PL215883B1 - Sposób wytwarzania epoksydowego komponentu kleju - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania epoksydowego komponentu kleju, zawierającego związki glicydylowe otrzymane z glikolizatów poli(tereftalanu etylenu), zwłaszcza odpadowego poli(tereftalanu etylenu).

Znanych jest szereg metod zagospodarowania i wykorzystania odpadowego poli(tereftalanu etylenu), spośród których zwykle stosuje się przetwórstwo mechaniczne (recykling materiałowy), przetwórstwo chemiczne (recykling surowcowy, inaczej chemiczny) i recykling energetyczny (spalanie).

Ponieważ odpady poli(tereftalanu etylenu) są materiałem poszukiwanym, dlatego też ich przetwarzanie najlepiej jest prowadzić na drodze recyklingu chemicznego lub materiałowego.

Recykling chemiczny odpadowego poli(tereftalanu etylenu), polegający na degradacji chemicznej łańcucha poliestru do substancji oligomerycznych lub najlepiej małocząsteczkowych, prowadzi się najczęściej na drodze hydrolizy, alkoholizy, glikolizy, aminolizy lub aminoglikolizy.

W zależności od wybranego procesu degradacji otrzymuje się produkty, które mogą być z powodzeniem wykorzystane do ponownego otrzymywania poli(tereftalanu etylenu) lub innych poliestrów nasyconych, a także poliestrów nienasyconych, żywic alkidowych, wielkocząsteczkowych degradowalnych kopoliestrów oraz polioli wykorzystywanych dalej w syntezie poliuretanów.

Przetworzone chemicznie odpady poli(tereftalanu etylenu) znalazły zastosowanie do produkcji warstw powierzchniowych laminatów (żywic żelkotowych), lakierów bezparafinowych, spoiw do mat szklanych, preimpregnatów i innych wyrobów prasowanych, lakierów elektroizolacyjnych i tłoczyw poliestrowych, tynków i zapraw polimerowych, cementów i polimerobetonów w połączeniu z kruszywem mineralnym, z których produkowane są również elementy do budowy sieci kanalizacyjnej, różnego rodzaju włókien, kanistrów na benzynę i inne chemikalia, figur ozdobnych, sztucznego marmuru i elementów karoserii samochodowych, ładunków górniczych, a także poliuretanowych elastomerów i tworzyw o obniżonej palności.

Znane są z opisów literaturowych propozycje wykorzystania produktów degradacji odpadowego poii(tereftalanu etylenu) jako dodatków fizycznych modyfikujących właściwości żywic epoksydowych na bazie bisfenolu A, utwardzaczy do żywic epoksydowych oraz surowców do syntezy żywic epoksydowych.

Z opisu literaturowego w „Kompozyty”, rocznik 2003, tom 3, wolumin 7, strona 221, znany jest na przykład sposób wykorzystania produktów aminoglikolizy poli(tereftalanu etylenu) trietanoloaminą N-metylodietanoloaminą lub N,N,N',N'-tetra(2-hydroksyetylo)etylenodiaminą jako utwardzaczy do klejów kompozytowych na bazie małocząsteczkowych dianowych żywic epoksydowych Epidian 6 i Epidian 2.

Ponadto z opisu patentowego CN 101 434 821 znany jest sposób wykorzystania odpadów poliestrowych do otrzymania klejów topliwych. Sposób ten polega na prowadzeniu kolejnych procesów przetwórstwa odpadów: glikolizy, estryfikacji otrzymanych produktów w reakcji z kwasami dikarboksylowymi, a następnie polikondensacji z polieterami. Tak przygotowany klej charakteryzuje się niewielką lepkością po stopieniu i dużą siłą wiązania.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu wytwarzania epoksydowego komponentu kleju, zawierającego związki glicydylowe otrzymane z glikolizatów poli(tereftalanu etylenu) oraz żywicę epoksydową otrzymaną z surowców petrochemicznych, który nadawałby się do usieciowania (utwardzenia) przy użyciu znanych utwardzaczy stosowanych do sieciowania żywic i komponentów epoksydowych klejów, otrzymywanych z przeróbki produktów petrochemicznych.

