адгезив на основе низколетучих органических растворителей (варианты)

Формула изобретения

1. Адгезив на основе низколетучих органических растворителей, содержащий термопластичную смолу, отличающийся тем, что он содержит смесь двух низколетучих органических растворителей и имеет уровень летучих органических соединений, равный 450 г/л или менее при измерении по методике South Coast Air Quality Management District (SCAQMD) 316А.

2. Адгезив на основе низколетучих органических растворителей по п. 1, отличающийся тем, что два низколетучих органических растворителя представляют собой первый органический растворитель и второй органический растворитель.

3. Адгезив на основе низколетучих органических растворителей по п. 2, отличающийся тем, что в качестве первого органического растворителя он содержит N-метил-2-пирролидон.

4. Адгезив на основе низколетучих органических растворителей по п. 3, отличающийся тем, что N-метил-2-пирролидон содержится в количестве 38-65 мас. % от общего количества адгезива.

5. Адгезив на основе низколетучих органических растворителей по п. 2, отличающийся тем, что второй органический растворитель выбран из группы, состоящей из пимелиновой кислоты, монометилглутарата, монометилпимелата, монометилазелата, монометилсебацата, моноэтиладипата, диметилсукцината, диметилглутарата, диметиладипата, диметилпимелата, диметилсуберата, диметилазелата, глутарилихлорида, адипоилхлорида и пимелоилхлорида или смеси указанных соединений.

6. Адгезив на основе низколетучих органических растворителей по п. 5, отличающийся тем, что в качестве второго органического растворителя он содержит диметиладипат.

7. Адгезив на основе низколетучих органических растворителей по п. 1, отличающийся тем, что термопластичная смола выбрана из группы, включающей поливинилхлорид, хлорированный поливинилхлорид, сополимер акрилонитрила, бутадиена и стирола и полистирол.

8. Адгезив на основе низколетучих органических растворителей по п. 7, отличающийся тем, что в качестве термопластичной смолы он содержит хлорированный поливинилхлорид.

9. Адгезив на основе низколетучих органических растворителей по п. 5, отличающийся тем, что второй органический растворитель содержится в количестве 20-45 мас. % от общего количества адгезива.

10. Адгезив на основе низколетучих органических растворителей по п. 7, отличающийся тем, что он содержит термопластичную смолу в количестве 5-20 мас. % от общего количества адгезива.

11. Адгезив на основе низколетучих органических растворителей по п. 7, отличающийся тем, что термопластичная смола содержится в количестве 10-13,5 мас. % от общего количества адгезива.

12. Адгезив на основе низколетучих органических растворителей, содержащий термопластичную смолу и тиксотропный агент, отличающийся тем, что он содержит в качестве первого органического растворителя N-метил-2-пирролидон, в качестве второго органического растворителя - диметиладипат, и в качестве тиксотропного агента - кремнезем при следующем соотношении компонентов, мас. %:

N-метил-2-пирролидон - 38-65

Диметиладипат - 20-45

Термопластичная смола - 5-20

Кремнезем - 1,5-2,0

и имеет уровень летучих органических соединений менее 450 г/л при измерении по методике SCAQMD 316А.

13. Адгезив на основе низколетучих органических растворителей по п. 12, отличающийся тем, что в качестве термопластичной смолы он содержит хлорированный поливинилхлорид.

14. Адгезив на основе низколетучих органических растворителей, содержащий термопластичную смолу и тиксотропный агент, отличающийся тем, что он содержит в качестве первого органического растворителя N-метил-2-пирролидон, в качестве второго органического растворителя - диметиладипат, в качестве термопластичной смолы - хлорированный поливинилхлорид, в качестве тиксотропного агента - кремнезем и дополнительно - метилэтилкетон при следующем соотношении компонентов, мас. %:

N-метил-2-пирролидон - 50

Диметиладипат - 27

Хлорированный поливинилхлорид - 13,5

Метилэтилкетон - 8

Кремнезем - 1,5

15. Адгезив на основе низколетучих органических растворителей по п. 14, отличающийся тем, что он имеет уровень летучих органических соединений, равный менее 250 г/л при измерении по методике SCAQMD 316А.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к адгезивам на основе низколетучих органических соединений (ЛОС), в частности, на основе низколетучих растворителей, способных склеивать два термопластичных материала. Более того, предлагаемое изобретение относится к адгезивам на основе низколетучих органических растворителей, которые испаряются со значительно меньшей скоростью по сравнению с обычными адгезивами на основе растворителей для термопластичных материалов. Предпочтительно, в предлагаемом изобретении описан адгезив, используемый для склеивания двух изделий или предметов, изготовленных из хлорированного поливинилхлорида (ХПВХ).

