WO2021127770A1

WO2021127770A1 - Composição adesiva

Info

Publication number: WO2021127770A1
Application number: PCT/BR2020/050633
Authority: WO
Inventors: Arthur IMPARATO
Original assignee: Imparato Arthur
Priority date: 2019-12-27
Filing date: 2020-12-28
Publication date: 2021-07-01
Also published as: US20230061500A1

Abstract

É descrita uma composição adesiva de uso geral, e particularmente apta a soldagem de peças plásticas, na forma de um bicomponente, sendo que o primeiro bicomponente é uma cola a base de cianoacrilato, e sendo que o dito segundo bicomponente compreende uma blenda, em pó, de um componente de origem polimérica e de um componente de origem orgânica.

Description

COMPOSI ÇAO ADESI VA

[001 ] A presente invenção tem por objeto uma composição adesiva bicomponente destinada ao reparo de peças em geral, e mais em particular para a união e o preenchimento de áreas danificas de peças quebradas e/ou que apresentem alguma perda de material. A presente composição bicomponente tem aplicação particularmente vantajosa nas operações de reparo e recomposição de peças plásticas.

[002] Modernamente, vem se incrementando o uso de peças plásticas nos diversos setores da indústria, no comercial, e residencial, quer seja pela facilidade de injeção, quer seja pela ampla gama de materiais poliméricos disponíveis, do que resulta uma infinita possibilidade de características físicas e estruturais para tais peças plásticas. Os polímeros atualmente conhecidos, tais como polietileno (PE), poliestireno (PS), poli tereftalato de etileno (PET), ABS, polipropileno (PP), apenas para citar os mais comuns, são regularmente empregados na vida cotidiana, cada qual de acordo com as propriedades que se deseja alcançar para o produto final.

[003] Não raro ainda serem empregados polímeros compostos, obtidos a partir da combinação de dois, e eventualmente mais, monômeros de modo a resultar em peças com características ainda mais particulares. Não raro os objetos modernos que empregam combinações particulares entre materiais plásticos e não plásticos.

[004] Em sentido contrário e como decorrência deste direcionamento tecnológico, surgem problemas relativos ao descarte e a reciclagem de tais peças. As peças obtidas a partir de polímeros compostos são de difícil reciclagem, exatamente pela sua natureza não homogénea, o que complica o reaproveitamento do seu material. Já as peças de grande volume, e de alto custo, também apresentam problemas operacionais para a reciclagem, na medida em que demandam toda uma infra-estrutura apropriada e voltada a operacionalizar a coleta, o transporte e o tratamento devidos.

[005] Obviamente que tais problemas poderiam ser parcialmente solucionados a partir do reaproveitamento de tais peças, incrementando a vida útil das mesmas e, portanto, evitando seu descarte prematuro. Modernamente, não raro detectar-se o descarte de todo um dispositivo devido ao comprometimento estrutural ou de seu invólucro por falta de peças de reposição ou, como mais usual, devido ao custo proibitivo das mesmas em relação ao custo total do dispositivo. No que tange as peças automotivas, em particular àquelas de alto valor agregado (v.g., para choques, carenagens, grupos ópticos e similares, cujo custo pode chegar a vários milhares de reais) a reciclagem das mesmas impõem árduas questões de logística. A alterativa de reuso da peça danificada, e principalmente via reforma da peça na própria oficina de funilaria/mecânica, se mostra como uma solução muito mais lógica, economicamente viável e ambientalmente consistente, proporcionando maior lucratividade às oficinas.

[006] Existem no mercado alguns produtos destinados ao reparo de peças quebradas, os quais se destinam a unir, ou soldar, as partes quebradas, assim permitindo novamente o uso da peça danificada. Dentre estes e provavelmente, o mais conhecido é a cola a base de cianoacrilato, com diversas marcas a disposição do público, e cujo mote propagandístico está voltado à possibilidade de colar uma infinidade de materiais, inclusive plásticos. Existem ainda alguns produtos específicos, para plásticos, peças metálicas e/ou peças específicas, mas estes apresentam um uso limitado.

