Анаэробная герметизирующая композиция

Анаэробная герметизирующая композиция

Реферат

Изобретение относится к области химии, в частности к анаэробным герметизирующим композициям, которые используются для герметизации и стопорения резьбовых, цилиндрических или фланцевых соединений.

В настоящее время для этих целей применяются аналогичные композиции, однако при их использовании требуется выдерживать герметизируемый узел не менее суток для достижения рабочей прочности полимера в зоне соединения.

Известна анаэробная герметизирующая композиция, защищенная патентом РФ №2036946, кл. C09K 3/10, опубл. 1995.06.09. Композиция содержит мас.ч.: эфир (мет)акриловой кислоты 100; инициирующая добавка 2,0-10,5%, стабилизирующая добавка 0,01-0,5; порошкообразный полимерный наполнитель 5-50; неионогенное поверхностно-активное вещество 0,5-20. Недостатком этой композиции является длительность ее отверждения, после нанесения на сопряженные поверхности, не менее 24 часов при комнатной температуре до проведения испытаний на прочность и введения в эксплуатацию.

Известна анаэробная герметизирующая композиция, защищенная патентом РФ №2036947, кл. C09K 3/10, опубл. 1995.06.09. Композиция содержит мас.ч.: эфир (мет)акриловой кислоты 100; инициирующая добавка 1,5-10,5%, стабилизирующая добавка 0,01-0,5; порошкообразный полимерный наполнитель с размером частиц не более 100 мкм 5-50; неионогенное поверхностно-активное вещество 0,5-20. Эта композиция обладает теми же недостатками, что и упомянутая выше (24 часа выдержки при комнатной температуре после сборки герметизируемого узла).

Наиболее близкой к заявляемой композиции по технической сущности и достигаемому результату, выбранной в качестве прототипа, является анаэробная герметизирующая композиция, описанная в А.С. СССР №1358390, кл. C09K 3/10, C08L 67/06, опубл. 1995.11.20. Композиция содержит мас.ч.: акриловый олигомер 100; аминный ускоритель 0,2-2,5, сульфимидный ускоритель 0,2-2,5, гидроперекисный инициатор 0,2-4,5, стабилизатор 0,002-0,200; олигомерный карбоксилсодержащий каучук 2-40; поверхностно-активное вещество 0,01-10,0. Однако и эта анаэробная композиция требует выдержки в течение 24 часов при комнатной температуре для достижения рабочей прочности полимера в зоне герметизации или стопорения.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, - создание анаэробной герметизирующей композиции, рецептура которой обеспечивает достижение рабочей прочности полимера в зоне соединения в течение 2-3 часов выдержки при комнатной температуре.

Технический результат заключается в повышении качества анаэробной герметизирующей композиции за счет сокращения времени выдержки собираемого узла (при комнатной температуре) после введения композиции в зону сопряжения резьбового, цилиндрического или фланцевого соединения.

Указанный результат достигается тем, что анаэробная герметизирующая композиция, содержащая эфир (мет)акриловой кислоты, инициирующую добавку, ускоряющую добавку, стабилизирующую добавку и наполнитель, в качестве эфира (мет)акриловой кислоты содержит смесь ароматического и алифатического олигоэфиракрилатов, содержащую не менее 10% ароматического олигоэфиракрилата, а в качестве ускоряющей добавки содержит предварительно сплавленную смесь сульфимидного, аминного и гидразинного соединений, взятых в соотношении (молей) (2-2,5):1:1 соответственно при следующем соотношении компонентов, масс.ч.:

Смесь ароматического и алифатического

олигоэфиракрилатов, содержащая

не менее 10% ароматического

олигоэфиракрилата 100

Инициирующая добавка 1-10

Предварительно сплавленная смесь

сульфимидного, аминного и гидразинного

соединений, взятых в соотношении (молей) (2-2,5):1:1 0,1-2,0

Стабилизирующая добавка 0,01-0,5

Наполнитель 0,1-50.

