Наполнитель для шин на основе акриловых гидрогелей
Настоящее изобретение относится к способу получения шины, заполненной (мет)акриловым гидрогелем. Описан способ получения шины, заполненной (мет)акриловым гидрогелем, включающий: a) обеспечение смеси, содержащей по меньшей мере одно водорастворимое (мет)акриловое соединение, воду и инициатор, и b) заполнение указанной смесью шины, в которой смесь полимеризуется с образованием (мет)акрилового гидрогеля. Также описаны шина и применение смеси в качестве материала для заполнения шин. Технический результат: повышение экономической эффективности и экологической безопасности материала для заполнения шин. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 3 табл.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к композициям наполнителя для шин.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Наполнители для шин известны уже давно. Их используют при применении транспорта в жестких условиях эксплуатации, таких как подземная разработка месторождений, фермерские хозяйства или склады металлолома, где важным фактором является отсутствие проседания шин, но покупатели при этом не хотят переходить на сплошные шины. Сплошные шины являются сравнительно дорогостоящими, при этом на рынке представлен лишь ограниченный размерный ряд таких шин. Путем применения наполнителя для шин любую шину любого размера на любом транспортном средстве можно превратить в непроседающую шину.
До настоящего времени такие наполнители для шин получали с помощью полиуретана, поскольку полиуретан обеспечивает сочетание мягкости, эластичности и быстрого отверждения. Мягкость необходима для обеспечения достаточно комфортной езды и обычно представлена твердостью в диапазоне от 5 до 20 единиц по шкале Шора А. Для некоторых вариантов применения на рынке доступны наполнители, например, с более высокой скоростью отверждения и более высокой твердостью, составляющей до 50 единиц по шкале Шора А.
Такие системы для заполнения шин обычно поставляются покупателю в виде готового к применению набора. Для обеспечения достаточно короткого времени отверждения используют 2-компонентный полиуретан и статический смеситель с нагнетательным насосом. Покупатель устанавливает шину в вертикальное положение (вентилем вниз), просверливает отверстие в верхней части, соединяет датчик давления с вентилем и заполняет шину до тех пор, пока материал не потечет из указанного верхнего отверстия. После заполнения отверстие закрывают с помощью болта или применяют любой другой подходящий способ.
Например, в WO 00/61655 описан способ получения износостойкой шины путем заполнения шины композицией, содержащей полиизоцианат, высокомолекулярный полиол, полярный пластифицирующий масляный наполнитель, полиамин, которую затем отверждают в присутствии катализатора с получением полиуретанового эластомера с твердостью по шкале Шора А в диапазоне от примерно 5 до 60.
Полиуретан до настоящего времени используют в качестве традиционного материала для заполнения шин, поскольку он сочетает в себе подходящую твердость с быстрым отвержением и разумной ценой. Однако такой подход имеет некоторые серьезные недостатки.
Так, полиуретановый наполнитель обычно получают путем полимеризации полиизоцианатного компонента и полиольного компонента, при этом для обеспечения приемлемого отверждения системы необходимо точно контролировать соотношение указанных двух компонентов. Любое отклонение приведет к тому, что материал не будет отвечать основным требованиям в отношении заполнения шин. В частности, следует избегать любого содержания в шине жидкости, поскольку она будет выщелачиваться, что впоследствии в ходе эксплуатации может привести к выделению избыточного тепла и, в конечном счете, к разрушению шины.
Кроме того, полиуретановые наполнители обычно основаны на двухкомпонентных композициях, которые вызывают озабоченность с точки зрения охраны окружающей среды, охраны труда и техники безопасности (EHS). Существует опасность контакта потребителя с изоцианатом. Для достижения требуемой мягкости компоненты подвергают интенсивной пластификации с применением, например, ароматических масел, которые также вызывают серьезную озабоченность.
Дополнительный недостаток полиуретановых наполнителей для шин состоит в том, что их изготовление все еще является сравнительно дорогостоящим, поскольку все исходные материалы представляют собой органические соединения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Соответственно, задача настоящего изобретения состояла в обеспечении альтернативного материала для заполнения шин для получения непроседающих шин, обеспечивающего быстрое и контролируемое отверждение, при этом нечувствительного к ошибкам при дозировании. Кроме того, такой материал для заполнения шин должен быть экологически безопасным и экономически эффективным.
Неожиданно было обнаружено, что (мет)акриловые гидрогели можно применять для получения непроседающих шин в составе композиции, содержащей воду в качестве основного компонента.
Соответственно, в настоящем изобретении предложен способ получения шины, заполненной (мет)акриловым гидрогелем, включающий а) обеспечение смеси, содержащей по меньшей мере одно водорастворимое (мет)акриловое соединение, воду и инициатор, и b) заполнение указанной смесью шины, в которой такая смесь полимеризуется с образованием (мет)акрилового гидрогеля.
Предложенный в настоящем изобретении способ представляет собой надежный, экономически эффективный и экологически безопасный способ, который является альтернативой общепринятой технологии заполнения шин полиуретаном. Неожиданно было обнаружено, что можно обеспечить быстрое и контролируемое отверждение заполняющей смеси для шин. Характеристики отверждения нечувствительны к ошибкам при дозировании, поэтому обработка является простой. Кроме того, предложенный заполнитель для шин безопасен для окружающей среды, поскольку он пластифицируется водой, а также экономически очень эффективен, поскольку основным его компонентом является вода.
