MX2013005562A - Composiciones de adhesivo estructural. - Google Patents

Composiciones de adhesivo estructural.

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Kaliappa G Ragunathan
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Masayuki Nakajima
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Abstract

Aquí se describen composiciones de adhesivo estructural 2K, que comprenden (a) un primer componente que comprende (i) un aducto epoxi formado como producto de reacción de reactivos que comprenden un primer compuesto epoxi, un poiioi, y un anhídrido y/o un diácido; y (ii) un segundo compuesto epoxi; y (b) un segundo componente que reacciona con el primer componente. En una modalidad, el segundo componente es un compuesto de amina. Estos adhesivos se pueden utilizar para unir juntos materiales substrato tales como dos medias carcasas de aspas de turbinas eólicas.

Description

COMPOSICIONES DE ADHESIVO ESTRUCTURAL CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a composiciones de adhesivos estructurales y más particularmente a composiciones de adhesivos estructurales 2K.
INFORMACIÓN DE ANTECEDENTES Recientemente, las turbinas eólicas han recibido incrementada atención como fuentes de energía alterna, ambientalmente seguras y relativamente económicas. Esfuerzos considerables se realizan por desarrollar turbinas eólicas que sean confiables y eficientes.
En general, una turbina eólica incluye un rotor con múltiples aspas de turbinas eólicas. Las aspas de turbinas eólicas se conforman como cuerpos aerodinámicos alargados, configurados para proporcionar fuerzas rotacionales en respuesta al viento. Estas aspas de turbinas eólicas transforman la energía cinética del viento en una fuerza o par de torsión rotacional que desplaza uno o más generadores acoplados por métodos bien conocidos por aquellos con destreza en la técnica.
Un enfoque actual para fabricar aspas de turbinas eólicas es producir cada aspa ya sea como dos medias carcasas y un larguero o como dos medias carcasas con un larguero integral. En ambos casos, las dos medias carcasas se unen en conjunto sobre sus bordes con un material adhesivo para formar el aspa completa. Típicamente, el material adhesivo es un material adhesivo estructural de dos componentes (2K) que incluye dos componentes que reaccionan químicamente (es decir, se entrelazan) cuando se mezclan bajo condiciones ambiente o ligeramente térmicas para unir en conjunto las medias carcasas. En forma alterna, adhesivos de un componente (1K) pueden utilizarse que requieren una fuente de energía externa (calor, radiación o humedad) para facilitar la reacción química.
Los adhesivos que se utilizan para acoplar las mitades de aspas de turbina eólica deben de ser capaces de soportar las fuerzas centrifugas aplicadas a cada aspa durante el uso y mantener la resistencia o fuerza de unión por la vida útil de las aspas bajo constante ataque ambiental y ciclo térmico. Además, estos materiales adhesivos deberán ser relativamente fáciles de aplicar.
Además, para adhesivos de tipo 2K, la vida después de preparar la mezcla es una consideración importante. La expresión "después de preparar la mezcla", como reconocen aquellos con destreza ordinaria en las técnicas de adhesivos, puede definirse como la duración de tiempo para que la mezcla adhesiva alcance 50°C, y en general se define como el periodo de tiempo en el que la composición adhesiva es suficientemente líquida, de manera tal que pueda aplicarse a un material substrato a unirse. Un material adhesivo con una más corta vida útil después de preparar la mezcla, es cuando los dos componentes reaccionan más rápidamente, y un material adhesivo con una más prolongada vida útil después de preparar la mezcla es cuando los dos componentes reaccionan en forma más lenta.
La presente invención se dirige a composiciones adhesivas que proporcionan suficiente fuerza de unión o de enlace, son fáciles de aplicar y tienen suficientemente prolongadas vidas útiles después de preparar la mezcla para utilizar en unir en conjunto materiales substrato tales como aspas de turbinas eólicas.
COMPENDIO DE LA INVENCIÓN Una modalidad de la presente invención describe una composición adhesiva que comprende (a) un primer componente que comprende (i) un aducto epoxi formado como un producto de reacción de reactivos que comprenden un primer compuesto epoxi, un poliol y un anhídrido y/o un diácido; y (b) un segundo componente que reacciona químicamente con el primer componente .
En una modalidad, el segundo componente comprende un compuesto amina.
Otras modalidades relacionadas describen revestimientos compuestos de múltiples componentes, substratos revestidos, y métodos para revestir un substrato.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La Figura 1 es una vista en perspectiva de un montaje de plantilla de Teflón para evaluar la composición adhesiva estructural de conformidad con una modalidad ejemplar de la presente invención.
