г; кислотное число = 1,2; вязкость при 25°C: 750 мПа⋅с.
Пример 3. Получение смеси содержащего гидроксигруппу (гидроксиэтильную группу) акрилата и полиола
n
w
В баках при перемешивании готовили смесь A и смесь B. Каждую смесь перемешивали в течение не менее 30 мин. Если необходимо полностью растворить VAZO 64, то может потребоваться более длительное перемешивание смеси В. В реактор, снабженный нагревательным/охлаждающим кожухом и обратным холодильником, загружали 896,8 фунта (408 кг) полиола VORANOL 230-238 (Dow Chemical Co.). В течение всего времени проведения реакции реактор медленно продували азотом. При перемешивании смесь нагревали до 80°C. Смесь выдерживали при 80°C в течение 30 мин. Начинали загрузку смеси B при скорости загрузки, равной 0,25 фунт/мин (0,11 кг/мин), и загрузку продолжали в течение 30 мин. Продолжая загрузку смеси B, начинали загрузку смеси A при скорости загрузки, равной 0,75 фунт/мин (0,34 кг/мин), и загрузку продолжали в течение 1 ч. Продолжая загрузку смеси B, увеличивали скорость загрузки смеси A до равной 1,5 фунт/мин (0,68 кг/мин) и загрузку продолжали в течение 8 ч. Загрузку смесей A и В завершали примерно в одно и то же время. В реактор загружали 224,2 фунта (102 кг) VORANOL 230-238 и трубопровод для загрузки смеси B промывали с помощью 10 фунтов (4,5 кг) ацетона. Реактор переводили из режима кипячения с обратным холодильником в режим перегонки, в реакторе создавали вакуум и смесь нагревали при 135°C. Вакуумную перегонку продолжали в течение 1 ч. Начинали продувку основания реактора азотом. Продувку реактора азотом и перегонку в вакууме продолжали в течение 10 ч. Продукт охлаждали до температуры, равной 50°C или менее, затем упаковывали. Вязкость продукта составляла 2155 мПа⋅с; OH число = 176 мг КОН/(г образца); M = 14200, M = 27000.
Пример 4. Получение смеси, содержащей сложную полиэфирную смолу
В реактор при перемешивании помещали компонент 1. Если реактор был еще теплым после получения сложного полиэфира, его охлаждали до температуры, равной <60°C. При перемешивании к раствору смолы добавляли компоненты 2 и 3 и энергичное перемешивание продолжали в течение 30 мин. Акриловая смола не растворялась полностью, но образовывалась стабильная мутная дисперсия.
Пример 5. Получение сложной полиэфирной смолы, содержащей малеат
1. Мономеры и катализатор (компоненты 1-5) загружали в 4-горлую колбу объемом 5 л, снабженную мешалкой, термопарой/терморегулятором, патрубком для ввода/вывода азота и насадкой для перегонки/холодильником.
2. Во время перегонки при атмосферном давлении реактор медленно продували азотом.
3. Температуру постепенно повышали и примерно при 160°C начинали собирать водный дистиллят. Температуру повышали до 225°C и такую температуру поддерживали до тех пор, пока не собирали воду в количестве, составляющем 85-95% от теоретического.
4. К реактору присоединяли вакуумный насос и давление понижали до равного примерно 500 мм рт.ст. В течение примерно 1 ч давление постепенно понижали до равного 300 мм рт.ст. Температуру, равную 225°C, и давление, равное 300 мм рт.ст., поддерживали в течение еще 1 ч. Исследовали образец продукта и получали следующие характеристики: кислотное число = 1,8 мг КОН/г, OHN = 179 мг КОН/г и вязкость, определенная с помощью вискозиметра с конусом и пластинкой при 100°C: 81,25 мПа⋅с.
Пример 6. Получение сложной полиэфирной смолы
Сложную полиэфирную смолу получали с использованием изофталевой кислоты, диэтиленгликоля, этиленгликоля, адипиновой кислоты и катализатора (компоненты 1-5) путем нагревания при 225°C и удаления воды путем перегонки так, как описано в приведенных выше примерах. Продукт обладал следующими характеристиками: кислотное число = 1,1 мг КОН/г; гидроксильное число = 57,1 мг КОН/г.