Настоящее изобретение также относится к шине, заполненной (мет)акриловым гидрогелем, применению смеси в качестве материала для заполнения шин и к материалу для заполнения шин, описанному в дополнительных независимых пунктах формулы изобретения. Предпочтительные варианты реализации настоящего изобретения охарактеризованы в зависимых пунктах формулы изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
(Мет)акриловый гидрогель представляет собой водосодержащий гель, который содержит гидрофильный (мет)акриловый полимер. В частности, гидрофильный (мет)акриловый полимер в гидрогеле обычно является поперечно-сшитым, например, посредством ковалентных связей (химический гель) или посредством нековалентных связей, таких как ионные взаимодействия или водородные связи (физический гель). (Мет)акриловый полимер представляет собой полимер одного или более акриловых и/или метакриловых соединений или мономеров, соответственно, и необязательно одного или более сомономеров, способных к сополимеризации с акриловыми и/или метакриловыми соединениями или мономерами, соответственно.
(Мет)акриловый обозначает метакриловый или акриловый. Соответственно, (мет)акрилоил обозначает метакрилоил или акрилоил. (Мет)акрилоиловая группа также известна как (мет)акриловая группа. (Мет)акриловое соединение содержит одну или более (мет)акрилоиловых групп.
Водорастворимое соединение, например, водорастворимое (мет)акриловое соединение, относится к соединению с растворимостью в воде при 20°С, составляющей по меньшей мере 5 г/100 г воды.
Названия веществ, начинающиеся с «поли», обозначают вещества, формально содержащие, на молекулу, две или более функциональных групп, встречающихся в их названиях. Например, полиол относится к соединению, содержащему по меньшей мере две гидроксильные группы. Простой полиэфир относится к соединению, содержащему по меньшей мере две простые эфирные группы.
Подразумевается, что термин «открытое время» означает время, в течение которого можно осуществлять обработку после смешивания ингредиентов друг с другом. Окончание открытого времени обычно связано с повышением вязкости смеси или композиции до такой степени, что обработка больше невозможна.
Предложенный в настоящем изобретении способ получения шины, заполненной (мет)акриловым гидрогелем, включает на первой стадии обеспечение смеси, содержащей по меньшей мере одно водорастворимое (мет)акриловое соединение, воду и инициатор.
Смесь содержит одно или более водорастворимых (мет)акриловых соединений, т.е. растворимость указанного (мет)акрилового соединения в воде при 20°С составляет по меньшей мере 5 г/100 г. Растворимость (мет)акрилового соединения в воде при 20°С предпочтительно составляет по меньшей мере 10 г/100 г. Наиболее предпочтительно вода и (мет)акриловое соединение могут растворяться друг в друге, т.е. они образуют гомогенную фазу при любом соотношении компонентов в смеси.
Применяемое (мет)акриловое соединение является водорастворимым, что позволяет обеспечить при полимеризации образование гидрогеля. Применение нерастворимых в воде (мет)акриловых соединений приводит к отделению воды от полученного (мет)акрилового полимера.
(Мет)акриловое соединение может представлять собой мономер, олигомер или полимер. (Мет)акриловое соединение может иметь, например, молекулярную массу или, если оно представляет собой олигомер или полимер с молекулярно-массовым распределением, средневесовую молекулярную массу, не более 12000 г/моль, предпочтительно не более 8000 г/моль и более предпочтительно не более 4000 г/моль. Средневесовую молекулярную массу можно определить с помощью гель-проникающей хроматографии (GPC) с полистирольным стандартом.
Водорастворимое (мет)акриловое соединение может содержать одну, две или более двух (мет)акрилоиловых групп. Водорастворимое (мет)акриловое соединение предпочтительно содержит одну или две (мет)акрилоиловые группы.
Смесь предпочтительно содержит по меньшей мере одно (мет)акриловое соединение с одной (мет)акрилоиловой группой и/или по меньшей мере одно (мет)акриловое соединение с двумя (мет)акрилоиловыми группами. Дополнительно могут присутствовать (мет)акриловые соединения с тремя или более (мет)акрилоиловыми группами, но это, как правило, не является предпочтительным.
Предпочтительно смесь содержит по меньшей мере одно водорастворимое (мет)акриловое соединение с одной (мет)акрилоиловой группой или указанная смесь содержит по меньшей мере одно водорастворимое (мет)акриловое соединение с одной (мет)акрилоиловой группой и по меньшей мере одно водорастворимое (мет)акриловое соединение с двумя (мет)акрилоиловыми группами. Смесь может дополнительно содержать (мет)акриловые соединения с тремя или более (мет)акрилоиловыми группами, но это, как правило, не является предпочтительным.