DESCRIPCIÓN DETALLADA Para propósitos de la siguiente descripción detallada, habrá de entenderse que la invención puede adquirir diversas variaciones alternas y secuencias de etapas excepto cuando se especifique expresamente por el contrario. Aún más, aparte de cualquiera otros ejemplos operativos o cuando se indica de otra forma, todos los números expresan, por ejemplo cantidades de ingredientes empleados en la especificación y reivindicaciones, se comprenderá como modificados en todos los casos por el término "aproximadamente". De acuerdo con esto, a menos que se indique por al contrario, los parámetros numéricos establecidos en la siguiente especificación y reivindicaciones anexas, son aproximaciones que pueden variar dependiendo de las propiedades deseadas a obtenerse por la presente invención. Como mínimo, y no como un intento por limitar la aplicación de la doctrina equivalentes al alcance de las reivindicaciones, cada parámetro numérico deberá ser al menos considerado a la luz o interpretado a la luz del número de dígitos significantes reportados y al aplicar técnicas de redondeo ordinarias.
No obstante que los intervalos y parámetros numéricos que establecen el amplio alcance de la invención son aproximaciones, los valores numéricos establecidos en los ejemplos específicos, se reportan lo más precisamente posible. Cualquier valor numérico, sin embargo contiene de manera inherente ciertos errores que resultan necesariamente de la variación estándar que se encuentra en sus mediciones de prueba respectivas.
También, habrá de entenderse que cualquier intervalo numérico aquí descrito se pretende que incluya todos los sub-intervalos ahí comprendidos. Por ejemplo, un intervalo de "1 a 10" se pretende que incluya todos los sub-intervalos entre (e incluyendo) el valor mínimo descrito de 1 y el valor máximo descrito de 10, esto es, que tiene un valor mínimo igual a l o mayor que 10.
En esta solicitud, el uso de singular incluye plural y el plural abarca singular, a menos de que se establezca específicamente de otra forma. Además, en esta solicitud, el uso de "o" significa "y/o" a menos de que se establezca específicamente de otra forma, aún cuando "y/o" puede emplearse explícitamente en ciertos casos.
Como se anotó anteriormente, en general, la presente invención describe composiciones de adhesivo estructural de 2K ("Dos Componentes") que se utilizan para unir en conjunto dos materiales substrato. El adhesivo se aplica a cualquiera uno o ambos de los materiales que se unen. Las piezas se alinean y pueden agregarse presión y espaciadores para controlar el espesor de unión. Una manta térmica puede emplearse para ayudar en el proceso de curado.
Materiales substrato convenientes que pueden unirse por los componentes adhesivos estructurales 2K incluyen pero no están limitados a materiales tales como, metales o aleaciones de metales, materiales naturales tales como madera, materiales poliméricos tales como plásticos duros o materiales compuestos.
La composición de adhesivo estructural 2K incluye dos componentes químicos que, cuando se mezclan antes de aplicación, reaccionan químicamente entre sí y endurecen (es decir, curan) en condiciones ambiente o ligeramente térmicas.
Las composiciones de adhesivo estructural de 2K ("Dos Componentes") de la presente invención, son adecuadas para utilizar en unión de las dos medias carcasas de las aspas de turbinas eólicas. En esta solicitud, la composición de adhesivo mixta se aplica sobre los bordes de una o ambas de las medias carcasas de las aspas de turbinas eólicas. Las medias carcasas después se presionan en conjunto y el adhesivo se deja que cure por una cantidad de horas. De preferencia, una manta térmica (a aproximadamente 70 °C) se aplica a las medias carcasas para ayudar en el proceso de curado. Las medias carcasas u otros componentes de aspas de turbinas de viento, pueden formarse a partir de metales tales como aluminio, aleación de metal tales como acero, maderas tales como madera balsa, materiales poliméricos tales como plásticos duros, o materiales compuestos tales como plásticos reforzados con fibras. En una modalidad, las medias carcasas se forman a partir de compuestos de fibras de vidrio o compuestos de fibra de carbón.
Como se anotó anteriormente, los adhesivos estructurales 2K de la presente invención se forman a partir de dos componentes químicos, es decir un primer componente y un segundo componente que se mezclan justo antes de aplicación. El primer componente (es decir, un componente epoxi) de preferencia comprende un aducto epoxi y otro compuesto epoxi, o segundo compuesto epoxi. El segundo componente de preferencia comprende un componente curado que reacciona con el primer componente para formar una unión que proporciona los substratos a los cuales se aplica con características de unión deseables. De preferencia, el componente curado es un compuesto de amina, aunque otros componentes de curado tales como componentes de curado de sulfuro pueden ser empleados en forma alterna.
La proporción equivalente de amina a epoxi en la composición adhesiva puede variar de aproximadamente 0.5:1 a aproximadamente 1.5:1. De preferencia, la proporción equivalente de amina a epoxi es de 1.0:1 a 1.25:1. Más preferiblemente, la proporción equivalente de amina a epoxi está ligeramente sobre 1:1. Como se describe aquí, los equivalentes epoxi empleados para calcular la proporción equivalente epoxi se basan en el peso equivalente epoxi del primer componente, y los equivalentes de amina para calcular la proporción equivalente de amina se basan en el peso equivalente de hidrógeno amina (AHE = amine hydrogen equivalent weight) del segundo componente.
