RS62070B1 - Formulacije za anaerobno očvršćavanje za zaptivanje i blokiranje vijaka i navrtki - Google Patents

Description

Opis

OBLAST PRONALASKA

Predmetni pronalazak prema priloženim zahtevima odnosi se na formulacije za anaerobno očvršćavanje (stvrdnjavanje)/umrežavanje na bazi akrilnih smola u vodenim emulzijama. Na osnovu sastava ovih formulacija moguće je modulirati karakteristike njihovih proizvoda reakcije tako da ih čini pogodnim posebno za upotrebu kao sredstva za zaptivanje i/ili blokiranje za spajanja zavrtnja, navrtki, vijaka i glava zavrtnja ili zaptivnih glava. Predmetni pronalazak se takođe odnosi na postupak za mikrokapsuliranje ubrzivača polimerizacije pogodan kao komponenta d.

STANJE TEHNIKE

Različite formulacije su komercijalno dostupne za upotrebu za zaptivanje i blokiranje matica i vijaka. Neke od ovih poznatih patentnih publikacija kratko su diskutovane u daljem tekstu.

Međunarodna prijava patenta WO 00/01767 odnosi se na kompoziciju za zaptivanje i samo-zaključavanje matice na vijaku. Kompozicija je emulzija ili vodena disperzija od:

a) najmanje jednog monomera (met)akrilata koji se može polimerizovati, prisutnog u količini od 4% -15 mas.% ukupne kompozicije,

b) vezivnog sredstva rastvorenog ili dispergovanog u vodi (reaktivni monomer) i

c) inicijatora za polimerizaciju slobodnih radikala u obliku mikrokapsule (benzoil peroksid) u efektivnoj količini.

Dodavanje inhibitora polimerizacije, kao što su hidrohinoni, daje stabilnost polimernoj kompoziciji. U kompoziciju se može dodati akcelerator polimerizacije, na primer organometalna jedinjenja, koja sadrže frakciju ferocena. pH se kontroliše dodavanjem baznog rastvora. Sastav pokazuje visoku otpornost na starenje uzrokovano toplotom i veoma je stabilan na površinama bakra i bronze.

Patent SAD 4,417,028 opisuje kompoziciju adhezivne obloge koja sadrži monomer koji se može polimerizovati, vezivni sistem i inicijator i akcelerator za polimerizaciju (ferocen). Upotrebljen monomer koji se može polimerizovati u kompoziciji je opisan kao smeša poli- i monofunkcionalnih estara akrilne kiseline (oni uključuju uretanske akrilate; hidroksipropil metakrilat; hidroksietil metakrilat). Vezivni sistem sadrži kopolimer anhidrida i jedinjenja odabrano od arilena, alkilena, alkoksilena, arilalkilena itd. Poželjno vezivno sredstvo je etilen/anhidrid maleinske kiseline. Ova vezujuća sredstva formiraju stabilnu suspenziju ili disperziju i takođe doprinose adheziji filma prethodno nanetog na supstrat pomoću hidrolize anhidridnog prstena. Baze (NH4OH, NaOH) koriste se za kontrolu pH kompozicije da bi se postiglo optimalna adhezija kompozicije koja je prethodno naneta na supstrat. Kompozicije ima dug rok trajanja, poboljšanu otpornost na termičko starenje i veće samozaključavanje između vijka i matice.

Patent US 4,546,125 se odnosi na adhezivnu kompoziciju za očvršćavanje koji ima poboljšanu čvrstoću i brzinu adhezije. Kompozicija sadrži monomere koji se anaerobno mogu polimerizovati, a koji sadrže najmanje 10 masenih % anaerobno polimerizirujućeg monomera koji može rastvoriti više od 0,5 mas.% vode; o-benzoil sulfonamid (akcelerator polimerizacije); heterociklični tercijarni amin i/ili aromatski amin za poboljšanje termičke otpornosti; pokretač polimerizacije radikalom i voda. Uretanski poli(met)akrilat je opisan kao polimer koji se može polimerizovati.