Водорастворимые (мет)акриловые соединения предпочтительно выбирают из по меньшей мере одного соединения из группы, включающей (мет)акрилат с гидроксильной функциональной группой, (мет)акриловое соединение с карбоксильной функциональной группой, соль или ангидрид (мет)акрилового соединения с карбоксильной функциональной группой, простой полиэфирный (мет)акрилат, (мет)акриламид, (мет)акрилат, содержащий группу сульфоновой кислоты, (мет)акриламид, содержащий группу сульфоновой кислоты, соль или сложный эфир (мет)акрилата, содержащего группу сульфоновой кислоты, или (мет)акриламида, содержащего группу сульфоновой кислоты, (мет)акрилат с группой, содержащей четвертичный азот, и (мет)акриламид с группой, содержащей четвертичный азот, или их смеси.
Катион для солей, перечисленных выше и ниже, может представлять собой любой обычный катион, применяемый в таких соединениях. Подходящими примерами являются соли металлов, в частности соли щелочных металлов или соли щелочноземельных металлов, такие как соли натрия, соли калия или соли магния или соли аммония.
(Мет)акрилат с гидроксильной функциональной группой представляет собой (мет)акрилат, содержащий одну или более гидроксильные группы. Примерами подходящих (мет)акрилатов с гидроксильной функциональной группой являются гидроксиэтилметакрилат (НЕМА), гидроксиэтилакрилат (НЕА), гидроксипропилметакрилат (НРМА), гидроксипропилакрилат (НРА), гидроксибутилметакрилат (НВМА) и гидроксибутилакрилат (НВА).
(Мет)акриловое соединение с карбоксильной функциональной группой представляет собой (мет)акриловое соединение, содержащее одну или более карбоксильных групп, такое как, например, (мет)акриловые кислоты или (мет)акриловые кислоты, содержащие одну или более дополнительных карбоксильных групп. Примерами подходящих (мет)акриловых соединений с карбоксильной функциональной группой и их ангидридов являются метакриловая кислота, метакриловый ангидрид, акриловая кислота, акриловый ангидрид, итаконовая кислота, малеиновая кислота, малеиновый ангидрид, аддукт гидроксиэтилметакрилата и малеинового ангидрида.
Примерами подходящих солей (мет)акриловых соединений с карбоксильной функциональной группой являются соли (мет)акриловых кислот, такие как акрилат натрия, метакрилат натрия, акрилат калия, метакрилат калия, диакрилат магния и диметакрилат магния.
Простые полиэфирные (мет)акрилаты представляют собой простые полиэфиры, содержащие одну, две, три или более (мет)акрилатных групп, соответственно, предпочтительно в своих концевых областях, при этом простой полиэфир предпочтительно представляет собой полиэтиленгликоль (PEG), метоксиполиэтиленгликоль (MPEG), сополимер полиэтиленгликоля и полипропиленгликоля (PEG/PPG), в частности, блок-сополимер, этоксилированный триметилолпропан или этоксилированный пентаэритритол. Когда простой полиэфир представляет собой сополимер или блок-сополимер PEG/PPG, соответственно, количество содержащегося в нем PEG предпочтительно составляет по меньшей мере 40% по массе, что позволяет обеспечить подходящую растворимость в воде. Простой полиэфирный (мет)акрилат предпочтительно представляет собой простой полиэфир, содержащий одну (мет)акрилатную группу, или простой полиэфирный ди(мет)акрилат.
Простые полиэфирные (мет)акрилаты и простые полиэфирные ди(мет)акрилаты также включают простые полиэфиры, содержащие одну, две или более (мет)акрилатных групп, соответственно, при этом простой полиэфир дополнительно включает структурные звенья, такие как уретановые группы, например, олигомеры или форполимеры, полученные посредством реакции простых полиэфиров полиолов, в частности, простых полиэфиров диолов или простых полиэфиров моноолов, с соединениями, содержащими две функциональные группы, которые являются реакционноспособными в отношении гидроксильных групп, такими как полиизоцианаты. Например, простые полиэфирные (мет)акрилаты и простые полиэфирные ди(мет)акрилаты можно получить посредством реакции простых полиэфиров полиолов или простых полиэфиров моноолов, таких как PEG, блок-сополимеры PEG/PPG или MPEG, с полиизоцианатами с получением продукта с изоцианатной функциональной группой, который затем взаимодействует с (мет)акриловым соединением с гидроксильной функциональной группой, таким как гидроксиэтилметакрилат. Что касается растворимости в воде, в этом случае количество PEG в блок-сополимере PEG/PPG также предпочтительно составляет по меньшей мере 40% по массе.
Примерами подходящих простых полиэфирных (мет)акрилатов и простых полиэфирных ди(мет)акрилатов являются PEG-ди(мет)акрилаты, такие как PEG 200 диметакрилат, PEG 400 диметакрилат, PEG 600 диметакрилат, PEG 2000 диметакрилат, МРЕС-(мет)акрилаты, такие как MPEG 350 (мет)акрилат, MPEG 550 (мет)акрилат, MPEG 1000 (мет)акрилат и MPEG 2000 (мет)акрилат.