В качестве ароматического олигоэфиракрилата используют, например, бис(метакрилоилокси)олиго(триэтиленгликольфталат) (МГФ-9), этоксилированный бисфенол А диметакрилат (E2BADMA, E4BADMA или E10BADMA).

В качестве алифатического олигоэфиракрилата используют диметакрилат диэтиленгликоля (ДМЭГ), диметакрилат триэтиленгликоля (TEGDMA, ТГМ-3) или триметакриалат триметилолпропана (ТМРТМА).

В качестве инициирующей добавки используют гидроперекись кумила (ГПК) или гидроперекись третбутила (ГПТБ).

В качестве ускорителя используют предварительно сплавленную смесь сульфимидного, аминного и гидразинного соединений. В качестве сульфимидного соединения используют о-бензосульфимид или ди-бензосульфимид, аминного соединения - N,N-ди-метил-п-толуидин, диметиланилин, диметил-п-анизидин или гидроксиэтил-п-толуидин, гидразинного соединения - 1-ацетил-2-фенил гидразин, 1-ацетил-2-п-толил гидразин или 1-бензоил-2-фенил гидразин. Предварительно смесь этих соединений, взятых в соотношении (молей) (2-2,5):1:1 соответственно сплавляют при температуре 130-140°С. В результате этого образуется не смесь этих веществ, а новое вещество, о чем свидетельствует исчезновение ряда характеристических полос поглощения исходных индивидуальных веществ и появление новых линий поглощения в ИК спектре сплавленной смеси. Это соединение является более эффективным ускорителем полимеризации, чем исходные вещества или их смеси, не подвергнутые предварительному сплавлению.

Известно совместное использование в составе анаэробной композиции о-бензосульфимида и N,N-диметил-п-толуидина (прототип), а также бензосульфимида и 1-ацетил-2-фенил гидразина (патент США №4287330, Кл.³ C08F 24/00, опубл. 1975.05.23), однако совместное введение трех веществ (о-бензосульфимида, N,N-диметил-п-толуидина и 1-ацетил-2-фенил гидразина) в рекомендуемом соотношении с предварительным сплавлением в композицию, содержащую смесь ароматического и алифатического олигоэфиракрилатов, содержащую не менее 10% ароматического олигоэфиракрилата, не описано.

В состав стабилизирующей добавки могут входить: гидрохинон, п-метоксихинон, 2,2,6,6-тетраметил-4-оксопиперидин-1-оксил, щавелевая кислота, 4,4-бис(диметиламино)трифенилметаноксолат (малахитовый зеленый), динатриевая соль этилендиамин-N,N,N',N'-тетрауксусной кислоты (трилон Б).

В качестве наполнителей используют различные вещества, влияющие на эластичность, вязкость, прочностные и адгезионные характеристики анаэробной герметизирующей композиции, ее внешний вид. Например: диоктилфталат, диоктилсебацинат, глицерин, полистирол, поливинилацетат, нитрильный каучук (СКН-18 или СКН-26), монометакрилаты этилен- или пропиленгликоля, аэросил, красители, поверхностно-активные вещества и т.д.

Сокращение времени набора полной прочности полимера при выдержке собираемого узла (при комнатной температуре) после введения предлагаемой композиции в зону сопряжения резьбового, цилиндрического или фланцевого соединения происходит вследствие ускорения полимеризации смеси алифатического и ароматического олигоэфиракрилатов, содержащей не менее 10% ароматического олигоэфиракрилата, в присутствии сплавленной смеси сульфимидного, аминного и гидразинного соединений, взятых в соотношении (молей) (2-2,5):1:1, за счет образования нового соединения (соединений), обладающего повышенной ускоряющей активностью реакции полимеризации олигоэфиракрилатов вследствие взаимодействия и образования химической связи между серой сульфимидного соединения и третичным азотом аминного и гидразинного соединений.

Анаэробную герметизирующую композицию готовят при комнатной температуре последовательным растворением входящих в нее компонентов.