En una modalidad, el aducto epoxi se forma como el producto de reacción de reactivos que comprenden un primer compuesto epoxi, un poliol y un anhídrido.
En otra modalidad, el aducto epoxi se forma como el producto de reacción de reactivos que comprende un primer compuesto epoxi, un poliol y un diácido.
Todavía en otra modalidad, el aducto epoxi se forma como el producto de reacción de reactivos que comprende un primer compuesto epoxi, un poliol, un anhídrido y un diácido.
En estas modalidades, el aducto epoxi comprende de 3 a 50 por ciento en peso, y más preferible de 3 a 25 por ciento en peso del primer componente, mientras que el segundo compuesto epoxi comprende de 50 a 97 por ciento en peso, y más preferible de 75 a 97 por ciento en peso del primer componente .
Primeros compuestos epoxi útiles que pueden emplearse para formar el aducto epoxi incluyen poliepóxidos. Poliepóxidos convenientes incluyen poliglicidil éteres de Bisfenol A, tales como EPON® 828 y resinas epoxi 1001 y diepóxidos Bisfenol F, tales como EPON® 862, que están comercialmente disponibles de Hexion Specialty Chemicals, Inc. Otros poliepóxidos útiles incluyen poliglicidil éteres de alcoholes polihídricos, poliglicidil ésteres de ácidos policarboxilicos, poliepóxidos que se derivan de la epoxidación de un compuesto aliciclico olefinicamente insaturado, poliepóxidos que contienen grupos oxialquileno en la molécula epoxi y resinas epoxi novolaca. Todavía otros primeros compuestos epoxi no limitantes incluyen novolacas Bisfenol A epoxidadas, novolacas fenólicas epoxidadas, novolaca cresílica epoxidada y triglicidil p-aminofenol bismaleiimida .
Polioles útiles que pueden emplearse para formar el aducto epoxi incluyen dioles, trioles, tetraoles y polioles funcional superiores. Los polioles pueden basarse en una cadena poliéter derivada de etilen glicol, propilen glicol, butilen glicol, hexilen glicol y semejantes y sus mezclas. El poliol también puede basarse en una cadena poliéster derivada de polimerización con abertura de anillo de caprolactona . Polioles convenientes también pueden incluir poliéter poliol, poliuretano poliol, poliurea poliol, poliol acrílico, poliéster poliol, polibutadien poliol, polibutadien poliol hidrogenado, policarbonato polioles, polisiloxano poliol y sus combinaciones. Poliaminas correspondientes polioles también pueden emplearse y en este caso, amidas en lugar de ésteres carboxilicos se formarán con ácidos y anhídridos.
Dioles convenientes que pueden utilizarse para formar el aducto epoxi son dioles que tienen un peso hidroxilo equivalente de entre 30 y 1000. Dioles ejemplares que tienen un peso equivalente hidroxilo de 30 a 1000 incluyen dioles que se venden bajo la marca Terathane®, incluyendo Terathane® 250, disponibles de Invista. Otros dioles ejemplares que tienen un peso equivalente hidroxilo de 30 a 1000 incluyen etilen glicol y sus poliéter dioles, propilen glicol y sus poliéter dioles, butilen glicoles y sus poliéter dioles, hexilen glicoles y sus poliéter dioles, poliéster dioles sintetizados por polimerización de abertura de anillo de caprolactona, y uretano dioles sintetizados por reacción de carbonatos cíclicos con diaminas. Combinación de estos dioles y poliéter dioles derivados de combinación de diversos dioles descritos anteriormente también pueden emplearse. Dímero dioles también pueden emplearse incluyendo aquellos que se venden bajo las marcas Pripol® y Solvermol™ disponibles de Cognis Corporation.
Polioles basados en politetrahidrofurano que se venden bajo la marca Terathane®, incluyendo Terathane® 650, disponible de Invista, pueden emplearse. Además, polioles basados en dimero dioles que se venden bajo las marcas Pripol® y Empol®, disponibles de Cognis Corporation, o polioles de bio-base, tales como el poliol tetrafuncional Agrol 4.0, disponible de BioBased Technologies, también pueden ser empleados.
Compuestos anhídrido útiles para funcionalizar el poliol con grupos ácidos que incluyen anhídrido hexahidroftálico y sus derivados (por ejemplo anhídrido metil hexahidroftálico) ; anhídrido itálico y sus derivados (por ejemplo anhídrido metil ftálico) ; anhídrido maléico; anhídrido succínico; anhídrido trimelítico ; dianhídrido piromelítico (PMDA) ; dianhídrido 3, 3' , 4, 4' -oxidiftálico (ODPA) ; dianhídrido 3, 3' , 4, ' -benzoferona tetracarboxílico (BTDA) ; y anhídrido 4 , 4 ' -diftálico (hexamfluoroisopropilideno) (6FDA). Compuestos diácidos útiles para funcionalizar el poliol con grupos ácido incluyen ácido ftálico y sus derivados (por ejemplo ácido metil ftálico), ácido hexahidroftálico y sus derivados (por ejemplo ácido metil hexahidroftálico) , ácido maléico, ácido succínico, ácido adípico, etc. Cualquier diácido y anhídrido puede emplearse; sin embargo, se prefieren anhídridos.