Уровень техники

Адгезивы на основе растворителей широко используются для соединения термопластичных труб и другого оборудования в течение многих лет. Применение этих реагентов представляет удобный способ легко и быстро соединять термопластичные материалы. Часто термопластичные трубы и фиттинги, соединенные таким способом, можно использовать в тот же день.

В основном, адгезив на основе растворителей представляет собой растворитель или смесь растворителей, а также смолы и других добавок, например, тиксотропные агенты. Адгезивы на основе растворителя при нанесении на термопластичный материал растворяют его поверхностный слой, что, в свою очередь, приводит к его набуханию. Смола, входящая в состав адгезивного средства, способствует соединению двух контактирующих материалов и уменьшает внутреннее напряжение. Как только начинается вулканизация с помощью испарения адгезива, происходит диффузия растворителя через поверхностный слой и соединение контактирующих материалов. В качестве первичных растворителей в обычных адгезивах на основе растворителей используют тетрагидрофуран, метилэтилкетон и циклогексанон. Эти растворители являются высоколетучими и уровень ЛОС адгезива на их основе в атмосфере составляет от 750 до 850 г/л по данным организации South Coast Air Quality Management District (SCAQMD) 316A. Более того, перед применением таких адгезивов поверхность термопластичного материала должна быть обработана либо первичным растворителем, таким, как тетрагидрофуран, либо очистителем, таким, как ацетон, чтобы обеспечить более эффективное действие адгезива. Следовательно, при применении обычных адгезивов в атмосферу выделяется еще больше летучих органических соединений. Кроме того, в связи с тем, что обычные адгезивы на основе органических растворителей в основном состоят из растворителей, которые имеют тенденцию растекаться по большой поверхности, эти растворители попадают на другие части поверхности соединяемых термопластичных материалов, при этом происходит дополнительное испарение. Далее приводятся примеры известных адгезивов на основе растворителей и/или первичных растворителей для термопластичных материалов.

В патенте США 3 726 826 описан стабильный адгезивный раствор для поливинилхлорида (ПВХ), который содержит от 5 до 25 вес.% постхлорированной ПВХ смолы в тетрагидрофуране и от 0.4 до 5 вес.% 1,2-бутиленоксида.

В патенте США 4 098 719 (Hushebeck) приводится первичный растворитель, который используется при сборке труб и фиттингов из ПВХ или труб и фиттингов из сополимера акрилонитрила, бутадиена и стирола (АБС) с трубами и фиттингами из ПВХ. Первичный растворитель в основном состоит из 0,5-2,5 вес.% непластифицированной ПВХ смолы, растворенной в смеси тетрагирофурана и диметилформамида.

В заявке на европейский патент 0 489 485 А1 (Техасо Chemical Company) описан еще один пример обычного адгезива на основе растворителей, принцип действия которого основан на сварке пластичных материалов. Сварка происходит при использовании карбоната алкилена в чистом виде или в смеси с сорастворителями, такими как ароматические углеводороды, кетоны, простые и сложные эфиры, эфиры гликоля, имидазолы, тетраметилмочевина, N,N"-диметилэтиленмочевина, 1,1,1-трихлорэтан и N-метилпирролидон.

Согласно патенту США 4 910 244 используют стабильный при хранении адгезив, содержащий ХПВХ. Агезив состоит из 5-30 вес.% ХПВХ и 95-70 вес.% органического растворителя, а также стабилизатора. Указанные смеси проявляют повышенную устойчивость при хранении в стальных луженых контейнерах.

Из приведенных примеров следует, что обычные адгезивы на основе растворителей характеризуются низким содержанием твердых веществ и таким образом являются чрезвычайно летучими.

При использовании адгезивов на основе растворителей возникают проблемы с точки зрения загрязнения окружающей среды. Основная часть паров растворителя попадает в атмосферу в процессе соединения термопластичных материалов с помощью адгезива. Дополнительная часть паров растворителя попадает в атмосферу при использовании первичного растворителя, который также является высоколетучим соединением, для предварительной обработки поверхности соединяемых термопластичных материалов. Еще одним источником паров растворителя в атмосфере является контейнер, в котором содержится адгезив, как правило открытый в течение всего процесса обработки термопластичных материалов. Кроме того, при работе часть адгезива может быть пролита, что также вызывает дополнительное попадание летучих веществ в атмосферу.