Istota sposobu według wynalazku polega na tym, że mieszaninę związków epoksydowych o wzorze ogólnym 1, 2, 3, otrzymanych z glikolizatów poli(tereftalanu etylenu), ogrzewa się przez okres od 5 do 30 minut w temperaturze 30 - 100°C, a następnie dodaje się do nich żywicę epoksydową otrzymaną z przeróbki produktów petrochemicznych oraz korzystnie środek odpieniający, po czym otrzymaną kompozycję miesza się, ogrzewając w temperaturze 30 - 100°C przez okres od 5 minut do 60 minut.

W sposobie używa się mieszaniny związków epoksydowych otrzymanych z produktów glikolizy poli(tereftalanu etylenu) w ilości od 1 do 50 części wagowych na 100 części wagowych żywicy epoksydowej i ewentualnie środka odpieniającego w ilości od 0 do 5 części wagowych na 100 części wagowych żywicy i związków epoksydowych łącznie.

Do wytworzenia epoksydowego komponentu kleju stosuje się zgodnie z wynalazkiem mieszaninę związków epoksydowych o wzorze ogólnym 1, 2 i 3, w których m i n niezależnie przyjmują wartości

PL 215 883 B1 całkowite od 1 do 4, a x przyjmuje wartości całkowite od 1 do 10, natomiast y przyjmuje wartości całkowite od 0 do 5.

Jako żywicę epoksydową stosuje się w sposobie według wynalazku związki wybrane z grupy eterów di- lub poliglicydylowych bisfenoli, zwłaszcza 2,2-bis(p-hydroksyfenylo)propanu, eterów dii poliglicydylowych glikoli, eterów di- i poliglicydylowych małocząsteczkowych żywic nowolakowych.

Epoksydowy komponent kleju wytworzony sposobem według wynalazku może być sieciowany przy użyciu znanych utwardzaczy stosowanych do żywic epoksydowych, jak np.; poliamin alifatycznych i ich adduktów, amin cykloalifatycznych i ich adduktów, amin aromatycznych i ich adduktów, małocząsteczkowych poliaminoamin lub cyklicznych bezwodników dikarboksylowych kwasów organicznych, dibezwodników kwasów tetrakarboksylowych i liniowych polibezwodników dikarboksylowych kwasów alifatycznych, co ułatwia jego przemysłowe zastosowanie.

Dodatkową korzyścią jest możliwość użycia związków epoksydowych otrzymanych z glikolizatów poli(tereftalanu etylenu), wchodzących w skład komponentu, razem z innymi typowymi składnikami kompozycji klejów epoksydowych, jak rozcieńczalniki nieaktywne i reaktywne, napełniacze, barwniki i dodatki reologiczne.

Sposób według wynalazku pozwala na wykorzystanie związków epoksydowych otrzymanych z produktów glikolizy poli(tereftalanu etylenu) jako składników klejów epoksydowych, co wpływa korzystnie na właściwości spoin wykonanych z tych klejów, gdyż związki epoksydowe na bazie produktów glikolizy poli(tereftalanu etylenu) zawierają w swojej strukturze zarówno pierścienie aromatyczne, wzmacniające wytrzymałość spoiny, jak i dłuższe łańcuchy alkiloeterowe, które działają jak plastyfikator wewnętrzny, poprawiając elastyczność żywicy epoksydowej.

Ponadto, obecne w strukturze tych związków polarne grupy hydroksylowe I liczne grupy eterowe zwiększą adhezję kleju, wytworzonego na bazie epoksydowego komponentu według wynalazku, do łączonych materiałów.

Rozwiązanie pozwala na użycie jako składnika klejów, związków epoksydowych otrzymanych z glikolizatów odpadowego poli(tereftalanu etylenu), a więc materiału pochodzącego z recyklingu i tańszego niż żywice epoksydowe pochodzenia petrochemicznego, co powoduje obniżenie ceny kleju.

