Композиция гибридного герметика
Изобретение относится к композиции гибридного акрилового-полиуретанового герметика, которая хорошо подходит для требований по герметизации и соединению в производстве изделий, таких как при остеклении, подмазка внутренней стороны, строительство, аэрокосмическая техника и бытовая техника. Композиция включает акриловый форполимер, изоцианат, который представляет диизоцианат или полиизоцианат, триакрилат как агент поперечного сшивания и катализатор. Также предложен способ получения композиции. Композиция обладает желательными физическими и механическими свойствами, такими как превосходная адгезия, предел прочности при разрыве, реологические свойства и прочность связи. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 2 табл., 3 пр.
Родственные заявки
Настоящая заявка заявляет приоритет предварительной заявки на патент Индии серийный № 2068/CHE/2011, поданной 17 июня 2011, содержание которой введено в настоящий документ посредством ссылки.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к композиции гибридного акрилового-полиуретанового герметика с желательными физическими и механическими свойствами, такими как превосходная адгезия, предел прочности при разрыве, реологические свойства и прочность связи. В частности, композиция герметика по изобретению составлена на основе модифицированного изоцианатом акрилового полимера, который не содержит летучих органических соединений, что придает композиции экологическую безопасность.
Предпосылки создания изобретения
Герметики широко используют для обеспечения требований по герметизации и соединению при производстве окон, дверей, жилых фургонов и других производимых бытовых приборов для увеличения конструкционной прочности подложки, на которую он нанесен.
Композиции герметиков, которые доступны в настоящее время, основаны главным образом на однотипных химикатах типа силиконов, полиуретанов, акрилатов и т.п. Однако, к сожалению, данным композициям присущ ряд недостатков. Например, многие из данных композиций герметиков являются гигроскопичными и не могут иметь необходимых адгезионных характеристик при использовании с некоторыми различными субстратами, в частности, в условиях с высокой влажностью. Таким образом, коммерчески доступные герметики обладают некоторыми недостатками, такими как несоответствующий срок хранения вследствие своей гигроскопической природы, ограниченная термостойкость, образование полостей вследствие выделения диоксида углерода в ходе процесса отверждения, необходимость в дорогих исходных материалах, необходимость применения высоких температур, высокой скорости усадки и выделения кислотных летучих соединений, что вызывает проблемы загрязнения поперечных срезов субстратов.
Например, герметики на основе полиуретанов с концевыми изоцианатными группами не подходят для долгосрочной упаковки и хранения вследствие их короткого срока хранения, т.е. из-за того, что, например, форполимеры стремятся отвердиться in situ в ходе хранения. Кроме того, герметикам на основе изоцианатов присущ такой недостаток, как ограниченная теплостойкость. Другие широко используемые герметики основаны на силиконовых полимерах, которые характеризуются прочной связью, адгезией и механическими свойствами. Силиконовые герметики обычно обладают желательными свойствами и дают уплотнения высокого качества, которые хорошо действуют во многих условиях. К сожалению, силиконовые герметики часто требуют дорогих исходных материалов. Кроме того, силиконовые герметики не обладают желательным уровнем адгезионных свойств при использовании для соединения некоторых субстратов, особенно в условиях высокой влажности. Кроме того, поскольку многие предшественники герметиков являются гигроскопичными по своей природе, силиконы стремятся образовать комки или, оставаясь прозрачными при отверждении, выделяют кислотные или щелочные побочные продукты, которые вызывают коррозию или иным образом загрязняют субстрат.
Таким образом, существует потребность в композициях, которые бы за счет материалов смягчали трудности, связанные с традиционными герметиками, и обеспечивали превосходные механические и связывающие свойства при быстром развитии прочности в неотвержденном состоянии, по сравнению с коммерчески доступными герметиками. Кроме того, также существует потребность в композициях герметиков, которые бы имели адекватный срок хранения.
Кроме того, также существует потребность в самовыравнивающемся герметике, который будет течь или «выравниваться» с обеспечением по существу равномерного покрытия при заполнении углублений и других небольших неровностей в субстрате. Данная самовыравнивающаяся герметизирующая композиция особенно хорошо подходит для применения на по существу горизонтальных поверхностях с герметизацией механически скрепленных соединений, так что быстро развивается прочность в неотвержденном состоянии, и при быстром отверждении образуется эластичное твердое уплотнение из полимерной массы, которое будет отвечать требованиям по герметизации окон, дверей, жилых фургонов и других производимых бытовых приборов.
Краткое изложение сущности изобретения
Композиция гибридного герметика предложена в конкретном варианте осуществления изобретения и включает акриловый форполимер, изоцианат, который представляет диизоцианат или полиизоцианат, трехфункциональный акрилат, как агент поперечного сшивания, и катализатор.
Предложена также композиция герметика, которая включает полимерную систему, состоящую из акрилового форполимера, модифицированного изоцианатами, в комбинации с другими добавками. Гибридный полимер действует синергетически и обеспечивает уникальное сочетание физических и механических свойств и превосходит любую систему на основе одного полимера.