Примерами подходящих этоксилированных триметилолпропан (мет)акрилатов и этоксилированных пентаэритритол (мет)акрилатов являются этоксилированный триметилолпропан три(мет)акрилат или этоксилированный пентаэритритол тетра(метакрилат). Такие соединения можно приобрести на рынке, например, у компании Sartomer Americas, США, например, SR415, который представляет собой этоксилированный (20) триметилолпропан триакрилат (20 молей этоксилированного триметилолпропана (ТМР) на моль ТМР), SR454, который представляет собой этоксилированный (3) триметилолпропан триакрилат (3 моля этоксилированного ТМР на моль ТМР) или SR494, который представляет собой этоксилированный (4) пентаэритритол тетраакрилат (4 моля этоксилированного пентаэритритола (РЕ) на моль РЕ).
Примерами подходящих (мет)акрилатов или (мет)акриламидов, содержащих группу сульфоновой кислоты, и их солей или сложных эфиров являются 2-акриламидо-2-метилпропан-сульфоновая кислота (AMPS® (АМПС)) или натриевая соль 2-акриламидо-2-метилпропан-сульфоновой кислоты (Na-AMPS®Na- АМПС) и сульфатоэтил-метакрилат.
Примерами подходящих (мет)акрилатов или (мет)акриламидов с группой, содержащей четвертичный азот, являются хлорид 2-триметиламмонийэтил-метакрилата и хлорид 3-триметиламмонийпропил-метакриламида.
Предпочтительные (мет)акриловые соединения представляют собой (мет)акрилат с гидроксильной функциональной группой, соль (мет)акрилового соединения с карбоксильной функциональной группой, простой полиэфирный (мет)акрилат или простой полиэфирный ди(мет)акрилат или комбинацию по меньшей мере двух перечисленных соединений, при этом (мет)акрилат с гидроксильной функциональной группой является особенно предпочтительным.
В конкретных предпочтительных вариантах реализации предложена смесь, содержащая (мет)акрилат с гидроксильной функциональной группой, смесь, содержащая (мет)акрилат с гидроксильной функциональной группой и соль (мет)акрилового соединения с карбоксильной функциональной группой, или смесь, содержащая (мет)акрилат с гидроксильной функциональной группой и по меньшей мере один простой полиэфирный (мет)акрилат или простой полиэфирный ди(мет)акрилат.
В дополнительных предпочтительных вариантах реализации предложены смеси, в которых по меньшей мере одно (мет)акриловое соединение представляет собой
a) по меньшей мере один (мет)акрилат с гидроксильной функциональной группой
и
b) по меньшей мере один простой полиэфирный (мет)акрилат, простой полиэфирный ди(мет)акрилат и (мет)акриловое соединение с карбоксильной функциональной группой,
при этом массовое отношение а):b) составляет от 5:1 до 2:1, предпочтительно от 4:1 до 2:1, при этом (мет)акриловое соединение с карбоксильной функциональной группой предпочтительно представляет собой соль щелочного металла и (мет)акриловой кислоты, в частности, акрилат натрия.
Предложенная смесь может необязательно содержать один или более водорастворимых сомономеров, способных к сополимеризации с акриловыми и/или метакриловыми соединениями или мономерами, соответственно. В частности, растворимость водорастворимого сомономера в воде при 20°С составляет по меньшей мере 5 г/100 г. Само собой разумеется, что водорастворимый сомономер отличается от акриловых и/или метакриловых соединений. Водорастворимый сомономер предпочтительно представляет собой виниловое соединение, такое как виниловый сложный эфир, дивиниловый сложный эфир, виниловый простой эфир или дивиниловый простой эфир, предпочтительно виниловый простой эфир с гидроксильной функциональной группой или дивиниловый простой эфир с гидроксильной функциональной группой.
Один или более водорастворимых сомономеров, если они применяются, предпочтительно используют в сравнительно небольших количествах относительно акриловых и/или метакриловых соединений, например, в количестве не более 15% по массе, предпочтительно не более 5% по массе, более предпочтительно не более 1% по массе в расчете на общее количество акриловых и/или метакриловых соединений и водорастворимых сомономеров, содержащихся в смеси. Предпочтительно смесь не содержит водорастворимые сомономеры.
Кроме того, указанная смесь содержит воду.
Предложенная смесь дополнительно содержит инициатор. Инициатор служит для инициирования полимеризации (мет)акриловых соединений. Такие инициаторы известны специалистам в данной области техники. Указанный инициатор может представлять собой, например, органический или неорганический гидропероксид, органический или неорганический пероксид, такой как пероксодисульфатная или персульфатная соль, азосоединение или любой другой материал, который, как известно эксперту, способен генерировать радикалы.
Примерами подходящих инициаторов являются азобисизобутиронитрил (AIBN), пероксид водорода, дибензоилпероксид, гидропероксид кумола, трет-бутилгидропероксид, диизопропилбензол гидропероксид, персульфат натрия (NAPS), персульфат калия или персульфат аммония.