2
2
2
2
Пример 7. Сложный полиэфир-простой полиэфирполиол (WO 2013053555 A2, "Hybrid polyester-polyether polyols for improved demold expansion in polyurethane rigid foams" Jorge Jimenez, Pavel L. Shutov, William N. Felsted, Melissa M. Rose, Davide Micheletti) 2011,0 г (7,89 моля) триола простого полиэфирполиола VORANOL* CP260, 1520,4 г (10,25 моля) фталевого ангидрида и 0,20 г 2-этил-4-метилимидазола (51 част./млн ЭМИ в пересчете на массу продукта) перемешивали в реакторе алкоксилирования объемом 5 л, изготовленном из нержавеющей стали. При перемешивании со скоростью 50 об/мин реакционную смесь 10 раз продували азотом (N) при давлении, равном 6 бар (600 кПа). Реактор термостатировали при 130°C при давлении N, равном 6 бар. Полученная суспензия постепенно растворялась в реакторе и становилась в основном жидкой после пребывания в реакторе при этой температуре в течение 0,5 ч. Скорость перемешивания постепенно увеличивали от равной 50 до равной 200 об/мин. Содержимое реактора перемешивали в течение еще 1,5 ч. Давление N в реакторе понижали до равного 1,0 бар и скорость перемешивания увеличивали до равной 300 об/мин. В реактор со скоростью, равной 15 г/мин, в течение 85 мин загружали ПО (пропиленоксид) (1246,0 г, 21,46 моля). Сразу же начиналась реакция, сопровождающаяся выделением тепла. После завершения загрузки полное давление в реакторе достигало 4,9 бар (490 кПа). Дополнительно проводили гидролиз в течение 3,0 ч. Полное давление в реакторе понижалось до равного 4,9 бар (490 кПа). Температуру в реакторе уменьшали до равной 100°C. 6,80 г 10% Раствора трифторсульфоновой кислоты (142 част./млн ТФК в пересчете на массу продукта) в этаноле вводили в реактор с помощью находящегося под давлением баллона из нержавеющей стали, присоединенного к реактору. Сразу же происходило падение давления в реакторе и наблюдалось выделение тепла. После завершения этой загрузки проводили гидролиз в течение 30 мин. Остаточное давление азота сбрасывали; реакционную смесь 10 раз продували с помощью N при давлении, равном 6 бар (600 кПа). Гидроксид калия (7,16 г, 0,5 моль/л раствора в этаноле) вводили в реактор с помощью находящегося под давлением баллона из нержавеющей стали, присоединенного к реактору, для нейтрализации оставшейся трифторсульфоновой кислоты. Затем продукт очищали в вакууме при 120°C в течение 1 ч. Получали бесцветную вязкую жидкость.
3
n
w
n
Полученный гибридный сложный полиэфир-простой полиэфирполиол обладал следующими характеристиками: ОН число: 276 мг КОН/г; вязкость при 25°C: 31700 мПа⋅с; плотность при 25°C: 1,156 г/см; pH: 5,9; M = 460 г/моль, M/M = 1,17.
Пример 8. Получение сложного полиэфира-простого полиэфирполиола, содержащего малеат
Использовали общую методику, описанную в примере 7, за исключением того, что для получения сложного эфира 2 моля малеинового ангидрида вводили в реакцию с 1 молем полиэтиленгликоля, обладающего молекулярной массой, равной 300. Добавляли 6 молей пропиленоксида и реакцию проводили при 140°C с использованием 220 част./млн катализатора на основе двойных цианидов металлов (ДЦМ), выпускающегося фирмой Bayer (ARCOL catalyst 3, сухой) и 320 част./млн три-втор-бутоксида алюминия, выпускающегося фирмой Aldrich Chem. Со. (регистрационный № CAS 2269-22-9). Результаты анализа продукта: OHN = 135 мг КОН/(г образца); плотность при 25°C: 1,148 кг/л; вязкость, определенная с помощью вискозиметра с конусом и пластинкой при 25°C: 1930 мПа⋅с.
Пример 9. Получение содержащего концевую изоцианатную группу сореагента
1. Компонент 1 помещали в сушильный шкаф при 50°C, чтобы расплавить МДИ. Расплавленный МДИ загружали в сухой реактор, который был нагрет в сушильном шкафу при 50°C. В течение всего времени проведения реакции в реакторе создавали атмосферу сухого азота.
2. В реактор при перемешивании загружали смесь компонентов 2 и 3 и содержащую смолу смесь выдерживали при 50-60°C в течение 30 мин.
3. Реакционную смесь нагревали до 80°C и выдерживали при 80°C в течение 2 ч.
4. Смолу охлаждали до 60°C и добавляли компоненты 4 и 5 и тщательно перемешивали.
5. Смолу охлаждали до 50-60°C, фильтровали и упаковывали.
Продукт обладал следующими характеристиками: содержание твердых веществ: 85%, вязкость при 25°C: 340 мПа⋅с, и содержание NCO (%) = 12,5% (содержание NCO (%) определенное по методике, соответствующей стандарту ASTM D2572-97).
Пример 10. Получение преполимера из сложного полиэфира
1. В реакторе при перемешивании объединяли компоненты 1-3.
2. В реакторе создавали атмосферу сухого азота и постепенно нагревали до 80°C.
3. После выдерживания при 80°C в течение 1 ч продукт охлаждали, фильтровали и упаковывали.
Результаты анализа: содержание NCO (%), определенное с помощью титрования: 2,7%, содержание твердых веществ: 75,6%, вязкость при 25°C: 3450 мПа⋅с.
