ADHESIVOS PARA UNIR MATERIALES COMPUESTOS.

Una composición adhesiva que comprende una mezcla de 1 por ciento a 50 por ciento en peso de un polímero clorinado,

0,5 por ciento a 45 por ciento en peso de un elastómero que contiene nitrógeno, un copolímero de acrilonitrilo termoplástico o mezclas de los mismos, y 25 por ciento a 90 por ciento en peso de un monómero de acrilato de alquilo o metacrilato, proporcionó que el polímero clorinado no es polietileno clorosulfonado

Adhesivos para unir materiales compuestos.

Antecedentes del invento

Este invento se refiere a adhesivos. Más particularmente, este invento se refiere a adhesivos basados en metacrilato que curan a temperatura ambiente en dos partes que se usan para unir una amplia variedad de materiales, que incluyen plásticos termoestables, termoplásticos, metales, madera, materiales cerámicos y otros materiales y combinaciones de materiales. Este invento implica una mejora significativa en la capacidad de los adhesivos para unir ciertos materiales compuestos difíciles de unir con una preparación superficial requerida mínima. Otra característica de este invento es el alto grado de comportamiento elástico de los adhesivos curados y la capacidad de los materiales adhesivos curados para conservar una alta proporción de su comportamiento elástico después de la exposición a temperaturas elevadas o envejecimiento a largo plazo.

Las tres clases comunes de adhesivos reactivos que curan a temperatura ambiente en dos partes son epoxies, poliuretanos y acrílicos. La discusión de estos adhesivos de la técnica anterior y los adhesivos del invento hace resaltar las aplicaciones estructurales, en las que se consigue una unión muy fuerte entre dos elementos estructurales de un montaje y la unión es a menudo suficientemente fuerte para causar fallos del material antes de que falle el montaje. Sin embargo, todos estos materiales adhesivos, pueden ser y se usan para tener ventaja en aplicaciones de menos demanda, también, en cuyo caso una o más de las ventajas del adhesivo particular cumple una necesidad de unión específica.

Los adhesivos epoxi, que son los más recientes, mejor conocidos y entre los adhesivos estructurales más comunes en el uso general, consisten en un componente adhesivo de resina epoxi y una amina, poliamida, o componentes endurecedores de poliamida y amina combinadas. Los epoxies que curan más rápidos pueden formularse con endurecedores de polimercaptano que se usan generalmente en combinación con endurecedores de poliamida y amina.

Los adhesivos de poliuretano consisten generalmente en un poliol terminado en isocianato y un componente endurecedor o curativo que consiste en un poliol o amina o una combinación de polioles y aminas.

Los adhesivos de epoxi y poliuretano curan tras mezclarse cuando el componente endurecedor se hace reaccionar con el componente de resina de poliuretano o epoxi en un procedimiento de polimerización por adición.

Los adhesivos acrílicos o de metacrilato que se usan en las mismas aplicaciones como epoxies y poliuretanos consisten generalmente en una disolución de polímero en monómero de un elastómero o resina termoplástica o una combinación de los mismos en un monómero tal como metacrilato de metilo. El endurecimiento se consigue cuando una combinación de un peróxido y una amina se introduce en la disolución de polímero en monómero para iniciar una reacción de curado por radicales libres. Generalmente, el componente adhesivo contiene tanto la amina como el componente peróxido y el peróxido co-reactivo o el componente amina se mezcla con el adhesivo antes de la unión.

Cada una de las tres clases de adhesivos reactivos comunes tiene ventajas y desventajas características. Por ejemplo, los epoxies tienen tendencia a caracterizarse como seguros y relativamente fáciles de mezclar y aplicar, pero tienen tendencia a ser algo rígidos y susceptibles a la limpieza de la superficie a ser unida. Los poliuretanos se consideran generalmente por ser mucho más flexibles y elásticos, pero sufren también de sensibilidad a la contaminación superficial y humedad. Ambos tipos de estos adhesivos tienen la limitación que los productos que curan rápido tienen tendencia a tener un tiempo de trabajo abierto corto después del mezclado, y los productos con tiempo abierto más aceptable tienen tiempos de cura muy largos. Esta limitación se impone por el mecanismo de reacción lineal que es característico de la reacción de polimerización por adición por la que cura.