В другом аспекте композиция герметика по изобретению имеет следующие концентрации отдельных компонентов:
- основное количество по массе акрилового форполимера, предпочтительно приблизительно 30-97% масс,
- между приблизительно 1 и 10% масс. функционального изоцианатного мономера,
- между приблизительно 0 и 15% масс. наполнителя,
- между приблизительно 1 и 10% масс. агента поперечного сшивания,
- между приблизительно 0,01 и 0,2% масс, катализатора,
- между приблизительно 0 и 15% масс. пластификатора,
- между приблизительно 0,01 и 0,1% масс. инициатора,
- между приблизительно 1 и 15% масс. не содержащего VOC растворителя,
- между приблизительно 0,1 и 2% масс. антиоксиданта,
- между приблизительно 0,1 и 1% масс. и промотора адгезии, и акцептора влаги и
- между приблизительно 0,1 и 2% масс. УФ стабилизатора.
Также предложен способ получения композиции герметика.
Акриловый форполимер, наполнитель, пластификатор на основе диоксида кремния и антиоксидант, растворенный в не содержащем VOC растворителе, загружают вместе в реакционную емкость и смешивают с образованием гомогенной массы. Агент поперечного сшивания, включая трехфункциональный акрилатный мономер, и инициатор, добавляют в вышеуказанную смесь и перемешивают в течение необходимого промежутка времени при определенной температуре. Затем очень медленно в мономерную смесь добавляют требуемое количество промотора адгезии и акцептора влаги. Затем реакционную массу охлаждают. После достижения желательной температуры в вышеуказанную смесь добавляют УФ стабилизаторы, растворенные в необходимом количестве растворителя, и реакцию продолжают. И наконец, добавляют эффективное количество изоцианатного функционального мономера и катализатора. После того, как все ингредиенты введены в реактор, конечную загрузку готовят под вакуумом и расфасовывают в атмосфере азота.
Еще в одном предпочтительном варианте осуществления изобретения предложена самовыравнивающаяся композиция акрилового герметика, содержащая акриловый форполимер, изоцианатный функциональный мономер, агент поперечного сшивания, катализатор, пластификатор, инициатор, не содержащий VOC растворитель, антиоксидант, промотор адгезии, акцептор влаги и УФ стабилизатор. Композиция по настоящему изобретению может не содержать наполнителя или может необязательно включать наполнитель.
Предложена композиция герметика на основе гибридного метода, которая достигает уникального сочетания эксплуатационных свойств синергетической природы, особенно преимущественных для холодного применения. Гибридный герметик характеризуется превосходными механическими и адгезионными свойствами по сравнению с коммерчески доступными и широко используемыми герметиками.
Композиция гибридного герметика характеризуется следующими преимуществами:
- обеспечивает уникальное сочетание эксплуатационных свойств синергетической природы, особенно преимущественных для холодного применения (20°C);
- имеет высокую исходную прочность в невулканизованном состоянии, которая облегчает транспортировку изделия перед окончательной вулканизацией;
- проявляет превосходные механические и адгезионные свойства по сравнению с коммерчески доступными и широко используемыми герметиками;
- конечный продукт является прозрачным/полупрозрачным, совместимым с VOC, быстро отверждается, является жестким, долговечным и упругим; и
- проявляет отличное крепление к субстратам, включающим алюминий, стекло, поливинилхлорид (ПВХ), АБС, древесину, мягкую сталь (МС), винил и стекловолокно.
Композиция гибридного герметика по настоящему изобретению используется для герметизации и соединения, требуемых при изготовлении изделий в оконном застеклении, обратном напластывании, в строительстве, аэрокосмической и прикладных отраслях промышленности. Следовательно, композиция гибридного герметика по настоящему изобретению развивает соответствующую адгезию и прочность связи, эквивалентную коммерчески доступным герметикам, при использовании в областях применения, связанных с герметизацией и соединением. Изобретение также относится к изделиям, изготовленным с использованием названной композиции гибридного герметика.
Подробное описание предпочтительного варианта осуществления изобретения
В целях следующего подробного описания изобретения следует понимать, что изобретение может охватывать различные возможные изменения и последовательности проведения стадий, за исключением тех случаев, когда ясно указано противоположное. Кроме того, в любом отличном от рабочих примеров или когда указано иначе, все цифры, выражающие, например, количества ингредиентов, использованные в описании, следует понимать во всех случаях как модифицированные термином «приблизительно». Следует отметить, что если не указано иначе, все проценты, указанные в данном описании и прилагаемой формуле изобретения, относятся к процентам по массе от массы всей композиции.
Таким образом, до того как подробно рассмотреть изобретение, следует понимать, что данное изобретение не ограничивается конкретно рассмотренными в примерах системами или технологическими параметрами, которые, безусловно, могут меняться. Также следует понимать, что терминология, использованная в настоящем документе, дана в целях описания только конкретных вариантов осуществления изобретения и не предназначена ограничивать объем притязаний изобретений никоим образом.
