ТИКСОТРОПНЫЙ ГЕРМЕТИК НА ОСНОВЕ НИЗКОМОЛЕКУЛЯРНОГО СИЛОКСАНОВОГО КАУЧУКА
LOW-MOLECULAR SILOXANE RUBBER-BASED SEALING COMPOUND

Изобретение относится к герметизирующим композициям, а именно к составу тиксотропного герметика с нейтральной системой вулканизации, эластомер которого выдерживает воздействие высоких температур в течение длительного времени и может быть использован в автомобильной, нефтеперерабатывающей и строительной отрасли, в коммунальном хозяйстве. Герметик обладает хорошей экструзией и не содержит абразивных наполнителей.
7
Известен герметик на основе низкомолекулярного силоксанового каучука с нейтральной системой вулканизации (патент РФ №2249027 С1, МПК C09K 3/10, C08L 83/04, C08K 3/34б. от 27.03.2005, бюл. №9, содержащий в составе следующие компоненты, мас. ч.:
Низкомолекулярный силоксановый каучук
100
Оксид цинка
5-30
Кварц молотый пылевидный
40-180
Этилсиликат
1-3
Диэтиламинометилтриэтоксисилан
1-3
дополнительно содержит:
мел
2-60
и/или доломит
2-95
Недостатком является низкое относительное удлинение эластомера (низкая эластичность), излишне высокая твердость и низкая термостойкость эластомера. Герметик вызывает повышенный абразивный износ фасовочного оборудования из-за присутствия кварца.
Известен герметик на основе низкомолекулярного силоксанового каучука с ацетатной (кислотной) системой вулканизации (патент RU №2434038С1. МПК C09K 3/10, C08L 83/04, C08K 3/22. 20.11.2011, бюл. №32), содержащий в составе следующие компоненты, мас.ч:
Низкомолекулярный силоксановый каучук
100
кварц молотый пылевидный
200-300
поликупрумфосфорсилоксан
0-0,5
оксид железа
0-5
полидиметилсилоксановая жидкость
35-60
аэросил
10-15
метилтриацетоксисилан
4,5-11,2
дибутилоловадилаурат
0,46-0,65
Недостатком состава герметика является наличие и высокое наполнение абразивного кварца, существенно увеличивающего износ фасовочного оборудования, высокая твердость эластомера.
Наиболее близким по назначению и составу компонентов является тиксотропный герметик на основе низкомолекулярного силоксанового каучука с нейтральной системой вулканизации (патент RU №2307858 С1, МПК C09K 3/10, C08L 83/04. 10.10.2007, бюл. №28) со следующим составом компонентов, мас. ч.:
Низкомолекулярный силоксановый каучук
100
полидиметилсилоксановая жидкость
15-33
Этилсиликат
2,5-6,3
Диэтиламинометилтриэтоксисилан
2,17-5,8
Кварц молотый пылевидный
0-60
Оксид цинка
0-5
Микрокальцит
10-20
Микротальк
0-20
Технический углерод
0-25
Сажа белая
0-25
Аэросил
1-6
Вспученный перлитовый песок
0-10
Минеральный краситель, железо окисный красный
0-5
Данное изобретение принято за прототип.
Недостатком герметика является быстрое термостарение эластомера (падение прочности эластомера после длительного воздействия высокой температуры), а также наличие в составе герметика абразивных наполнителей (кварц, перлитовый песок, сажа белая, оксид цинка), существенно увеличивающих износ фасовочного оборудования и низкие экструзионные способности герметика.
Задачей заявляемого изобретения является создание состава тиксотропного герметика с нейтральной системой вулканизации, обладающего повышенной стойкостью эластомера к длительному воздействию высоких температур (термостарению), хорошей экструзионной способностью герметика и низким абразивным воздействием его на проточную часть фасовочного оборудования.
