Клеевая композиция и способ ее получения

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем имени В.А.Белого Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Шаповалов Виктор Михайлович Злотников Игорь Иванович Пискунов Сергей Васильевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем имени В.А.Белого Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Клеевая композиция, включающая водный раствор силиката щелочного металла и глицерин и/или этиленгликоль, отличающаяся тем, что содержит в качестве раствора силиката щелочного металла натриевое жидкое стекло плотностью 1,36-1,50 г/см 3 с силикатным модулем 2,7-3,3 и дополнительно содержит 10 -ную уксусную кислоту при следующем соотношении компонентов, мас.глицерин и/или этиленгликоль 0,5-5,0 10 -ная уксусная кислота 2-10 натриевое жидкое стекло остальное. 2. Клеевая композиция по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит аморфный кремнезем в количестве 0,5-10,0 мас. . 3. Способ получения клеевой композиции, включающий смешение водного раствора силиката натрия с компонентами композиции, отличающийся тем, что в качестве компонентов композиции используют глицерин и/или этиленгликоль в количестве 0,5-5,0 мас.и 10 -ную уксусную кислоту в количестве 2-10 мас. , причем глицерин и/или этиленгликоль предварительно смешивают с уксусной кислотой. 4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что натриевое жидкое стекло предварительно обрабатывают током сверхвысокой частоты до повышения температуры на 10-30 С. Изобретение относится к клеящим веществам на основе силиката натрия (жидкого стекла) и может быть использовано в промышленности и быту при склеивании различных материалов, таких как бетон, керамика, дерево, линолеум, стекло, металл. Известна клеевая композиция, включающая, мас.натриевое жидкое стекло с силикатным модулем 3,1 и плотностью 1,44 г/см 3 45-55 тонкомолотый кварцевый порошок 20,0-44,9 тальк 10-20 и алкилсиликонат натрия 0,1-5,0 1. Композиция может применять 12553 1 2009.10.30 ся как мастика для нанесения покрытий, затирки швов и заделки трещин. Однако при использовании для склеивания различных материалов композиция не позволяет получить тонких клеевых соединений с высокой прочностью. Известна клеящая мастика, применяемая для приклеивания облицовочных плиток, кафеля, деревянных изделий, включающая, мас. . кварцевую муку 38-42 тальк 19-21 фурфурол 0,5-0,6 и натриевое жидкое стекло плотностью 1,38-1,41 г/см 3 с силикатным модулем 2,85-3,15 - остальное 2. Известная клеящая мастика не обеспечивает высокой прочности и водостойкости клеевого соединения. Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к заявленной является клеевая композиция, включающая, мас.волластонит с размером частиц 150 мкм и менее при соотношении длины и диаметра (5-3)1 38,0-45,0 тальк 8,0-12,0 безводный гидроксид лития 1,0-1,5 глицерин и/или этиленгликоль 3,0-5,0 неорганический пигмент 3,0-5,0 и водный раствор силиката щелочного металла (калия) с плотностью 1,31,37 г/см 3 и силикатным модулем 3,4-3,7 - остальное 3. Данная клеевая композиция используется преимущественно для склеивания строительных материалов (бетон, керамика,дерево, сталь, стекло). К недостаткам известной композиции следует отнести невысокую прочность получаемого клеевого соединения и наличие в композиции дорогих и дефицитных компонентов раствор силиката калия в 3-4 раза дороже, чем раствор силиката натрия,а применяемый волластонит должен иметь размер частиц с отношением длины к диаметру(5-3)1, что ограничивает применение композиции. Кроме того, наличие в составе большого количества минеральных наполнителей (не менее 49 мас. ) делает клей вязким и исключает возможность получения тонкослойных клеевых соединений, например при наклеивании бумаги и декоративных пленочных покрытий. Известен способ получения клеевой композиции, включающий смешение натриевого жидкого стекла плотностью 1,2 г/см 3 и силикатным