СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЛЕЯЩЕЙ КОМПОЗИЦИИ И КЛЕЯЩАЯ КОМПОЗИЦИЯ
METHOD OF PRODUCING ADHESIVE COMPOSITION AND ADHESIVE COMPOSITION

Предлагаемая для рассмотрения заявка на изобретение относится к области технологии склеивания и материалов для склеивания, а именно к способам изготовления композиций для соединения изделий с разнородными или однородными поверхностями, а также к составам этих композиций. Применение предмета изобретения предполагается в технологических процессах склейки различных направлений техники. Известно значительное количество клеев, отличающихся по химическому составу, способу и режимам применения («Клеи и герметики» под ред. Д.А.Кардашова, М., Химия 1978 г., с.132-149). Наиболее универсальным и распространенным в технике является обширный класс клеев на основе эпоксидных смол («Энциклопедия полимеров» т.3, М., Сов. Энциклопедия 1977 г., с.937-943). Эпоксидные клеи технологичны, их подготовка несложна. Однако им свойственен ряд недостатков. Первоначальная вязкость жидких клеев невелика, а время их отверждения может достигать многих часов. В этих условиях склеиваемые поверхности смещаются относительно друг друга; приклеиваемое изделие при этом скользит по наклонной плоскости и не держится на вертикальной поверхности при отсутствии постоянного прижимного усилия. Расклейка шва эпоксидного клея сложна и малоэффективна. Время «жизни» и окончательного отверждения значительно и трудно регулируется. Передозировка состава или его перегрев приводят к охрупчиванию или разрушению клеевого контакта. Помимо сложности управления процессом отверждения, к недостаткам следует отнести и хрупкость при длительной эксплуатации шва в условиях знакопеременных температурных нагрузок и многократных механических воздействий.
Проблема расклейки увеличивается, когда требуется бездефектное разъединение поверхностей со сложным профилем, шероховатостями и значительными площадями контакта. Применение растворителей и нагрева существенных результатов не приносит. Неэффективным является применение пластификаторов эпоксидных клеев, например, на основе сложных эфиров. При этом проблемы хрупкости клеевого шва и его расклейки практически остаются нерешенными, а клеящие свойства состава и прочность склейки зачастую ухудшаются. Все сказанное относится в частности к эпоксидным связующим и композициям на их основе, описанных в патентах РФ №2317718, РФ №2160752, РФ №1470748, РФ №2220049 и целом ряде других отечественных и зарубежных источников.
Технической задачей настоящего изобретения является разработка способа изготовления клеящей композиции на эпоксидной основе с эластическими свойствами и возможностью разъединения склеенных поверхностей и их повторного соединения. Другой задачей является разработка состава композиции, изготавливаемой по данному способу. Решение поставленной задачи достигается тем, что эпоксидный клей на основе наполненных диановых смол и отверждаемый отвердителем аминного типа пластифицируют сложноэфирным раствором наполненного полисульфидного олигомера, дополнительно содержащим аминный отвердитель, например, ПЭПА. Особенностью способа является то, что окисляющий оксид металла, необходимый для отверждения полисульфида, заранее смешивают с эпоксидной клеевой основой. Пластифицирующий раствор вступает в химическое взаимодействие с наполненной основой эпоксидной смолы за счет аминного отвердителя. С другой стороны, окисляющий оксид эпоксидной основы, например, диоксид марганца, реагирует с полисульфидной составляющей пластифицирующего раствора. Гомогенизация состава происходит за счет сложноэфирной среды, хорошо растворяющей как эпоксидные, так и полисульфидные полимеры и олигомеры, а также за счет избытка аминного отвердителя, который становится ускорителем отверждения для полисульфидной составляющей. Суть способа заключается в предварительной подготовке двух композиционных составов (далее компонент А и компонент Б), вводимых в контакт непосредственно перед применением клеящей композиции.
Компонент А содержит эпоксидную диановую смолу, выбранную из ЭД-16, ЭД-20, ЭД-22 окислитель полисульфида, например, диоксид марганца, диалкилфталат, выбранный из диметилфталата, дибутилфталата и диоктилфталата, а также минеральный наполнитель, например, тонкодисперсный оксид кремния различных модификаций, в том числе сажа белая У-333,тальк, каолин, мел, технический углерод, оксиды некоторых металлов.
Компонент Б содержит основу полисульфидного герметика, выбранного из пасты герметиков У-30М, УТ-32, ВИТЭФ на основе жидкого тиокола, диалкилфталат, выбранный из диметилфталата, дибутилфталата и диоктилфталата, аминный отвердитель, например, ПЭПА, а также минеральный наполнитель.