В настоящее время существуют законы по охране окружающей среды, направленные на ограничение уровня ЛОС во всех используемых материалах, включая адгезивы на основе растворителей. Например, калифорнийская организация SCAQMD установила ограничение по содержанию ЛОС в адгезивах для соединения термопластичных материалов. Например, согласно правилу 1168 SCAQMD, действительному с 1.01.94, предел содержания ЛОС в адгезивах на основе растворителей для соединения материалов из ХПВХ и/или ПВХ составляет 450 г/л по данным SCAQMD 316А. Предел содержания ЛОС в адгезивах на основе растворителей для материалов из АБС составляет 350 г/л (с 1.01.94) по данным SCAQMD 316A. К настоящему времени эти пределы уменьшаются. С января 1998 года предел содержания ЛОС в адгезивах для материалов из ХПВХ и ПВХ будет равен 250 г/л, в то время как предел содержания ЛОС в адгезивах для материалов из АБС останется прежним, то есть 350 г/л.

Известно несколько примеров использования адгезивов с более низким содержанием ЛОС по сравнению с обычными системами на основе растворителей. Содержание ЛОС в обычных адгезивах на основе растворителей в среднем составляет 650 г/л по данным SCAQMD 316 А до 1994 года. В заявке на патент Австралии описан адгезив, содержащий более 80 вес.% N-метил-2-пирролидона, более 0,25 вес. % модификатора вязкости и более 10% винилполимера. В качестве модификатора вязкости используют кремнезем - тиксотропный агент или загуститель. Аналогично в патенте США 4 675 354 описан склеивающий раствор, состоящий из раствора синтетического, водонерастворимого, органического полимера в растворителе, таком как N-метил-2-пирролидон. Указанный раствор можно использовать при высоких температурах окружающей среды, например, в тропических странах, при этом не возникает проблем с пожарной безопасностью и с испарением растворителей.

Согласно патенту США 4 687 798 для соединения водонерастворимых полимеров используют вяжущий раствор, состоящий из 10-15 вес.% воднорастворимого полимера и растворителя. Растворитель представляет смесь этилацетата и N-метил-2-пирролидона, причем содержание этилацетата составляет от 3 до 50 вес.% в N-метилпирролидоне.

В заявке на европейский патент 0 547 593 А1 описан состав адгезива с низким содержанием ЛОС, который представляет собой смесь: от 5 до 60 вес.%, по крайней мере, одного водонерастворимого полимера, от 1 до 30 вес.% неорганической или синтетической смолы в виде полых микросфер и от 20 до 70 вес.%, по крайней мере, одного летучего растворителя для водонерастворимого полимера.

Патент США 5 470 894 (Patel et al.) представляет дополнительный пример адгезива с низким содержанием ЛОС, который предназначен для соединения труб из ХПВХ. Адгезив представляет собой растворитель с высоким давлением пара, содержащий 15-35 вес. % тетрагидрофурана и 0-30 вес.% метилэтилкетона; растворитель с низким давлением пара, содержащий 20-45 вес.% циклогексанона, 0-30 вес. % N-метил-2-пирролидона и 0-10 вес.% эфиров диосновных кислот. Авторы утверждают, что уровень ЛОС в предлагаемом адгезиве составляет 450 г/л или менее, в то же время адгезив соответствует или превышает необходимые стандарты эффективности, такие как тесты на гидростатическое сопротивление продавливанию и на долгосрочность (выдерживаемое долгосрочное гидростатическое давление).

Тем не менее существуют определенные проблемы использования перечисленных выше адгезивов с точки зрения охраны окружающей среды. В качестве альтернативных средств можно использовать механические, реакционные и термические системы для соединения труб. Механические системы в основном являются дорогостоящими. В качестве примера механических систем можно привести фиттинги Acorn фирмы Hepworth Building Products, фиттинги PolyGrip фирмы Philmac Corporation и немедные фиттинги фирмы Genova. Действие термических систем непредсказуемо, так как трудно изготовить точно подходящие друг к другу узлы для соединения труб и фиттингов. Термические системы включают термоплавкие клеи фирмы Minnesota, Mining and Manufacturing Company. Применение таких термических систем связано с рядом трудностей и неэффективно. В качестве реакционных систем используют эпоксидные смолы, выпускаемые фирмой Noble Corporation с торговым знаком Copper Bond. Используют также другие эпоксидные системы General Purpose Urethane, High Shear Strength Urethane и All Purpose Epoxy, выпускаемые фирмой Hardman Corporation. Однако действие таких реакционных систем также проблематично из-за больших времен вулканизации, невысокой прочности сырой формовочной массы (green strength). Эффективность таких систем зависит от температуры, при низких значениях температуры время реакции вулканизации значительно увеличивается. Кроме того, образующиеся побочные продукты реакции могут вызывать уменьшение прочности труб. Таким образом, альтернативные методы соединения являются дорогостоящими, трудоемкими и требуют больших времен обработки.