модулем 2-2,5 с активным наполнителем, в качестве которого используют декатионированный или кальцийсодержащий цеолит с размером частиц не более 100 мкм, при содержании жидкого стекла в композиции 6090 мас.4. Недостатками данного способа являются использование при его осуществлении дефицитных цеолитов и недостаточная прочность клеевого соединения. Наиболее близким к заявляемому является способ получения клеевой композиции,включающий последовательное смешение водного раствора силиката натрия с силикатным модулем 2,6-3,7 и плотностью 1,30-1,46 г/см 3 с компонентами композиции 0,5-3,0 мас.гидроксида лития, 0,2-2,0 мас.аморфного диоксида кремния с удельной поверхностью 175-380 м 2/г и наполнителя в количестве 51-75 мас. . 5. Недостатками известного способа являются длительность и сложность после введения гидроксида лития перемешивание ведут до его полного растворения, но не менее 1 ч, затем вводят кремнезем и перемешивают 30 мин, затем вводят наполнитель и перемешивают еще 1 ч. Кроме того, для улучшения свойств получаемого клеевого соединения в него желательно введение кремнийорганических гидрофобизирующих жидкостей одновременно с введением кремнезема. Задачей изобретения является повышение прочности клеевого соединения, расширение областей применения клеевой композиции и упрощение способа ее получения. Поставленная задача в веществе решается за счет того, что клеевая композиция, включающая водный раствор силиката щелочного металла и глицерин и/или этиленгликоль, согласно изобретению содержит в качестве раствора силиката щелочного металла натриевое жидкое стекло плотностью 1,36-1,50 г/см 3 с силикатным модулем 2,7-3,3 и дополнительно содержит 10 -ную уксусную кислоту при следующем соотношении компонентов, мас.глицерин и/или этиленгликоль 0,5-5,0 10 -ная уксусная кислота 2-10 натриевое жидкое стекло остальное,а также за счет того, что она дополнительно содержит аморфный кремнезем в количестве 0,5-10,0 мас. . 2 12553 1 2009.10.30 Поставленная задача в способе решается за счет того, что в способе получения клеевой композиции, включающем смешение водного раствора силиката натрия с компонентами композиции, согласно изобретению в качестве компонентов композиции используют глицерин и/или этиленгликоль в количестве 0,5-5,0 мас.и 10 -ную уксусную кислоту в количестве 2-10 мас. , причем глицерин и/или этиленгликоль предварительно смешивают с уксусной кислотой, а также за счет того, что натриевое жидкое стекло предварительно обрабатывают током сверхвысокой частоты до повышения температуры смеси на 10-30 С. Сущность изобретения заключается в следующем. Натриевое жидкое стекло в отличие от калиевого значительно дешевле и доступнее. Использование жидкого стекла с силикатным модулем (молярное отношение 2 к 2) в пределах 2,7-3,3 объясняется тем, что именно в этих пределах изменяется силикатный модуль промышленно выпускаемого жидкого стекла по ГОСТ 13078-81, предназначенного для изготовления клеев. Кроме того, использование жидкого стекла с модулем менее 2,7 нецелесообразно, так как при этом значительно снижается водостойкость клеевого соединения, а получить жидкое стекло с модулем более 3,3 (для ускорения отверждения клеевого соединения) можно дополнительным введением дисперсного аморфного кремнезема, что и предусмотрено изобретением. Глицерин и/или этиленгликоль снижают вязкость и увеличивают смачивающую способность клеевой композиции, а также снижают хрупкость получаемого клеевого соединения. Исследование получаемых клеевых соединений показало, что введение указанных многоатомных спиртов приводит к формированию более однородной и более мелкозернистой структуры. При содержании глицерина и/или этиленгликоля менее 0,5 мас.эффект от их введения не заметен, а при содержании более 5,0 мас.