Nie, to nie będzie nudne, szczerze – szczególnie jeśli lubisz elastyczne, gumowe rzeczy. Czytając dalej, dowiesz się prawie wszystkiego, co chciałeś wiedzieć o jednoczęściowych uszczelniaczach silikonowych.
1) Czym są
2) Jak je zrobić
3) Gdzie ich używać
Wstęp
Co to jest jednoskładnikowy uszczelniacz silikonowy?
Istnieje wiele rodzajów chemicznie utwardzanych uszczelniaczy – najbardziej znane to silikon, poliuretan i polisiarczek. Nazwa pochodzi od szkieletu zaangażowanych cząsteczek.
Silikonowy szkielet to:
Si – O – Si – O – Si – O – Si
Modyfikowany silikon to nowa technologia (przynajmniej w USA) i w rzeczywistości oznacza organiczny szkielet utwardzany chemią silanową. Przykładem jest tlenek polipropylenu zakończony alkoksysilanem.
Wszystkie te chemikalia mogą składać się z jednej lub dwóch części, co oczywiście wiąże się z liczbą części potrzebnych do utwardzenia przedmiotu. Dlatego jedna część oznacza po prostu otwarcie tuby, wkładu lub wiadra, a materiał utwardzi się. Zwykle te jednoczęściowe systemy reagują z wilgocią z powietrza, tworząc gumę.
Zatem jednoczęściowy silikon to system, który pozostaje stabilny w tubie do czasu, aż pod wpływem powietrza utwardzi się, tworząc gumę silikonową.
Zalety
Jednoskładnikowe silikony mają wiele unikalnych zalet.
-Po prawidłowym połączeniu są bardzo stabilne i niezawodne, mają doskonałą przyczepność i właściwości fizyczne. Okres przydatności do spożycia (czas, w którym można go pozostawić w tubie przed użyciem) wynoszący co najmniej jeden rok, jest normalny w przypadku niektórych preparatów, które działają przez wiele lat. Silikony charakteryzują się również bez wątpienia najlepszymi właściwościami długotrwałymi. Ich właściwości fizyczne prawie nie zmieniają się w czasie bez wpływu ekspozycji na promieniowanie UV, a ponadto wykazują doskonałą stabilność temperaturową, przewyższającą inne szczeliwa o co najmniej 50 ℃.
-Jednoczęściowe silikony utwardzają się stosunkowo szybko, zwykle tworzy się naskórek w ciągu 5 do 10 minut, staje się suchy w ciągu godziny i utwardza się do elastycznej gumy o głębokości około 1/10 cala w czasie krótszym niż jeden dzień. Powierzchnia jest przyjemna w dotyku, gumowata.
-Ponieważ mogą stać się półprzezroczyste, co jest ważną cechą samo w sobie (półprzezroczysty jest najczęściej używanym kolorem), stosunkowo łatwo jest je pigmentować na dowolny kolor.
Ograniczenia
Silikony mają dwa główne ograniczenia.
1) Nie można ich malować farbą na bazie wody – może to być trudne również w przypadku farby na bazie rozpuszczalnika.
2) Po utwardzeniu szczeliwo może uwolnić część swojego plastyfikatora silikonowego, który w przypadku użycia w dylatacji budowlanej może powodować nieestetyczne plamy wzdłuż krawędzi złącza.
Oczywiście, ze względu na naturę jednoczęściowości, niemożliwe jest szybkie i głębokie utwardzenie, ponieważ system musi reagować z powietrzem, w związku z czym utwardzanie odbywa się od góry do dołu. Mówiąc bardziej szczegółowo, silikony nie mogą być stosowane jako jedyne uszczelnienie w oknach ze szkła izolacyjnego, ponieważ. Chociaż doskonale zatrzymują wodę w postaci ciekłej, para wodna stosunkowo łatwo przechodzi przez utwardzoną gumę silikonową, powodując zaparowanie szyb zespolonych.
Obszary rynkowe i zastosowania
Jednoskładnikowe silikony są stosowane niemal wszędzie i wszędzie, także, ku konsternacji niektórych właścicieli budynków, gdzie dwa wyżej wymienione ograniczenia powodują problemy.