Технический результат
- повышение стойкости эластомера к термостарению, снижение абразивного воздействия герметика на материал деталей проточной части оборудования и улучшение его экструзионной способности. Указанный технический результат достигается тем, что в тиксотропном герметике на основе низкомолекулярного силоксанового каучука, содержащем низкомолекулярный силоксановый каучук, вулканизующую систему из этилсиликата и диэтиламинометилтриэтоксисилана, полиметилсилоксановую жидкость и наполнители, особенность заключается в том, что в качестве наполнителей он содержит колеровочную пасту «Palizh» ПОЛИМЕР « О», микробарий со средним размером частиц 1,5 мкм, а микротальк со средним размером частиц 3,5 мкм при следующем составе компонентов, мас.ч.:
Низкомолекулярный силоксановый каучук
100
Полиметисилоксановая жидкость (ПМС)
19-30
Микротальксо средним размером частиц 3,5 мкм
50-80
Микробарийсо средним размером частиц 1,5 мкм
40-80
Колеровочнаяпаста«Palizh» ПОЛИМЕР «О»
10-12
Диэтиламинометилтриэтоксисилан
4,3-4,6
Этилсиликат
5,0-5,1
Применение в составе колеровочной пасты «Palizh» ПОЛИМЕР « О» повышает стойкость эластомера к длительному воздействию высоких температур - термостарению. Основу состава указанной колеровочной пасты составляет колеровочная паста «Palizh» ПОЛИМЕР «О» код PO.QL.619.1 (устойчива при 350°С) и (или) код PO.QL.626.1 (устойчива при 250°С) по ТУ 2463-010-49630959-05. Стойкость к термостарению обеспечиваются за счет содержания в составе указанной колеровочной пасты оксида железа. Основой колеровочной пасты «Palizh» ПОЛИМЕР «О» является: диоктилфталат, диоксид титана, пигмент железоокисный, пигмент фтоалоцианиновый. Особенность предлагаемого состава тиксотропного герметика заключается также в замене абразивных наполнителей (кварц молотый, перлитовый песок, сажа белая) на неабразивные наполнители: микробарий со средним размером частиц 1,5 мкм, а микротальк со средним размером частиц 3,5 мкм в количествах и качестве отличных от прототипа. Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам, содержащим сведения об аналогах заявленного технического решения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленной композиции. Определение из отобранных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных отличительных признаков по отношению к усматриваемому техническому результату в заявляемом составе, изложенных в формуле. Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию «новизна».
Для проверки соответствия заявленного изобретения условию «изобретательский уровень» заявитель провел дополнительный поиск известных решений, совпадающих с отличительными от прототипа признаками в заявленной композиции. Результаты поиска показали, что из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата, а также заявленным изобретением не предусматриваются следующие преобразования:
- замена какой-либо части известного средства другой известной частью для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены;
- описываемое изобретение не основано на изменении количественного признака. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «изобретательский уровень».
В состав заявляемого тиксотропного герметика входят следующие материалы:
- низкомолекулярный силоксановый каучук СКТН-Д, ГОСТ 13835-73, ТУ 229400200152000-96 или силопрен Е18;
- этилсиликат 32, ГОСТ 26371-84, ТУ 6.02-895-86;
- диэтиламинометилтриэтоксисилан (АДЭ-3), ТУ 6.02-573-87;
- полиметилсилоксановая жидкость (ПМС-200, ПМС-350), ГОСТ 13032-77;
- микротальк, «Митал-01-96/99», серия «Супер», ТУ 5727-001-40705684-2001;
- микробарий, «Мибари-01-96/98», серия «Супер», ТУ 1769-002-40705684-2001;
- колеровочная паста «Palizh» ПОЛИМЕР «О», ТУ 2463-010-49630959-05.
Примеры составов герметика, предлагаемых в заявке, приведены в таблице 1.
Герметик готовят в два этапа (пример 1). Сначала в смесителе приготавливают смесь низкомолекулярного силоксанового каучука с наполнителями без вулканизующей системы, мас.ч.: - низкомолекулярный силоксановый каучук (СКТН-Д) - 100; - ПМС-200 - 19; - микробарий с размером частиц 1,5 мкм - 65; - микротальк с размером частиц 3,5 мкм - 76; - колеровочная паста «Palizh» полимер «О» код PO.QL.619.1 - 11. Смесь подвергают перемешиванию и термообработке при температуре 120°С-130°С. Затем смесь остужают, загружают в аппарат и в токе азота при одновременном перемешивании добавляют вулканизующую систему: АДЭ-3 - 4,3 и этилсиликат 32-5,0. Далее смесь перемешивают в течение 1,5-2 часов под прикрытием азота и дегазируют путем вакуумирования при давлении 10-15 мм рт.ст. в течение 15 минут. После этого герметик фасуют при остановленной мешалке и под прикрытием азота в герметичную тару. Примеры №2-5 выполнялись в том же порядке, с той лишь разницей, что изменялся количественный состав наполнителей. Испытания герметика и эластомера на его основе проводилось в соответствие общепринятыми методиками по следующим показателям:
- предел прочности эластомера при испытании образцов на растяжение определялся с помощью разрывной машины в соответствии с ГОСТ 21751-76;
- твердость эластомера по Шору А определялась по ГОСТ 263-75;
- максимальное относительное удлинение эластомера при разрыве образца определялось по ГОСТ 21751-76;
- время начала и завершения вулканизации герметика, его тиксотропность определялись по ТУ 2513-016-58646534-2-14;
- стойкость эластомера к термостарению определялась временем воздействия температуры 300°С, по истечении которого прочность эластомера составляла 60% от первоначального значения.
- оценка абразивного воздействия герметика на материалы проводилась на 4- шариковой машине ЧМТ-1 по ГОСТ 9490-75.
- экструзия герметика оценивалась по расходу герметика продавливаемого поршнем через калиброванное сопло диаметром 3 мм под давлением 6 атм.