En una modalidad, el poliol comprende un diol, el anhídrido comprende un monoanhídrido y el primer compuesto epoxi comprende un compuesto diepoxi, en donde la proporción molar de compuestos diol, monoanhidrido y diepoxi en el aducto epoxi puede variar de 0.5:0.8:1.0 a 0.5:1.0:6.
En otra modalidad, el poliol comprende un diol, el anhídrido comprende un monoanhidrido y el primer compuesto epoxi comprende un compuesto diepoxi, en donde la proporción molar de compuestos diol, monoanhidrido y diepoxi en el aducto epoxi puede variar de 0.5:0.8:0.6 a 0.5:1.0:6.0.
En otra modalidad, el segundo compuesto epoxi del primer componente es un compuesto diepóxido que tiene un peso equivalente epoxi entre aproximadamente 150 y aproximadamente 1000. Diepóxidos convenientes que tienen un peso equivalente epoxi de entre aproximadamente 150 y aproximadamente 1000 incluyen poliglicidil éteres de Bisfenol A, tales como resinas epoxi EPON® 828 y 1001, y diepóxidos Bisfenol F, tales como EPON® 862, que están comercialmente disponibles de Hexion Specialty Chemicals, Inc.
En otra modalidad, el segundo compuesto epoxi del primer componente es un compuesto diepóxido o un epóxido funcional superior (en forma colectiva, un "poliepóxido" ) , incluyendo poliglicidil éteres de alcoholes polihídricos, poliglicidil ésteres de ácidos policarboxílicos , poliepóxidos que se derivan de la epoxidación de un compuesto alicíclico olefinicamente insaturado, poliepóxidos que contienen grupos oxialquileno en la molécula epoxi, y resinas epoxi novolaca.
Todavía otros segundos compuestos epoxi no limitantes, incluyen novolacas de Bisfenol A epoxidadas, novolacas fenólicas epoxidadas, novolaca cresilica epoxidada y triglicidil p-aminofenol bismaleiimida .
En otra modalidad, el segundo compuesto epoxi del primer componente comprende un aducto de ácido epoxi-dimero . El aducto de ácido epoxi-dimero puede formarse como el producto de reacción de reactivos que comprende un compuesto diepóxido (tal como un compuesto epoxi Bisfenol A) y un dimero ácido (tal como un ácido C10-C12 dímero) .
En otra modalidad, el segundo compuesto epoxi del primer componente comprende un compuesto epoxi modificado con polímero butadieno-acrilonitrilo terminado en carboxilo.
Compuestos de amina útiles que pueden emplearse incluyen aminas primarias, aminas secundarias, aminas terciarias y sus combinaciones. Compuestos de amina útiles que pueden emplearse incluyen diaminas, triaminas, tetraminas y poliaminas funcionales superiores.
Aminas primarias convenientes incluyen alquil diaminas tales como 1, 2-diaminoetano, 1, 3-diaminopropano, 1, 4-diaminobutano, neopentildiamina, 1, 8-diaminooctano, 1,10-diaminodecano, 1 , -12-diaminododecano y semejantes; 1,5-diamino-3-oxapentano, dietilen-triamina, trietilenotetramina, tetraetilenopentamina y semejantes; diaminas cicloalifáticas tales como 1, 2-bis (aminometil) ciclohexano, 1,3-bis (aminometil) ciclohexano, 1, 4-bis (aminometil) ciclohexano, bis (aminometil ) norbornano y semejantes; alquil diaminas aromáticas tales como 1, 3-bis (aminometil) benceno (m-xileno diamina) y 1, 4-bis (aminometil) benceno (p-xilenodiamina) y sus productos de reacción con epiclorohidrina tales como Gaskamina 328 y semejantes; polietilenglicol terminado en amina tales como la serie Jeffamine ED de Huntsman Corporation y polipropilen glicol terminado en amina tal como la serie Jeffamine D de Huntsman Corporation; y terminado en politetrahidrofurano amina tal como la serie Jeffamine EDR de Huntsman. Aminas primarias que tienen una funcionalidad superior a 2 incluyen, por ejemplo, las series Jeffamine T, disponibles de Huntsman Corporation, que son trimetilolpropano propoxilado terminado en amina o glicerol y pentaeritritoles propoxilados aminados.
Todavia otras aminas que pueden emplearse incluyen isoforona diamina, metendiamina, 4,8-diamino-triciclio [5.2.1.0] decano y N-aminoetilpiperazina.
Compuestos de amina preferidos incluyen trietilenotetramina (TETA), isoforona diamina, 1,3 bis (aminometil) ciclohexano y poliéteraminas basadas en polipropilen óxido.