Несмотря на проблемы, связанные с безопасностью окружающей среды, существуют предпосылки для использования адгезивов на основе растворителей для соединения термопластичных материалов. Во-первых, методы обработки с помощью адгезивов на основе растворителей просты и эффективны, а большинство специалистов на соответствующих предприятиях имеют многолетний опыт применения таких средств. Во-вторых, низкая стоимость адгезивов и долгосрочная стабильность соединений двух термопластичных материалов, полученных с помощью таких средств. В-третьих, соединение можно осуществлять в любом месте без дополнительного оборудования. В-четвертых, такие системы действуют быстро, что позволяет немедленно тестировать полученное соединение и использовать соединенные трубы по назначению. Кроме того, с помощью адгезивов на основе растворителей одним методом можно соединять трубы любых размеров. Адгезивы на основе растворителей можно использовать при любой температуре в пределах от -17,8 до 48,9^oС (0 до 120 ^oF), если адгезив соответствует тесту 1821 Underwriter"s Laboratories. Эффективность действия адгезива на основе растворителей не зависит от химических реакций. Более того, такие системы устойчивы при хранении в течение длительных периодов при температуре окружающей среды. Метод использования адгезивов на основе растворителей практичен и экономичен.

Таким образом, в настоящее время разработка адгезивов на основе низколетучих органических растворителей является актуальной задачей. Такие адгезивы должны характеризоваться более низкой скоростью испарения по сравнению с обычными адгезивами на основе растворителей и обладать такой же устойчивостью при хранении. Кроме того, существует необходимость получения адгезивов на основе низколетучих растворителей, соответствующих критериям эффективности для соединения двух термопластических материалов.

Сущность изобретения

В предлагаемом изобретении описан новый адгезив на основе низколетучих органических растворителей, который состоит из смеси двух летучих органических растворителей и смолы. По выбору в состав адгезива на основе низколетучих органических растворителей может входить тиксотропный агент, такой как кремнезем. Предпочтительно, новый адгезив на основе низколетучих органических растворителей содержит 5-20% термопластичной смолы; 38-65% N-метил-2-пирролидона; 20-45% диметиладипата и 1,5-2% кремнезема.

Уровень ЛОС адгезива на основе низколетучих органических растворителей составляет менее 450 г/л по данным SCAQMD 316А. Предпочтительно, уровень ЛОС адгезива на основе низколетучих органических растворителей составляет менее 250 г/л по данным SCAQMD 316А.

Подробное описание изобретения

Согласно предлагаемому изобретению новый адгезив на основе низколетучих органических растворителей представляет собой смесь двух летучих, органических, жидких растворителей, способных испаряться при температуре окружающей среды, а также термопластичной смолы. В состав адгезива по выбору могут входить другие компоненты, включая другие растворители, наполнители, тиксотропные агенты или стабилизаторы. Адгезив на основе низколетучих органических растворителей, который далее будет подробно описан, в основном должен соответствовать следующим показателям: вязкость от 500 до 3000 мПас (сантипуаз), прочность сырой формовочной массы 1-2 мин, содержание твердых веществ менее 20%, неограниченное время хранения в контейнерах из луженой стали и изменяемое время вулканизации. Время вулканизации адгезива можно изменять в зависимости от требуемых условий и свойств соединяемых материалов с помощью незначительного изменения соотношения растворителей.