Istotny jest również aspekt ekologiczny rozwiązania według wynalazku, które stanowi kolejną możliwość zagospodarowania odpadów poli(tereftalanu etylenu), przybywających z roku na rok.

Wynalazek zilustrowano w przedstawionych poniżej przykładach jego realizacji oraz zastosowania.

P r z y k ł a d I

Do kolby, zaopatrzonej w mieszadło mechaniczne, wprowadza się 30 g mieszaniny związków epoksydowych o wzorze ogólnym 1, 2 i 3, otrzymanych z glikolizatów odpadowego poli(tereftalanu etylenu), o liczbie epoksydowej 0,331 mol/100 g i lepkości 251988 mPa-s i ogrzewa się je przez okres 30 minut w temperaturze 50°C. Następnie do kolby wprowadza się 70 g żywicy epoksydowej Ruetapox 0162 oraz 1 g środka odpieniającego BYK A 530 na bazie związków silikonowych. Całość miesza się i ogrzewa się dalej w temperaturze 50°C przez okres 30 minut.

Następnie do tak sporządzonego według wynalazku epoksydowego komponentu kleju, dodano 56,7 g utwardzacza aminowego Ruetapox H550/L na bazie izoforonodiaminy. Kompozycję z utwardzaczem mieszano przez 2 minuty w temperaturze 50°C, a następnie poddano wygrzewaniu przez kolejne 3 minuty w temperaturze 60°C, pod zmniejszonym ciśnieniem. Tak przygotowanym klejem pokryto kształtki z drewna bukowego (przygotowane zgodnie z normą przedmiotową), które po sklejeniu pozostawiono na 24 godziny w temperaturze pokojowej. Po wygrzaniu próbek przez 24 godziny w temperaturze 80°C, otrzymano spoinę klejową o wytrzymałości na ścinanie wynoszącej 13,1 MPa.

Dla porównania właściwości użytkowych, w taki sam jak wyżej sposób sklejono kształtki z drewna bukowego klejem z żywicy Ruetapox 0162, przygotowanej bez dodatku związków epoksydowych otrzymanych z produktów glikolizy poli(tereftalanu etylenu). Wytrzymałość na ścinanie tej spoiny wynosiła 10,1 IVIPa.

P r z y k ł a d y Il-IV

Postępując tak, jak w przykładzie I i stosując przy tym rodzaj i ilość mieszaniny związków epoksydowych, otrzymanych z produktów glikolizy odpadowego poli(tereftalanu etylenu) podane w tabeli 1 oraz żywicę Ruetapox 0162 uzyskano epoksydowe komponenty klejów, które następnie po zmieszaniu z utwardzaczem jak w przykładzie I, wykorzystano do sklejenia próbek drewna bukowego, przygotowując drewno i spoiny jak w przykładzie I.

PL 215 883 B1

Właściwości użytych związków epoksydowych, ich zawartość w epoksydowych komponentach wytworzonych zgodnie z wynalazkiem oraz wytrzymałość na ścinanie otrzymanych spoin klejowych, podano w tabeli I.

T a b e l a 1

Przykład nr	Liczba epoksydowa [mol/100 g]	Lepkość w temp. 25°C [mPa-s]	Zawartość związków epoksydowych [cz.wag./100 cz.wag. żywicy]	Wytrzymałość spoiny na ścinanie [MPa]
II	0,265	398052	20	12,3
III	0,265	398052	10	11,5
IV	0,174	294325	30	11,7

P r z y k ł a d V-VIII

Postępując tak, jak w przykładach I-IV i stosując przy tym rodzaj i ilość mieszaniny związków epoksydowych, otrzymanych z produktów glikolizy odpadowego poli(tereftalanu etylenu) podane w tabeli 2 oraz żywicę Ruetapox 0162, uzyskano epoksydowe komponenty klejów, które następnie po zmieszaniu z utwardzaczem jak w przykładzie I, wykorzystano do sklejenia wytrawionych próbek aluminium, przygotowanych zgodnie z odpowiednią normą przedmiotową.