Poliéteraminas basadas en polipropilen óxido preferidas incluyen los productos serie Jeffamine disponibles de Huntsman Chemical de Houston, Texas. Los productos serie Jeffamine son poliéteraminas caracterizadas por unidades oxipropileno repetitivas en sus estructuras respectivas.
Una clase ejemplar de productos Jeffamine, la asi denominada productos serie "Jeffamine D", son propilen glicoles (PPGs) terminados en amina con la siguiente estructura representativa (Fórmula (I)): NH2- (CH-CH2-0-) X-CH2-CH-NH2 I I CH3 CH3 (I) en donde x es 2 a 70.
Jeffamine D-230 es un producto serie D que de preferencia se emplea. Jeffamine D-230 tiene un peso molecular promedio de aproximadamente 230 (en donde x es 2.5) y un peso equivalente de hidrógeno amina (AHEW) de aproximadamente 60. Otros productos series Jeffamine D ejemplares que pueden emplearse de acuerdo con la Fórmula (I) incluyen aquellos en donde x es de 2.5 a 68.
Otra serie de poliéteraminas basadas en polipropilen óxido que de preferencia se emplean, son aminas predominantemente tetrafuncionales, con un peso molecular promedio numérico de 200 a 2000, y más preferiblemente de 600 a 700, y que tienen AHEW mayor que 60, y más preferiblemente de 70 a 90. Jeffamine XTJ-616 es una poliéteramina basada en polipropilen óxido preferida, que puede emplearse en la presente invención. Jeffamine XTJ-616 tiene un peso molecular promedio numérico de aproximadamente 660 y un AHE de 83.
Compuestos AHEW amina superiores, tales como Jeffamine XTJ-616 y Jeffamine D-230, puede pueden ser particularmente útiles en composiciones adhesivas 2K, en donde una más prolongada vida útil después de preparar la mezcla, se desea. Tetraminas convencionales, tales como trietílenotetramina, con menores AHEWS tienen por comparación, substancialmente más cortas vidas útiles después de preparar la mezcla. La presente invención de esta manera proporciona una forma para manipular la vida útil después de preparar la mezcla con aminas tetrafuncionales tales como Jeffamine XTJ-616.
Todavía en otra modalidad, rellenos de refuerzo pueden agregarse a la composición adhesiva como parte del primer componente o como parte del segundo componente, o ambos .
Rellenos de refuerzo útiles que pueden introducirse a la composición adhesiva para proporcionar propiedades mecánicas mejoradas, incluyen materiales fibrosos tales como fibras de vidrio, dióxido de titanio fibroso, carbonato de calcio tipo patillas (aragonita) y fibras de carbono (nanotubos de carbono de múltiples paredes) . Además, fibras de vidrio trituradas a 5 mieras o más ancho y hasta 50 mieras o más largo también puede proporcionar resistencia a la tracción adicional. En forma más preferible, fibras de vidrio trituradas o molidas a 5 mieras o más ancho y a 100-300 mieras de longitud, se utilizan. De preferencia, estos rellenos de refuerzo, si se emplean, comprenden de 2 a 20 por ciento en peso de la composición adhesiva.
Todavía en otra modalidad, rellenos, tixotropos, colorantes, tintes y otros materiales pueden agregarse al primer o segundo componentes de la composición adhesiva.
Tixotropos útiles que pueden emplearse incluyen sílice pirógena sin tratar y sílice pirógena tratada, aceite de ricino hidrogenado, arcilla y órgano arcilla. Además, fibras tales como fibras sintéticas como fibras Aramid® y fibras Kevlar®, fibras acrílicas y fibras de celulosa de ingeniería también pueden emplearse.
Tintes o colorantes útiles pueden incluir pigmento de hierro rojo, dióxido de titanio, carbonato de calcio y azul de ftalocianina .
Rellenos útiles que pueden emplearse en conjunto con tixotropos pueden incluir rellenos inorgánicos tales como sílice o arcilla inorgánica.
Todavía en otra modalidad, si se requiere, puede introducirse un catalizador a la composición adhesiva, de preferencia como parte del segundo componente, para promover la reacción de los grupos epóxido del primer componente y grupos amina del segundo componente.
Catalizadores útiles que pueden introducirse a la composición adhesiva incluyen productos Ancamide® disponibles de Air Products y productos comercializados como "Accelerators" disponibles de Huntsman Corporation. Un catalizador ejemplar es Accelerator 399 basado en piperazina (AHEW: 145) disponible de Huntsman Corporation. Cuando se utiliza, este catalizador comprende entre 0 y aproximadamente 10 por ciento en peso de la composición adhesiva total.
Además, un efecto catalítico puede esperarse del producto de reacción de epiclorohidrina del primer componente y el compuesto amina del segundo componente en una proporción equivalente de 1:1. Un ejemplo de este producto son Tetrad® y Tetrad®C disponibles de Mitsubishi Gas Chemical Corporation .