US 4,048,259 opisuje adhezivnu kompoziciju za zaptivanje, koja otvrdne u anaerobnim uslovima. Kompozicija sadrži akril estar koji se može polimerizovati, inicijator za peroksidnu polimerizaciju i estar akrilne kiseline. Kompozicija može da sadrži stabilizatore (hidrohinon), akceleratore (alifatični ili aromatični kvarterni amini), zgušnjivače, boje i punila (CaCO3, TiO2i rastvorljive boje). Zgušnjivači koji se mogu koristiti u kompoziciji su poli(alkil)akrilati i metakrilati. Kompozicija je nekorozivna adhezivna smesa i prozivodi vrlo snažno fiksiranje.

US 4,007,322 opisuje anaerobne kompozicije za zaptivanje koje sadrže jedan ili više akrilnih monomera koji ne sadrže kiseonik, inicijator za polimerizaciju (organski peroksid), inhibitor polimerizacije (hidrohinon) i akcelerator polimerizacije (sulfonamid benzoeve kiseline). Inhibitor polimerizacije daje kompoziciji dugi rok trajanja u slučaju kontakta sa vazduhom. Ako nijedna površina nije metalna, najmanje jedna od dodirnih površina se mora prethodno obraditi prajmerom.

US 3,855,040 se odnosi na anaerobne kompozicije koje brzo polimerizuju i sadrže monomere estra akrilne kiseline, inicijator polimerizacije (organski peroksid), jaku kiselinu i aktivator (koji sadrži deo ferocena). Za kontrolu brzine stvrdnjavanja izabran je aktivator.

US 3,970,505 opisuje anaerobne kompozicije koje sadrže polifunkcionalne monomere estra akrilne kiseline, inicijator za peroksidnu polimerizaciju, supstituisanu tioureu i kiselu supstancu. Kompozicija brzo stvrdnjava, istovremeno održavajući dobra mehanička svojstva kao što su čvrstoća, fleksibilnost i svojstvo zaptivanja. Upotrebljeni monomeri daju karakteristike adhezivnosti i materijal za dugotrajno zaptivanje. Primeri poliakrilnih estara su: di- i tetraetilen glikol dimetakrilat, butilen glikol dimetakrilat, diglicerol diakrilat, itd.

US 4,410,644 opisuje anaerobnu kompoziciju za zaptivanje koja sadrži monomer estra akrilne kiseline koji može polimerizovati, inicijator za polimerizaciju (hidroperoksid), inhibitor polimerizacije (hinon), akcelerator organskog sulfonamidnog tipa, zgušnjivač (poliglikoli), sredstvo za bojenje, sredstvo za kontrolu viskoznosti (=modifikator reologije), poput silikatne prašine; sredstvo protiv habanja [(protiv habanja metala izazvanog trenjem između delova koji dodiruju metal), tj. agens protiv mehaničkog oštećenja površine (zaribavanja), poput tetrafluoretilena] i najmanje jedan plastifikator (gliceridi).

WO 2011/047738 i WO 00/01767A1 otkrivaju kompoziciju na vodenoj bazi pogodnu za aplikacije sa zaključavanjem navoja. Ove kompozicije sadrže akrilne monomere koji se mogu polimerizovati (dimetakrilat ili (met)akrilni monomeri), akrilnu smolu i mikrokapsulirani inicijator.

US2008/242764A1 otkriva anaerobne adhezivne kompozicije za očvršćavanje koje sadrže polimerni akrilni monomer, inicijatore i mikrokapsulirani akcelerator (ferocen).

US2008/0277060 otkriva anaerobne adhezivne kompozicije za očvršćavanje koje sadrže metakrilni monomer, inicijator i metalocen kao akcelerator (ferocen). Najmanje jedan od inicijatora ili metalocenskog akceleratora je mikrokapsuliran.

Sve ove poznate formulacije se zasnivaju na (met)akrilatnim jedinjenjima u kombinaciji sa različitim vrstama aditiva, inicijatorima polimerizacije i akceleratorima radi dobijanja stvrdnutih proizvoda reakcije sa željenim fizičkim, mehaničkim i hemijskim karakteristikama. Bez obzira na to, postoji potreba za anaerobnim formulacijama za očvršćavanje/umrežavanje koje mogu zadovoljiti primene koje zahtevaju širok opseg očvršćavanja bez upotrebe prajmera i inhibitora polimerizacije i koje imaju fizičke, mehaničke i hemijske karakteristike superiorne u odnosu na one poznate u tehninici.

