Клейова композиція

Пропонований винахід відноситься до хімії полімерів, зокрема до високоміцних, ударостійких, швидкотвердіючих при кімнатній і помірних (до 50°С) температурах композицій, які мають підвищену адгезію до різного роду субстратів. Композиція призначається для проведення термінових ремонтних робіт устаткування, трубопроводів, резервуарів для рідин і газів, антикорозійного захисту, виготовлення на потокових лініях будівельних конструкцій з цементне - стружкових плит (ЦСП) для малоповерхового домобудівництва, у радіоелектроніці для кріплення елементів ЕРВ, а також для швидкого склеювання виробів з металу, пластику, бе тону, скла, кераміки, порцеляних та інших субстратів. Відомі клеї, що характеризуються досить малим часом твердіння при кімнатній температурі (до 24 годин) типу "ГИПК-217" [ТУ 6-05-251-26-73; Каталог. Полімерні клеї. Черкаси, 1979, с. 19-20], що містять суміш епоксидної смоли, каучук у і цільових додатків; ЕПО [ТУ 38-00972-72; Довідник по клеях/ під ред. Г.В. Мовсисяна. Ленінград. Хімія, 1980, с. 26]- на основі модифікованої епоксидної смоли і поліетиленполіаміну; К-115[МРТУ 6-05-1251-59], що містить епоксидну смолу, поліефір МГФ-9 і амінний отверджувач, має низькі адгезійну ( t зсу в) і когезійну міцності ( s p - 24МПа; Е-0,2ГПа). Швидкотвердіюча клейова композиція [Інформаційний листок №83-0149, опубл. 1985р.] на основі смол ЕД-20 і ЕЕТ-1, розріджувача і комплексу трьохфтористого бору в 30%-ному розчині аліфатичної смоли ДЕГ-1 через 0,51,0г. при 25-30°С набирає високу міцність ( t зсу в до 9МПа), однак її недоліком є знижені ударні (Ар, робота руйнування, не перевищує 1,2кДж/м 2) і когезійні характеристики ( s p -18МПа; Е-0,14ГПа). Подібним недоліком характеризуються швидкотвердіючі (від декількох хвилин до 3 годин при 20°С) композиції, запатентовані англійською «Borden Chemical company» [«Farbe und Lack», №1, 1973, с. 80] і японською «Таока karaky kore коre kk”[Японськ. пат. №50-3094, кл.(5) 32 (С09 J3/16), опубл.31.01.75] фірмами. Клей марки УП-5-233-ЦСП [А.С. СРСР №11642252, кл. С09J3/16, пріор. 12.09.83], що містить епоксидну модифіковану смолу, розріджувач (1,2-епоксипропоксидифеніловий ефір етиленгліколю) і амінний отверджувач, і композиція [А.С. СРСР №1371026, кл. С08L63/00, пріор. 10.01.86] аналогічного складу, що додатково включає модифікатор (диоксиетильовану смолу на основі дифенілолметану), характеризуються досить високими міцностними ( s p - 54МПа; Е-1,83ГПа) і адгезійними показниками. Однак вони порівняно повільно набирають міцність при кімнатній температурі, так, для досягнення транспортної міцності необхідний проміжок часу є не менше 1 години. Найбільш близькою до композиції, яку заявляють, за складом і комплексом властивостей є клейова композиція [Пат. України, №27792, кл.С09J163/00, пріор. 16.10.2000, Бюл.№5, 2000p.- прототип], що містить епоксидну смолу, активний розріджувач, амінний отверджувач і модифікатор (тіогліцидиловий ефір), при наступному співвідношенні компонентів, мас.ч.: Епоксиднодіановий олігомер 15-40 Активний розріджувач 5-15 Амінний отверджувач 11-32 Тіогліцидиловий ефір 50-70 Прототип відрізняється підвищеною швидкістю твердіння (5хв. при 20°С), високими когезійними ( s p - до 81МПа; Е- до 2,8ГПа) і адгезійними ( s pв -через 24г. твердіння при 20°С складає 15-16МПа) характеристиками, швидким набором технологічної міцності. Недоліком прототипу є порівняно низькі еластичність ( e з =17,2-21,2%) і ударні (Ар=4,9-5,4кДж/м 2) характеристики. Метою пропонованого винаходу є створення композиції, яка сполучає високі міцностні характеристики, здатність до швидкого набору міцності з підвищеними деформаційними та ударними властивостями. Мета досягається використанням у складі композиції нового активного розріджувача, що заявляється, а саме:нітровміщуючого гліцидилового похідного бензолсульфамідів формули: CH2 O S NO2 O CH CH2 O N CH2 CH CH2 O при наступному співвідношенні компонентів, мас.