Пример определения показателя термостарения эластомера. Оценка стойкости эластомера к термостарению проводилась по величине изменения физических свойств эластомера, полученного после вулканизации герметика, в результате длительного воздействия температуры. Для этого заготавливались 10 комплектов образцов эластомера, по 5 шт. в каждом, которые помещались в термошкаф с температурой среды 300°С. До изъятия комплекты образцов выдерживались при данной температуре определенное время: первый комплект - 24 часа, второй - 48 часов, третий - 100 часов, далее каждый последующий комплект выдерживался на 200 часов больше и так до 1500 часов. После выдержки образцов в течение указанного времени они изымались комплектами, охлаждались в эксикаторе и подвергались испытанию: определялись средние значения прочности и относительного удлинения эластомера в момент разрыва, а также его твердость. Стойкость к термостарению оценивалась временем, по истечении которого прочность составляла 60% от первоначального значения. Результаты испытания приведены в таблице 2. По прототипу представлены значения физико-технических показателей по двум рецептурам.
Сравнение результатов испытания на термостарение показало, что стойкость эластомера к термостарению на основе заявляемого состава герметика (примеры 1, 4, 5) превышает в 2,8-3,4 раза стойкость эластомеров, полученных по прототипу.
Эластомер, содержащий в составе 10-12 мас. ч. пасты «Palizh» ПОЛИМЕР « О», сохранял более 60% прочности по истечении не менее 1000 часов непрерывного воздействия температуры 300°С, а эластомеры прототипа - не менее 350 часов. При уменьшении количества пасты «Palizh» ПОЛИМЕР « О» до 9,0 мас. ч. начиналось значительное снижение показателя термостарения. Увеличение количества указанной пасты до 13 мас. ч. экономически нецелесообразно и не эффективно. Кроме того, это приводит к изменению реологических свойств герметика, снижение вязкости и тиксотропности.
Другие наполнители заявленного состава в большей степени влияют на физико-механические показатели герметика и его эластомера. Указанный диапазон изменения количества микроталька с размером частиц 3.5 мкм и микробария с размером частиц 1,5 мкм отвечает оптимальным условиям, при которых герметик является тиксотропным, не течет после нанесения на вертикальную металлическую пластину и обладает улучшенными физико-механическими показателями. Любые отклонения в количестве указанных наполнителей приводят к изменению реологии герметика. Герметик становится либо растекающимся и не отвечающим заявленным эксплуатационным свойствам, либо излишне вязким, что приводит к снижению его экструзионной способности и производительности фасовочного и дозирующего оборудования. При этом дисперсионный состав частиц наполнителей, форма частиц, максимальный и средний размер частиц влияют на экструзию герметика. Экструзия тиксотропной смеси заявляемого состава герметика (примеры 1, 4, 5) продавливаемого через калиброванное сопло 0 3 мм в 2-21 раз больше, чем у прототипа.
Микротальк с размером частиц 3,5 мкм относится к наполнителям с низкой плотностью и чешуйчатым строением частиц. Увеличение количества Микроталька до 90 мас.ч. и одновременное уменьшение микробария приводит к увеличению вязкости и уменьшению экструзии, что снижает производительность оборудования. Уменьшение количества микроталька до 40 мас. ч. и одновременное увеличение количества микробария снижает вязкость герметика, делает его растекающимся и не отвечающим заявленным свойствам. Микробарий с размером частиц 1,5 мкм является наполнителем, влияющим на экструзию герметика из-за большой плотности. Увеличение его количества до 90 мас. ч. в дополнение к уменьшению количеству микроталька снижает вязкость герметика и делает его растекающимся. Уменьшение количества микробария до 30 мас. ч. при одновременном увеличении микроталька делает герметик излишне вязким, что снижает экструзию и производительность оборудования. С точки зрения абразивного износа оба наполнителя в предлагаемом составе относятся к не абразивным наполнителям. Поэтому замена абразивных наполнителей (кварц и др.) на неабразивные (мибарий и микротальк) приводит к снижению абразивного износа деталей проточной части оборудования. Абразивный износ стандартных шариков при воздействии на них предлагаемым составом герметика (примеры 1, 4, 5) в 3,2-3,9 раз меньше, чем у прототипа.
Таким образом, из примеров конкретного исполнения следует, что созданный герметик на основе низкомолекулярного силоксанового каучука обладает повышенной стойкостью эластомера к термостарению, хорошей экструзионной способностью и низким абразивным воздействием на проточную часть фасовочного и дозирующего оборудования.
Изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемого изобретения следующей совокупности условий:
- средство, воплощающее заявленную композицию при его осуществлении, предназначено для использования в различных отраслях промышленности, а именно: в автомобильной и нефтеперерабатывающей отрасли, в коммунальном хозяйстве, в строительной отрасли и других отраслях;
- заявленная композиция обеспечивает достижение усматриваемого заявителем технического результата, а именно: повышение стойкости эластомера к термостарению, снижение абразивного воздействия герметика на детали проточной части оборудования и улучшение его экструзионной способности;
- для заявленного тиксотропного герметика в том виде, как композиция охарактеризована в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность ее получения с помощью описанных в примеров. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "Промышленная применимость".