SUŠTINA PRONALASKA

Predmetni pronalazak obezbeđuje anaerobne formulacije u vodenoj emulziji koje se mogu polimerizovati i stvrdnuti/umrežiti, koje se u relativno kratkom vremenu stvrdnjavaju i umrežavaju i njihovi reakcioni proizvodi koji pokazuju poboljšanu silu blokiranja (izraženu poboljšanim odvajanjem), poboljšanu otpornost na ulje i visoka otpornost na toplotu.

Formulacije predmetnog pronalaska su u obliku paste i mogu se lako naneti na navoje vijaka i zavrtnje kako bi se garantovao efekat zaptivanja i blokiranja; ne zahtevaju upotrebu prajmera i inhibitora polimerizacije.

Jedan aspekt predmetnog pronalaska uključuje novu formulaciju koja se može polimerizovati i stvrdnuti u anaerobnim uslovima i koja je posebno korisna u primeni na navojima na vijacim i zavrtnjima kako bi se postigle poboljšane sile blokiranja u odnosu na rezultate koji se mogu dobiti upotrebom proizvoda prema poznatom stanju tehnike. Navedena formulacija sadrži najmanje jednan dimetakrilat, akrilnu smolu, inicijator polimerizacije i očvršćavanja, akcelerator i druge aditive koji se obično koriste u tehnici. Oba, inicijator i akcelerator se koriste u mikrokapsuliranom obliku. Prema pronalasku, ova formulacija se naziva „formulacija za samo-zaključavanje“.

Prozivodi reakcije ovih formulacija su u stanju da izvrše potrebnu akciju zaptivanja i blokiranja vijaka koja može biti više ili manje intenzivna i više ili manje brza, u skladu sa vrstom primene za koju su namenjeni.

Formulacije se talože u navoje na vijcima pomoću opreme poznate u stanju tehnike i zatim se suše u sušnici, tokom čega se navrtka zategne i pokrene polimerizacija, čime nastaju poizvodi reakcije koji daju gore navedene rezultate.

Proizvode reakcija ovih formulacija karakteriše odlična otpornost na vibracije, toplotu i agresivne hemikalije. Pre svega se koriste za zaptivanje i blokiranje navoja zavrtnja i mehaničkih uređaja, sprečavajući labavljenje i curenje.

DETALJAN OPIS PRONALASKA

Formulacija za samo-zaključavanje sadrži dimetakrilat u količini između 30 i 60 mas.%. Deo dimetakrilata može biti zamenjen diuretan dimetakrilatom, a u ovom slučaju formulacija za zaključavanje poželjno sadrži dimetakrilat u količini između 15 i 30 mas.%, dok se diuretan dimetakrilat koristi u količini između 15 i 30 mas.%.

Formulacija za samo-zaključavanje dalje sadrži 5 do 9 mas.% akrilne smole, 2 do 4 mas.% inicijatora i 0,3 do 1,5 mas.% akceleratora. Oba, inicijator i akcelerator se koriste u mikrokapsuliranom obliku.

Sledeći je primer formulacije za zaključavanje u skladu sa predmetnim pronalaskom:

dejonizovana voda 40-60 mas.%

amonijum benzoat 0,5-2 mas.%

amonijum fosfat 0,05-0,2 mas.%

titanijum dioksid 1-2 mas.%

amonijak 28% 0,3-0,7 mas.%

dimetakrilat 19-27 mas.%

(bisfenol A etoksilat dimetakrilat)

diuretan dimetakrilat 18-28 mas.%

akrilna smola 5-9 mas.%

(stvrdnuti kopolimeri u vodenog emulziji)

pigment 0,3-0,9 mas.%

talk 0,4-1 mas.%

benzoil peroksid 2-4 mas.%

mikrokapsulirani ferocen 0,4-1,4 mas.%

Količine izražene u masenim % odnose se na ukupnu masu formulacije.