ч.: епоксиднодіановий олігомер 10-35 розріджувач ви щенаведеного складу 10-20 тіогліцидиловий ефір 50-70 амінний отверджувач 15-35 У якості епоксиднодіанового олігомера застосовується смола епоксидна ЕД-20 (ДСТУ 2093-92), амінного отверджувача - диетилентриамінометилфенол УП-583Д (ТУ 6-05-241-331-82) або його суміш з диетилентриаміном (ТУ 6-02-1099-83), тіогліцидилового ефіру - сполука, синтезована способом, що описаний в [Пат. України, №27792, кл.С09J163/00, пріор. 16.10.2000, Бюл.№5, 2000р.-прототип]. Розріджувач - нітровміщуюче гліцидилове похідне бензолсульфамідів, синтезований уперше способом, описаним в [Пакен A.M. Епоксидні сполуки й епоксидні смоли. - Л.: Госхимиздат, 1962.-954 с. Загальна органічна хімія/ під ред. Д.Бартона й У.Д.Оллиса. Т.5.Сполуки фосфору і сірки/ під ред. И.О.Сазерленда і Д.Н.Джонсона]. Методика його одержання описана в прикладах 1-3. Таким чином, композиція, яку заявляють, відрізняється від відомої сукупністю вихідних компонентів і містить нову сполуку як розріджувач. Відомості, що підтверджують можливість здійснення винаходу Нітровміщуючі гліцидилові похідні бензолсульфамідів одержують відомим способом [Пакен A.M. Епоксидні сполуки і епоксидні смоли.- Л.: Госхимиздат, 1962.-954с.] каталітичної конденсації з епіхлоргідрином нітровміщуючих бензол-сульфамідів з наступним дегідрохлоруванням хлоргідринових похідних, які утворюються при цьому. Синтез нітровміщуючих гліцидилових похідних бензолсульфамідів здійснюється за такою схемою: O S NO2 NH2+ 2ClCH2- CH- CH2 O O OH CH2-CH -CH2 Cl O S + 2NaOH N O CH2-CH-CH2Cl O NO2 CH2 OH S NO2 O CH CH2 + 2NaOH+H2O O N CH2 CH CH2 O Приклад 1. Суміш 202г (1,0моль) 3-нітробензолсульфаміду, яка отримана відомим способом [Загальна органічна хімія/ під ред. Д.Бартона й У.Д.Оллиса. Т.5.Сполуки фосфор у і сірки/ під ред. И.О.Сазерленда і Д.Н.Джонсона] з 3-нітробензолсульфаміду й аміаку, 1850г (20,0молей) епіхлоргідрину (ЕХГ) і каталізатору- 3г хлористого тетраметиламонію перемішують при температурі 95-105°С протягом 10-15г. N-хлоргідринові похідні, що утворилися, дегідрохлорують кристалічним їдким натром (100г) при температурі 40-60°С: режим дозування їдкого натру: 10-12-ма рівними порціями з інтервалом часу 15-20хв. Після додавання всієї кількості їдкого натру реакційну суміш додатково перемішують (40-60°С) протягом 60-90хв. Потім фільтрують сіль, розчин продуктів у ЕХГ промивають кілька разів дистильованою водою і відганяють ЕХГ при зниженому тиску (1-5мм рт.ст.) і температурі- 100-120°С. Одержують 295г (94% від розрахункової кількості) низьков'язкого діепоксиду червонокоричневого кольору з наступними аналітичними даними: Вміст епоксидних гр уп (Е.ч.) 24,11 %, хлор у омиленого 0,54%; елементний склад, %: С 46,05; Н 4,59; N 9,10; S 10,32. Обчислено для C12Н14N2 O6S Е.ч. 27,39%; % С 45,86, %Н 4,46, %N 8,92, %S 10,19. Приклад 2. З 202г (1,0моль) 4-нітробензолсульфаміду, отриманого відомим способом [Загальна органічна хімія/ під ред. Д.Бартона й У.Д.Оллиса. Т.5 Сполуки фосфору і сірки/ під ред. И.О.Сазерленда і Д.Н.Джонсона] з 4-нітробензолсульфаміду й аміаку, 1850г (20,0молей) епіхлоргідрину (ЕХГ) і каталізатору- 3г хлористого тетраметиламонію і 100г NaOH в умовах прикладу 1 одержують 273г (87% від розрахункової кількості) низьков'язкого діепоксиду червоно-коричневого кольору з наступними аналітичними даними: Вміст епоксидних груп (Е.