Предлагаемую анаэробную герметизирующую композицию используют для герметизации и стопорения резьбовых, цилиндрических или фланцевых соединений. Нижеследующие примеры иллюстрируют настоящее изобретение.

Пример №1.

Предварительно сплавляют в отдельной емкости сульфимидное (I), аминное (II) и гидразинное (III) соединения. Далее готовят анаэробную герметизирующую композицию смешением компонентов следующего состава, г:

Смесь олигоэфиракрилатов:

ТГМ-3 и МГФ-9 (соотношение 80:20) 100

Инициирующая добавка:

Гидроперекись кумила 1,35

Сплавленный ускоритель

(соотношение компонентов согласно таблице 1) 1,6

Стабилизирующая добавка:

п-метоксихинон 0,12

2,2,6,6-тетраметил-4-оксопиперидин-1-оксил 0,25

малахитовый зеленый 0,12

Наполнители:

монометакрилат пропиленгликоля 5

диоктилфталат 5

аэросил 300 2,5

Примеры 2-11 проведены аналогично примеру 1. Данные испытаний различных составов композиций сведены в таблице 1.

В таблице 1 показано влияние соотношения количеств сульфимидного (I), аминного (II) и гидразинного (III) соединений в предварительно сплавленной смеси на степень полимеризации (время набора полной прочности) полимера в резьбовом зазоре.

Таблица 1
Пример №	Соотношение компонентов ускорителя (молей) I:II:III	Степень полимеризации полимера в зазоре резьбовой пары (%) через
1 час	2 часа	3 часа	6 часов	9 часов	12 часов	24 часа
1	0:1:1	34	37	40	50	60	70	100
2	2:0:1	45	48	50	60	65	70	100
3	2:1:0	45	48	50	65	70	75	100
4	2:1:1	80	100	100	100	100	100	100
5	1:1:1	55	58	60	75	90	100	100
6	2:0,5:1	65	68	70	75	90	100	100
7	2:1:0,5	65	68	70	80	90	100	100
8	3:1:1	80	100	100	100	100	100	100
9	2:2:1	80	100	100	100	100	100	100
10	2:1:2	80	100	100	100	100	100	100
11	2:1:1 (последовательное растворение без предварительного сплавления)	65	67	70	80	90	100	100

Таким образом, видно, что наибольшим ускоряющим эффектом обладает сплавленный ускоритель, приготовленный исходя из мольного соотношения компонентов сульфимидного, аминного и гидразинного соединений, взятом (2-2,5):1:1. При введении компонентов в количествах менее рекомендуемых или их исключении эффект ускорения выражен слабее или не наблюдается. Введение компонентов в количествах более рекомендуемых не дает повышения скорости полимеризации более наблюдаемой при оптимальном их соотношении и поэтому не целесообразно.

Примеры 12-20.

Готовят композиции следующего состава, грамм:

Смесь олигоэфиракрилатов:

(вид и количество согласно таблице 2) 100

Инициирующая добавка:

Гидроперекись кумила 1,12

Сплавленная смесь

(сахарин: N,N-диметил-п-толуидин: ацетофенилгидразин

в мольном соотношении 2:1:1) 1,6

Стабилизирующая добавка:

п-метоксихинон 0,12

2,2,6,6-тетраметил-4-оксопиперидин-1-оксил 0,25

малахитовый зеленый 0,12

Наполнитель:

поливинилацетат 2,25

диоктилфталат 6,5

аэросил 300 2,2

В таблице 2 показано влияние соотношения количеств олигоэфиракрилатов в смеси на степень полимеризации (время набора полной прочности) полимера в резьбовом зазоре.