Największy wolumen stanowią rynki budowlane i DIY, a następnie motoryzacyjny, przemysłowy, elektroniczny i lotniczy. Podobnie jak w przypadku wszystkich uszczelniaczy, główną funkcją jednoskładnikowych silikonów jest przyleganie i wypełnianie szczeliny pomiędzy dwoma podobnymi lub różnymi podłożami, aby zapobiec przedostawaniu się wody lub przeciągów. Czasami trudno będzie zmienić formułę w inny sposób niż zwiększenie jej płynności, na której następnie stanie się powłoką. Najlepszy sposób na rozróżnienie pomiędzy powłoką, klejem i uszczelniaczem jest prosty. Uszczelniacz uszczelnia dwie powierzchnie, podczas gdy powłoka pokrywa i chroni tylko jedną, podczas gdy klej w znacznym stopniu utrzymuje dwie powierzchnie razem. Szczeliwo najbardziej przypomina klej, gdy jest stosowane w szkleniu strukturalnym lub szkleniu zespolonym, jednakże nadal pełni funkcję uszczelniania dwóch substratów, a także utrzymywania ich razem.
Podstawowa chemia
Uszczelniacz silikonowy w stanie nieutwardzonym zwykle wygląda jak gęsta pasta lub krem. Pod wpływem powietrza reaktywne grupy końcowe polimeru silikonowego hydrolizują (reagują z wodą), a następnie łączą się ze sobą, uwalniając wodę i tworząc długie łańcuchy polimerowe, które nadal reagują ze sobą, aż w końcu pasta zamieni się w imponującą gumę. Grupa reaktywna na końcu polimeru silikonowego pochodzi z najważniejszej części preparatu (z wyłączeniem samego polimeru), a mianowicie ze środka sieciującego. To środek sieciujący nadaje uszczelniaczowi jego charakterystyczne właściwości, bezpośrednio, takie jak zapach i szybkość utwardzania, lub pośrednio, np. kolor, przyczepność itp. ze względu na inne surowce, które mogą być stosowane z określonymi systemami sieciującymi, takimi jak wypełniacze i promotory przyczepności . Wybór odpowiedniego środka sieciującego jest kluczem do określenia ostatecznych właściwości szczeliwa.
Rodzaje utwardzania
Istnieje kilka różnych systemów utwardzania.
1) Acetoksy (kwaśny zapach octu)
2) Oksym
3) Alkoksy
4) Benzamid
5) Amina
6) Aminoksy
Oksymy, alkoksyle i benzamidy (szerzej stosowane w Europie) to tzw. układy obojętne lub niekwasowe. Aminy i układy aminooksylowe mają zapach amoniaku i są zwykle stosowane częściej w obszarach motoryzacyjnych i przemysłowych lub w określonych zastosowaniach w budownictwie zewnętrznym.
Surowce
Preparaty zawierają kilka różnych składników, z których niektóre są opcjonalne, w zależności od zamierzonego zastosowania końcowego.
Jedynymi absolutnie niezbędnymi surowcami są reaktywny polimer i środek sieciujący. Jednak prawie zawsze dodaje się wypełniacze, promotory adhezji, niereaktywny (plastyfikujący) polimer i katalizatory. Ponadto można zastosować wiele innych dodatków, takich jak pasty kolorowe, środki grzybobójcze, środki zmniejszające palność i stabilizatory termiczne.