Следует отметить, что, как использовано в настоящей заявке и прилагаемой формуле изобретения, формы единственного числа «a», «an» и «the» включают ссылки и на множественное число, если содержание четко не указывает иначе. Таким образом, например, указание на «filler» (наполнитель) может включать два или более таких наполнителей. Если не указано иначе, все технические и научные термины, использованные в настоящем документе, имеют те же значения, что обычно подразумеваются специалистами в данной области, к которой относится изобретение.
Композиция герметика по настоящему изобретению представляет композицию гибридного герметика. Композиция герметика, охватываемая настоящим изобретением, включает полимерную систему, состоящую из модифицированного изоцианатом акрилового полимера в сочетании с другими добавками.
Термин «герметик», использованный в настоящем документе, подразумевает полимерный материал, который становится твердым и при нанесении обладает достаточной адгезией к субстрату. Герметики обеспечивают стойкость к условиям окружающей среды, оставаясь соединенными в течение требуемого срока службы сборной конструкции. При использовании между субстратами, обладающими различными коэффициентами термического расширения или различным удлинением под действием напряжения, они обладают соответствующей гибкостью и удлинением.
Настоящее изобретение находит использование как герметик для соединения одинаковых или различных субстратов. Согласно одному из аспектов изобретения, композиция по настоящему изобретению включает, по меньшей мере, один акриловый форполимер, который взаимодействует с образованием основного полимера. Изобретение предусматривает использование линейных или нелинейных акрилатов. Подходящие акриловые форполимеры могут быть образованы в результате полимеризации различных акриловых мономеров. Для получения акриловых форполимеров используют стандартные хорошо известные методы. Представителями таких акриловых форполимеров являются те, что раскрыты в публикации заявки на патент США US 2009/0098388, содержание которой введено в настоящий документ в качестве ссылки. Композиция герметика обычно включает от приблизительно 30 до 97% масс. акрилового форполимера. В типичных композициях компонент на основе акрилового форполимера содержится в количестве от приблизительно 53 до 93,5% или в других вариантах осуществления изобретения от приблизительно 64 до 92% масс.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения, композиция герметика по настоящему изобретению включает, по меньшей мере, один функциональный изоцианатный мономер. Изоцианатами, которые могут быть использованы в настоящем изобретении, являются диизоцианаты или полиизоцианаты, в которых содержится две или более двух изоциантаных (-NCO) групп на молекулу. Полиизоцианаты включают любой подходящий изоцианат, содержащий, по меньшей мере, две изоцианатные группы, обычно включающие алифатические, ароматические, циклоалифатические, арилалифатические, арилалкильные, алкиларильные изоцианаты и их смеси. Подходящие диизоцианатные функциональные мономеры, которые могут быть использованы в настоящем изобретении, обычно включают 2,4-толуолдиизоцианат (TDI), 2,6-толуолдиизоцианат, 4,4'-дифенилметилендиизоцианат (MDI), изофорондиизоцианат, дициклогексилметандиизоцианат, различные жидкие дифенилметилендиизоцианаты, содержащие 2,4- и 4,4'-изомеры, и т.п. и их смеси. Мономерный изоцианат обычно содержится в композиции в количестве от приблизительно 1 до 10% масс., в других вариантах осуществления изобретения от приблизительно 2 до 8% масс. и даже более предпочтительно от приблизительно 2 до 6% масс. В конкретных вариантах осуществления изобретения общий массовый процент изоцианатных групп (-NCO) в композиции составляет, в целом, ниже 1,5% масс., тогда как в других вариантах осуществления изобретения количество -NCO составляет в общем величину между 0,2 и 1,0% масс.
Согласно другому варианту осуществления изобретения, композиция герметика по настоящему изобретению содержит, по меньшей мере, один наполнитель. Наполнители, использованные в настоящем изобретении, включают гидрофобные наполнители, которые используются в качестве усиливающих наполнителей или модификаторов реологических свойств. Химический состав наполнителя и размер его частиц и морфологию, распределение частиц наполнителя по размеру выбирают таким образом, чтобы обеспечить желательные физические свойства композиции. Согласно конкретному варианту осуществления изобретения, гибридный герметик рационально составлен с минимальным количеством наполнителя без какого-либо ухудшения механических свойств продукта, что является одним из преимущественных особенностей, так как обеспечивает существенное снижение затрат на производство. Примерами наполнителей, которые могут быть использованы в настоящем изобретении, обычно являются дымящий диоксид кремния, коллоидный диоксид кремния, кальцит, известняк, слюда, тальк, асбестовые волокна или порошок, диатомная земля, технический углерод, порошкообразный металл, сульфат бария, оксид алюминия, сланцевая мука, силикат кальция, карбонат магния, силикат магния и т.п. Химический состав наполнителя и размер и морфология его частиц, распределение частиц наполнителя по размерам рационально подобраны так, чтобы обеспечить желательные физические свойства композиции. Предпочтительно, чтобы технический углерод или металлические наполнители придавали композиции по изобретению электропроводимость при содержании, соответствующем или близком порогу протекания. Кроме того, субстраты, склонные к коррозии, защищают включением защитного для металла анода наполнителя относительно материала субстрата. Цинковый наполнитель является примером защитного для анода наполнителя.