Согласно изобретению, в качестве термопластичной смолы, входящей в состав адгезива на основе низколетучих органических растворителей, используют ПВХ, ХПВХ, АБС, полистирол и любую другую термопластичную смолу, растворимую в смеси двух летучих органических растворителей. В основном в состав адгезива добавляют смолу того же состава, что и материал соединяемых поверхностей. Предпочтительно, в качестве смолы используют ХПВХ, ПВХ или АБС. Характеристическая вязкость ХПВХ и/или ПВХ смол должна составлять от 0,6 до 0,96. Предпочтительно, степень хлорирования ХПВХ смолы должна составлять от 58 до 72 вес.%. Предпочтительно также, чтобы степень хлорирования ПВХ смолы составляла менее 57%. Например, в качестве АБС смолы можно использовать смолы Cycolac ABS фирмы GE Plastics и смолы Lustran ABS фирмы Monsanto. Наиболее предпочтительно использовать ХПВХ смолы класса 23477 (каталог ASTMD 1784). Однако молекулярный вес ХПВХ смолы должен быть не менее 0,68 IV (характеристическая вязкость). Например, подходящими являются следующие ХПВХ смолы: TempRite 674х571 CPVC, TempRite 677х670 CPVC, выпускаемые фирмой B.F. Goodrich Company (TempRite является зарегестрированным торговым знаком фирмы B. F. Goodrich Company). Наиболее предпочтительной является ХПВХ смола TempRite фирмы B.F.Goodrich Company. Количество термопластичной смолы, добавляемой в адгезив на основе низколетучих органических растворителей, может быть в диапазоне от 5 до 20 вес.%.

Согласно изобретению, адгезив на основе низколетучих органических растворителей включает помимо термопластичной смолы смесь двух летучих, органических, жидких растворителей, способных испаряться при температуре окружающей среды. В качестве первого органического расворителя используют растворитель с низким давлением пара. Предпочтительно, растворителем с низким давлением пара является N-метил-2-пирролидон (NMP), выпускаемый фирмами Aldrich Chemical, BASF, Ashland, Chemoxy International и Janssen Chemical. В основном, содержание первого органического растворителя в новом адгезиве составляет от 38 до 65 вес.%. Наиболее предпочтительным является адгезив на основе низколетучих органических растворителей, в котором содержится 50% NMP.

Второй органический жидкий растворитель в адгезиве на основе низколетучих органических растворителей выбирают из группы, в основном состоящей из пимелиновой кислоты, монометилглутарата, монометилпимелата, монометилазелата, монометилсебацата, моноэтиладипата, диметилсукцината, диметилглутарата, диметиладипата, диметилпимелата, диметилсуберата, диметилазелата, глутарилхлорида, адипоилхлорида и пимелоилхлорида или смеси указанных соединений. Например, используют смесь диметилглутарата, диметиладипата и диметилсукцината. Аналогичная смесь - DBE-9 выпускается фирмой DuPont Chemical. Содержание второго органического растворителя в смеси растворителей составляет от 20 до 45%. Наиболее предпочтительно использовать в качестве второго растворителя диметиладипат (ДМА), выпускаемый фирмой DuPont Company под торговым названием DBE-6. DBE-6 выпускается в виде смеси, состоящей из 98,7% ДМА, менее 0,5% диметилглутарата и менее 0,1% диметилсукцината. Самым предпочтительным является адгезив на основе низколетучих органических растворителей, содержащий 27% ДМА.

В адгезив на основе низколетучих органических растворителей по выбору можно добавлять другие компоненты. Например, согласно изобретению адгезив на основе низколетучих органических растворителей может включать незначительные количества других растворителей, которые не повышают уровень ЛОС более 450 г/л и которые смешиваются с двумя летучими, органическими, жидкими растворителями. Например, в адгезив можно добавлять кетоны, простые эфиры, галогенсодержащие растворители, сложные эфиры и другие жидкости. Согласно изобретению в качестве кетонов используют ацетон, метилэтилкетон, метилизобутилкетон, изофонен и циклогексанон. В качестве сложных эфиров используют метилацетат, этилацетат, этилформиат, этилпропионат, бутилацетат. Галогенсодержащие растворители представляют собой метиленхлорид, дихлорэтилен и трихлорэтилен. В качестве эфира, добавляемого в адгезив дополнительно, можно использовать, например, метилцеллюлозу. В качестве других дополнительных растворителей можно добавлять тетрагидрофуран и любой другой растворитель с высоким давлением пара при условии, что выполняются другие вышеперечисленные критерии, включая прочность сырой формовочной массы. В основном, другие жидкости добавляют, чтобы уменьшить время вулканизации адгезива или время испарения растворителей.

Согласно изобретению в качестве инертных добавок можно использовать наполнители, описанные в известных способах, или другие материалы. Примером таких наполнителей могут быть полые частицы (стеклянные или керамические), полимеры, стеклянные частицы, силикат магния, оксид магния, измельченные раковины, глинозем, тальк, сульфат бария, карбонат кальция и другие тонко измельченные порошки. Эти наполнители добавляют в композицию адгезива в количестве от 0.05 до 20 вес.%. Наполнители добавляют с целью снизить содержание ЛОС в композиции.