U skladu sa poželjnom realizacijom predmetnog pronalaska, pH formulacije za zaptivanje i samo-zaključavanje je održavano u opsegu od 5 do 10, a poželjnije 6 do 8.

pH se može podesiti dodavanjem, u formulacije predmetnog pronalaska, efikasne količine organske ili neorganske baze, koja ne utiče na polimerizaciju akrilne smole i dimetakrilata. Poželjno je da se pH podesi dodatkom NH4OH ili NaOH da bi se dobile dobre karakteristike očvršćavanja u formulacijama za zaptivanje i samo-zaključavanje.

Akrilna smola koja se može koristiti u formulacijama predmetnog pronalaska je vodena emulzija očvrsnutih kopolimera izabranih između ACRYSOL™ ASE, 20, 60 i 75 i poželjno ACRYSOL™ ASE 60.

Dimetakrilat, koji se može koristiti u formulaciji za samo-zaključavanje u skladu sa predmetnim pronalaskom, je bisfenol A etoksilat dimetakrilat.

Formulacija za zaptivanje predmetnog pronalaska ne sadrži katalizator, prema tome, dejstvo učvršćivanja vijaka nije tako snažno kao formulacija za samo-zaključavanje, koja uključuje inicijator polimerizacije i akcelerator.

Formulacija za zaptivanje koristi akrilnu smolu u kombinaciji sa fenoksi polietoksi sulfatom, čije prisustvo ima neočekivano dejstvo na performanse proizvoda reakcije. Uvođenje fenoksi polietoksi sulfata u formulaciju za zaptivanje prema pronalasku daje proizvodu reakcije znatnu otpornost i stabilnost na hemijska sredstva, istovremeno poboljšavajući njegovu jačinu zaptivanja.

Pored toga, iznenađujuće je da ovako formulisano sredstvo za zaptivanje ne zahteva prethodnu obradu prajmerom metalne i plastične površine pre nanošenja. Navedena prethodna obrada je od suštinske važnosti da bi se omogućilo vezivanje ostalih proizvoda iz stanja tehnike na delove na koje se nanosi.

Formulacija za samo-zaključavanje predmetnog pronalaska sadrži inicijator polimerizacije i akcelerator u mikrokapsuliranom obliku, koji se aktiviraju kada se matica zategne na vijak prethodno tretiran samo-zaključavajućom formulacijom. Polimerizacija i očvršćavanje se pokreću u anaerobnim uslovima i hemijska reakcija odmah stvara efekat blokiranja između navrtke i vijka.

Za razliku od poznatog stanja tehnike, formulacija za samo-zaključavanje prema predmetnom pronalasku, ne sadrži inhibitore polimerizacije koji proizvode kraće polimerne lance, jer oni inaktiviraju ne samo primarne i sekundarne radikale, već i one koji su odgovorni za rast polimera. Kratki lanci, nastali usled dejstva inhibitora polimerizacije, stvaraju manji efekat „lepljenja“ i, samim tim, inferiornu silu blokiranja zavrtnja. Pored toga, odsustvo inhibitora znači da se polimerizacija proizvoda koji se nanosi na vijak odvija pre zatezanja zavrtnja. Ovaj fenomen „prepolimerizacije“ negativno utiče na blokirajuću sposobnost reakcionog proizvoda. Da bi se izbegao navedeni nedostatak, samo-zaključavajuća formulacija predmetnog pronalaska karakteriše se sa jedne strane odsustvom inhibitora polimerizacije, a sa druge sadrži mikrokapsulirani akcelerator polimerizacije. Prema predmetnom pronalasku, ferocen se pogodno koristi kao akcelerator polimerizacije.

Pored toga, iznenađujuće je da formulacija za blokiranje sastavljena na ovaj način ne zahteva prethodnu obradu površina prajmerom pre njenog nanošenja, dok je ova prethodna obrada neophodna da bi se omogućilo vezivanje ostalih proizvoda iz stanja tehnike na delove na koje se nanosi.

Ferocen je prema inovativnom postupku obložen filmom zaštitnog materijala koji sprečava njegovu reakciju sa inicijatorom polimerizacije pre nego što se zategne zavrtanj. Kada je zavrtanj zategnut, prema pronalasku, zaštitni film puca kao rezultat trenja, dajući tako ferocen za polimerizaciju.