ч.) 23,51%, хлору омиленого 0,97%; елементний склад, %: С 45,98; Н 4,36; N8,85; S 10,38. Приклад 3. З 202г (1,0моль) 2-нітробензолсульфаміду, отриманого в умовах прикладу 1 з 2нітробензолсульфаміду й аміаку, 1850г (20,0молей) епіхлоргідрину (ЕХГ) і каталізатору- 3г хлористого тетраметиламонію і 100г NaOH в умовах прикладу 1 одержують 283г (90% від розрахункової кількості) низьков'язкого діепоксиду червоно-коричневого кольору з наступними аналітичними даними: Вміст епоксидних груп (е.ч.) 22,39%, хлор у омиленого 0,80%; елементний склад, %: С 45,69; Н 4,61; N 8,97; S 10,28. Будова отриманих сполук підтверджується також даними ІК-спектроскопії. У ПС-спектрах присутні сильні смуги асиметричних (в області 1315-1340см -1) і симетричних (в області 1140-1175см -1) валентних коливань SO2, характерні для N-заміщених сульфонамідів, сильні смуги валентних коливань NO2 (в області 1500-1525см -1), характерні для нітрозаміщених похідних бензолу; епоксидне кільце гліцидилового залишку характеризується смугами в області 855-870см -1 і в області 910-920см-1. Композиції по прикладах 4-10 готують механічним змішуванням компонентів у суворій відповідності з рецептурами (табл.1) безпосередньо перед використанням. Властивості композицій складу, що заявляється і відомого складу наведені в табл.2. З табл.2 видно, що композиція, що заявляється, перевершує відому за рівнем еластичності ( e P ) і ударної міцності (Ар) у 1,5-2,0 рази і практично не поступається за швидкістю набору міцності, життєздатності і величині когезійних характеристик ( e P , Е).Завдяки комплексу властивостей, що досягається, композиція, що заявляється, може з успіхом застосовуватися для виконання термінових ремонтних робіт трубопроводів, резервуарів, усунення дефектів у деталях з металів, сплавів; антикорозійного захисту, виготовлення на потокових лініях будівельних конструкцій для малоповерхового домобудівництва і може конкурувати з відомими закордонними матеріалами типу «Дурметалл». Таблиця 1 Рецептури композицій Найменування компонентів 1. Смола ЕД-20 2. Тіогліцидиловий ефір 4 10 50 Кількість компонентів, мас.ч, в композиціях за прикладами, № 5 6 7 8 9 10 20 35 20 20 20 20 60 70 60 60 60 60 З. Отверджувач УП-583Д ДЕТА 4. Розріджувач за прикладами, № 1 2 3 15 20 35 20 13 2,6 20 4 20 10 15 20 15 15 15 15 Таблиця 2 Властивості композицій Найменування показників 1. Видовження під час розриву, e P *, % 2. Робота руйнування, Ар,**кДж/м 2 3.Міцність під час розтягування, s P * , МПа 4. Модуль пружності, Е*, ГПа 5. Мипасть під час рівномірного відриву, s PВ , МПа, клейових з'єднань сталі, стЗ/стЗ, стверджених при 20°С протягом (ГОСТ 14760-69) 5хв. 30хв. 24 години 6. Технологічна міцність клейових з'єднань ЦСП під час випробувань на згинання ***, МПа, через час, хв., після нанесення клею 5хв. 30хв. 7. Життєздатність клею, хв. у масі 10г при t°C 20+/-5 45+/-5 Прототипа 4 Показники Композицій за прикладами ,№ 5 6 7 8 9 10 17,0-22,2 31,8 30,6 24,1 31,2 30,7 24,6 25,8 4,9-5,4 8,2 7,0 7,2 7,5 8,0 8,2 7,8 65,0-81,6 71,3 80,5 82,0 68,6 73,4 81,2 81,0 1,90-2,80 1,98 2,56 2,88 1,95 2,71 2,78 2,86 2,7-5,5 4,5-13,8 15,8-16,0 4,2 5,9 15.9 6,2 14,8 16,9 6.3 15,0 17,0 4,8 8,1 16,1 6,0 6,9 15,8 5,9 12,3. 16,0 5,2 14,9 16.6 2,32-2,91 3,58-4,82 2,43 3,60 4,52 4,81 2,98 5,01 2,63 3,90 4,65 4,92 3,03 5,02 3,10 4,51 2,5-3,3 0,8-1,1 3,5 1,1 3,3 0,8 2,8 0,8 3,0 1,0 2,9 0,9 2,6 0,81 3,1 0,9 Примітка до таблиці 2: *) у плівкових зразках на динамометрі типу Поляні; **)як площа під кривою напруга -деформація; ***) за інструкцією, розробленою НПП «Супорт» (методика фірми «Бизон-Верке»)