В адгезивы на основе низколетучих органических растворителей можно добавлять по выбору тиксотропные агенты. Например, добавляют осажденный кремнезем, задымленный кремнезем, бентонит, глину, измельченный кварц, слюду, этилцеллюлозу, гидрированное касторовое масло, органическую модифицированную глину и другие загустители или модификаторы вязкости. Предпочтительным является использование задымленного кремнезема. В основном, содержание тиксотропного агента составляет от 1 до 3 вес.%.

В композицию адгезива на основе низколетучих органических растворителей можно добавлять также красители, пигменты, дисперсии. Например, используют диоксид титана, карбонат кальция или черный уголь. Количество пигмента составляет от 0.05 до 5 вес.%.

Композиция адгезива на основе низколетучих органических растворителей может включать также другие добавки, которые используют в известных способах получения адгезивов, например, различные стабилизаторы, антиоксиданты, антистатики, поглотители дыма, влаги и кислот. Т.к. существует неограниченное число вариантов смесей нескольких добавок, общее количество добавок в композиции адгезива различается в каждом случае применения. Оптимизация состава добавок в адгезиве не является целью предлагаемого изобретения, в связи с этим состав добавок определяется по известным методикам. В основном, содержание добавок в адгезиве на основе низколетучих органических соединений составляет от 0.5 до 1.0 вес.%.

Компоненты, входящие в состав адгезива на основе низколетучих органических растворителей, смешивают любым из обычных методов. Например, смешивание всех компонентов осуществляют с помощью смесителя. Предпочтительно, сначала смешивают два растворителя, при этом не требуется специальной последовательности добавления. Затем в смесь растворителей добавляют термопластичную смолу и тиксотропный агент, при этом также не требуется специальной последовательности добавления. Для быстрого растворения твердых веществ в растворителе используют смеситель, модель 3002 с быстрой активацией. Смесь перемешивают при 400-500 об/мин в течение 10-15 мин. Затем смесь помещают в роллерный смеситель для более равномерного перемешивания композиции при меньшей скорости вращения. В качестве роллерного смесителя можно использовать, например, шаровую мельницу. Смесь перемешивают на шаровой мельнице в течение 1 часа при 160 об/мин.

Адгезив на основе низколетучих органических растворителей наносят на поверхность двух предметов из термопластичного материала, предназначенных для соединения, любым из известных методов. Согласно изобретению перед нанесением адгезива на основе низколетучих органических растворителей на поверхность термопластичного материала следует протереть ее вблизи зоны соединения щеткой или тряпкой, пропитанными ацетоном, хотя эта операция не обязательна. Адгезив на основе низколетучих органических растворителей наносят на соединяемые поверхности любым из известных методов. Предпочтительно, адгезив наносят на две соединяемые поверхности из термопластичных материалов вблизи зоны соединения с помощью специальной подушечки, причем наносят однородный слой адгезива на обе поверхности. В основном, толщина слоя должна составлять от 0.5 до 1 мм. Соединение необходимо проверить на прочность.

Адгезив на основе низколетучих органических растворителей согласно изобретению широко используется в различных областях техники. Например, адгезивы можно использовать для соединения труб и фиттингов различных систем: канализационные трубы, водопроводные трубы для горячего и холодного водоснабжения, снабжение минеральной водой, для орошения и полива, системы пожаротушения, дренажа, сброса сточных вод, вентиляции. Адгезив на основе низколетучих органических растворителей можно использовать для соединения предметов из любого другого термопластичного материала. Для лучшего понимания сущности изобретения далее приводятся примеры получения адгезива и тестирования полученных соединений.

Примеры

В приведенных ниже примерах описан способ получения нового адгезива на основе низколетучих органических растворителей. В основном, первым этапом является определение требуемого уровня ЛОС в адгезиве на основе низколетучих органических растворителей. Требуемый уровень ЛОС определяется выбором двух растворителей. Константы ЛОС для каждого из растворителей, которые будут использоваться в адгезиве на основе низколетучих растворителей, были определены экспериментально с использованием метода SCAQMD 316A. С помощью приведенного ниже уравнения можно определить величину ЛОС для адгезива на основе растворителя: (константа ЛОС для растворителя 1 (% содержание растворителя 1 по отношению к общему количеству растворителей в адгезиве) + (константа ЛОС для растворителя 2 (% содержание растворителя 2 в адгезиве по отношению к общему количеству растворителей) = оцениваемый уровень ЛОС адгезива). После расчета константы ЛОС был определен состав нового адгезива на основе низколетучих органических растворителей и уточнен уровень ЛОС с помощью SCAQMD 316A. Вязкость цементирующего раствора оптимизируется с помощью добавления тиксотропных агентов. Прочность сырой формовочной массы и время вулканизации варьировали путем изменения соотношения растворителей, при этом уровень ЛОС и вязкость оставались постоянными.