Ilustrando la invención están los siguientes ejemplos que no se habrá de considerar como limitantes de la invención en sus detalles. Todas las partes y porcentajes en los ejemplos, así como a través de la especificación, se dan en peso a menos que se indique de otra forma.
EJEMPLOS Síntesis de Resina Epoxi Modificada con Poliéter-Poliéster A un matraz de cuatro cuellos adaptado con un condensador, termómetro, agitador y entrada de nitrógeno, se agrega 304.6 gramos de anhídrido hexahidroftálico y 248.1 gramos de Terathane® 250. Se calienta mezcla a 100°C con agitación bajo atmosfera de nitrógeno y se mantiene la mezcla de reacción a 100°C por 155 minutos. Se enfría la mezcla de reacción a 60 °C y después se agregan 1431.6 gramos de EPON 828 y 15.0 gramos de trifenil fosfina. Se calienta la mezcla de reacción a 110°C y se mantiene esta temperatura por 150 minutos. Después, se enfría la mezcla a temperatura ambiente. El compuesto resultante tiene 99.89% sólidos, un valor ácido de 0.2, y un peso equivalente epoxi de 380.7. El compuesto resultante es el aducto epoxi del primer componente del material adhesivo 2K citado en la Parte 1 de la Tabla 1 a continuación.
Evaluación de Adhesivos con y sin Aducto epoxi ; Evaluación de Sistemas Adhesivos con Variantes Pesos Equivalentes de Amina Hidroxilo Los siguientes ejemplos comparan las composiciones adhesivas 2Ks sin un aducto epoxi (Ejemplo 1) con aquellas con aducto epoxi (Ejemplos 2-4). Las formulaciones para el primer componente (Parte 1) y el segundo componente (Parte 2) de las composiciones adhesivas 2Ks se ilustran en la Tabla 1.
Tabla 1 1. RESINA BISFENOL A-EPICLOROHIDRINA disponible de HUNTSMAN ADVANCED MATERIALS 2. Ejemplo de Síntesis 3. Fibras de vidrio trozadas tratadas con silano de FIBRATEC 4. CARBONATO DE CALCIO PRECIPITADO disponible de SHIRAISHI KOGYO KAISHA 5. SILICE A PIRÓGENA HIDROFÓBICA disponible de WACKER CHEMIE AG 6. BASE DE TINTE AMARILLO ORG disponible de ELEMENTIS SPECIALTIES 7. POLIOXIALQUILENAMINA disponible de HUNTSMAN 8. POLIOXIALQUILENAMINA disponible de HUNTSMAN 9. TRIETILENTETRAMINA disponible de DOW CHEMICAL CO 10. ISOFORONA DIAMINA disponible de EVONIK AG 11. MEZCLA DERIVADO DE ALCANOLAMINA/PIPERAZINA disponible de HUNTSMAN 12. DISPERSIÓN de PIGMENTO AZUL FTALO disponible de ELEMENTIS SPECIALTIES En cada uno de los Ejemplos, las materias primas citadas en la Tabla 1 se mezclaron utilizando un aparato Speedmixer DAC 600 FVZ (comercialmente disponible de FlackTek, Inc.). Los ingredientes 1 y 2 se mezclaron por 2 minutos a 2350 revoluciones por minuto ("RPM") en la Parte 1. Después, los ítems 3 a 6 se agregaron y mezclaron por un minuto a 2350 RPM. Los ítems 7 a 11 se mezclaron por 1 minuto en la Parte 2 y después el resto de los ingredientes se agrega y mezcla por un minuto en la Parte 2. Durante el proceso de mezclado, la mezcla se examina con una espátula y se da tiempo de mezclado adicional, de ser necesario para asegurar uniformidad. La etapa final del proceso de mezclado involucra formular la mezcla con un propulsor de motor de aire en un aparato sellado al vacío por 5 minutos a 71.12 a 76.12 cm (28 a 30 in) de presión de vacío. Después de la etapa de mezclado final con el propulsor de motor de aire, las composiciones adhesivas estaban listas para prueba.