En términos de las características del adhesivo curado y unión resultante, se consideran los epoxies por ser muy fuertes debido a sus altos módulos o rigidez y alta resistencia al cizallamiento del recubrimiento resultante. Se recomiendan generalmente para unir metales debido a su afinidad por las superficies metálicas y altas resistencias al cizallamiento. Sin embargo, su naturaleza rígida limita su utilidad en aplicaciones que requieren flexibilidad en la unión del adhesivo. Los epoxies tienen también una capacidad limitada para unir materiales termoplásticos.

Los poliuretanos son generalmente mucho más elásticos, tenaces y flexibles que los epoxies. La elasticidad, tenacidad y flexibilidad son beneficiosas cuando las uniones del adhesivo se someten a fuerzas de pelado o impacto y cuando las uniones y montajes unidos se someten a tensiones de fatiga dinámica. Sin embargo, los poliuretanos no son tan útiles como epoxies para unir metales y son generalmente más adecuados para unir materiales plásticos en aplicaciones que se someten a tensiones de impacto y de flexión.

Los adhesivos de metacrilato o acrílicos en dos partes superan dos de los mayores inconvenientes de los epoxies y poliuretanos. Son mucho más tolerantes con superficies sin limpiar o sin preparar y tienen un perfil de curado mucho más favorable en términos de tiempo de trabajo abierto y velocidad de curado. Además, presentan igual o mejor afinidad para superficies metálicas y plásticas que tanto los epoxies como los poliuretanos. Sin embargo, algunos materiales, en particular ciertos materiales compuestos, son difíciles de unir en la condición "como se recibe". Ejemplos específicos incluyen ciertos revestimientos del gel, que están altamente reticulados y compuestos de poliéster inertes que forman la superficie "de muestra" o exterior de materiales compuestos de poliéster reforzado con fibra de vidrio (FPR) usados para fabricar barcos y otras estructuras expuestas a condiciones climatológicas exteriores.

Otros ejemplos son materiales compuestos de poliéster moldeado cerrado, que son materiales formados por procedimientos distintos de los procedimientos de moldeo abierto usados para producir estructuras de materiales compuestos de FPR. Ejemplos de procedimientos de moldeo cerrados y materiales son compuestos que se moldean en láminas (SMC), materiales compuestos moldeados por transferencia de resina (RTM) y materiales compuestos pultrusionados.

Las cuestiones esenciales con procedimientos y productos de moldeo cerrado son (1) estos procedimientos producen artículos de materiales compuestos de poliéster con emisión reducida de la exposición del trabajador al componente estireno en las resinas de poliéster y se sustituyen rápidamente los procedimientos de moldeo abierto, y (2) estos materiales se caracterizan generalmente por la resistencia al efecto solvente de los monómeros de metacrilato que suavizan o penetran normalmente en la superficie de unión antes del endurecimiento del adhesivo. Adicionalmente, muchos de estos materiales usan asistentes de procesamiento para proporcionar superficies lisas para pintar. Estos materiales pueden interferir también con el procedimiento de unión.

Se usan otros materiales para facilitar la liberación de los moldes usados para fabricar partes de ellos. Tales materiales se añaden a menudo directamente al compuesto de moldeo, en cuyo caso se refieren como agentes de desmoldeo "internos". Otros materiales pueden rociarse en la superficie del molde antes del moldeo. Estos materiales se refieren como agentes de desmoldeo "externos". Todos estos asistentes de procesamiento pueden interferir con la formación de uniones adhesivas fuertes.

