Ні, чесно кажучи, це не буде нудно, особливо якщо ви любите еластичні гумові речі. Якщо ви читатимете далі, то дізнаєтеся майже все, що коли-небудь хотіли знати про однокомпонентні силіконові герметики.
1) Що вони собою являють
2) Як їх зробити
3) Де їх використовувати
Вступ
Що таке однокомпонентний силіконовий герметик?
Існує багато видів герметиків хімічного затвердіння, найвідомішими з яких є силіконові, поліуретанові та полісульфідні. Назва походить від структури молекул, що в них беруть участь.
Силіконова основа:
Si – O – Si - O – Si – O – Si
Модифікований силікон – це нова технологія (принаймні в США) і фактично означає органічний каркас, що отверджується за допомогою силану. Прикладом є поліпропіленоксид з термінальними алкоксисилановими групами.
Усі ці хімічні склади можуть бути одно- або двокомпонентними, що, очевидно, пов'язано з кількістю компонентів, необхідних для затвердіння матеріалу. Тому, одна частина просто означає, що потрібно відкрити тюбик, картридж або відро, і матеріал затвердіє. Зазвичай ці однокомпонентні системи реагують з вологою повітря, перетворюючись на гуму.
Отже, однокомпонентний силікон – це система, яка стабільна в тюбику, доки під впливом повітря не затвердіє, утворюючи силіконову гуму.
Переваги
Однокомпонентні силікони мають багато унікальних переваг.
-За умови правильного змішування вони дуже стабільні та надійні, з чудовою адгезією та фізичними властивостями. Термін придатності (час, протягом якого ви можете залишати герметик у тюбику перед використанням) становить щонайменше один рік, а деякі склади зберігаються протягом багатьох років. Силікони також мають безперечно найкращі довгострокові характеристики. Їхні фізичні властивості майже не змінюються з часом без впливу ультрафіолетового випромінювання, а також вони демонструють чудову температурну стабільність, що перевищує показники інших герметиків щонайменше на 50℃.
-Однокомпонентні силікони затвердівають відносно швидко, зазвичай утворюючи плівку протягом 5-10 хвилин, стають нелипкими протягом однієї години та затвердівають до еластичної гуми товщиною близько 1/10 дюйма менш ніж за добу. Поверхня має приємну гумову текстуру.
-Оскільки їх можна зробити напівпрозорими, що саме по собі є важливою особливістю (напівпрозорість є найбільш використовуваним кольором), їх відносно легко пігментувати в будь-який колір.
Обмеження
Силікони мають два основних обмеження.
1) Їх не можна фарбувати фарбою на водній основі – це також може бути складно з фарбою на основі розчинника.
2) Після затвердіння герметик може вивільнити частину свого силіконового пластифікатора, який під час використання в деформаційному шві будівлі може створювати неестетичні плями вздовж краю стику.
Звичайно, через саму природу однокомпонентної системи неможливо отримати швидкий глибокий розріз шляхом затвердіння, оскільки система повинна реагувати з повітрям, тому затвердіння відбувається зверху вниз. Якщо бути трохи точнішим, силікони не можна використовувати як єдиний ущільнювач у склопакетах, оскільки. Хоча вони чудово запобігають потраплянню води в об'єм, водяна пара відносно легко проходить через затверділий силіконовий каучук, що призводить до запотівання склопакетів.
Ринкові зони та використання
Однокомпонентні силікони використовуються майже скрізь, зокрема, на жаль деяких власників будівель, де два вищезгадані обмеження створюють проблеми.
Основний обсяг постачається на будівельний та DIY-ринки, далі йдуть автомобільна, промислова, електронна та аерокосмічна промисловість. Як і у випадку з усіма герметиками, основна функція однокомпонентних силіконів полягає в тому, щоб склеювати та заповнювати проміжки між двома схожими або різними основами, запобігаючи проникненню води або протягів. Іноді рецептура майже не змінюється, окрім як для того, щоб зробити її більш текучою, після чого вона стає покриттям. Найкращий спосіб відрізнити покриття, клей та герметик простий. Герметик герметизує дві поверхні, тоді як покриття покриває та захищає лише одну, тоді як клей міцно утримує дві поверхні разом. Герметик найбільше схожий на клей, коли його використовують у структурному склінні або ізоляційному склінні, проте він все ще виконує функцію герметизації двох поверхонь, а також утримання їх разом.
Базова хімія
Силіконовий герметик у незатверділому стані зазвичай виглядає як густа паста або крем. Під впливом повітря реакційноздатні кінцеві групи силіконового полімеру гідролізуються (реагують з водою), а потім з'єднуються одна з одною, вивільняючи воду та утворюючи довгі полімерні ланцюги, які продовжують реагувати одна з одною, доки паста не перетвориться на вражаючу гуму. Реакційна група на кінці силіконового полімеру походить з найважливішої частини рецептури (за винятком самого полімеру), а саме зшиваючого агента. Саме зшиваючий агент надає герметику його характерні властивості або безпосередньо, такі як запах і швидкість затвердіння, або опосередковано, такі як колір, адгезія тощо, через інші сировинні матеріали, які можуть використовуватися зі специфічними системами зшиваючих агентів, такими як наповнювачі та стимулятори адгезії. Вибір правильного зшиваючого агента є ключовим для визначення кінцевих властивостей герметика.