[007] De qualquer forma, uma característica inerente a tais “colas” de uso geral está na perda da plasticidade e/ou maleabilidade das peças reparadas, especificamente nas áreas reparadas. Assim, e para algumas peças específicas, tais como os pára-choques, qualquer reparo somente pode ser considerado como eficiente e efetivo se a metodologia de reparo permitir que as características estruturais e funcionais das mesmas sejam recompostas, ou no mínimo aproximadas.

[008] Deste modo, constitui um primeiro objetivo da invenção uma composição apta ao reparo de peças danificadas em geral, de forma a recompor não somente a sua estrutura, mas também as suas características funcionais advindas da maleabilidade e plasticidade da peça reparada.

[009] Estes e outros objetivos são alcançados a partir de uma composição de tipo bicomponente, de acordo com as reivindicações em anexo.

[0010] O objeto da invenção será melhor compreendido a partir da descrição detalhada que segue, trazida a título ilustrativo e não limitativo, de suas formas preferenciais de realização.

[001 1] Como dito, a presente composição é definida por dois bicomponentes individuais, os quais são aplicados e misturados diretamente sobre a área danificada.

[0012] O primeiro bicomponente, com objetivo agregador e integrador, é uma cola à base de cianoacrilato. Para os objetivos da invenção, tal primeiro bicomponente pode ser selecionado entre as colas comercialmente disponíveis no mercado, desde que apresentem uma base acrílica e que sejam ativadas em presença de oxigénio (ar). Ademais, dito bicomponente de cianoacrilato deve apresentar baixa viscosidade, de modo a assimilar mais facilmente os demais componentes, provocando natural, plena e imediara mescla, sem esforço, nem pressão ou compressão em temperatura ambiente.

[0013] Já o segundo bicomponente compreende uma mistura ou blenda de materiais, ditos de preenchimento, posto serem destinados a não apenas unir as partes com danos das peças danificadas, mas também recompor partes faltantes e partes removidas quando do reparo da peça.

[0014] O dito segundo bicomponente, ou blenda, se apresenta na forma de uma mistura de pós secos, ou substancialmente secos, que compreende componentes orgânicos e componentes inorgânicos.

[0015] Dentre os componentes inorgânicos são particularmente aptos os pós de elastômeros, ou polímeros elastoméricos, incluindo as borrachas naturais ou sintéticas. A despeito dos pós empregados poderem ser advindos de borrachas virgens, a presente composição se mostra igualmente apta ao uso de materiais tais como borrachas ou elastômeros reciclados, assim contribuindo com o reaproveitamento de materiais elastoméricos descartados dentro do espírito geral da invenção.

[0016] Dentre os componentes inorgânicos podem ainda ser empregados, de forma aditiva, materiais tais como os polímeros plásticos, igualmente na forma de pós, e selecionados dentre uma ampla gama de materiais plásticos, tais como ABS, PE, PS, PET, PP e outros. Tal como no caso dos materiais elastoméricos, os pós de polímeros plásticos podem ser virgens, porém o melhor direcionamento da invenção apregoa o uso de materiais plásticos reciclados. Quando presentes, os materiais de polímeros plásticos são combinados, ou misturados, com materiais elastoméricos em quantidades variáveis.

[0017] Complementando a blenda de pós, é ainda previsto um componente orgânico, o qual é formado a partir de um ou mais materiais orgânicos, também em pó, com baixa umidade relativa e compreendendo materiais orgânicos de liga, além de materiais de fibras orgânicas.

[0018] Dentre os materiais orgânicos de liga polimérica o glúten é particularmente apto ao emprego na invenção, devido a sua composição polimérica incluir gliadina e glutemina. Fontes de glúten aptas ao uso na presente invenção como o material orgânico de liga, fibras poliméricas, assim presentes que são nos farináceos em geral, em particular nas farinhas de trigo ou de milho, além de fubá, polvilho, etc.

[0019] Dentre os materiais de fibras orgânicas, a celulose, também um polímero, é particularmente vantajosa para os objetivos da invenção por ser uma longa cadeia de glicose, respondendo muito bem às interações cianogênicas (após a mistura com o primeiro bicomponente, a cola a base de cianoacrilato), resultando em glicosídeos cianogênicos. Neste sentido, o amido é igualmente uma fonte importante a ser considerada, já que oriundo da síntese orgânica da glicose e portanto apto a fornecer o componente orgânico de liga, conforme a invenção.