Компонент А и компонент Б готовят отдельно и помещают в отдельную тару для хранения. Компоненты вводят в контакт непосредственно перед процессом склейки. Смешение составляющих производят в течение 0,3-0,6 часа. При приготовлении компонента А, к эпоксидной диановой смоле добавляют диалкилфталат, затем диоксид марганца, нагревают до 50°С и в последнюю очередь вносят наполнитель. Наполнитель может представлять собой смесь нескольких продуктов, указанных выше. Компонент Б готовят добавлением диалкифталата к полисульфидной основе герметика, затем добавляют аминный отвердитель эпоксидных смол, например, ПЭПА, и в последнюю очередь вносят наполнители, указанные выше, или их смеси. Количество компонентов позволяет обеспечить равномерное смешение составляющих продуктов с приданием им вязкотекучих свойств и сохраняемостью в отдельной таре в течение технологически необходимого времени. Соотношение компонента Б составляет от 10 м.ч. до 50 м.ч. на 100 м.ч. компонента А. Соотношение определяют в зависимости от необходимых вязкотекучих свойств композиции, температурных и временных условий склеивания, геометрии и площади соединяемых поверхностей.
Составляющие ингредиенты компонента А, мас.ч.:
эпоксидная диановая смола (выбранная из ЭД-16, ЭД-20 и ЭД-22)
100
диалкифталат, выбранный из диметилфталата,
дибутилфталата или диоктифталата
10-40
наполнитель, выбранный из диоксида
кремния: сажа белая У-333,
оксида цинка, оксида железа, диоксида титана, каолина,
технического углерода
110-250
диоксид марганца
5-10
Составляющие ингредиенты компонента Б, мас.ч.:
основа полисульфидного герметика:
наполненный полисульфидный
олигомер, выбранный из паст герметиков тиоколовых
У-30М, УТ-32, ВИТЭФ на основе жидкого тиокола
100
отвердитель аминный, например, ПЭПА
15-30
диалкифталат, выбранный из диметилфталата,
дибутилфталата или диоктифталата
30-50
наполнитель мелкодисперсный,
выбранный из тонкодисперсного
диоксида кремния (например, сажа белая У-333),
оксида цинка, оксида железа, диоксида титана,
каолина, технического углерода
10-80
В качестве компонентов используют следующие химические продукты:
Смола эпоксидная ЭД-20, ЭД-22
ГОСТ 10587-84
Паста герметика тиоколового У-30М
ГОСТ 13489-79
Паста герметика тиоколового УТ-32
ГОСТ 24285-80
Паста герметика тиоколового ВИТЭФ
ТУ 38.1051291-84
Отвердитель ПЭПА
ТУ 2413-214-0020-3312-2002
Диоксид марганца
ГОСТ 25823-83
Дибутилфталт
ГОСТ 8728-88
Диметилфталат
ГОСТ 8728-88
Диоктилфталат
ГОСТ 8728-88
Диоксид титана
ГОСТ 22552.4-77
Оксид цинка
ГОСТ 202-84
Сажа белая У-333
ТУ 2168-016-00204872-2003
Каолин
ГОСТ 19607-74
Оксид железа
ТУ 6-10-1618-7
Углерод технический
ГОСТ 7885-86
При изготовлении клеящей композиции используют смесительное оборудование, обеспечивающее получение гомогенных вязкотекучих смесей компонента А и компонента Б.
Новым в способе, обеспечивающем решение поставленной задачи, является последовательное приготовление эпоксидсодержащего компонента А, причем смешение всех компонентов производится в определенной, указанной выше последовательности. Составляющие компонент А вещества между собой не взаимодействуют. Компонент А может храниться в отдельной таре в течение технологически необходимого времени.
Новым в способе является также приготовление полисульфидного компонента Б (раствор полисульфидного олигомера, а именно пасты герметиков на основе жидкого тиокола в полиалкилфталате), причем смешение всех компонентов производится в определенной, указанной выше последовательности. Составляющие компонент Б вещества между собой не взаимодействуют. Компонент Б может храниться в отдельной таре в течение технологически необходимого времени.
Новым является также сочетание температуры и времени смешения компонентов. Новым является введение заранее подготовленных компонентов А и Б в указанных пределах соотношений в процесс перемешивания с получением целевой композиции непосредственно перед нанесением ее на соединяемые склейкой поверхности. Ниже приведены примеры конкретного выполнения в соответствии с заявляемым способом. Способ получения клея проиллюстрирован примерами 1-12. Соотношение ингредиентов компонентов А и Б приведены в таблице 1 и таблице 2. Свойства клеящей композиции приведены в таблице 3.
Пример 1
Для приготовления компонента А в смесительное устройство, снабженное Z-образной мешалкой, рубашкой из теплоносителя и наружным обогревом загружают 100 г эпоксидной смолы ЭД-16 и 20 г диметилфталата (табл.1). Смесь перемешивают 0,1-0,2 часа при комнатной температуре. Вводят 5 г диоксида марганца и смесь перемешивают еще 0,1 ч. Нагревают до 50°С, вносят 20 г белой сажи У-333 и 110 г каолина и продолжают перемешивание 0,2-0,3 часа. Помещают полученную смесь в закрытую тару.