Типи затвердіння
Існує кілька різних систем затвердіння.
1) Ацетокси (кислий оцтовий запах)
2) Оксим
3) Алкокси
4) Бензамід
5) Амін
6) Амінокси
Оксими, алкоксиди та бензаміди (ширше використовуються в Європі) – це так звані нейтральні або некислотні системи. Аміни та аміноксисистеми мають аміачний запах і зазвичай використовуються частіше в автомобільній та промисловій галузях або для конкретних застосувань на відкритому повітрі в будівництві.
Сировина
Препарати містять кілька різних компонентів, деякі з яких є необов'язковими, залежно від передбачуваного кінцевого використання.
Єдиними абсолютно необхідними сировинами є реакційноздатний полімер та зшиваючий агент. Однак майже завжди додаються наповнювачі, адгезійні добавки, нереактивний (пластифікуючий) полімер та каталізатори. Крім того, можна використовувати багато інших добавок, таких як кольорові пасти, фунгіциди, антипірени та термостабілізатори.
Основні формулювання
Типова формула оксимного герметика для будівництва або самостійного використання виглядатиме приблизно так:
| % | ||
| Полідиметилсилоксан, термінальна міцність OH-групи 50 000 сП | 65,9 | Полімер |
| Полідиметилсилоксан, триметилтермінований, 1000 сП | 20 | Пластифікатор |
| Метилтріоксиміносилан | 5 | Зшиваючий агент |
| Амінопропілтриетоксисилан | 1 | Промотор адгезії |
| 150 кв.м/г площі поверхні пірогенного кремнезему | 8 | Наповнювач |
| Дибутилдилаурат олова | 0,1 | Каталізатор |
| Всього | 100 |
Фізичні властивості
Типові фізичні властивості включають:
| Подовження (%) | 550 |
| Міцність на розрив (МПа) | 1.9 |
| Модуль пружності при подовженні 100 (МПа) | 0,4 |
| Твердість за Шором А | 22 |
| Час утворення шкірки (хв) | 10 |
| Час витримки до відлипання (хв) | 60 |
| Час подряпини (хв) | 120 |
| Наскрізне затвердіння (мм за 24 години) | 2 |
Формули з використанням інших зшивальних агентів виглядатимуть подібно, можливо, відрізнятимуться рівнем зшиваючого агента, типом промотора адгезії та каталізаторами затвердіння. Їхні фізичні властивості дещо відрізнятимуться, якщо не використовувати подовжувачі ланцюга. Деякі системи неможливо легко виготовити, якщо не використовувати велику кількість крейдяного наповнювача. Такі формуляції, очевидно, неможливо виготовити у прозорому або напівпрозорому вигляді.
Розробка герметиків
Існує 3 етапи розробки нового герметика.
1) Концепція, виробництво та випробування в лабораторії – дуже малі обсяги
Тут хімік-лаборант має нові ідеї та зазвичай починає з ручного замішування приблизно 100 грамів герметика, щоб побачити, як він затвердіє та який вид гуми утвориться. Тепер від FlackTek Inc. доступна нова машина "The Hauschild Speed Mix". Ця спеціалізована машина ідеально підходить для змішування цих невеликих 100-грамових партій за лічені секунди, одночасно видаляючи повітря. Це важливо, оскільки тепер дозволяє розробнику фактично перевірити фізичні властивості цих невеликих партій. Пірогеній діоксид кремнію або інші наповнювачі, такі як осаджена крейда, можна змішати з силіконом приблизно за 8 секунд. Видалення повітря займає близько 20-25 секунд. Машина працює за допомогою подвійного асиметричного центрифужного механізму, який по суті використовує самі частинки як власні змішувальні важелі. Максимальний розмір суміші становить 100 грамів, і доступні кілька різних типів чашок, включаючи одноразові, що означає абсолютну відсутність потреби в очищенні.
Ключовим у процесі приготування є не лише тип інгредієнтів, але й порядок додавання та час змішування. Звичайно, виключення або видалення повітря важливе для забезпечення терміну придатності продукту, оскільки бульбашки повітря містять вологу, яка потім призведе до затвердіння герметика зсередини.
Після того, як хімік отримає потрібний для його конкретного застосування герметик, масштаб планетарного змішувача збільшується до 1 кварти, що дозволяє виготовити приблизно 3-4 невеликі пробірки об'ємом 110 мл (3 унції). Цього матеріалу достатньо для початкового тестування терміну придатності та тесту на адгезію, а також для будь-яких інших спеціальних вимог.
Потім він може перейти до машини об'ємом 1 або 2 галони, щоб виготовити 8-12 тюбиків по 10 унцій для більш поглибленого тестування та відбору зразків від клієнтів. Герметик екструдується з ємності через металевий циліндр у картридж, який надягається на пакувальний циліндр. Після цих випробувань він готовий до збільшення масштабів виробництва.