[0020] Desta forma, e a despeito da possibilidade de uso de elementos individualizados como as fontes dos orgânicos de liga e das fibras orgânicas, preferencialmente emprega-se a farinha de trigo como fonte comum de tais elementos orgânicos componentes, visto reunir a maioria deles e ser de baixo custo, tendo alto poder integrador.

Tabela 1 - Composição da blenda de pés p/p (Bicomponente 2)

[0021] Por fim, a blenda ou mistura de pós (bicomponente 2), formulada conforme as proporções supra, é devidamente depositada sobre uma primeira camada de cianoacrilato (bicomponente 1 ), sendo então sucessivamente aplicadas camadas consecutivas e alternadas dos bicomponentes 1 e 2. Em particular, o bicomponente 1 é sempre aplicado após a retirada do excesso da blenda de pós (bicomponente 2) (sendo ainda, tal excesso, reutilizável, aumentando seu rendimento e reduzindo seu custo), assimilada pelo componente 1 que é, na quantidade que este necessitar, sem interferência do aplicador, evitando assim as dosimetrias complicadoras. Suspeita o inventor que o bicomponente 1 , assimile mais ou menos do bicomponente 2, conforme a matéria que estejam tocando, visto inúmeros testes presenciais feitos.

[0022] Os testes mostraram que os tempos de reação entre os dois bicomponentes é curto, sendo que tal tempo gira em torno de, no máximo, alguns segundos.

[0023] Por fim, e de modo a comprovar os resultados ora apregoados, foram submetidos corpos de prova às análises estruturais e comportamentais para corpos de prova de plástico, junto ao I PT, segundo as análises conforme as normas ASTM D695-15 (comportamento dos plásticos rígidos em relação a compressão); ASTM D 2240-15e1 (análise da dureza Shore B); ASTM D638-14 (análise das propriedades de tensão); e ASTM D1238-13 (análise do índice de fluidez). Os resultados abaixo indicados são reportados do Relatório de Ensaio 1 1 13 432-203 de dezembro de 2019.

[0024] Os testes foram realizados comparando-se dois corpos de provas iguais, retirados de um pára-choque de um veículo (formado a partir de PP e de EPDM), sendo o primeiro para fins comparativos (não danificado), enquanto que o segundo (teste efetivo) apresentava um rompimento posteriormente reparado a partir da composição adesiva, de acordo com a invenção.

[0025] Na formulação da composição adesiva utilizada para reparar dito corpo de prova, a blenda de pós era formada por um componente polimérico na forma de pó de borracha vulcanizada (pneu reciclado, com formação do pó por via mecânica), misturada a um componente orgânico na forma de farinha de trigo (produto comercial) como fonte única para os orgânicos de liga e para as fibras orgânicas.

[0026] Para o reparo do pára-choque, foi utilizado o procedimento de sobreposição de camadas, diretamente sobre o dano, sem manchões, nem sobreposição de placas assessórias, conforme supra descrito.

[0027] Conforme os resultados obtidos a partir das análises supra e infra especificadas, ficou determinado que, entre outros testes, a resistência a compressão, indicou em tensão de ruptura (MPa), praticamente os mesmos resultados entre o material base e a solda.

Tabela 2

[0028] Há de se destacar ainda, no mesmo teste, que a força de ruptura necessária para romper a solda apresentou um resultado superior (corpo de prova 3) em comparação com a força de ruptura necessária para romper o material base no corpo de prova 2.