Postupak koji se koristi za oblaganje akceleratora polimerizacije prema pronalasku sadrži sledeće korake: pripremu vodenog rastvora želatina, podešavanje pH vodenog rastvora na vrednost između 4 i 7, uvođenje akceleratora u vodeni rastvor želatina, dodavanje sredstva za stvrdnjavanje filma koje nanosi akcelerator i materijal protiv zgrudnjavanja, odvajanje čvrstog dela od vodenog dela, ispiranje čvrstog dela vodom i sušenje krajnjeg proizvoda.

Povoljno, akcelerator polimerizacije je ferocen, sredstvo za stvrdnjavanje je aldehid glutarne kiseline, a materijal protiv zgrudnjavanja je silicijum dioksid (SiO2).

Upotreba mikrokapsuliranog akceleratora polimerizacije u formulaciji predmetnog pronalaska izbegava upotrebu stabilizatora i inhibitora polimerizacije koji povlače gore opisane negativne efekte i omogućava očuvanje proizvoda tokom dužeg perioda bez promene njegovih karakteristika blokiranja.

KRATAK OPIS SLIKA

Dodatne karakteristike i prednosti predmetnog pronalaska postaće jasne iz sledećeg opisa, koji je predstavljen kao neograničavajući primer, sa pozivanjem na prateće slike, gde:

• Slika 1 je IR spektar proizvoda Multicor (ulje za podmazivanje za motore motornih vozila);

• Slika 2 prikazuje dva preklopljena IR spektra zavrtnja uronjenih u ulje i onih koji nisu uronjeni u ulje, tretirani formulacijom za zaptivanje prema predmetnom pronalasku;

• Slika 3 je IR spektar proizvoda Torma Prot (ulje za podmazivanje za motore motornih vozila);

• Slika 4 prikazuje dva preklopljena IR spektra zavrtnja uronjenih u ulje i onih koji nisu uronjeni u ulje, tretirani formulacijom za zaptivanje prema predmetnom pronalasku.

OPIS POŽELJNIH REALIZACIJA

Primer 1

55 g dejonizovane vode je dodato u turbo-mešač i uz mešanje dodato je sledeće: 0,6 g pigmenta UNISPERSE® RED ID 1996500, 0,4 g vodenog rastvora amonijaka 28%, 2 g titanijum dioksida, 0,8 g talka, 1 g amonijum benzoata, 0,1 g amonijum fosfata, 6 g akrilne smole ACRISOL ™ ASE 60 i 18 g bisfenol A etoksilat dimetakrilata. pH smeše je 6.5. Temperatura dobijene smeše je dovedena na temperaturu okoline i smeša podvrgnuta vakuumu na 0,6 bara i mešana 5 minuta u vakuumu. Pritisak smeše je zatim doveden do atmosferskog pritiska i dodato je 21 g bisfenol A etoksilat dimetakrilata. Dobijena smeša je podvrgnuta vakuumu na 0,8 bara i mešana tokom 20 minuta. Tako dobijenom proizvodu dodato je 3 g mikrokapsuliranog benzoil peroksida i 0,9 g mikrokapsuliranog ferocena i smeša je mešana 5 minuta.

Inicijator benzoil peroksid je mikrokapsuliran prema postupku poznatom u stanju tehnike, dok je ferocen akcelerator kapsuliran sledećim postupkom.

U mešač je dodato 80 g dejonizovane vode, a uz mešanje dodato je 0,2 g natrijum-heksametafosfata i 4 g želatina. Kada je uvođenje želatina završeno, nastavljeno je sa mešanjem nekoliko minuta i smeša je ostavljena da odstoji 30 minuta. Uz mešanje, temperatura smeše je dovedna na 45-70 °C i dodat je natrijum hidroksid, smeša je ohlađena na 43 °C, dodato je 0,2 g sirćetne kiseline i na kraju 15 g ferocena. Temperatura smeše je ohlađena na sobnu temperaturu. Temperatura dobijenog proizvoda je zatim brzo spuštena na 10-18 °C i dodato je 2 g aldehida glutarne kiselinei 1 g silicijum dioksida (SiO2).