Пример 2
Для приготовления компонента А в смесительное устройство (см. пр.1) загружают 100 г смолы эпоксидной ЭД-20 и 30 г дибутилфталата (табл.1). Смесь перемешивают 0,1-0,2 часа при комнатной температуре. Вводят 9 г диоксида марганца и смесь перемешивают еще 0,1 ч. Нагревают до 50°С, вносят 240 г оксида цинка и продолжают перемешивание 0,1-0,2 ч. Помещают полученную смесь в закрытую тару.
Пример 3
Для приготовления компонента А в смесительное устройство (см. пр.1) загружают 100 г смолы эпоксидной ЭД-20 и 40 г диоктилфталата (табл.1). Смесь перемешивают 0,1-0,2 часа при комнатной температуре. Вводят 10 г диоксида марганца и смесь перемешивают еще 0,1 ч. Нагревают до 50°С, вносят 180 г диоксида титана и продолжают перемешивание 0,1-0,2 ч. Помещают полученную смесь в закрытую тару.
Пример 4
Для приготовления компонента А в смесительное устройство (см. пр.1) загружают 100 г смолы эпоксидной ЭД-22 и 10 г дибутилфталата (табл.1). Смесь перемешивают 0,1-0,2 часа при комнатной температуре. Вводят 8 г диоксида марганца и смесь перемешивают еще 0,1 ч. Нагревают до 50°С, вносят 140 г каолина и продолжают перемешивание 0,1-0,2 ч. Помещают полученную смесь в закрытую тару.
Пример 5
Для приготовления компонента Б в смесительное устройство, снабженное Z-образной мешалкой, рубашкой из теплоносителя и наружным обогревом загружают 100 г основы (пасты герметика тиоколового УТ-32) и добавляют 30 г дибутилфталата (табл.2). Перемешивают еще 0,2 часа до гомогенного однородного состояния. Вводят 20 г ПЭПА и продолжают перемешивание 0,1 часа. Вносят 45 г диоксида титана и перемешивают 0,1-0,3 часа. Помещают полученную смесь в закрытую тару.
Пример 6
Для приготовления компонента Б в смесительное устройство (см. пример 5) загружают 100 г основы (пасты герметика тиоколового У-ЗОМ) и добавляют 50 г диметилфталата (табл.2). Перемешивают еще 0,2 часа до гомогенного однородного состояния. Вводят 25 г ПЭПА и продолжают перемешивание 0,1 часа. Вносят 50 г диоксида титана и перемешивают 0,1-0,3 часа. Помещают полученную смесь в закрытую тару.
Пример 7
Для приготовления компонента Б в смесительное устройство (см. пример 5) загружают 100 г основы (пасты герметика тиоколового ВИТЭФ) и добавляют 40 г диоктилфталата (табл.2). Перемешивают еще 0,2 часа до гомогенного однородного состояния. Вводят 30 г ПЭПА и продолжают перемешивание 0,1 часа. Вносят 30 г каолина и перемешивают 0,1-0,3 часа. Помещают полученную смесь в закрытую тару.
Пример 8
Для приготовления компонента Б в смесительное устройство (см. пример 5) загружают 100 г основы (пасты герметика тиоколового УТ-32) и добавляют 35 г дибутилфталата (табл.2). Перемешивают еще 0,2 часа до гомогенного однородного состояния. Вводят 18 г ПЭПА и продолжают перемешивание 0,1 часа. Вносят 10 г белой сажи и 30 г диоксида титана и перемешивают 0,1-0,3 часа. Помещают полученную смесь в закрытую тару.
Пример 9
Для приготовления клеящей композиции в технологическую емкость помещают 100 г компонента А (п.8 табл.1), добавляют частями 30 г компонента Б (п.1 табл.2). Добавление ведут при перемешивании примерно равными частями. Перемешивание производят вручную, непрерывно, по мере добавления компонента Б 0,05-0,1 часа. Передают композицию на операцию склейки.
Пример 10
Для приготовления клеящей композиции в технологическую емкость помещают 100 г компонента А (п.3 табл.1), добавляют частями 20 г компонента Б (п.2 табл.2). Добавление ведут при перемешивании примерно равными частями. Перемешивание производят вручную, непрерывно, по мере добавления компонента Б 0,05-0,1 часа. Передают композицию на операцию склейки.
Пример 11
Для приготовления клеящей композиции в технологическую емкость помещают 100 г компонента А (п.10 табл.1), добавляют частями 50 г компонента Б (п.8 табл.2). Добавление ведут при перемешивании примерно равными частями. Перемешивание производят вручную, непрерывно, по мере добавления компонента Б 0,05-0,1 часа. Передают композицию на операцию склейки.