Пример 11. Продукты, полученные путем добавления 3-аминопропилтриэтоксисилана (АПТЭС) к сложному полиэфиру примера 5
Смеси получали путем добавления 3-аминопропилтриэтоксисилана (Dynasylan АМЕО, выпускающийся фирмой Evonic Industries AG) к сложному полиэфиру, полученному в примере 5 [примерно 0,0029 моля малеинового ангидрида (МА)/(г сложного полиэфира)], при отношении количеств, указанных в таблице 1. Смеси АПТЭС и сложного полиэфира примера 5 объединяли с преполимером примера 9. Внешний вид смеси после объединения указан в таблице 1.
При добавлении 3-аминопропилтриэтоксисилана (DYNASYLAN АМЕО, выпускающийся фирмой Evonic Industries, AG) или смесей AMEO с обычными сложными полиэфирами, такими как описанные в примере 1, примере 2 или примере 6, к обычным преполимерам, использующимся в качестве сореагентов для клеев (например, соединение примера 9), быстро образуется белый осадок. Вероятно, это происходит вследствие быстро протекающей реакции амина с изоцианатом и образования нерастворимых производных мочевины. Однако, если 3-аминопропилтриэтоксисилан предварительно смешивают с содержащим малеат сложным полиэфиром (соединение примера 5), то получают прозрачную смесь при условии, что используют молярный избыток малеата по сравнению с аминосиланом.
Примечание: вязкость смесей АПТЭС/сложный полиэфир, полученных в примере 11, повышается с течением времени и через 2 недели они образуют гель. Однако, если эти смеси добавляют к другим сложным полиэфирам, таким как полученные в примере 1, примере 4 и примере 6, и получают растворы, содержащие 0,1-1% АПТЭС, то смеси остаются прозрачными и стабильными в течение месяцев. Альтернативно, содержащий малеат сложный полиэфир и АПТЭС можно добавить непосредственно к полиольному компоненту двухкомпонентного клея. При этом образуется стабильный раствор, в котором не происходит заметного увеличения вязкости или образования нерастворимого вещества при выдерживании.
Пример 12. Смеси 3-аминопропилтриэтоксисилана и сложного полиэфира-простого полиэфира примера 8.
При перемешивании при температуре окружающей среды сложный полиэфир-простой полиэфир и АПТЭС объединяли при отношении количеств, указанных в таблице 2. Температура образцов (в особенности образца 12 В) увеличивалась (не измеряли) и их перемешивали. При объединении образцов A и B с компонентом клея - содержащим концевую изоцианатную группу преполимером получали прозрачные растворы. Вязкость этих продуктов не увеличивалась так быстро, как вязкость смесей, полученных в примере 11, и при разбавлении полиольным компонентом клея с обеспечением 0,1-1% АПТЭС получали стабильные растворы.
Пример 13. Получение и исследование ламинатов
Получение ламината (типичная методика)
Исследовали следующие пленки: полиэтилентерефталатная пленка (48 LBT, 92 LBT) толщиной 12 или 24 мкм; предварительно ламинированная пленка, изготовленная из полиэтилентерефталата (ПЭТФ, толщина 12 мкм), ламинированная с мягкой предназначенной для ламинирования алюминиевой фольгой AMCOR (толщина 9 мкм) с использованием ADCOTE 550/COREACTANT F (Dow Chemical Co.) [эту ламинатную структуру приобретали у фирмы AMPAC Company, Cary, IL, и она обозначена, как "предварительно ламинированная пленка" или ПЭТФ-А1]; полиэтиленовая пленка, содержащая большое количество добавки, улучшающей скольжение (GF 19), и герметизирующая полиэтиленовая пленка Pliant 808.24, выпускающаяся фирмой Berry Plastics. Образцы пленок разрезали на части размером примерно 9×12 дюймов (23×30 см). Пленки, для которых это было необходимо, обрабатывали коронным разрядом для обеспечения поверхностной энергии, равной 36 дин/см или более. Вторую пленку помещали на резиновую подложку ламинатора (обработанной стороной вверх). Полоску бумаги шириной, равной примерно 5 см, и длиной, равной 20 см, помещали вдоль оси пленки, чтобы получить неламинированную область, необходимую для разделения пленок для проведения исследования по отслаиванию. Два компонента клея объединяли и разбавляли до обеспечения содержания твердых веществ, равного 30-50%.