Время вулканизации можно изменять в соответствии с условиями дальнейшего использования соединенных предметов. В следующих примерах варьировали количества NMP и DMA, а также были определены уровень ЛОС, время вулканизации, прочность сырой формовочной массы и сопротивление быстрому продавливанию. Уровень ЛОС определяли с использованием теста по данным SCAQMD 316A, тест на сопротивление быстрому продавливанию - по методу ASTM 1599, время вулканизации измеряли по методу Underwriters Laboratories UL 1821.

Прочность сырой формовочной массы определяли с использованием разрывной машины, в которой растягивают или раскручивают соединенные трубку и фиттинг. Во время проведения этого теста внутренняя часть термопластичного фиттинга и внешняя часть термопластичной трубки (которая входит в фиттинг) покрыты одним и тем же адгезивом. В течение 1 минуты эти две части растягивают или раскручивают. Во время теста соединенные трубка и фиттинг в основном подвергаются крутильному моменту величиной 6 фут-фунтов. Положительным результатом является случай, когда две части не разъединяются, причем после этого эксперимент продолжают до разрыва (отрицательного результата). Время каждого следующего эксперимента увеличивается на 1 минуту. Время достижения отрицательного результата соответствует величине прочности сырой формовочной массы. В таблице 1 приведены состав адгезива и результаты тестов.

Полученные данные сравнивали с известными коммерческими цементами на основе растворителей: цемент Orange Lo V.O.C. Medium Booked CPVC (одно-стадийный) и двух-стадийный цемент, поставляемый фирмой Oatey; а также Weld-On CPVC 2714TM Orange Heavy Booked Cement (одно-стадийный) и двух-стадийные цементы, поставляемые фирмой IPS. В основном, уровень ЛОС одно-стадийных цементов на основе растворителей составляет примерно 450 г/л, в то время как уровень ЛОС двух-стадийных цементов - более чем 650 г/л.

Результаты, приведенные в примерах 1-4 (таблица 1), свидетельствуют о том, что уровень ЛОС адгезивов на основе растворителей с соотношением DMA/NMP от 0.31 до 1.125 значительно ниже по сравнению с известными коммерческими цементами. Адгезивы, приведенные в примерах 3 и 4, не подходят для использования на практике вследствие их высокой вязкости, несмотря на их высокую адгезивную эффективность.

В примерах с 5 по 24 (табл.2) показано, что адгезивы на основе растворителей с соотношением DMA/NMP в интервале от 0.3 до 1.3 и содержащие либо третий минорный компонент, либо комбинацию растворителей в количестве менее 10% от общего содержания компонентов адгезива, характеризуются уровнем ЛОС менее 400 г/л и эффективностью действия, сопоставимую с известными адгезивными системами на основе растворителей, для которых уровень ЛОС составляет 450 г/л или более.

Уровень ЛОС всех адгезивов, приведенных в этих примерах, меньше 300 г/л и связующая сила соответствует всем вышеперечисленным критериям. Адгезивы состава, приведенного в примерах 15, 16, 17 и 18, несмотря на их высокую адгезивную эффективность, не подходят для применения на практике вследствие их высокой вязкости.

В примерах с 25 по 32 (таблица 3) показано, что адгезивы на основе низколетучих органических растворителей с соотношением DMA/NMP, равным 0.3, и содержащие третий минорный компонент, количество которого составляет <10% от общего содержания компонентов адгезива, характеризуются меньшим уровнем ЛОС и эффективностью действия, сопоставимой с известными коммерческими адгезивами на основе растворителей. Более того, вязкость системы можно уменьшить за счет использования в составе низкомолекулярных ХПВХ смол. Полученный адгезив будет иметь более высокую эффективность по сравнению с известными адгезивами на основе растворителей.