Пример 12
Для приготовления клеящей композиции в технологическую емкость помещают 100 г компонента А (п.9 табл.1), добавляют частями 10 г компонента Б (п.9 табл.2). Добавление ведут при перемешивании примерно равными частями. Перемешивание производят вручную, непрерывно, по мере добавления компонента Б 0,05-0,1 часа. Передают композицию на операцию склейки.
Состав компонента А, полученного по описанному выше способу, приведен в табл.1.
Таблица 1
Состав компонента А клеящей композиции
№ п/п
Количество эпоксидной смолы, м.ч.
Количество диалкилфталата, м.ч.
Количество наполнителя, м.ч.
Количество диоксида марганца м.ч.
ЭД-16
ЭД-20
ЭД-22
ДМФ
ДБФ
ДОФ
Диоксид кремния
Диоксид титана
Оксид цинка
Каолин
1
100
20
20
110
5
2
100
30
15
130
6
3
100
40
160
7
4
100
30
150
9
5
100
35
240
9
6
100
10
180
7
7
100
20
110
10
8
100
30
130
9
9
100
30
30
80
5
10
100
40
180
10
11
100
32
250
6
12
100
10
120
130
8
Состав компонента Б, полученного по описанному выше способу, приведен в табл.2.
Таблица 2
Состав компонента Б клеящей композиции
№ п/п
Количество пасты герметика тиоколового, м.ч.
Количество диалкилфталата, м.ч.
Количество наполнителя, м.ч.
Количество ПЭПА, м.ч.
ВИТЭФ
У-30М
УТ-32
ДМФ
ДБФ
ДОФ
Диоксид кремния
Диоксид титана
Оксид цинка
Каолин
1
100
35
10
24
2
100
30
15
8
16
3
100
40
15
30
30
4
100
25
10
20
20
5
100
40
20
40
24
6
100
35
30
22
7
100
50
-
50
25
8
100
30
10
45
25
9
100
30
-
45
20
10
100
30
20
60
15
11
100
35
30
18
12
100
50
10
25
28
Из табл.3 видно, что наилучшее сочетание параметров клея, в том числе по значениям механической прочности и адгезии к поверхностям склеивания достигаются при соотношении количеств компонента А и компонента Б от 100:15 до 100:30. При соотношении 100:10 значение этих параметров ниже, а время отверждения композиции заметно выше. Дальнейшее снижение доли компонента Б нецелесообразно. Из табл.3 видно, что при соотношении компонентов А и Б 100:50 и адгезия к склеиваемым поверхностям, и прочность на разрыв минимальны во всем рассмотренном объеме соотношений. Дальнейшее увеличение доли компонента Б нецелесообразно.
Из табл.3 следует, что в отсутствие пластифицирующего сульфидсодержащего компонента Б, эпоксидные клеи на основе рассмотренных диановых смол хотя и проявляют значительную прочность и адгезию к поверхностям нанесения, но не обладают эластичностью даже в присутствии диалкилфталатов в качестве пластификаторов (составы 13-18). Попытка безаварийной и бездефектной расклейки, разделение склеенных поверхностей положительных результатов не дает, и простое добавление пластифицирующих полиалкифталатов к смоле безрезультатно.
Способ смешения заранее приготовленных и отдельно хранимых компонентов удается осуществить за счет выбора качественного и количественного состава и оптимальных свойств компонента А и компонента Б. Составляющие компонент А и составляющие компонент Б химические продукты между собой при раздельном хранении не взаимодействуют. Успешное приготовление компонента А и компонента Б с необходимыми эксплуатационными свойствами возможно только при условиях и в последовательности, указанных в настоящей заявке. Заявляемый способ позволяет быстро достигнуть полного и быстрого отверждения клея за счет гомогенного распределения всех ингредиентов в полиалкифталатов. При этом избыток ПЭПА, отверждающего эпоксидную смолу, ускоряет отверждение полисульфида, входящего в компонент Б. Наилучшие результаты достигаются при соотношении количества компонента А к количеству компонента Б от 100:15 до 100:30. Расклейка соединенных поверхностей достигается без разрушения склеенных изделий. Остатки клеящей композиции могут быть удалены с поверхностей, а технический процесс склеивания при необходимости возобновлен. Только совокупность заявляемого состава 2-компонентной клеящей композиции и способа, включающего как последовательность соединения ингредиентов в компоненте А и компоненте Б, так и соединения этих компонентов непосредственно перед применением, и в оптимальных количественных соотношениях позволяет решить техническую задачу быстрого и управляемого процесса формирования клеевого шва с его возможным бездефектным разрушением и повторным соединением.
Заявитель просит рассмотреть представленные материалы на предмет выдачи патента РФ на способ изготовления клеящей композиции и состав.