Таблица 2
Пример №	Марки и соотношение олигоэфиракрилатов в смеси (массовых частей)	Степень полимеризации полимера в зазоре резьбовой пары (%) через
1 час	2 часа	3 часа	6 часов	9 часов	12 часов	24 часа
12	ТГМ-3 и МГФ-9 (80:20)	80	100	100	100	100	100	100
13	ТГМ-3 и МГФ-9(90:10)	80	100	100	100	100	100	100
14	ТГМ-3 и МГФ-9 (95:5)	70	73	75	85	90	95	100
15	ТГМ-3 и МГФ-9 (50:50)	80	100	100	100	100	100	100
16	ТГМ-3 и МГФ-9 (0:100)	70	73	75	85	90	100	100
17	ТГМ-3 и МГФ-9 (100:0)	60	65	70	80	85	90	100
18	ТГМ-3 и E4BADMA (80:20)	80	100	100	100	100	100	100
19	ДМЭГ и МГФ-9 (80:20)	80	100	100	100	100	100	100
20	ТМРТМА и МГФ-9 (80:20)	80	100	100	100	100	100	100

Как видно из таблицы, при содержании менее 10% ароматического и более 90% алифатического олигоэфиракрилатов эффект ускорения полимеризации уменьшается и в индивидуальных одигоэфиракрилатах выражен значительно слабее, чем в смесях.

Таким образом, эффект увеличения скорости полимеризации при использовании предварительно сплавленной смеси, содержащей сахарин, N,N-диметил-п-толуидин и ацетофенилгидразин в мольном соотношении 2:1:1 наиболее выражен в анаэробных герметиках, приготовленных на смесях алифитического и ароматического олигоэфиракрилатов, содержащих не менее 10% (мас.) ароматического олигоэфиракрилата.

Степень полимеризации (время набора прочности) полимера определяли из результатов измерений величины момента развинчивания пары болт-гайка M10 (сталь 10 или сталь 20 без покрытия) как отношение момента развинчивания через 1, 2, 3, 6, 9 и 12 часов к моменту развинчивания через 24 часа и выражали в процентах. Резьбовые поверхности болта и гайки предварительно обезжиривали, наносили на болт анаэробную герметизирующую композицию и наворачивали гайку. Собранную резьбовую пару выдерживали при комнатной температуре в течение 1, 2, 3, 6, 9, 12 и 24 часов.

Как показали результаты экспериментов (таблицы 1, 2), применение в качестве ускоряющей добавки в составе анаэробной герметизирующей композиции предварительно сплавленной смеси сульфимидного, аминного и гидразинного соединений в соотношении (молей) (2-2,5):1:1, и когда эфир метакриловой кислоты представляет собой смесь алифитического и ароматического олигоэфиракрилатов, содержащую не менее 10% ароматического олигоэфиракрилата, позволяет значительно увеличить скорость полимеризации и сократить время набора полной прочности полимера в зоне резьбового сопряжения.

Таким образом, применение данного изобретения позволяет повысить качество анаэробной герметизирующей композиции за счет повышения скорости полимеризации и сокращения времени набора полной прочности полимера в зоне резьбового, цилиндрического или фланцевого сопряжения.

Анаэробная герметизирующая композиция, содержащая эфир (мет)акриловой кислоты, инициирующую добавку, ускоряющую добавку, стабилизирующую добавку и наполнитель, отличающаяся тем, что в качестве эфира (мет)акриловой кислоты она содержит смесь ароматического и алифатического олигоэфиракрилатов, содержащую не менее 10 мас.% ароматического олигоэфиракрилата, а в качестве ускоряющей добавки содержит предварительно сплавленную смесь сульфимидного, аминного и гидразинного соединений, взятых в соотношении (молей) (2-2,5):1:1 соответственно при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

смесь ароматического и алифатического
олигоэфиракрилатов,
содержащая не менее 10 мас.%
ароматического олигоэфиракрилата	100
инициирующая добавка	1-10
предварительно сплавленная смесь
сульфимидного, аминного и
гидразинного соединений,
взятых в соотношении (молей) (2-2,5):1:1	0,1-2,0
стабилизирующая добавка	0,01-0,5
наполнитель	0,1-50