В примерах с 33 по 43 показано, что адгезивы на основе растворителей с отношением DMA/NMP в интервале от 0,54 до 0,97 и содержащие метилэтилкетон (2 бутанон) в качестве третьего минорного компонента в количестве <10% от общего содержания компонентов, характеризуются меньшим уровнем ЛОС по сравнению с известными адгезивами на основе растворителей (с уровнем ЛОС 450 г/л или более) и эффективностью действия, сопоставимой с известными коммерческими адгезивными системами на основе растворителей.

Более того, в примере 38 показано, что адгезив на основе растворителя с отношением DMA/NMP меньше чем 0,55 и содержащий метилэтилкетон (2 бутанон) в качестве минорного компонента в количестве менее 8% от общего содержания компонентов, характеризуется уровнем ЛОС 201 г/л и эффективностью, сопоставимой с известными адгезивами на основе растворителей.

В примере 44 использованы следующие компоненты:

50% NMP,

30% DBE-6 (DMA),

5% бутанона (метилэтилкетон),

13% TempRite 674 (571 ХПВХ смолы),

2% Кремнезема.

Уровень ЛОС для адгезивных систем на основе растворителей измеряли с помощью метода SCAQMD 316А, сопротивление быстрому продавливанию определяли по методу ASTM D-1599. Получены следующие результаты:

Долгосрочность (выдерживаемое долгосрочное гидростатическое давление) при повышенной температуре 815,6^oС (1500^oF), давление в трубке 2551 кПа (370 psi), минимальное время 1000 часов) - ASTM D-2837

Узел 1"" 1158 часов без повреждений.

Узел 3"" 1315 часов без повреждений.

Вязкость (по Брукфильду): 2792 мПас (винтовой вискозиметр Брукфильда 5 при 100 об/мин).

Прочность сырой формовочной массы: 2 мин.

Сдвиг в месте соединения: 1020 кПа (148 psi) - UL 1821.

Время вулканизации: при 378,7^oС (730^oF) 7 мин;

при 137,8^oС (280^oF) 20 мин;

при -17,8^oС (0^oF) (с предварительной очисткой ацетоном) 45 мин.

Тенденция к разрушению под напряжением:

после 20 часов наблюдается потускнение специальной пластины,

после 202 часов наблюдается набухание краев специальной пластины.

Тест не был закончен.

Тенденцию к разрушению образцов под напряжением измеряли следующим образом. Образцы размерами 7 см х 3 мм х 1,25 см были приготовлены из формованных под давлением пластин. Эти образцы помещали в специальный зажим, как представлено на Рис. 1 в статье "Stress Cracking Of Rigid Polyvinyl Chloride By Plasticizer Migration", Journal of Vinyl Technology, декабрь 1984, том 6, 4. Образцы помещали в зажим с использованием верстачных тисков. Образец размещали в тисках таким образом, чтобы примерно половина образца выступала за их край. Затем тиски использовали для сжатия образца до тех пор, пока его края не проскользнут в специальный зажим. После размещения образца в зажиме пластину обрабатывали адгезивом на основе низколетучих органических растворителей с помощью медицинской пипетки. Периодически с образца удаляли слой адгезива для проверки на наличие растрескивания, крейзингов или изменения цвета. Тест продолжали до тех пор, пока не появлялись следы разрушения.

В приведенных ниже примерах в качестве первого растворителя был использован NMP. Второй жидкий органический растворитель выбирали из группы, состоящей в основном из пимелиновой кислоты, монометилглутарата, монометилпимелата, монометилазелата, монометилсебацата, моноэтиладипата, диметилсукцината, диметилглутарата, диметиладипата, диметилпимелата, диметисуберата, диметилазелата, глутарилхлорида, адипоилхлорида и пиметоилхлорида, или их смесей. В таблице 5 представлены измеренные для каждой комбинации уровень ЛОС, прочность сырой формовочной массы и сопротивление быстрому продавливанию.

Полученные данные, приведенные в таблице 5, свидетельствуют о том, что при использовании NMP в сочетании с одним из вышеперечисленных жидких органических растворителей получаемая адгезивная композиция обладает соответствующими свойствами.

В заключение следует отметить, что новый и необычный адгезив на основе низколетучих органических растворителей характеризуется низким уровнем ЛОС, высокой эффективностью в процессе его применения для соединения двух термопластичных материалов. Следует учитывать, что указанные выше примеры приведены для лучшего понимания сущности предлагаемого изобретения и область применения изобретения не ограничивается только этими примерами. Возможность обычной модификации предлагаемого изобретения путем изменения характеристик и состава следует рассматривать как изменения в пределах области изобретения, которая определяется совокупностью заявляемых пунктов формулы, приведенных ниже.