Наполнитель содержится в композиции в количестве от приблизительно 0 до 15% масс., в других вариантах осуществления изобретения от приблизительно 1 до 8% масс. и также в другом варианте осуществления изобретения от приблизительно 1 до 6% масс. Однако предпочтительно, чтобы количества использованного наполнителя можно было менять в широких пределах в соответствии с назначением композиции. В некоторых областях применения герметика композиция герметика по настоящему изобретению не содержит наполнителя.
Согласно другому аспекту изобретения, композиция герметика по настоящему изобретению включает, по меньшей мере, один агент поперечного сшивания, который представляет трехфункциональный мономер, обычно включающий триметилолпропантриакрилат, триметилолпропантриметакрилат и триакрилат трис(2-гидроксиэтил)изоцианурата и т.п. Агент поперечного сшивания содержится в композиции в количестве от приблизительно 1 до 10% масс., в других вариантах осуществления изобретения оно составляет количество от приблизительно 1 до 8% масс. и еще в одном варианте осуществления изобретения это количество составляет от приблизительно 3 до 6% масс.
Композиция герметика по настоящему изобретению также включает катализатор для ускорения реакции гидролиза между акриловым форполимером и полиизоцианатом и/или последующих реакций поперечного сшивания или их комбинаций. Катализатор предпочтительно является стабильным и не влияет на протекание нежелательных побочных реакций, особенно в ходе получения, транспортировки или хранения материала герметика. Подходящие катализаторы обычно включают органические соединения металлов, соли олова карбоновых кислот, оловоорганические соединения и т.п. В соответствии с настоящим изобретением, предпочтительным катализатором является оловосодержащий катализатор, например, дилаурат дибутилолова. Катализатор обычно содержится в количестве от приблизительно 0,01 до 0,2% масс., в других вариантах осуществления изобретения в количестве от приблизительно 0,02 до 0,1% масс. и также в других вариантах осуществления изобретения в количестве от приблизительно 0,03 до 0,07%.
Композиция герметика по настоящему изобретению необязательно включает, по меньшей мере, один пластификатор, который действует как наполнитель или улучшает пластичность композиции. Пластификатор, использованный в данном изобретении, обычно включает трис(2-этилгексил)тримеллитат (TOTM), триметилпентанилдиизобутират (TXIB), не содержащий фталата сложный эфир C1-C20 алкилсульфоновой кислоты и фенола, сложный бензоатный эфир и их комбинации. Пластификатор содержится в композиции в суммарном количестве от приблизительно 0 до 15% масс., в других вариантах осуществления изобретения в количестве от приблизительно 0 до 8% масс. и в других вариантах осуществления изобретения в количестве от приблизительно 0,01 до 6% масс.
Процесс полимеризации инициируется добавлением радикального инициатора. Радикальные инициаторы полимеризации хорошо известны специалистам и их выбирают с учетом скорости, температуры, назначения катализатора и т.п. Инициаторы, которые могут быть использованы в настоящем изобретении, обычно включают третбутилгидропероксид (TBHP), третбутилпероксибензоат (TBPB) и гидропероксид кумола (CHP). Инициатор содержится в количестве, достаточном для обеспечения желательной скорости полимеризации. Обычно инициатор добавляют в количестве от приблизительно 0,01 до 0.1% масс., в других вариантах осуществления изобретения в количестве от приблизительно 0,01 до 0,05% масс. и в других вариантах осуществления изобретения в количестве от приблизительно 0,01 до 0,03% масс.
Композиция герметика по настоящему изобретению необязательно включает достаточное количество растворителя, чтобы иметь желательную вязкость при комнатной температуре и способность наноситься на субстрат в условиях окружающей среды. Предпочтительно растворитель, использованный в соответствии с настоящим изобретением, не содержит VOC (летучих органических соединений). Предпочтительно, чтобы другие не содержащие VOC растворители также могли быть использованы в настоящем изобретении в количествах, соответствующих пониженным нормативам. Не содержащие VOC растворители, которые могут быть использованы в настоящем изобретении, обычно включают диметилкарбонат, пропиленкарбонат и третбутилацетат. Растворитель содержится в количестве от приблизительно 1 до 15% масс., в других вариантах осуществления изобретения, если он содержится, то в количестве от приблизительно 2 до 12% масс., и в других вариантах осуществления изобретения в количестве от приблизительно 1,5 до 10% масс.
Антиоксидант необязательно содержится в композиции по изобретению. Антиоксидант, который может быть использован в настоящем изобретении, обычно включает дитридецилтиодипропионат (DTDTDP), дилаурилтиодипропионат (DLTDP), дистеарилтиодипропионат (DSTDP) и октадециловый сложный эфир 3,5-бис(l,l-диметилэтил)-4-гидроксибензолпропановой кислоты и трис(2,4-дитретбутилфенил)фосфит (168) и их комбинации. Обычно антиоксидант добавляют в количестве от приблизительно 0 до 2% масс., в конкретных вариантах осуществления изобретения в количестве от приблизительно 0,2 до 1% и в других вариантах осуществления изобретения от приблизительно 0,2 до 0,6% масс.