Предложенная смесь может необязательно содержать ускоритель. Предпочтительно такая смесь содержит ускоритель. Ускоритель подходит для ускорения полимеризации (мет)акриловых соединений. Ускоряющее действие ускорителя может быть, например, основано, на взаимодействии с инициатором, способствующим образованию радикалов. Специалист в данной области техники хорошо знаком с такими ускорителями. Инициатор может представлять собой, например, амин, такой как третичный амин или ароматический амин, аскорбиновую кислоту или неорганическое или органическое соединение переходного металла, например, Mn, Fe, V, Ni или Со, при этом указанное неорганическое или органическое соединение переходного металла может, например, представлять собой соль переходного металла, такую как металлическое мыло, или комплекс переходного металла.
Конкретными примерами подходящих ускорителей являются триэтаноламин, N,N-диметил-п-толуидин, N-этоксилированные производные N,N-диметил-п-толуидина, такие как N,N-бис-(2-гидроксиэтил)-пара-толуидин (например, Bisomer®PTE (Бисомер РТЕ) от компании GEO Speciality Chemicals, США), аскорбиновая кислота, неорганические или органические Fe-соединения, такие как неорганические соли Fe, органические соли Fe, такие как Fe мыла, например, стеарат Fe, комплексы Fe, неорганические или органические соединения Mn, такие как неорганические соли Mn, органические соли Mn, такие как Mn мыла, например, стеарат Mn, комплексы Mn, диметиламинопропил метакриламид (DMAPMA) или диметиламиноэтил метакрилат (DMAEMA).
Подходящий выбор ускорителя, как правило, зависит от применяемого инициатора, при этом специалист в данной области техники хорошо знаком с подходящими комбинациями. Например, подходящими ускорителями для дибензоилпероксида являются ароматические амины, подходящими ускорителями для органических или неорганических гидропероксидов являются соединения переходных металлов, и подходящими ускорителями для персульфатных солей являются третичные амины, такие как триэтаноламин или DMAPMA. Комбинации инициатора и ускорителя часто представляют собой окислительно-восстановительные системы (например, Fe2+/H2O2).
Предложенная смесь может необязательно содержать агент, понижающий температуру замерзания. Назначение агента, понижающего температуру замерзания, состоит в предотвращении замерзания геля при низких температурах. Агент, понижающий температуру замерзания, предпочтительно представляет собой водорастворимый агент, понижающий температуру замерзания. Растворимость агента, понижающего температуру замерзания, в воде при 20°С предпочтительно составляет по меньшей мере 5 г/100 г, более предпочтительно по меньшей мере 10 г/100 г.
Примерами подходящего агента, понижающего температуру замерзания, предпочтительно водорастворимого агента, понижающего температуру замерзания, являются хлорид кальция, хлорид магния, сода, хлорид натрия, 2-пропанол, этиленгликоль и пропиленгликоль, при этом особенно предпочтительным является пропиленгликоль.
Согласно конкретному предпочтительному варианту реализации по меньшей мере одно (мет)акриловое соединение представляет собой по меньшей мере одно (мет)акриловое соединение с гидроксильной функциональной группой, при этом полученная смесь содержит агент, понижающий температуру замерзания.
Предложенная смесь может необязательно содержать ингибиторы. Ингибиторы часто добавляют к (мет)акриловым соединениям, в частности, в промышленные продукты, для предотвращения самопроизвольной полимеризации и/или для регулирования открытого времени и времени реакции, соответственно.
Помимо перечисленных выше ингредиентов предложенная смесь может необязательно содержать одну или более дополнительных добавок, широко применяемых в данной области. Примерами являются водные полимерные дисперсии или полимерные латексы, такие как дисперсии этиленвинилацетата или акриловые дисперсии, цветные красители, водорастворимые разбавители или наполнители, соответственно, такие как полиэтиленгликоль, и водонерастворимые наполнители. Цветные красители могут подходить для маркировки смеси. Однако включение разбавителей или наполнителей обычно не является предпочтительным, поскольку они могут оказывать влияние на характеристики смеси, в частности, путем осаждения. С этой точки зрения водонерастворимый наполнитель, если применяется, предпочтительно представляет собой водонерастворимый наполнитель с плотностью от 0,9 до 1,1 г/мл. Растворимость водонерастворимого наполнителя в воде при 20°С предпочтительно составляет менее 0,5 г/100 г, более предпочтительно менее 0,1 г/100 г.
Преимущество настоящего изобретения состоит в том, что предложенная смесь не обязательно должна содержать пластификатор, такой как ароматические масла, для достижения требуемой мягкости, поскольку согласно настоящему изобретению такая мягкость неожиданно может обеспечиваться водой. Соответственно, смесь предпочтительно не содержит пластификатор, такой как ароматическое масло.
Смесь предпочтительно содержит в расчете на общую массу смеси:
i) от 20 до 80% по массе, предпочтительно от 30 до 70% по массе воды, и
ii) от 80 до 20% по массе, предпочтительно 70 до 30% по массе водорастворимого (мет)акрилового соединения.
Количество инициатора в смеси может составлять, например, от 0,1 до 3% по массе, предпочтительно от 0,2 до 2,2% по массе. В случае включения ускорителя, его содержание в указанной смеси может составлять, например, от 0,1 до 2,5% по массе, предпочтительно от 0,3 до 1,5% по массе.