Los problemas experimentados para unir estos materiales con los adhesivos basados en metacrilato de la técnica anterior, además de las etapas de procesamiento adicionales y no deseables requeridas para usarlos, incluyendo granallado, enarenamiento, limpieza e imprimación del disolvente, se describen en detalle en el documento de patente de EE.UU. 3.838.093, que se trata además en detalle a continuación.

Los adhesivos epoxi basados en resinas de DGEBA estándar (diglicidil éter de bisfenol-A), curadas con endurecedores basados en combinaciones de aminas, poliamidas y otros aditivos usados para transmitir propiedades específicas, se han usado eficazmente para unir algunos materiales compuestos moldeados cerrados. Sin embargo, estos adhesivos no se curan completamente a temperatura ambiente...

1. Una composición adhesiva que comprende una mezcla de 1 por ciento a 50 por ciento en peso de un polímero clorinado, 0,5 por ciento a 45 por ciento en peso de un elastómero que contiene nitrógeno, un copolímero de acrilonitrilo termoplástico o mezclas de los mismos, y 25 por ciento a 90 por ciento en peso de un monómero de acrilato de alquilo o metacrilato, proporcionó que el polímero clorinado no es polietileno clorosulfonado.

2. La composición de la reivindicación 1, que comprende 2 por ciento a 40 por ciento, preferentemente 5 por ciento a 30 por ciento en peso de un polímero clorinado, 0,5 por ciento a 25 por ciento, preferentemente 0,5 por ciento a 20 por ciento en peso de un elastómero que contiene nitrógeno y 40 por ciento a 85 por ciento, preferentemente 50 por ciento a 75 por ciento en peso de un monómero de acrilato de alquilo o metacrilato, proporcionó que el polímero clorinado no es polietileno clorosulfonado.

3. La composición de las reivindicaciones 1 o 2 en mezcla con de 0,01 a 20 por ciento en peso de un monómero de metacrilato o acrilato de alquilo más alto o C₆.

4. La composición de una cualquiera de las reivindicaciones 1-3 en mezcla con de 0,01 a 30 por ciento en peso de un modificador de impacto núcleo-carcasa.

5. La composición de una cualquiera de las reivindicaciones 1-3 en mezcla con de 0,01 a 15 por ciento en peso de un monómero ácido orgánico polimerizable.

6. La composición de una cualquiera de las reivindicaciones 1-3 en mezcla con un sistema catalítico que genera radicales libres.

7. La composición de las reivindicaciones 1, 2, 3 o 6 en mezcla con un promotor catalítico.

8. La composición adhesiva de una cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en la que el polímero clorinado comprende poli(cloruro de vinilo) o una mezcla de poli(cloruro de vinilo) y un elastómero de nitrilo.

9. La composición adhesiva de las reivindicaciones 6 o 7, en la que el sistema catalítico que genera radicales libres comprende de 0,01 a 10 por ciento en peso de un hidroperóxido.

10. La composición adhesiva de la reivindicación 9, en la que el sistema catalítico que genera radicales libres comprende además de 0,01 a 5 por ciento en peso de un iniciador de amina y/o un activador.

11. La composición adhesiva de las reivindicaciones 9 o 10, en la que el sistema catalítico que genera radicales libres comprende además de 1 ppm a 5 por ciento en peso de un compuesto organometálico o de 0,001 a 10 por ciento en peso de un compuesto de azufre clorinado.

12. La composición adhesiva de una cualquiera de las reivindicaciones 9-11, en la que el sistema catalítico que genera radicales libres comprende además un agente quelante.

13. La composición adhesiva de una cualquiera de la reivindicaciones 1-12, en la que el elastómero que contiene nitrógeno se selecciona de un elastómero de nitrilo, un elastómero de poliuretano, un elastómero de poliamida, un elastómero de poliimida o combinaciones de los mismos.

14. La composición adhesiva de una cualquiera de las reivindicaciones 1-13 que comprende además menos de 5 por ciento de un plastificante.