Композиция герметика по настоящему изобретению также необязательно включает один или оба промотор адгезии и акцептор влаги. Пригодные промоторы адгезии, которые могут быть использованы в настоящем изобретении, обычно включают 3-аминопропилтриэтоксисилан (AMEO), 3-аминопропилтриметоксисилан, 3-глицидоксипропилтриметоксисилан, N-(бета-аминоэтил)гамма- аминопропилтриметоксисилан и их комбинации. Предпочтительно, чтобы аминосилан в комбинации с мономерным диизоцианатом в композиции легко образовывал комплекс промотора адгезии. TDI является таким типичным диизоцианатом. Предпочтительно, чтобы помимо вышеупомянутых типичных мономерных промоторов адгезии в настоящем изобретении были использованы промоторы адгезии полимеров, которые обычно включают модифицированные малеиновым ангидридом полимеры полипропилена (PP) и стирола; модифицированные малеиновым ангидридом сополимеры РР, стирола и простого метилвинилового эфира; полиорганосилоксаны; полиорганосиланы и их комбинации.
Акцептор влаги, который может быть использован в настоящем изобретении, обычно включает метилдифенилэтоксисилан; винилтриметоксисилан (VTMO), винилтриэтоксисилан; сложные эфиры кислот, такие как диэтилмалонат и диметилсукцинат, и их комбинации.
Как промотор адгезии, так и акцептор влаги, если содержатся, обычно присутствуют в количестве от приблизительно 0 до 1% масс. для каждого по отдельности или комбинации соединений, в других вариантах осуществления изобретения от приблизительно 0,2 до 1% масс. и, если содержатся, в других вариантах осуществления изобретения в количестве от приблизительно 0,2 до 0,8% масс.
Композиция герметика по настоящему изобретению необязательно включает УФ стабилизаторы. Примерами УФ стабилизаторов являются бензотриазолы, бензофеноны, триазины, светостабилизаторы на основе затрудненных фенолов, 2-(бензотриазол-2-ил)-4-(2,4,4-триметилпентан-2-ил)фенол, 3,5-ди-третбутил-4-гидроксибензойная кислота, сложный гексадециловый эфир и их комбинации. УФ стабилизаторы, если содержатся, обычно присутствуют в количестве от приблизительно 0,1 до 2% масс., в других вариантах осуществления изобретения от приблизительно 0,3 до 1,2% масс. и еще в других вариантах осуществления изобретения в количестве от приблизительно 0,4 до 1% масс.
Композиции по изобретению необязательно включают другие добавки, традиционные для герметиков и включающие, но не ограничивающиеся ими, термореактивные смолы, дегидраторы, окрашивающие добавки (например, пигменты и красители), антипирены, парафины и их смеси.
В предпочтительном конкретном варианте осуществления изобретения композиция герметика по настоящему изобретению включает следующие отдельные компоненты:
- акриловый форполимер содержится в количестве 53-93,5% масс.;
- изоцианатный функциональный мономер содержится в количестве от 2 до 8% масс.;
- наполнитель содержится в количестве от 1 до 8% масс.;
- агент поперечного сшивания содержится в количестве 1-8% масс.;
- катализатора содержится в количестве от 0,02 до 0,1% масс.;
- пластификатор содержится в количестве от 0 до 8% масс.;
- инициатор содержится в количестве от 0,01 до 0,05% масс.;
- не содержащий VOC растворитель содержится в количестве от 2 до 12% масс.;
- антиоксидант содержится в количестве от 0,2 до 1,0% масс.;
- промотор адгезии и акцептор влаги каждый содержится в количестве от 0,2 до 1% масс. и
- УФ стабилизатор содержится в количестве от 0,3 до 1,2% масс.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, состав представляет прозрачный герметик. Прозрачные герметики обычно не содержат окрашивающих добавок, которые сделали бы герметик полупрозрачным и даже непрозрачным. Однако предпочтительно, чтобы такие окрашивающие добавки были использованы в вариантах осуществления непрозрачных композиций по изобретению.
В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения, хорошо подходящим для отделочных композиций для субстратов, композиция включает:
- акриловый форполимер, который содержится в количестве 64-92% масс.;
- изоцианатный функциональный полимер, который содержится в количестве от 2 до 6% масс.;
- наполнитель, который содержится в количестве от 1 до 6% масс.;
- агент поперечного сшивания, который содержится в количестве от 3 до 6% масс.;
- катализатор, который содержится в количестве от 0,03 до 0,07% масс.;
- пластификатор, который содержится в количестве от 0,01 до 6% масс.;
- инициатор, который содержится в количестве от 0,01 до 0,03% масс.;
- не содержащий VOC растворитель, который содержится в количестве от 1,5 до 10% масс.;
- антиоксидант, который содержится в количестве от 0,2 до 0,6% масс.;
- промотор адгезии, который содержится в количестве от 0,2 до 0,8% масс., и
- УФ стабилизатор, который содержится в количестве от 0,4 до 1%% масс.