В случае включения агента, понижающего температуру замерзания, его содержание в указанной смеси может составлять, например, от 5 до 60% по массе, предпочтительно от 10 до 40% по массе и более предпочтительно от 10 до 35% по массе.
С точки зрения количества основными компонентами смеси являются вода и по меньшей мере одно (мет)акриловое соединение. Агент, понижающий температуру замерзания, если он применяется, также может использоваться в значительных количествах.
Общая масса по меньшей мере одного водорастворимого (мет)акрилового соединения и воды составляет, например, от 99,8 до 40% по массе, предпочтительно от 99,5 до 50% по массе в расчете на массу смеси. Общая масса по меньшей мере одного водорастворимого (мет)акрилового соединения, воды и, в случае включения агента, понижающего температуру замерзания, его содержание составляет, например, от 99,8 до 50% по массе, предпочтительно от 99,5 до 60% по массе, более предпочтительно от 99,8 до 80% по массе и еще более предпочтительно от 99,5 до 90% по массе в расчете на массу смеси.
В предложенной смеси массовое отношение по меньшей мере одного (мет)акрилового соединения к воде составляет, например, от 0,3 до 4, предпочтительно от 0,6 до 2.
Ингредиенты смеси можно добавлять в любом порядке, обеспечивающем получение смеси. Стадию смешивания обычно выполняют путем комбинирования ингредиентов посредством смешивания или перемешивания. Подходящими средствами смешивания являются смеситель, в частности, статический смеситель, двухкомпонентный насос или контейнер, оборудованный мешалкой. Например, ингредиенты можно смешивать в смесителе, например, когда открытое время является сравнительно коротким, или в контейнере при перемешивании, например, когда открытое время является сравнительно долгим.
Ингредиенты смеси предпочтительно хранятся и поставляются в виде готового к употреблению набора в форме двухкомпонентной композиции или трехкомпонентной композиции, при этом часть воды или всю порцию воды для приготовления смеси необязательно добавляют по отдельности. Таким образом, в двухкомпонентной композиции, например, один компонент содержит по меньшей мере одно (мет)акриловое соединение и необязательно ускоритель, а другой компонент содержит инициатор. Альтернативно, в трехкомпонентной композиции (мет)акриловое соединение, инициатор и ускоритель, если применяется, каждый включены в отдельный компонент.
При необходимости, часть воды или вся порция воды может быть включена в один или более компонентов двухкомпонентной композиции или трехкомпонентной композиции, соответственно. Однако предпочтительно по меньшей мере часть воды для приготовления смеси не включена в двух- или трехкомпонентную композицию и оставшееся количество воды или все количество воды добавляли в том же месте, где выполняется смешивание двух- или трехкомпонентной композиции. Таким образом, могут быть значительно снижены транспортные расходы.
В начале вязкость смеси обычно является сравнительно низкой, поскольку смесь состоит в основном из воды и водорастворимых ингредиентов. Вязкость можно регулировать, например, путем регулирования отношения воды к (мет)акриловому соединению, при этом молекулярная масса (мет)акрилового соединения и/или степень сшивания конечного геля зависит от доли применяемых полифункциональных (мет)акриловых соединений, если таковые используют.
Полимеризация предпочтительно представляет радикальную полимеризацию. Полимеризация предпочтительно протекает при температурах окружающей среды, например, в диапазоне от -10 до 60°С, предпочтительно от 0 до 50°С.
После смешивания ингредиентов начинается реакция полимеризации. Соответственно, стадию заполнения следует начинать вскоре после получения смеси и в течение открытого времени смеси. Альтернативно, компоненты материала для введения можно смешивать с помощью статического или динамического смесителя в процессе заполнения. На стадии заполнения смесь вводят в шину, в которой продолжается полимеризация, с образованием (мет)акрилового гидрогеля. Открытое время зависит от ингредиентов и их пропорций, но может составлять, например, от 3 до 90 мин.
Шина, подлежащая заполнению, может представлять собой любую обычную шину. Шина предпочтительно представляет собой пневматическую шину. Подходящей также может быть полупневматическая шина. Шина предпочтительно представляет собой шину для транспортных средств. Шина может представлять собой, например, автомобильную шину, велосипедную шину, мотоциклетную шину, шину грузового автомобиля, шину летательного аппарата, шину для движения в условиях бездорожья, шину сельскохозяйственного прицепа, шину для большегрузного транспорта, шину для лесохозяйственного транспорта или шину для строительной техники.
Шину можно заполнять полученной смесью с применением любой общепринятой процедуры, известной специалисту в данной области техники. Предпочтительнополость шины полностью заполнена смесью. При заполнении шины смесью шину обычно устанавливают на обвод. Смесь предпочтительно вводят в шину под давлением, например, с помощью нагнетательного насоса или заправочного насоса. Для выполнения смешивания ингредиентов смеси и обеспечения давления заполнения путем применения одного устройства подходит двухкомпонентный насос.