Dobijeni proizvod je staložen, zatim je vodeni rastvor uklonjen, a čvrsti deo je ispran dejonizovanom vodom. Ova operacija je ponavljena tri puta. Dobiveni proizvod je zatim filtriran i stavljen u sušnicu na 40 °C tokom 48 sati. Krajnji proizvod je mikrokapsulirani ferocen.

Neočekivno, ovako formulisan proizvod ima mnogo veće vrednosti odvajanja od proizvoda u upotrebi i vrednosti su vrlo ujednačene. Vrednosti odvajanja izmerene na zavrtnju M10 prema DIN 267/27 standardu date su u sledećoj tabeli 1.

Tabela 1

Primer 2

55 g dejonizovane vode dodato je u turbo-mešač, a zatim je uz mešanje dodato sledeće: 0,6 g pigmenta UNISPERSE® GREEN ID 30267548, 0,4 g vodenog rastvora amonijaka 28%, 1 g titanijum dioksida, 1 g amonijum benzoata, 0,1 g amonijum fosfata i 7 g ACRISOL ™ ASE 60 (koristi se kao akrilna smola). Temperatura dobijene smeše dovedena je do temperature okoline i smeša je podvrgnuta vakuumu na 0,6 bara. Smeša je mešana u vakuumu još 5 minuta. Smeša je dovedena do atmosferskog pritiska i dodato je 25 g bisfenol A etoksilat dimetakrilata. Podvrgnuta je vakuumu na 0,8 bara i mešana 20 minuta.

2 g mikrokapsuliranog benzoil peroksida i 0,4 g mikrokapsuliranog ferocena je dodato tako dobijenom proizvodu. Smeša je mešana 5 minuta. Iznenađujuće, ovako formulisan proizvod predstavlja vrlo ujednačene vrednosti odvajanja. Vrednosti izmerene na zavrtnju M10 u skladu sa DIN 267/27 standardom date su u sledećoj tabeli 2.

Tabela 2

1

Claims (10)

Patetni zahtevi

1. Formulacija za anaerobno zaptivanje koja sadrži vodenu emulziju od:

a) 30-60 mas.% najmanje jednog dimetakrilata

b) 5-9 mas.% najmanje jedne akrilne smole

c) 2-4 mas.% mikrokapsuliranog inicijatora polimerizacije i

d) 0,3-1,5 mas.% mikrokapsuliranog akceleratora polimerizacije.

2. Formulacija prema zahtevu 1, naznačena time, što komponenta a) sadrži diuretan dimetakrilat.

3. Formulacija prema zahtevu 1 ili 2, naznačena time, što je akrilna smola vodena emulzija očvrslih kopolimera.

4. Formulacija prema zahtevu 1, naznačena time, što je dimetakrilat koji se koristi kao komponenta a) bisfenol A etoksilat dimetakrilat.

5. Formulacija prema zahtevu 1, naznačena time, što je akcelerator polimerizacije mikrokapsulirani ferocen.

6. Formulacija prema zahtevu 1, naznačena time, što je vrednost pH između 5 i 10.

7. Upotreba formulacije prema zahtevu 1, kao sredstvo za samo-zaključavanje na navojima zavrtnja, vijaka i glava zavrtnja ili zaptivnih glava.

8. Postupak za mikrokapsuliranje akceleratora polimerizacije pogodnog za primenu kao komponenta d) u formulaciji prema zahtevu 1, naznačena time, što se priprema vodeni rastvor želatina, podešavanjem pH vodenog rastvora na vrednost između 4 i 7, uvođenjem akceleratora polimerizacije u vodeni rastvor želatina, dodavanjem sredstva za očvršćavanje želatina i materijala protiv zgrudnjavanja, odvajanjem čvrstog dela od vodenog dela, ispiranjem čvrstog dela vodom i sušenjem krajnjeg proizvoda.

9. Postupak prema zahtevu 8, naznačena time, što je akcelerator polimerizacije ferocen, sredstvo za stvrdnjavanje je aldehid glutarne kiseline, a materijal protiv zgrudnjavanja je silicijum dioksid.

10. Upotreba formulacije prema zahtevu 7, naznačena time, što površine navoja zavrtnja, vijaka i glava zavrtnja ili zaptivnih glava nisu prethodno tretirane prajmerom.