2
Первую пленку прикрепляли к твердой плоской поверхности (обработанной стороной вверх). На алюминиевую сторону ламината ПЭТФ-А1 или на сложную полиэфирную пленку (первая пленка) стержнем, обмотанным проволокой Meyer, наносили клей. Плотность покрытия составляла примерно 2,75-3,0 г/м. При необходимости для обеспечения необходимой плотности покрытия регулировали концентрацию клея. Из клея выпаривали растворитель путем выдерживания пленки с покрытием в сушильном шкафу с принудительной вентиляцией при 80°C в течение примерно 30 с. Первую пленку снимали с пластины и верхнюю поверхность пленки (содержащей клей стороной вниз) соединяли с верхней поверхностью второй пленки, находящейся на подложке ламинатора. Валок ламинатора с масляным обогревом (примерно 82°C) пропускали над пленками, приводя первую пленку в соприкосновение со второй пленкой и ламинируя две пленки вместе. Начальную прочность связывания или прочность связывания до отверждения определяли сразу после получения ламината. Листы помешали между двумя твердыми поверхностями (например, стальными пластинами) и к верхнему листу прикладывали нагрузку, достаточную для поддержания листов ламината сжатыми вместе до завершения отверждения. Проводили исследование прочности связывания при расслаивании Т-образного соединения при 90° для образцов ламината, разрезанных на полоски шириной 15 мм или 25,4 мм (1 дюйм) и растянутых с использованием прибора Thwing Albert Tester при скорости, равной 10 дюйм/мин (25,4 см/мин). Если происходило разъединение двух пленок ламината (расслаивание), то определяли среднее значение усилия во время растяжения. Если одна из пленок растягивалась или разрушалась, то определяли максимальное усилие или усилие при разрыве. Значения являлись средними значениями, полученными при исследовании трех отдельных полосок образцов.
Для описания ламинатов и результатов исследования в таблицах использовали следующие сокращения: В структурах ламинатов первая пленка (пленка, на которую наносили клей) указана слева и вторая пленка (обычно герметизирующая ПЭ (полиэтиленовая) пленка) указана справа. Например, ПЭТФ-А1/808.24 означает, что клей наносили на алюминиевую сторону ПЭТФ-А1 "предварительно ламинированной пленки" и затем ламинировали с ПЭ пленкой 808.24, выпускающейся фирмой Berry Plastics. Режим разрушения (РРШ) показывает, где оставался клей после расслаивания ламината, или что пленка разрушалась (РЗШ обозначает разрушение), или что клей поддерживал пленки соединенными вместе и ПЭ пленка растягивались при растяжении образца (РП обозначает растяжение пленки). В этих случаях определяли максимальное усилие. Если клей оставался на первой пленке и не прилипал ко второй пленке, то для адгезионного разрушения использовали сокращение АР. Если после исследования на отслаивание клей находился на второй пленке, а не на первой пленке, то для адгезионного переноса от первой ко второй пленке использовали сокращение АП. Если клей находился на обеих пленках, то для разрыва клеевого слоя использовали сокращение РК. В случае РК, АР или АП определяли среднее значение усилия при исследовании на отслаивание. Режим разрушения определяли визуально. В некоторых случаях может оказаться затруднительным точно определить местоположение клея, но приводили наилучшую оценку.
Методика исследования прочности при кипячении
Из пленок вырезали прямоугольники подходящего размера, чтобы получить готовые пакеты, обладающие внутренним размером 4×6 дюйма (10×15 см) (или вырезали прямоугольник, обладающий вдвое большим размером, и его сгибали).
2
Условия работы аппарата для термосклеивания устанавливали таким образом, чтобы обеспечить получение прочного шва при термосклеивании (например, 350°F/1 с/40 фунт-сила/дюйм; 177°C/1 с/2,76 кПа). Проводили термосклеивание нижней и боковых сторон прямоугольных кусков или нижней и боковой стороны более большого прямоугольного куска.
Пакеты заполняли с помощью 100±5 мл соуса состава 1:1:1 (смесь кетчупа, уксуса и растительного масла при одинаковых выраженных в мас. част. количествах). Избегали разбрызгивания наполнителя в область термосклеивания, поскольку в противном случае шов будет непрочным. После завершения заполнения осторожно заклеивали верхнюю сторону пакета таким образом, чтобы свести к минимуму попадание воздуха внутрь пакета.
Проверяли прочность шва на всех сторонах пакетов для обеспечения возможности проведения исследования прочности при кипячении. Сомнительные пакеты выбрасывали и готовили новые для замены.
Кастрюлю заполняли водой на 2/3 ее объема и воду доводили до кипения. Использовали плитку такого размера, чтобы обеспечить кипячение с пакетами в течение 1 ч. При проведении исследования следили за тем, чтобы в кастрюле оставалось достаточное для кипячения количество воды и предупреждали ее выпаривание досуха. Для сведения к минимуму потерь воды и пара использовали крышку.
Пакет (пакеты) осторожно помещали в кипящую воду и выдерживали в течение 1/2 ч. После завершения процедуры регистрировали каналы, области расслаивания или протекания, образовавшиеся в дополнение к уже существующим трещинам.