Шину заполняют смесью через отверстие, предпочтительно вентиль шины. Однако указанное отверстие может также представлять собой любое другое отверстие, которое имеется в шине. Обычно, в шине предусмотрено второе отверстие, которое позволяет выпускать воздух в шине и/или контролировать завершение заполнения. Соответственно, шину, обычно установленную на обвод, предпочтительно заполняют смесью через вентиль шины под давлением. Когда смесь вытекает из второго отверстия шины заполнение завершают.После этого второе отверстие можно закрыть с помощью уплотняющего средства, такого как болт или уплотнительный материал.
Ниже приведен иллюстративный пример подходящей процедуры заполнения. Шину, установленную на обвод, ставят в вертикальное положение вентилем вниз и в верхней части шины просверливают отверстие. Нагнетательный насос соединяют с вентилем шины и заполняют шину смесью до тех пор, пока материал не потечет из верхнего отверстия. После завершения заполнения указанное отверстие закрывают заглушкой или любым другим подходящим средством.
Полимеризация смеси, введенной в шину, продолжается и со временем вызывает гелеобразование, в результате чего в шине образуется (мет)акриловый гидрогель. В частности, наполнитель для шин представляет собой набухший в воде гидрогель. В частности, образовавшийся гидрогель представляет собой сплошной гидрогель. Образовавшийся (мет)акриловый гидрогель является мягким благодаря присутствию воды. Потребность в применении пластификатора отсутствует.
Твердость по шкале Шора А (мет)акрилового гидрогеля при 23°С составляет, например, не более 50, предпочтительно не более 20, например, от 5 до 50, предпочтительно от 5 до 20, при измерении согласно методике DIN 53505. Твердость по шкале Шора А (мет)акрилового гидрогеля при -10°С предпочтительно составляет не более 60, при измеренении согласно методике DIN 53505.
Эластичность на отскок (мет)акрилового гидрогеля составляет, например, от 20 до 80%, предпочтительно от 30 до 80%, как измерено согласно DIN 53512.
Согласно настоящему изобретению, любую шину можно превратить в шину со спущенным давлением или непневматическую шину, соответственно, заполнена гидрогелем и, таким образом, является полностью устойчивой к потере давления, обусловленной разрезами или повреждениями. (Мет)акриловый гидрогель сочетает в себе дополнительные преимущества, состоящие в том, что такой гидрогель является недорогим за счет большого содержания воды, удовлетворяющим требованиям EHS, при этом указанный гидрогель обеспечивает надежность при эксплуатации, поскольку предложенный способ является малочувствительным в отношении варьирования дозировок.
Соответственно, в настоящем изобретении предложена шина, заполненная (мет)акриловым гидрогелем, которая представляет собой шину со спущенным давлением или непневматическую шину. Шину, заполненную (мет)акриловым гидрогелем, можно получить по предложенному в настоящем изобретении способу, описанному выше. Примеры подходящих шин также были перечислены.
Шины, заполненные (мет)акриловым гидрогелем для предотвращения проседания шин при стоянке, особенно подходят для велосипедных шин или примененияв жестких условиях эксплуатации или при применении большегрузного транспорта на неровных поверхностях, например, при применении во внедорожных условиях или при подземной разработке месторождений, в фермерских хозяйствах или складах металлолома, где важным фактором является отсутствие проседания шин. Предложенная в настоящем изобретении шина может обеспечить альтернативу сплошным шинам.
Соответственно, смесь, содержащая одно или более водорастворимых (мет)акриловых соединений, воду и инициатор, как описано выше, подходит в качестве материала для заполнения шин. Настоящее изобретение также относится к композиции наполнителя для шин, содержащей одно или более водорастворимых (мет)акриловых соединений, воду и инициатор. Композиция наполнителя для шин соответствует смеси, описанной выше. Все показатели, относящиеся к смеси, также относятся к композиции наполнителя для шин.
ПРИМЕРЫ
В указанных примерах были использованы следующие соединения и продукты:
Композиции TF1 - TF24 наполнителя для шин были приготовлены путем смешивания ингредиентов в статическом смесителе с получением смеси. Ингредиенты и применяемые количества приведены в таблицах 1-3. Количества приведены в долях по массе (pbw). В каждой из композиций TF1 - TF23 наполнителя для шин полимеризация начиналась при смешивании ингредиентов, при этом смесь по завершении реакции превращалась в гидрогель.
TF24 представляет собой эталонный пример, при этом был исследован твердый акриловый полимер, который используют в качестве суперабсорбента. Эталонный пример продемонстрировал, что при смешивании твердого акрилового полимерного порошка с водой получался только намокший порошок. Сплошной гидрогель не образовался.
Композиции наполнителя для шин были исследованы в соответствии со следующими способами испытания. Результаты также приведены в таблицах 1-3. Термин «н/о» означает, что значение не было определено.
Вязкость
Вязкость исследовали с применением смеси, в которую не был включен инициатор (NAPS), так что полимеризация не происходила. Качественный анализ был выполнен путем наблюдения за текучестью смеси. Все смеси имели низкую вязкость, а именно <200 мПа⋅с при 23°С, как было измерено вискозиметром Physica MCR101 согласно ISO 3219 с применением измерительной системы с коаксиальным цилиндром при угле конусности 120°.
Время гелеобразования (мин)
Время гелеобразования при 23°С определяли путем визуального осмотра (время гелеобразования соответствует времени, при котором обнаруживают гелеобразные структуры).