2) Масштабування та точне налаштування – середні обсяги
У масштабі виробництва лабораторна рецептура тепер виробляється на більшій машині, зазвичай ємністю 100-200 кг або приблизно на бочку. Цей крок має дві основні мети.
a) перевірити, чи є якісь суттєві відмінності між розміром 4 фунти та цим більшим розміром, які можуть бути результатом швидкостей змішування та диспергування, швидкостей реакції та різної кількості шаруватого матеріалу в суміші, та
б) підготувати достатньо матеріалу для опитування потенційних клієнтів та отримання реальних відгуків про роботу.
Ця машина об'ємом 50 галонів також дуже корисна для промислової продукції, коли потрібні невеликі обсяги або спеціальні кольори, і одночасно потрібно виробляти лише приблизно один барабан кожного типу.
Існує кілька типів змішувальних машин. Два найпоширеніші – це планетарні змішувачі (як показано вище) та високошвидкісні диспергатори. Планетарний змішувач добре підходить для сумішей з вищою в'язкістю, тоді як диспергатор краще працює, особливо в текучих системах з нижчою в'язкістю. У типових будівельних герметиках можна використовувати будь-яку машину, якщо звертати увагу на час змішування та потенційне виділення тепла високошвидкісним диспергатором.
3) Повномасштабні обсяги виробництва
Остаточне виробництво, яке може бути серійним або безперервним, сподіваємося просто відтворювати кінцеву рецептуру з етапу збільшення масштабу. Зазвичай, відносно невелика кількість (2 або 3 партії або 1-2 години безперервного виробництва) матеріалу спочатку виробляється на виробничому обладнанні та перевіряється перед початком нормального виробництва.
Тестування – що і як тестувати.
Що
Фізичні властивості - видовження, міцність на розрив та модуль пружності
Адгезія до відповідної основи
Термін придатності – як прискорений, так і за кімнатної температури
Швидкість затвердіння - час утворення шкірки, час до відлипання, час до подряпин та наскрізне затвердіння, кольори, температурна стабільність або стабільність у різних рідинах, таких як олія
Крім того, перевіряються або спостерігаються інші ключові властивості: консистенція, слабкий запах, корозійність та загальний зовнішній вигляд.
Як
Лист герметика витягують і залишають для затвердіння на тиждень. Потім вирізають спеціальну гантель і поміщають її в прилад для вимірювання фізичних властивостей, таких як видовження, модуль пружності та міцність на розтяг. Вони також використовуються для вимірювання сил адгезії/когезії на спеціально підготовлених зразках. Прості випробування на адгезію "так/ні" проводяться шляхом натягування кульок матеріалу, затверділого на відповідних основах.
Вимірювач твердості гуми за шкалою Шора А. Цей пристрій виглядає як гиря та калібр з кінчиком, що втискається в затверділий зразок. Чим глибше вістря проникає в гуму, тим м'якша гума і тим нижче значення твердості. Типовий будівельний герметик матиме значення твердості в діапазоні 15-35.
Час утворення шкірки, час до появи відлипання та інші спеціальні вимірювання шкіри виконуються або пальцем, або за допомогою пластикових листів з вантажами. Вимірюється час, необхідний для чистого зняття пластику.
Для визначення терміну придатності тюбики з герметиком витримуються або за кімнатної температури (що, природно, займає 1 рік для підтвердження річного терміну придатності), або за підвищених температур, зазвичай 50℃ протягом 1, 3, 5, 7 тижнів тощо. Після процесу витримки (тюбику дають охолонути у прискореному випадку) матеріал екструдують з тюбика та витягують у лист, де він затвердіває. Фізичні властивості гуми, утвореної в цих листах, перевіряються, як і раніше. Потім ці властивості порівнюються з властивостями свіжокомпаундованих матеріалів для визначення відповідного терміну придатності.
Конкретне детальне пояснення більшості необхідних випробувань можна знайти в довіднику ASTM.
Деякі заключні поради
Однокомпонентні силікони – це герметики найвищої якості. Вони мають обмеження, і якщо висуваються певні вимоги, їх можна розробити спеціально.
Ключово важливо переконатися, що вся сировина є максимально сухою, рецептура стабільною, а повітря видалено в процесі виробництва.
Розробка та тестування – це фактично однаковий процес для будь-якого однокомпонентного герметика незалежно від його типу – просто переконайтеся, що ви перевірили всі можливі властивості, перш ніж розпочати виробництво партій, і що ви чітко розумієте потреби застосування.
Залежно від вимог застосування, можна вибрати правильний хімічний склад для затвердіння. Наприклад, якщо вибрано силікон, а запах, корозія та адгезія не є важливими, але потрібна низька вартість, тоді ацетокси – це правильний вибір. Однак, якщо це металеві деталі, які можуть бути схильні до корозії, або потрібна спеціальна адгезія до пластику в унікальному глянцевому кольорі, тоді вам знадобиться оксим.
[1] Дейл Флакетт. Кремнієві сполуки: силани та силікони [M]. Gelest Inc: 433-439
* Фото з силіконового герметика OLIVIA
Час публікації: 31 березня 2024 р.