Другой аспект настоящего изобретения относится к способу получения композиции гибридного герметика, который включает
a. введение вместе акрилового форполимера, необязательно наполнителя, пластификатора и антиоксиданта, растворенного в растворителе, в реакторную емкость,
b. смешение данных компонентов вместе с образованием гомогенной массы,
c. добавление агента поперечного сшивания и инициатора в вышеописанную смесь и перемешивание,
d. медленное добавление промотора адгезии и акцептора влаги в вышеописанную смесь,
e. охлаждение реакционной массы до желательной температуры,
f. растворение УФ стабилизаторов в требуемом количестве растворителя и введение в вышеописанную смесь,
g. введение изоцианатного функционального мономера и катализатора по каплям в данную смесь при интенсивном перемешивании,
h. приготовление конечной загрузки под вакуумом и
i. расфасовку в атмосфере азота.
Агент поперечного сшивания, инициатор, промотор адгезии и акцептор влаги могут вводится в одну стадию.
Согласно другому аспекту изобретения, типичную композицию по настоящему изобретению подвергают различным испытаниям для оценки эксплуатационных свойств и усовершенствований в композиции гибридного герметика по изобретению. Соответственно, для оценки механических свойств проводили испытания на предел прочности при разрыве, водостойкость и сопротивление сдвигу, а для оценки физических свойств определяли изменение твердости при хранении, время образования поверхностного слоя, время отверждения, процентное содержание сухого остатка, процентное содержание наполнителя и т.п.
Следующие примеры поясняют некоторые варианты осуществления изобретения и аспекты настоящего изобретения и не предназначены ограничивать объем его притязаний. Все части и проценты в настоящем документе даны по массе, если не указано иначе.
Примеры
Следующие примеры представлены ниже, чтобы дополнительно пояснить изобретение, и не предназначены ограничивать его сущность.
Пример 1
Предпочтительную композицию герметика по настоящему изобретению готовили на основе следующей рецептуры, показанной в таблице 1
| Таблица 1 Рецептура конкретной композиции герметика по настоящему изобретению |
||
| Герметик № |
Ингредиент | % масс. |
| 1 | Акриловый форполимер согласно публикации заявки на патент США US2009/0098388 | 63,7-82,45 |
| 2 | Метилендифенилдиизоцианат | 2-6% |
| 3 | Гидрофобный диоксид кремния | 1-6% |
| 4 | Триакрилат триметилолпропана | 3-6% |
| 5 | Дилаурат дибутилолова | 0,03-0,07% |
| 6 | Не содержащий фталата сложный алкиловый эфир сульфоновой кислоты и фенола | 0,01-6% |
| 7 | Третбутилгидропероксид | 0,01-0,03% |
| 8 | Третбутилацетат | 1,5-10% |
| 9 | 3,5-бис(1,1-диметилэтил)-4-гидроксибензолпропановой кислоты октадециловый сложный эфир и 2-(бензилтриазол-2-ил)-4-(2,4,4-триметила) | 0,2-0,6% |
| 10 | AMEO | 0,2-0,8% |
| 11 | VTMO | 0,2-0,8% |
| 12 | УФ стабилизаторы | 0,4-1% |
Композицию по настоящему изобретению готовили следующим образом. Акриловый форполимер, гидрофобный диоксид кремния, пластификатор и антиоксидант растворяли в растворителе, не содержащем VOC, и вводили вместе в реакторную емкость, оснащенную механической мешалкой и вводом газообразного азота. Форполимер, наполнитель и пластификатор перемешивали вихревым способом в течение приблизительно 15 минут при 64±10,0°C до образования гомогенной массы. В вышеописанную смесь добавляли триакрилат триметилолпропана и инициатор и перемешивали в течение 60 минут при 64±10,0°C. Через 60 минут в мономерную смесь очень медленно добавляли желательное количество промотора адгезии и акцептора влаги. Реакционную массу охлаждали до 55-60°C, предпочтительно до 58°C. После достижения желательной температуры в вышеуказанную смесь добавляли УФ стабилизаторы, растворенные в требуемом количестве растворителя, и реакцию продолжали еще в течение 10 минут. И наконец, по каплям, при интенсивном перемешивании добавляли эффективное количество изоцианатного Функционального мономера и оловосодержащий катализатор в течение 10-15 минут. После введения в реактор всех ингредиентов конечную смесь обрабатывали в течение 20 минут под вакуумом 600 ммHg и расфасовывали в атмосфере азота.
Пример 2
Композицию герметика примера 1 воспроизводили, за
исключением того, что включали 2,3 процентов от общей массы смолы на основе малеинового ангидрида и стирола и 0,9% от общей массы диэтилмалоната с соответствующим снижением содержания диоксида кремния через 75 минут и перерабатывали так же, как в примере 1.