Повышение температуры
Полимеризация в предложенной смеси представляет собой экзотермическую реакцию. Повышение температуры (повышение Т) относится к максимальной температуре (°С), достигаемой в 100 г смеси в процессе полимеризации и измеренной термометром.
Поскольку экзотермическая реакция полимеризации протекает главным образом в шине и шина может подвергаться повреждению под действием слишком высоких температур, повышение температуры должно быть как можно меньшим.
Консистенция геля
Гелевую консистенцию полученного гидрогеля исследовали тактильным способом. Поглощение воды
Визуально наблюдали, все ли количество воды в смеси было поглощено полученным гидрогелем и удерживал ли указанный гидрогель воду в дальнейшем.
Твердость по шкале Шора А
Твердость по шкале Шора А полученного гидрогеля измеряли согласно DIN 53505 при 23°С, -10°С и -20°С, соответственно.
Эластичность на отскок
Эластичность на отскок полученного гидрогеля измеряли согласно DIN 53512.
В примерах TF1 - TF9 исследовали влияние более высокомолекулярных (мет)акриловых соединений и дисфункциональных (мет)акриловых соединений на вязкость, время гелеобразования, повышение температуры и гелевую консистенцию исследуемых смесей. Было обнаружено, что в каждом случае можно получить приемлемые гидрогели.
В примерах TF10 - TF13 было исследовано влияние повышенного содержания воды. Было обнаружено, что в каждом случае можно получить приемлемые гидрогели. Однако, несмотря на то, что в примерах TF10 и TF11 гидрогель был также стабильным под давлением, гидрогели согласно примерам TF12 и TF13 со сравнительно высоким содержанием воды под давлением демонстрировали выделение воды.
В примерах TF14 - TF19 показано, что повышенная водопоглощающая способность достигается в случае, когда часть применяемых (мет)акриловых соединений представляла собой соль (мет)акрилового соединения, содержащего карбоксильную группу или группу сульфоновой кислоты. Наилучшие результаты были получены с применением метакрилата натрия, при этом гидрогель согласно примеру TF16 не демонстрировал выделение воды под давлением.
В примерах TF20 - TF23 было исследовано влияние агента, понижающего температуру замерзания, на указанные характеристики. Было обнаружено, что частичная замена воды на антиобледенитель не оказывает существенного влияния на вышеописанные свойства.
*QM203 не смешивается смешивается полностью
1. Способ получения шины, заполненной (мет)акриловым гидрогелем, включающий:
a) обеспечение смеси, содержащей по меньшей мере одно водорастворимое (мет)акриловое соединение, воду и инициатор, и
b) заполнение указанной смесью шины, в которой смесь полимеризуется с образованием (мет)акрилового гидрогеля.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что массовое отношение по меньшей мере одного (мет)акрилового соединения к воде в указанной смеси составляет от 0,3 до 4.
3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что указанная смесь содержит от 20 до 80% мас. воды и от 80 до 20% мас. по меньшей мере одного водорастворимого (мет)акрилового соединения.
4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что указанная смесь содержит по меньшей мере одно водорастворимое (мет)акриловое соединение с одной (мет)акрилоиловой группой, или указанная смесь содержит по меньшей мере одно водорастворимое (мет)акриловое соединение с одной (мет)акрилоиловой группой и по меньшей мере одно водорастворимое (мет)акриловое соединение с двумя или более (мет)акрилоиловыми группами.
5. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что указанное водорастворимое (мет)акриловое соединение выбрано из по меньшей мере одного из следующих: (мет)акрилат с гидроксильной функциональной группой, (мет)акриловое соединение с карбоксильной функциональной группой, соль или ангидрид (мет)акрилового соединения с карбоксильной функциональной группой, простой полиэфирный (мет)акрилат, (мет)акриламид, (мет)акрилат, содержащий группу сульфоновой кислоты, (мет)акриламид, содержащий группу сульфоновой кислоты, соль или сложный эфир (мет)акрилата, содержащего группу сульфоновой кислоты, или (мет)акриламида, содержащего группу сульфоновой кислоты, (мет)акрилат с группой, содержащей четвертичный азот, и (мет)акриламид с группой, содержащей четвертичный азот, или их смеси.
6. Способ по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что указанная смесь содержит ускоритель.
7. Способ по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что указанная смесь содержит агент, понижающий температуру замерзания.
8. Способ по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что общая масса водорастворимых (мет)акриловых соединений, воды и при наличии агента, понижающего температуру замерзания, в смеси составляет от 99,8 до 80% по массе.
9. Способ по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что полученный (мет)акриловый гидрогель имеет твердость по шкале Шора А при 23°С не более 50 и/или твердость по шкале Шора А при -10°С не более 60.
10. Шина, заполненная (мет)акриловым гидрогелем.
11. Шина по п. 10, полученная способом по любому из пп. 1-9.
12. Шина по п. 10 или 11, представляющая собой шину для транспортного средства.
13. Применение смеси, содержащей по меньшей мере одно водорастворимое (мет)акриловое соединение, воду и инициатор, в качестве материала для заполнения шин.