Пакет разрезали по нижней стороне (погруженная сторона) и из него удаляли содержимое. При необходимости пакет промывали водой с мылом. Вырезали полоску размером 1 дюйм и с помощью прибора для испытания на растяжение исследовали адгезионную прочность ламината. Если не указано иное, то исследование проводили сразу после удаления содержимого из пакетов. Осматривали внутреннюю часть пакета для регистрации других видимых повреждений.
Получение клея
Образцы клеев, приведенные в таблице 3, получали путем объединения сложного полиэфира, полученного в примере 4, с указанными в таблице добавками, затем добавляли растворитель и получали необходимую конечную концентрацию, затем добавляли содержащий изоцианат компонент (компонент В) и перемешивали в течение примерно 15 мин. Ламинаты получали так, как это описано выше. Из таблицы 3 видно, что с помощью всех клеящих смесей получают ламинаты, обладающие хорошей адгезией, но по данным исследования прочности при кипячении клеящие смеси, содержащие аминосилан/аддукт малеата со сложным полиэфиром (примеры 13B, C) обеспечивают улучшенную устойчивость по отношению к пищевому имитатору (соус состава 1/1/1) и обладают лучшими характеристиками, чем клеящая смесь сравнительного примера 13А (без добавления силана).
Пример 14. Получение содержащего МДИ преполимера с добавлением АПТЭС
1. Компонент 1 (МДИ) помещали в сушильный шкаф и выдерживали при 50°C до расплавления. В сушильный шкаф при 50°C также помещали 4-горлую колбу. Прозрачную расплавленную жидкость отвешивали в теплую 4-горлую колбу.
2. Колбу помешали в колбонагреватель и снабжали мешалкой, термопарой (присоединенной к регулятору колбонагревателя) и патрубком для ввода/вывода сухого азота, которым непрерывно медленно продували колбу.
3. Добавляли полиолы VORANOL (Dow Chemical Co.) и DYNASYLAN АМЕО (Evonic Co.), компоненты 2-4, и получали белую мутную смесь.
4. Температуру нагревателя устанавливали равной 50°C, но вследствие выделения тепла при проведении реакции температура повышалась примерно до 90°C за 20-30 мин. Температуре в течение 15-20 мин давали понизиться до 80°C.
5. Реакционную смесь выдерживали при 80°C в течение 30 мин. В течение этого времени смесь становилась прозрачной, за исключением содержания в вязкой жидкости небольшого количество пены. Отбирали образец и исследование показывало, что содержание NCO составляло 13,2%.
Пример 15. Получение содержащего МДИ преполимера по аналогии с примером 14, но без добавления АПТЭС
Компонент 1 расплавляли путем нагревания в сушильном шкафу при 50°C, затем помещали в металлическую банку для краски, нагретую до 50°C. Добавляли полиолы VORANOL (компоненты 2-3) и смесь перемешивали в течение нескольких минут. Банку продували сухим азотом, герметизировали и помещали в сушильный шкаф и выдерживали при 50°C в течение ночи. Вязкость измеряли с помощью реометра ТА Instruments AR 2000 с использованием параллельных пластинок диаметром 25 мм в режиме колебаний при частоте, равной 1 Гц. Вязкость составляла 149,4 Па⋅с при 25°C и 1,24 Па⋅с при 70°C.
Пример 16. Получение содержащего МДИ преполимера по аналогии с примером 14, но с добавлением сложного полиэфира примера 5, содержащего малеат.
1. Полиолы VORANOL (Dow Chemical Co.), сложный полиэфир примера 5 и DYNASYLAN АМЕО (Evonic Co.), компоненты 1-4, помешали в 4-горлую колбу объемом 500 мл, снабженную мешалкой, термопарой (присоединенной к регулятору колбонагревателя) и патрубком для ввода/вывода сухого азота, которым непрерывно медленно продували колбу.
2. Компонент 5 (МДИ) помещали в сушильный шкаф и выдерживали при 50°C до расплавления. Расплавленную жидкость одной порцией добавляли в колбу.
3. Температура смеси составляла 40°C и температуру нагревателя устанавливали равной 40°C, но вследствие выделения тепла при проведении реакции температура повышалась примерно до 80°C за 20-30 мин.
4. Реакционную смесь выдерживали при 80°C в течение 20-30 мин. В течение этого времени смесь становилась прозрачной и бледно-желтой, за исключением содержания в вязкой жидкости небольшого количество пены. Отбирали образец и исследование показывало, что содержание NCO составляло 13,6%.
Продукт собирали и вязкость измеряли с помощью реометра ТА Instruments AR 2000 с использованием параллельных пластинок диаметром 25 мм в режиме колебаний при частоте, равной 1 Гц. Вязкость составляла 117,1 Па⋅с при 25°C и 1,18 Па⋅с при 70°C.