[0029] Já em relação a dureza Shore, a região de solda do corpo de prova apresentou uma dureza cerca de 13% menor que a dureza do corpo de comparação. Especificamente, os valores médios de dureza Shore D para o dito material de base foi medido como sendo de D/72± 1 , enquanto a dureza Shore D, na solda, resultou em D/62± 1. Tal resultado é particularmente importante considerando que, no reparo de um pára-choque, ou de qualquer peça similar, a zona de solda deve ser lixada para posterior pintura. Caso a resistência Shore D da solda fosse superior a da peça plástica (o que não ocorre) resultaria em maior dificuldade do lixamento da solda do que da peca plástica, o que provocaria na peça depressões por escavação das lixas nas laterais da solda, por esta ser mais dura que a peça em reparo, obrigando a posterior aplicação de massas corretivas de nivelamento, o que reduz a vida útil destes reparos, visto tais massas serem frágeis e trincarem muito facilmente, no dia a dia do uso dos veículos, sendo que, com a utilização do compósito em tela, objetivo desta patente, tal uso de massas é desnecessário, visto seu lixamento ser tão macio como o da peça soldada, além do que, seus grãos micronizados permitem um resultado pós lixamento compacto e sem crateras, ou furinhos, além de nivelar completamente com a peça em reparo, resultando assim definido, não provocando escavações laterais à solda e dispensando por completo o uso de tais massas niveladoras, passando de imediato assim, aos trabalhos de pintura, e aumentando, desta forma, a vida útil dos reparos, reduzindo, sensivelmente, o tempo necessário para tais reparos, fazendo assim, crescer a lucratividade das oficinas.

[0030] Outra característica bastante relevante da invenção reside na elasticidade final da região da solda, o que torna a presente composição adesiva particularmente apta a união de materiais plásticos, conforme reportado na Tabela 3 abaixo, aonde se observa resultado de maior modulo de elasticidade da solda com relação ao da peça soldada, no corpo de prova 3.

Tabela 3

[0031] Além disto, a solda apresentou um índice de fluidez (g/10min) pouco superior ao dobro do índice (medido) obtido para o corpo de comparação (material base). [0032] Conforme se pode interpretar dos resultados ora reportados, uma das características mais importantes da região reparada a partir da composição adesiva bicomponente, conforme a presente invenção, está na maleabilidade desta, permitindo que se dobre a peça, após reparo, como se dobrava antes, quando ainda integra e sem dano, e seu suave, rápido e nivelado lixamento, possível, imediatamente após sua aplicação, reduzindo sensivelmente os tempos de reparo, o que se contrapõem radicalmente à não maleabilidade, rigidez e alta dureza para lixamento resultante de regiões soldadas a partir das colas de cianoacrilatos e de outras à base de epoxi conhecidas na arte.

[0033] Ademais, nos mesmos testes foram realizadas análises relativas ao dimensional das partículas componentes da blenda em pó, ou seja, tanto das partículas do componente orgânico quanto das partículas do componente inorgânico. Tais resultados confirmam uma distribuição ampla dos tamanhos de partículas conforme o pressuposto da presente invenção. No aludido teste, foram identificadas partículas com tamanhos desde uma ordem de grandeza de mícron até uma ordem de grandeza de milímetros. Tal distribuição ampla é entendida pelo inventor como necessária e altamente benéfica, já que permite ao adesivo da invenção se adaptar a qualquer material que esteja sendo soldado e a promover seu enraizamento nos poros microscópicos das peças, possibilitando ainda maior poder de ancoragem. Desta forma, e como característica da invenção, as partículas da blenda em pó devem estar distribuídas dentro de uma faixa englobando desde partículas com diâmetro de 1 mícron até 1 milímetro, e mais em particular com diâmetro desde 6 micra até 0,1 milímetros.

[0034] Tal característica torna a presente composição adesiva particularmente apta a soldagem de materiais plásticos, sem o comprometimento das características plásticas e elásticas originais, não nos esquecendo de sua auspiciosa atuação, também, nos materiais termofixos ou termoestáveis, que por sua vez, não respondem a processos de soldagem térmica.

[0035] Por outro lado, e de modo a contemplar a eficiência da presente composição adesiva bicomponente, foram realizados testes complementares, também junto ao I PT, nos quais foi avaliado o comportamento funcional junto a outros corpos de prova, ou seja, incluindo materiais além dos plásticos.