снижается водостойкость клеевого соединения. Уксусная кислота при введении в жидкое стекло играет роль отвердителя вследствие протекания в системе кислотно-основного взаимодействия с образованием ацетата натрия и кремниевой кислоты, которая при полимеризации образует сплошной прочный кремнеземный каркас. Вводить уксусную кислоту в композицию целесообразно в виде водных растворов с концентрацией, близкой к 10 . При использовании менее концентрированных растворов получаются слишком жидкие композиции, а при введении растворов с большей концентрацией в отдельных областях с повышенным содержанием кислоты возможна частичная коагуляция жидкого стекла. При содержании в композиции 10 -ной уксусной кислоты в количестве менее 2 мас.прочность клеевого соединения уменьшается. При введении раствора кислоты в количестве более 10 мас.отверждение может происходить слишком быстро (в течение часа), а прочность получаемого клеевого соединения также снижается. Как показали проведенные исследования, если глицерин и/или этиленгликоль и уксусную кислоту вводить не непосредственно в жидкое стекло, а сначала приготовить их смесь, которую и использовать в качестве отвердителя, то получаемая композиция характеризуется высокой смачиваемостью, стабильностью, плавно переходит в отвержденное состояние, а получаемые клеевые соединения имеют максимальную прочность. Полученная клеевая композиция пригодна для приклеивания как тонких слоистых материалов (бумага, картон, декоративные пленки), так и блочных изделий (керамическая плитка, деревянные бруски). Если необходимо склеивать очень шероховатые поверхности, когда целесообразно применять более толстые и вязкие слои клея, в композицию добавляют аморфный дисперсный кремнезем (например, промышленно выпускаемую белую сажу). Кроме того, введение кремнезема загущает клеевую композицию, что облегчает приклеивание изделий на вертикальные поверхности, а также ускоряет ее отверждение и повышает прочность получаемого клеевого соединения. При введении аморфного кремнезема в количестве менее 0,5 мас.изменения свойств клеевой композиции практически не заметно, а при ведении более 10,0 мас.3 12553 1 2009.10.30 значительно увеличивается вязкость клея, препятствующая получению качественного клеевого соединения. Дополнительной операцией, позволяющей улучшить технологические свойства клеевой композиции и повысить прочность клеевого соединения, является предварительная обработка жидкого стекла токами сверхвысокой частоты (СВЧ-токами). Обработку проводят путем помещения сосуда с жидким стеклом в микроволновую печь любой конструкции и выдержки в ней до повышения температуры жидкого стекла на 10-30 С от первоначальной. Нагрев до таких температур соответствует поглощению каждым килограммом жидкого стекла 20-80 кДж микроволновой энергии. Как показали проведенные исследования, поглощение микроволновой энергии жидким стеклом приводит к фрагментации (дроблению) кремнекислородных частиц (мицелл) и значительному повышению концентрации свободных ионов, что подтверждается снижением вязкости (примерно в 2 раза) и повышением проводимости (примерно в 1,5 раза) жидкого стекла после СВЧ-обработки. При этом обнаружено, что обычный термический нагрев до указанных температур не приводит к повышению технологических свойств клея и получаемого клеевого соединения. При нагреве жидкого стекла менее чем на 10 С от первоначальной температуры эффект от СВЧобработки не заметен, а нагрев более чем на 30 С не способствует дополнительному положительному эффекту, но приводит к необоснованному расходу электроэнергии. Составы клеевых композиций конкретного выполнения приведены в табл. 1. Композиции готовили следующим образом. В отмеренное количество 10 -ной уксусной кислоты вводили глицерин и/или этиленгликоль согласно рецептуре и тщательно перемешивали до получения однородного раствора. Полученный спирто-кислотный отвердитель вводили в натриевое жидкое стекло и опять перемешивали до получения однородного раствора. При необходимости в полученный раствор вводили аморфный кремнезем (составы 7 и 8) и перемешивали до получения однородной