Właściwości użytych związków epoksydowych, ich zawartość w epoksydowych komponentach wytworzonych zgodnie z wynalazkiem oraz wytrzymałość na ścinanie i na oddzieranie otrzymanych spoin klejowych, podano w tabeli 2.

T a b e l a 2

Przykład nr	Liczba epoksydowa [mol/100 g]	Lepkość w temp. 25°C [mPa-s]	Zawartość związków epoksydowych [cz.wag./100 cz.wag. żywicy]	Wytrzymałość
na ścinanie [MPa]	na oddzieranie [N/cm]
V	żywica Ruetapox 0162	0	13,3	3,0
VI	0,265	398052	30	15,6	4,0
VII	0,331	251988	30	16,8	4,9
VIII	0,174	294325	30	14,2	3,5

P r z y k ł a d IX-XII

Postępując tak, jak w przykładach I-IV i stosując przy tym rodzaj i ilość mieszaniny związków epoksydowych, otrzymanych z produktów glikolizy odpadowego poli(tereftalanu etylenu) podane w tabeli 3 oraz żywicę Ruetapox 0162, uzyskano epoksydowe komponenty klejów, które następnie po zmieszaniu z utwardzaczem jak w przykładzie I, wykorzystano do sklejenia próbek wyprawionej skóry bydlęcej, przygotowanych zgodnie z odpowiednią normą przedmiotową.

Właściwości użytych związków epoksydowych, ich zawartość w epoksydowych klejach wytworzonych zgodnie z wynalazkiem oraz wytrzymałość na ścinanie i na oddzieranie otrzymanych spoin klejowych, podano w tabeli 3.

T a b e l a 3

Przykład nr	Liczba epoksydowa [mol/100 g]	Lepkość w temp. 25°C [mPa-s]	Zawartość związków epoksydowych [cz.wag./100 cz.wag. żywicy]	Wytrzymałość
na ścinanie [MPa]	na oddzieranie [N/cm]
IX	żywica Ruetapox 0162	0	próbki pękają poza spoiną	51,4
X	0,265	398052	30	1,8	97,9
XI	0,331	251988	30	1,9	104,9
XII	0,174	294325	30	1,7	92,1

PL 215 883 B1

Z przedstawionych w przykładach I-Xll wyników badań na różnych materiałach właściwości wytrzymałościowych połączeń z klejów epoksydowych zawierających epoksydowy komponent wytworzony zgodnie z wynalazkiem, wynika, że dodatek mieszaniny związków epoksydowych otrzymanych z glikolizatów poli(tereftalanu etylenu) powoduje zwiększenie wytrzymałości spoiny klejowej.

Claims (1)

1. Sposób wytwarzania epoksydowego komponentu kleju, zawierającego związki epoksydowe otrzymane z glikolizatów poli(tereftalanu etylenu), żywicę epoksydową otrzymaną z surowców petrochemicznych i ewentualnie środek odpieniający, znamienny tym, że związki epoksydowe z glikolizatów poli(tereftalanu etylenu), w ilości od 1 do 50 części wagowych na 100 części wagowych żywicy epoksydowej, ogrzewa się przez 5 do 30 minut w temperaturze 30 - 100°C, po czym dodaje się do nich żywicę epoksydową wybraną z grupy eterów di- lub poliglicydylowych bisfenoli, zwłaszcza 2,2-bis(p-hydroksyfenylo)propanu, eterów di- i poliglicydylowych glikoli, eterów di- i poliglicydylowych małocząsteczkowych żywic nowolakowych, oraz korzystnie środek odpieniający, w ilości od 0 do 5 części wagowych na 100 części wagowych żywicy i związków epoksydowych, a następnie otrzymaną kompozycję miesza się, ogrzewając w temperaturze 30 - 100°C, przez 5 minut do 60 minut, przy czym jako związki epoksydowe otrzymane z glikolizatów poli(tereftalanu etylenu) stosuje się mieszaninę związków o wzorze ogólnym 1, 2, 3, w których m i n niezależnie przyjmują wartości całkowite od 1 do 4, a x przyjmuje wartości całkowite od 1 do 10, natomiast y przyjmuje wartości całkowite od 0 do 5.