[0036] Assim, e conforme o Relatório de Ensaio N° 1 120 876-203, finalizado em 17/1 1/2020, foram considerados corpos de prova, conforme a tabela 4, abaixo:

Tabela 4

[0037] Nestes ensaios, foram formados corpos de prova a partir da união de peças individuais e de materiais distintos, de modo a determinar a eficácia do compósito da presente invenção na união de diferentes matérias. Tais ensaios foram realizados de conformidade com a norma ASTM D1002-10 (2019) - Standard Test Method for Apparent Shear Strength of Sing/e-Lap-Joint Adhesíve/y Bonded Metal Specimens by Tension Loading.

[0038] Os resultados estão reportados na Tabela abaixo: Tabela 5: Determinação da resistência ao cisalhamento

[1 ] Alguns corpos de prova sofreram falha por tração devido a resistência da interface ser superior a do substrato polimérico

[0039] Como pode ser facilmente observado, várias corpos de prova apresentaram falhas fora da região de união, ou seja, a ruptura ocorreu em um dos materiais de formação do corpo de prova, e não na união destes pela composição adesiva em tela. [0040] Segundo acredita o inventor, tais resultados altamente eficientes são resultantes de uma sequencia reacional, a qual tem início na combinação entre o cianoacrilato e a borracha, resultando em um tiocianato, ou cianeto de enxofre que, tão logo formado atua em reação com as fibras e os demais polímeros orgânicos na forma das partículas em pó, inicialmente interagindo com as partículas de menor tamanho e progressivamente com as partículas de tamanhos superiores. As cadeias poliméricas assim modificadas atuam de forma importante na união ou soldagem das peças que estão sendo coladas. Além disto, entende o inventor que as fibras e os polímeros também auxiliam nos resultados positivos de resistência a compressão e de resistência ao cisalhamento, além de também garantirem a maleabilidade da região de união, bem como sua imediata cura que enseja um lixamento imediato e de alta docilidade.

[0041] Por outro lado, em informação acessória, testes preliminares apontaram para resultados não satisfatórios, mas também úteis em termos de desenvolvimento, a partir da combinação do cianoacrilato tão somente com as fibras e polímeros orgânicos, quando antes, ainda no inicio das pesquisas, não eram combinados com os elastômeros e os plásticos, também em forma de pó.

[0042] Vale ressaltar que em termos de controle de qualidade, a composição em tela é bastante constante em seus resultados, mesmo tendo sido testadas diversas marcas comerciais da farinha de trigo, componente da blenda de pós. Além disto, foram também testadas farinhas de trigo com e sem aditivos, sendo que o resultado final foi sempre constante e consistente em termos de coesão dos materiais soldados.

Claims

Reivindicações

1. Composição adesiva, de tipo bicomponente, sendo o primeiro bicomponente uma cola a base de cianoacrilato, e caracterizada por o dito segundo bicomponente compreender uma blenda em pó de componentes de origem polimérica e de componentes de origem orgânica.

2. Composição adesiva, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizada por o componente de origem polimérica compreender um elastômero.

3. Composição adesiva, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada por o componente de origem polimérica compreender borrachas naturais ou sintéticas, preferencialmente recicladas.

4. Composição adesiva, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada por o componente de origem polimérica compreender ainda um polímero plástico.

5. Composição adesiva, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada por o componente de polímero plástico compreender ABS, PE, PS, PET ou PP, preferencialmente reciclado.

6. Composição adesiva, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizada por o componente de origem orgânica compreender um material orgânico de liga.

7. Composição adesiva, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizada por o componente de origem orgânica compreender um material de fibra orgânica.

8. Composição adesiva, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada por o material orgânico de liga compreender glúten.

9. Composição adesiva, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada por o componente de origem orgânica de liga compreender celulose.

10. Composição adesiva, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada por o componente de origem orgânica de liga compreender glicose.

1 1. Composição adesiva, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada por o material orgânico de liga compreender farinha de trigo, farinha de milho, fubá ou polvilho.

12. Composição adesiva, de acordo com a reivindicação 7, caracterizada por o material de fibra orgânica compreender amido.

13. Composição adesiva, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizada por uma proporção entre o componente de origem orgânica em relação ao componente de origem polimérica compreendida entre 10% e 90% .

14. Composição adesiva, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizada por uma distribuição das partículas da blenda em pó desde 1 mm até 1 micra, e preferencialmente desde 0,1 mm até 6 micra.