массы. При приготовлении состава 5 в жидкое стекло вводили сначала глицерин, а после перемешивания - уксусную кислоту. При изготовлении состава 6 жидкое стекло предварительно обрабатывали СВЧ-током с частотой 246310 МГц исходная температура жидкого стекла составляла 20 С, а конечная - 40 С. Сравнительные свойства предлагаемой клеевой композиции и известной приведены в табл. 2. Прочность клеевых соединений определяли на разрывной машине методом нормального отрыва прямоугольных образцов, склеенных клеевыми композициями различного состава, после 7 суток выдержки при температуре 205 С. Как следует из табл. 2, клеевые соединения, полученные с применением предлагаемой композиции, изготовленной по предлагаемому способу, превосходят по прочности клеевые соединения, полученные с использованием известной композиции, на 10-80 . Длительность изготовления клеевой композиции по изобретению в несколько раз меньше, чем известной композиции. Контрольные примеры 1 и 11 показывают, что выход содержания компонентов за заявляемые пределы приводит к ухудшению показателей. Пример 5 показывает, что предлагаемая клеевая композиция может быть изготовлена и по известному способу, т.е. путем последовательного введения в жидкое стекло глицерина и/или этиленгликоля и уксусной кислоты. При этом показатели получаемых клеевых соединений выше, чем при использовании известной клеевой композиции. Однако изменение последовательности операций при изготовлении композиции - предварительного изготовления смеси глицерина и/или этиленгликоля с уксусной кислотой и последующего введения полученной смеси в жидкое стекло - позволяет значительно повысить прочность клеевых соединений. Пример 6 иллюстрирует тот факт, что предварительная обработка жидкого стекла СВЧ-током значительно увеличивает прочность клеевых соединений. Примеры 7 и 8 показывают, что дополнительное введение в состав клеевой композиции дисперсного аморфного кремнезема не приводит к снижению прочности клеевых со 4 12553 1 2009.10.30 единений, но позволяет получать более толстые клеевые швы, что расширяет область применения композиции для склеивания очень шероховатых поверхностей. Кроме того,введение дисперсного кремнезема загущает клеевую композицию, что облегчает приклеивание изделий на вертикально расположенные поверхности. Таким образом, только полное сочетание отличительных признаков приводит к достижению положительного результата. Опытная партия клеевой композиции по изобретению была изготовлена на ОАО Гомельстройматериалы, что подтверждает соответствие заявленного технического решения критерию промышленная применимость. Таблица 1 Составы композиций, мас.Заявляемый состав Компонент 1 11 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Глицерин (ГОСТ 6259-75) 0,4 0,5 - 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 1,0 5,0 5,5 Этиленгликоль (ГОСТ 10164-75)- 0,5 БС-100 10,0 Натриевое жидкое стекло (ГОСТ 98,1 97,5 94,5 91,5 91,5 91,5 91,0 81,5 88,5 85,0 83,5 13078-81)Композиция получена путем последовательного введения глицерина и уксусной кислоты в жидкое стекло.Жидкое стекло предварительно обработано СВЧ-током. Таблица 2 Сравнительные свойства клеевой композиции Заявляемый состав Известный Показатель 1 112205 851 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Прочность клеевого соединения, МПа бетон - керамика 1,25 1,40 1,45 1,45 1,30 1,65 1,50 1,45 1,45 1,40 1,25 1,20-1,25 бетон - дерево 1,10 1,25 1,25 1,30 1,00 1,45 1,30 1,20 1,30 1,20 1,05 0,80-0,87 бетон - сталь 1,15 1,20 1,20 1,25 1,10 1,35 1,25 1,20 1,25 1,20 1,15 0,75-0,80 Длительность изготовне менее 10-15 мин ления 1,5 ч Источники информации 1. Патент РФ 2143450, МПК С 09 1/02, 1999. 2. Патент РФ 2124033, МПК С 09 1/02, 1998. 3. Патент РФ 2205851, МПК С 09 1/02, 2003 (прототип). 4. Патент РФ 2152416, МПК С 09 1/02, 2000. 5. Патент РФ 2248385, МПК С 09 1/02, С 09 1/02, 2005 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5