La Parte 1 y la Parte 2 se dirigen a una proporción de mezclado en volumen de 2:1. En algunos casos, proporciones en peso apropiadas se determinaron para probar propiedades. La proporción de amina a epoxi se mantiene ligeramente sobre uno para todos los ejemplos, para asegurar una reacción completa de epoxi como se muestra en la sección de resultados de la Tabla 1. Una proporción en peso apropiada de Parte 1 y Parte 2 se pesaron y mezclaron en el mezclador DAC por un minuto a 2350 RPM y mezclaron inmediatamente al vacio como se describe en el párrafo previo. La muestra mezclada después se somete a las siguientes pruebas: Prueba de Resistencia a cizalladura de Solapado: cupones de 25 mm X 100 mm se cortaron de laminados de vidrio/epoxi unidireccional de 6 capas suministrados por MFG, Inc., con la capa desprendible retirada. Cupones se marcaron en un extremo a 12.5 mm. El adhesivo se aplica uniformemente en uno de los cupones dentro del área marcada para cada montaje de unión. La uniformidad del espesor de unión se asegura al agregar 1.0±0.5 mm de perlas espadadoras de vidrio. Perlas espadadoras deberán espolvorearse uniformemente sobre el material, cubriendo no más que 5% del área de enlace o de unión total. El otro cupón de prueba se coloca en el área de unión y sujetadores cargados a resorte, tales como Sujetapapeles (Binder Clips) de Office Max o Mini Pinzas con Resorte (Mini Spring Clamps) de Home Depot, se conectan o acoplan, uno a cada lado de la unión, para sostener en conjunto el montaje durante horneado. Se tiene cuidado en alinear los bordes paralelos. Exceso de adhesivo que se exprime se retira con una espátula antes de hornear. Los montajes de unión se les dan un tiempo abierto de 15 a 30 minutos y hornea a 70 grados C por seis horas, y después de enfriar, se lija el exceso restante. Las uniones se acondicionaron a temperatura ambiente por al menos 24 horas. Las uniones se insertaron en sujetadores en acción de cuña y desprendieron a una velocidad de 10 mm por minuto utilizando un aparato modelo Instron 5567 en modo de tracción. La Resistencia a Cizalladura de Solapado se calcula por el paquete de soporte lógico o programa Blue Hill de Instron.
Propiedades mecánicas de película libre: La misma mezcla adhesiva se emplea para preparar película libre con forma de hueso de perro libre de huecos al rebajar material con cuidado al evitar cualesquiera cavidades de aire. La Figura 1 es un ejemplo de una plantilla de Teflón para ser cinco cavidades con forma de hueso de perro. La plantilla se pegó a una pieza de Teflón sólida con cinta con adhesivo por ambos lados antes de rebajar el adhesivo en la cavidad. A este montaje se le da un tiempo de abierto al aire de 15 a 30 minutos y después hornea a 70 grados C por 6 horas. Se acondicionó al menos 24 horas y después la película libre con forma de hueso de perro se desprendió de la plantilla.
Espesor y ancho actuales se registraron en el programa Instron 5567. Después, el hueso de perro se inserta en el sujetador con acción de cuña y desprende a una velocidad de 50 mm por minuto. Por ciento de elongación, Resistencia a la tracción y módulo se determinan con el paquete de soporte lógio de Blue Hill Instron.
Pruebas de fatiga de cizalla de solapado de carga controlada, se realizan utilizando la misma construcción de laminado y cupón como se describe en el párrafo previo. Un sistema automatizado que utiliza equipo para prueba de bucle cerrado, accionado hidráulicamente, de servo-control, Instron, y una computadora personal con programa diseñado por Westmoreland Mechanical Testing and Research, Inc., proporciona los medios para control de máquina. Cada espécimen se inserta en sujetadores con acción de cuña junto con calzas friccionalmente retenidas con espesor igual al de substratos de fibras de vidrio y la linea de unión para asegurar carga axial. La prueba se ejecuta a temperatura ambiente con una proporción R de 0.1 a 5 Hz de forma de onda sinusoidal y la aplicación de carga de 8 Pa. La prueba se continua hasta 432,000 ciclos o falla.
Evaluación de Vida Útil Después de Preparar la Mezcla con Adhesivos Que Tienen Pesos Equivalentes y Amina Hidroxi Variantes : La Tabla 2 muestra la comparación de vida útil después de preparar la mezcla entre poliéter tetramina basada en propilen óxido, Jeffamine XTJ-ß?ß y trietilentetramina basado en óxido de etileno en fórmulas similares, en donde la proporción amina/epoxi se mantuvo entre 1.03 y 1.05. Las formulaciones y resultados se ilustran en la Tabla 2: Tabla 2 Comparación de Vida Útil Después de Preparar la Mezcla Fórmula Ej. 5 Ej. 6 Parte 1 En este experimento, ambas fórmulas (Ejemplos 5 y 6) utilizan la misma cantidad de Accelerator 399 que también tiene influencia significante en la vida útil después de preparar la mezcla. Si estuvo ausente Accelerator 399, la vida útil después de preparar la mezcla se encuentra que es significativamente superior.
La vida útil después de preparar la mezcla se define como el intervalo del tiempo cuando la Parte 1 (el componente epoxi) y Parte 2 (el componente amina) se mezclaron y al tiempo cuando la temperatura interna de adhesivo alcanza 50 grados C en 415 mi de masa. La Parte 1 y la Parte 2 se mezclaron en una proporción en volumen 2 a 1 utilizando un mezclador estático; aplicador dual neumático P C COX surte el adhesivo mixto en una taza de papel marcada con 415 mi. Linea de nivel y tiempo inicial se anotan. La taza se colocó inmediatamente en un baño de agua a 25 grados C con un termo-par insertado en la ubicación central de la masa adhesiva mixta. Se empleó registrador de datos basado en PC para registrar la temperatura cada minuto a fin de determinar la vida útil después de preparar la mezcla, tiempo que tarda ten alcanzar 50 grados C, la temperatura pico y el tiempo para alcanzar la temperatura pico.