Пример 3
Сравнительная оценка композиции по изобретению с коммерческими герметиками
Композиции по настоящему изобретению (примеры 1 и 2) сравнивали с другими доступными коммерческими герметиками (герметик 1-3 в таблице) и анализировали различные механические свойства, такие как предел прочности при разрыве, процент относительного удлинения, и такие физические свойства, как твердость, водостойкость, срок хранения, время образования поверхностного слоя, время отверждения, процентное содержание сухого остатка, процентное содержание наполнителя. Результаты оценки представлены в таблице 2.
| Таблица 2 Свойства композиций сравнительных и по изобретению |
||||||
| Параметр испытания | Метод испытаний | Герметик 1 |
Герметик 2 |
Герметик 3 |
Композиция герметика по изобретению примера 1 | Композиция герметика по изобретению примера 2 |
| Внешний вид | - | Прозрачная | Красная | Прозрачная | Прозрачная | Прозрачная |
| Время образования поверхностной пленки, мин | ASTM C-679 | 10-15 | 10-15 | 15 | 10~15 | 10~15 |
| Содержание сухого остатка, % | - | 96% | 95-96% | 96% | 97% | 97% |
| Содержание наполнителя, % | - | 23% | 25% | 15% | 5,41% | 2,21 |
| Твердость по Шору А |
ASTM C-661 | 35-40 | 35-40 | 35-40 | 30-35 | 30-35 |
| Предел прочности при разрыве, фунт/кв.дюйм | ASTM D-412 | 100 | 90 | 90 | 130 | 277 |
| Относительное удлинение при разрыве, % | ASTM D-412 | 300 | 250 | 300 | 300 | 583 |
| Водостойкость | - | Прошел | Прошел | Прошел | Прошел | Прошел |
| Прочность при сдвиге, фунт/кв.дюйм | ASTM D1002 | 250 (SF)* |
210 (SF)* |
220 (SF)* |
270 | 290+ |
| *(SF): разрушение субстрата |
Установлено, что композиция герметика по настоящему изобретению имеет очень высокую теплостойкость при отличных самовыравнивающихся свойствах, имеет малое время образования поверхностного слоя и может наноситься в условиях холода. Кроме того, герметик по настоящему изобретению демонстрирует отличную адгезию к алюминию и стеклу при хорошей гибкости по сравнению с силиконовыми герметиками. Будучи самовыравнивающейся композиция по изобретению, отвержденная в продукт, с достаточным уровнем исходных реологических свойств обеспечивает гладкую поверхность без образования полостей, сосредоточенных в направлении верхней зоны отвержденного продукта.
Когезионная прочность композиции герметика под действием напряжения сдвига измеряется методом сдвига (ASTM D1002). Методом испытания на сдвиг измеряют прочность связи герметика в условиях постоянного сдвига, и получают информацию об адгезионной связи к исследуемому субстрату.
Для оценки термостойкости композиций герметиков образцы, полученные в соответствии с настоящим изобретением в примерах 1 и 2, выдерживали при 50°C в течение 21 дня и не наблюдали никаких изменений вязкости в течение всего периода испытаний.
Чтобы оценить водостойкость композиций герметиков, готовили образцы в соответствии с примерами 1 и 2 настоящего изобретения и погружали в дистиллированную воду на 7 дней, при этом не наблюдали никакого набухания или помутнения/отслаивания наружного слоя.
Твердость композиций герметиков измеряли с использованием дюрометра, типа А согласно ASTM C661.
Время образования наружного слоя относится к промежутку времени, которое проходит до образования твердой пленки и определяется согласно ASTM C-679. Согласно предпочтительному аспекту настоящего изобретения, композиция герметика обеспечивает малое время образования наружного слоя приблизительно 10-15 минут, что достаточно быстро для удобства потребителя. Герметики по настоящему изобретению имеют время образования наружного слоя менее приблизительно 20 минут и больше приблизительно 10-15 минут.
Хотя настоящее изобретение рассмотрено со ссылкой на пояснительные варианты его осуществления, данное описание не предназначено рассматривать в ограничительном смысле. Различные модификации и комбинации пояснительных примеров его осуществления, а также другие варианты осуществления изобретения будут понятны специалистам в данной области после рассмотрения описания изобретения.
1. Композиция гибридного герметика, включающая
акриловый форполимер;
изоцианат, который представляет диизоцианат или полиизоцианат;
трехфункциональный акрилат в качестве агента поперечного сшивания и катализатор.
2. Композиция гибридного герметика по п.1, где акриловый форполимер содержится в количестве от 30 до 97 мас.%, изоцианат содержится в количестве от 1 до 10 мас.%, агент поперечного сшивания содержится в количестве от 1 до 10 мас.%, катализатор содержится в количестве от 0,01 до 0,2 мас.%.
3. Композиция гибридного герметика по п.1, дополнительно включающая пластификатор, содержащийся в количестве от 0 до 15 мас.%, инициатор, содержащийся в количестве от 0,01 до 0,1 мас.%, растворитель, содержащийся в количестве от 1 до 15 мас.%, антиоксидант, содержащийся в количестве от 0,1 до 2 мас.%, промотор адгезии и акцептор влаги, каждый содержащийся в количестве от 0,1 до 1 мас.%, и ультрафиолетовый (УФ) стабилизатор, содержащийся в количестве от 0,1 до 2 мас.%.