Пример 17. Получение преполимера по аналогии с примером 16, но без добавления АПТЭС
Компонент 1 расплавляли путем нагревания в сушильном шкафу при 50°C, затем помещали в металлическую банку для краски, нагретую до 50°C. Добавляли полиолы VORANOL (компоненты 2-3) и сложный полиэфир примера 5 и смесь перемешивали в течение нескольких минут. Банку продували сухим азотом, герметизировали и помещали в сушильный шкаф и выдерживали при 50°C в течение ночи. Вязкость измеряли с помощью реометра ТА Instruments AR 2000 с использованием параллельных пластинок диаметром 25 мм в режиме колебаний при частоте, равной 1 Гц. Вязкость составляла 123,9 Па⋅с при 25°C и 1,25 Па⋅с при 70°C.
Пример 18. Получение и исследование ламинатов, полученных с использованием смеси, содержащей сложную полиэфирную смолу, примера 4 и преполимеров, полученных в примерах 14-17.
Ламинаты получали и исследовали по методикам, описанным в примере 13. Результаты представлены в приведенной ниже таблице 4. Результаты показывают, что все композиции обеспечивают хорошую адгезию, но по данным исследования прочности при кипячении композиция с добавлением АПТЭС (пример 14) обеспечивает улучшенную устойчивость по отношению к соусу состава 1/1/1 по сравнению с обеспечиваемой аналогичной композицией примера 15 без добавления АПТЭС. Из таблицы также видно, что добавление только сложного полиэфира, содержащего малеат (пример 17), не обеспечивает улучшения характеристик. Однако комбинация сложного полиэфира (пример 5) и АПТЭС, описанная в примере 16, обеспечивает лучшие характеристики, чем композиции сравнительных примеров 14, 15 и 17.
Пример 19. Получение содержащего МДИ преполимера
1. VORANOL CP 450 (Dow Chemical Co.) и Dynasylan АМЕО (Evonic Co.), компоненты 1 и 2, помешали в 4-горлую колбу объемом 500 мл, снабженную мешалкой, термопарой (присоединенной к регулятору колбонагревателя) и патрубком для ввода/вывода сухого азота, которым непрерывно медленно продували колбу.
2. Компонент 4 (МДИ) помещали в сушильный шкаф и выдерживали при 50°C до расплавления. Расплавленную жидкость одной порцией добавляли в колбу.
3. Начальная температура смеси составляла 48°C и нагреватель отключали. Вследствие выделения тепла при проведении реакции температура повышалась примерно до 70°C за 20-30 мин.
4. Добавляли VORANOL 220-260, компонент 4 (Dow Chemical Co.), и температура понижалась до 62°C.
5. Смесь нагревали до 80-90°C и выдерживали при этой температуре в течение примерно 2,5 ч. Смесь выглядела белой вследствие наличия пены, образующейся при захвате газа вязкой жидкостью.
-1
6. Порцию продукта массой 85 г объединяли с 15 г сухого этилацетата и получали прозрачный раствор. Вязкость измеряли с помощью реометра ТА Instruments AR 2000 с использованием конуса размером 40 мм, при 10 с, и она составляла 3719 мПа⋅с. Плотность составляла 9,5985 фунт/галлон.
Пример 20. Получение преполимера по аналогии с примером 19, но без добавления АПТЭС
1. Компонент 1 расплавляли путем нагревания в сушильном шкафу при 50°C, затем помещали в металлическую банку для краски, нагретую до 50°C. Добавляли VORANOL CP 450 (компонент 2) и смесь перемешивали в течение нескольких минут.
2. Банку продували сухим азотом, герметизировали и помещали в сушильный шкаф и выдерживали при 50°C в течение 1 ч.
3. Добавляли компонент 3 и раствор тщательно перемешивали в потоке сухого азота, затем помещали в сушильный шкаф при 50°C и выдерживали в сушильном шкафу в течение ночи.
4. Продукт обладал следующими характеристиками: содержание NCO составляло 13,1%. Вязкость измеряли с помощью реометра ТА Instruments AR 2000 с использованием параллельных пластинок диаметром 25 мм в режиме колебаний при частоте, равной 1 Гц. Вязкость составляла 407,2 Па⋅с при 25°C и 2,34 Па⋅с при 70°C.
Пример 21. Получение содержащего МДИ преполимера по аналогии с примером 20, но с добавлением сложного полиэфира примера 5, содержащего малеат.
1. Компонент 1 расплавляли путем нагревания в сушильном шкафу при 50°C, затем помещали в металлическую банку для краски, нагретую до 50°C. Добавляли VORANOL CP 450 (компонент 2) и смесь перемешивали в течение нескольких минут.
2. Банку продували сухим азотом, герметизировали и помещали в сушильный шкаф и выдерживали при 50°C в течение 1 ч.
3. Добавляли компонент 3 и раствор тщательно перемешивали в потоке сухого азота, затем помещали в сушильный шкаф при 50°C и выдерживали в сушильном шкафу в течение ночи.