Evaluación de Adhesivos Con y Sin Relleno de Refuerzo En este experimento, el efecto de adición de fibras de vidrio como un relleno de refuerzo se comparó en una formulación de muestra como se describe en la Tabla 3: Los Ejemplos 7 y 8 en la Tabla 3 son un estudio comparativo sin y con microglass 9132 (hebras de fibras de vidrio con un promedio de longitud de 220 mieras) . Los resultados indican aumento significante en módulo cuando está presente microglass 9132.
Tabla 3 Efectos de Fibras de vidrio en Propiedades de Módulo Mientras que se han descrito anteriormente modalidades particulares de esta invención para propósitos de ilustración, será evidente para aquellos con destreza en la técnica que numerosas variaciones de los detalles de la presente invención pueden realizarse sin apartarse de la invención como se define en las reivindicaciones anexas.

Claims (20)

REIVINDICACIONES
1. Una composición, caracterizada porque comprende: (a) un primer componente que comprende: (1) un aducto epoxi que es el producto de reacción de reactivos que comprenden un primer compuesto epoxi, un poliol y un anhídrido y/o un diácido; y (2) un segundo compuesto epoxi; y (b) un segundo componente que reacciona químicamente con el primer componente.
2. La composición de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el segundo componente comprende un compuesto amina.
3. La composición de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el anhídrido comprende al menos uno de anhídrido hexahidroftálico, anhídrido itálico, anhídrido metil hexahidroftálico, anhídrido metil itálico, anhídrido maleico, y anhídrido succínico.
4. La composición de conformidad con la reivindicación 3, caracterizada porque el anhídrido comprende anhídrido hexahidroftálico .
5. La composición de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el diácido comprende ácido hexahidroftálico, ácido itálico, ácido metil hexahidroftálico, ácido metil ftálico, ácido maleico, ácido succínico y/o ácido adípico.
6. La composición de conformidad con la reivindicación 2, caracterizada porque el compuesto amina comprende trietilentetramina, isoforona diamina, 1,3-bis (aminometil) ciclohexano y/o poliéteramina polifuncional basado en polipropilen óxido.
7. La composición de conformidad con la reivindicación 6, caracterizada porque la poliéteramina polifuncional basada en polipropilen óxido comprende un compuesto polipropileno terminado en amina de acuerdo con la Fórmula I: NH2- (CH-CH2-0-)x-CH2-CH-NH2 I I CH3 CH3 (I) en donde x está entre 2 y 70.
8. La composición de conformidad con la reivindicación 6, caracterizada porque la poliéteramina polifuncional basada en polipropileno óxido comprende una amina primaria tetrafuncional que tiene un peso molecular promedio de 200 a 2000 y un peso equivalente de amina hidrógeno mayor a 60.
9. La composición de conformidad con la reivindicación 6, caracterizada porque la poliéteramina polifuncional basada en polipropilen óxido comprende una amina primaria tetrafuncional predominantemente que tiene un peso molecular promedio de 600 a 700 y un peso equivalente de amina hidrógeno de 70 a 90.
10. La composición de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el primer componente además comprende un relleno de refuerzo, en donde el relleno de refuerzo comprende fibras de vidrio, dióxido de titanio fibroso, carbonato de calcio tipo patillas y/o fibras de carbono .
11. La composición de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el segundo compuesto epoxi comprende diepóxido que tiene un peso equivalente epoxi de 150 a 1000.
12. La composición de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el segundo componente epoxi comprende un aducto de ácido dimero-epoxi .
13. La composición de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el segundo compuesto epoxi comprende compuesto epoxi modificado con copolimero butadieno-acrilonitrilo terminado en carboxilo.
14. La composición de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el poliol comprende un diol que tiene un peso equivalente hidroxilo de 30 a 1000.
15. La composición de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el poliol comprende un poliol basado en politetrahidrofurano .
16. La composición de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el poliol comprende un poliol polifuncional bio-basado.
17. La composición de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el aducto epoxi comprende 3 a 50 por ciento en peso del primer componente.
18. La composición de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la proporción equivalente de amina a epoxi en la composición adhesiva es de 1.0:1 a 1.25:1.
19. Un método para formar un aspa de turbina eólica, caracterizado porque comprende: (a) aplicar la composición de la reivindicación 1 a una primera porción de un aspa de turbine eólica; (b) acoplar la primera porción del aspa de turbina eólica a una segunda porción del aspa de turbina eólica al poner en contacto la segunda porción con la composición adhesiva; y (c) curar la composición adhesiva.
20. Un aspa de turbina eólica que comprende la composición curada de conformidad con la reivindicación 1.
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