4. Композиция гибридного герметика по п.3, где акриловый форполимер содержится в количестве от 53 до 93 мас.%, изоцианат содержится в количестве от приблизительно 2 до 8 мас.%, агент поперечного сшивания содержится в количестве 1-8 мас.%, катализатор содержится в количестве от 0,02 до 0,1 мас.%, пластификатор содержится в количестве от 0 до 8 мас.%, инициатор содержится в количестве от 0,01 до 0,05 мас.%, растворитель представляет не содержащий летучих органических соединений растворитель и содержится в количестве от 2 до 12 мас.%, антиоксидант содержится в количестве от 0,2 до 1,0 мас.%, промотор адгезии и акцептор влаги каждый содержится в количестве от 0,2 до 1 мас.% и УФ стабилизатор содержится в количестве от 0,3 до 1,2 мас.%.
5. Композиция гибридного герметика по п.3, где акриловый форполимер содержится в количестве от 64 до 92 мас.%, изоцианат содержится в количестве от 2 до 6 мас.%, агент поперечного сшивания содержится в количестве от 3 до 6 мас.%, катализатор содержится в количестве от 0,03 до 0,07 мас.%, пластификатор содержится в количестве от 0 до 6 мас.%, инициатор содержится в количестве от 0,01 до 0,03 мас.%, растворитель представляет не содержащий летучих органических соединений растворитель и содержится в количестве от 1,5 до 10 мас.%, антиоксидант содержится в количестве от 0,2 до 0,6 мас.%, промотор адгезии и акцептор влаги каждый содержится в количестве от 0,2 до 0,8 мас.% и УФ стабилизатор содержится в количестве от 0,4 до 1 мас.%.
6. Композиция гибридного герметика по п.1, где изоцианатом является один из алифатических, ароматических, циклоалифатических, арилалифатических, арилалкиловых изоцианатов или их смеси.
7. Композиция гибридного герметика по п.1, где изоцианат представляет один из следующих: 2,4-толуолдиизоцианат, 2,6-толуолдиизоцианат, 4,4′-дифенилметилендиизоцианат, изофорондиизоцианат, дициклогексидилметандиизоцианат, жидкий дифенилметандиизоцианат, содержащий 2,4- и 4,4′-изомеры, или их смеси.
8. Композиция гибридного герметика по любому из пп.1-5, где агент поперечного сшивания представляет собой один из следующих: триакрилат триметилолпропана, триметакрилат триметилолпропана или триакрилат трис(2-гидроксиэтил)изоцианурата.
9. Композиция гибридного герметика по любому из пп.3-5, где пластификатором является один из следующих: трис(2-этилгексил)тримеллитат, триметилпентанилдиизобутират, не содержащий фталата сложный эфир С1-С20алкилсульфоновой кислоты с фенолом, пластификатор на основе сложного бензоатного эфира или их смеси.
10. Композиция гибридного герметика по любому из пп.3-5, где инициатором является один из следующих: третбутилгидропероксид, третбутилпероксибензоат, гидропероксид кумола или их смеси.
11. Композиция гибридного герметика по любому из пп.3-5, где растворителем является один из следующих: диметилкарбонат, пропиленкарбонат, третбутилацетат или их смеси.
12. Композиция гибридного герметика по любому из пп.3-5, где антиоксидантом является один из следующих: дитридецилтиодипропионат, дилаурилтиодипропионат, дистеарилтиодипропионат, 3,5-бис(1,1-диметилэтил)-4-сложный октадециловый эфир гидроксибензолпропановой кислоты, трис(2,4-дитретбутилфенил)фосфит или их смеси.
13. Композиция гибридного герметика по любому из пп.3-5, где промотором адгезии является один из следующих: 3-аминопропилтриэтоксисилан, 3-аминопропилтриметоксисилан, глицидоксипропилтриметоксисилан, N-(бета-аминоэтил)-гамма-аминопропилтриметоксисилан или их смесь.
14. Способ получения композиции гибридного герметика, включающий:
совместное введение акрилового форполимера, необязательно наполнителя, пластификатора и антиоксиданта, растворенного в растворителе, в реакторную емкость;
смешение с образованием гомогенной массы;
введение в массу агента поперечного сшивания, инициатора, промотора адгезии и акцептора влаги;
охлаждение массы;
введение в массу УФ стабилизаторов в количестве растворителя от 1 до 15 мас.%;
продолжение реакции с добавлением эффективного количества изоцианата и катализатора при интенсивном перемешивании с получением конечной загрузки;
приготовление конечной загрузки под вакуумом и
расфасовку конечной загрузки после приготовления в атмосфере азота.
15. Способ по п.14, где акриловый форполимер, необязательно наполнитель и пластификатор добавляют вместе в реакторную емкость, смешивают вихревым образом смесь в течение приблизительно 15 минут при 64°C±10,0°C, вводят в массу агент поперечного сшивания и инициатор и перемешивают еще в течение 60 минут при 64°C±10,0°C, через 60 минут добавляют промотор адгезии и акцептор влаги и затем массу охлаждают до 55-60°C, УФ стабилизаторы растворяют в количестве растворителя от 1 до 15 мас.%, который не содержит летучих органических соединений, и вводят в массу, и реакцию проводят еще в течение 10 минут, конечную загрузку обрабатывают в течение 20 минут под вакуумом при 600 ммHg и расфасовывают в атмосфере азота.