4. Продукт обладал следующими характеристиками: содержание NCO составляло. Вязкость измеряли с помощью реометра ТА Instruments AR 2000 с использованием параллельных пластинок диаметром 25 мм в режиме колебаний при частоте, равной 1 Гц. Вязкость составляла 458 Па⋅с при 25°C и 2,85 Па⋅с при 70°C.
Пример 22. Получение содержащего МДИ преполимера по аналогии с примером 21, но с добавлением АПТЭС
1. VORANOL CP 450 (Dow Chemical Co.), DYNASYLAN AMEO (Evonic Co.) и соединение примера 5, компоненты 1-3, помешали в 4-горлую колбу объемом 500 мл, снабженную мешалкой, термопарой (присоединенной к регулятору колбонагревателя) и патрубком для ввода/вывода сухого азота, которым непрерывно медленно продували колбу.
2. Компонент 4 (МДИ) помещали в сушильный шкаф и выдерживали при 50°C до расплавления. Расплавленную жидкость одной порцией добавляли в колбу. Нагреватель выключали.
3. Через несколько минут вследствие выделения тепла при проведении реакции температура смеси повышалась от равной 25 до равной 60°C. Температура продолжала повышаться без внешнего нагревания и через 10-20 мин составляла примерно 70°C.
4. Добавляли VORANOL 220-260, компонент 5 (Dow Chemical Co.), и температура понижалась до 72°C.
5. Реакционную смесь нагревали до 80°C и выдерживали при этой температуре в течение примерно 1 ч. Смесь выглядела белой вследствие наличия пены, образующейся при захвате газа вязкой жидкостью.
6. Продукт собирали и вязкость измеряли с помощью реометра ТА Instruments AR 2000 с использованием параллельных пластинок диаметром 25 мм в режиме колебаний при частоте, равной 1 Гц. Вязкость составляла 275,5 Па⋅с при 25°C и 2,32 Па⋅с при 70°C.
-1
Порцию продукта массой 85 г объединяли с 15 г сухого этилацетата и получали прозрачный раствор. Вязкость измеряли с помощью реометра ТА Instruments AR 2000 с использованием конуса размером 40 мм, при 10 с, и она составляла 2941 мПа⋅с. Плотность составляла 9,6849 фунт/галлон.
Пример 23. Исследование ламинатов, полученных с помощью клеев, полученных с использованием преполимеров примеров 19-22
Ламинаты получали и исследовали по методикам, описанным в примере 13. Результаты представлены в приведенных ниже таблицах. В целом все композиции обеспечивают хорошую прочность связывания в сухом состоянии. Однако по данным исследования прочности при кипячении с использованием соуса состава 1/1/1 они обеспечивают разную устойчивость к расслаиванию. Например, из таблицы 5 видно, что смесь комбинации АПТЭС и содержащего малеат сложного полиэфира примера 5 с полиольным компонентом A обеспечивает улучшенную прочность при кипячении. Композиция примера 23D обладает лучшими характеристиками, чем композиции примеров 23А-С. Добавление только АПТЭС (пример 23B) обеспечивает некоторое улучшение по сравнению с не содержащей добавки композицией (пример 23A) или содержащий только сложный полиэфир, содержащий малеат (пример 23C).
Из таблицы 6 видно, что добавление АПТЭС и сложного полиэфира примера 5 к полиольному компоненту (компонент А) обеспечивает некоторое преимущество для обеспечения устойчивости по отношению к соусу состава 1/1/1, чем добавление АПТЭС и сложного полиэфира к преполимеру (компонент В), описанное в примере 23D. Однако по данным исследования прочности при кипячении все композиции примеров 23D, Е и F обеспечивают лучшие результаты, чем композиции сравнительных примеров 23А-С.
Из таблицы 7 видно, что добавление силана и сложного полиэфира (пример 5) к компоненту A и использование в комбинации с сореагентом - содержащим силан преполимером (пример 23G) обеспечивают дополнительное улучшение по сравнению с добавлением силана только к одному из компонентов (пример 23E), и по данным исследования прочности при кипячении обе композиции примеров 23G и H обеспечивают лучшие результаты, чем композиции сравнительных примеров 23А-C. Однако композиция с добавлением содержащего малеат сложного полиэфира (пример 23G) обеспечивает лучшие результаты, чем композиция сравнительного примера 23Н, не содержащая сложный полиэфир примера 5.
Из таблицы 8 видно, что содержащий малеат преполимер сложного полиэфира (пример 10) обеспечивает хорошую адгезию, если его отверждают с использованием смеси полиолов. Результаты, полученные для композиции примера 231, показывают, что двухкомпонентный клей обеспечивает хорошую прочность связывания, однако по данным исследования прочности при кипячении обеспечивает плохую устойчивость по отношению к соусу состава 1/1/1. Добавление содержащего малеат сложного полиэфира (пример 5) и АПТЭС (примеры 23K и L) существенно улучшает прочность при кипячении. Увеличение количества АПТЭС от 0,2 до 0,4 (пример 23 L) приводит к образованию небольшого количества осадка в смешанном клее и не обеспечивает явного улучшения по сравнению с использованием меньшего количества АПТЭС. Композиция с добавлением только содержащего малеат сложного полиэфира примера 5 (сравнительный пример 23J) обеспечивает крайне незначительное преимущество по сравнению с композицией сравнительного примера 231 и обеспечивает существенно худшие результаты, чем композиции примеров 23K и L.
Кроме того, по данным исследования прочности при кипячении композиция примера 23М, содержащая комбинацию АПТЭС и содержащего малеат сложного полиэфира (соединение примера 5), обеспечивала намного лучшие результаты, чем композиции сравнительных примеров 23N-P, не содержащие добавки, или содержащие только АПТЭС или только сложный полиэфир примера 5.
Пример 24. Получение преполимера из сложной полиэфирной смолы примера 2 и МДИ.
1. МДИ (компонент 1) расплавляли в сушильном шкафу при 50°C.
2. Компонент 2, раствор сложной полиэфирной смолы примера 2 (содержание твердых веществ: 75%) в этилацетате помещали в 4-горлую колбу, снабженную мешалкой, патрубком для ввода/вывода азота и термопарой, присоединенной к регулятору колбонагревателя.
3. Реакционную смесь выдерживали в атмосфере сухого азота и добавляли расплавленный МДИ (компонент 1). Вследствие выделения тепла при проведении реакции происходило небольшое повышение температуры.
4. Раствор постепенно нагревали до 80°C.
5. После выдерживания при 80°C в течение 1 ч продукт охлаждали, фильтровали и упаковывали.
Результаты анализа: содержание NCO (%), определенное с помощью титрования: 2,85%, содержание твердых веществ: 79,8%, вязкость при 25°C: 3580 мПа⋅с.
Пример 25. Однокомпонентные клеи
Получение однокомпонентных клеев
Однокомпонентные клеи получали путем объединения АПТЭС с содержащими малеат сложными полиэфирами примера 5 или примера 9 при отношении количеств, указанных в таблице 9. Вследствие выделения тепла при проведении реакции температура смеси немного повышалась. Растворы выдерживали без внешнего нагревания в течение примерно 30 мин, затем объединяли с преполимерами, описанными в примере 10 и примере 24, и разбавляли этилацетатом до обеспечения содержания твердых веществ, составляющего примерно 35-38%. Полученные растворы выдерживали при комнатной температуре в течение примерно 1 ч для обеспечения возможности протекания реакции изоцианатов с аддуктом содержащий малеат сложный полиэфир/АПТЭС. Предполагалось, что прибавление добавки уменьшит содержание NCO в преполимере примерно на 0,2% по сравнению с начальным содержанием NCO, составляющим примерно 2,4-2,8%. Продукт представлял собой прозрачный раствор. Добавление АПТЭС непосредственно к этим преполимерам приводило к образованию нерастворимого продукта и получению мутного раствора.
Получение ламинатов
3
2
Ламинаты получали с помощью ламинатора Egan с использованием формного цилиндра, обладающего прямоугольными ячейками, расположенными при 150 линий/дюйм (60 линий/см), обладающих объемом, равным примерно 14,8 млрд мкм (миллиард кубических микрометров). Клеи разбавляли этилацетатом до обеспечения содержания твердых веществ, составляющего 35-40%, и наносили и получали покрытие, обладающее плотностью 1,5-2,0 фунт/стопа (2,5-3,25 г/м). Линейная скорость составляла 100-150 фут/мин (30-45 м/мин). Все пленки, за исключением алюминиевой фольги и металлизированного ПЭТФ, обрабатывали коронным разрядом в поточном режиме для обеспечения поверхностной энергии, равной >40 дин/см.
По данным исследования прочности при кипячении в случае ламината предварительно ламинированная пленка/ПЭ однокомпонентные клеи, содержащие добавки (примеры 25B и C) (таблица 9), обеспечивают лучшие результаты, чем клей сравнительного примера 25А. Кроме того, установлено, что добавки улучшают текучесть и смачивание, что может отчасти объяснить лучшую прочность связывания в структурах ПЭТФ/ПЭ и металлизированный ПЭТФ/ПЭ, полученных с использованием содержащих добавок клеев, чем прочность связывания при использовании не содержащего добавок клея примера 25А. Силаны взаимодействуют с металлами, однако не ожидается, что они улучшают прочность связывания с ПЭТФ.
В таблице 10 представлено дополнительное подтверждение того, что композиция, полученная с добавлением комбинации содержащего малеат сложного полиэфира (соединение примера 5) и АПТЭС (пример 25Е), обеспечивает лучшую прочность при кипячении, чем композиция примера 25D.