Podstawowe preparaty
Typowa konstrukcja oksymowa lub formuła uszczelniacza DIY będzie wyglądać mniej więcej tak:
| % | ||
| Polidimetylosiloksan, OH zakończony 50 000 cps | 65,9 | Polimer |
| Polidimetylosiloksan, zakończony grupą metylową, 1000 cps | 20 | Plastyfikator |
| Metylotrioximinosilan | 5 | Środek sieciujący |
| Aminopropylotrietoksysilan | 1 | Promotor przyczepności |
| 150 m2/g powierzchni krzemionki koloidalnej | 8 | Podsadzkarz |
| Dilaurynian dibutylocyny | 0,1 | Katalizator |
| Całkowity | 100 |
Właściwości fizyczne
Typowe właściwości fizyczne obejmują:
| Wydłużenie (%) | 550 |
| Wytrzymałość na rozciąganie (MPa) | 1.9 |
| Moduł przy wydłużeniu 100 (MPa) | 0,4 |
| Twardość Shore’a A | 22 |
| Skóra w czasie (min) | 10 |
| Czas nieklejący (min) | 60 |
| Czas zarysowania (min) | 120 |
| Całkowite utwardzanie (mm w ciągu 24 godzin) | 2 |
Preparaty wykorzystujące inne środki sieciujące będą wyglądać podobnie, być może różniąc się poziomem środka sieciującego, rodzajem promotora adhezji i katalizatorami utwardzania. Ich właściwości fizyczne będą się nieznacznie różnić, chyba że zostaną zastosowane przedłużacze łańcucha. Niektórych systemów nie można łatwo wykonać, jeśli nie zostanie użyta duża ilość wypełniacza kredowego. Tego rodzaju preparaty oczywiście nie mogą być wytwarzane w postaci przezroczystej lub półprzezroczystej.
Opracowywanie uszczelniaczy
Opracowanie nowego szczeliwa składa się z 3 etapów.
1) Koncepcja, produkcja i testowanie w laboratorium – bardzo małe ilości
W tym przypadku chemik laboratoryjny ma nowe pomysły i zazwyczaj zaczyna od ręcznej partii około 100 gramów szczeliwa, aby zobaczyć, jak utwardza się i jaki rodzaj gumy jest wytwarzany. Teraz dostępna jest nowa maszyna „The Hauschild Speed Mix” firmy FlackTek Inc. Ta wyspecjalizowana maszyna jest idealna do mieszania małych porcji po 100 g w ciągu kilku sekund przy jednoczesnym wypuszczaniu powietrza. Jest to ważne, ponieważ pozwala teraz programiście faktycznie przetestować właściwości fizyczne tych małych partii. Krzemionkę koloidalną lub inne wypełniacze, takie jak kreda strącana, można dodać do silikonu w ciągu około 8 sekund. Odpowietrzanie trwa około 20-25 sekund. Maszyna działa w oparciu o podwójny asymetryczny mechanizm wirówki, który zasadniczo wykorzystuje same cząstki jako własne ramiona mieszające. Maksymalna wielkość mieszanki wynosi 100 gramów. Dostępnych jest kilka różnych typów kubków, w tym kubki jednorazowe, co oznacza całkowity brak konieczności czyszczenia.
Kluczowy w procesie formułowania jest nie tylko rodzaj składników, ale także kolejność dodawania i czas mieszania. Naturalnie wykluczenie lub usunięcie powietrza jest ważne, aby zapewnić trwałość produktu, ponieważ pęcherzyki powietrza zawierają wilgoć, która następnie powoduje utwardzanie szczeliwa od wewnątrz.
Gdy chemik uzyska rodzaj szczeliwa wymagany do jego konkretnego zastosowania, skaluje go do 1-litrowego mieszalnika planetarnego, z którego można wyprodukować około 3-4 małych probówek o pojemności 110 ml (3 uncje). Jest to materiał wystarczający do wstępnego badania trwałości i przyczepności oraz do spełnienia wszelkich innych specjalnych wymagań.
Następnie może udać się do maszyny o pojemności 1 lub 2 galonów, aby wyprodukować 8–12 probówek o pojemności 10 uncji w celu dokładniejszych testów i pobierania próbek od klientów. Szczeliwo jest wytłaczane z pojemnika przez metalowy cylinder do wkładu, który pasuje do cylindra opakowaniowego. Po tych testach jest gotowy do zwiększenia skali.
2) Skalowanie i dostrajanie – średnie głośności
W przypadku zwiększania skali preparat laboratoryjny jest obecnie wytwarzany na większej maszynie, zwykle o masie w zakresie 100–200 kg lub w przybliżeniu na bębnie. Ten krok ma dwa główne cele
a) sprawdzenie, czy są jakieś znaczące różnice pomiędzy rozmiarem 4 funtów a większym rozmiarem, które mogą wynikać z szybkości mieszania i dyspersji, szybkości reakcji i różnej ilości prześwitu w mieszance, oraz
b) wyprodukować wystarczającą ilość materiału, aby pobrać próbki od potencjalnych klientów i uzyskać informacje zwrotne z pracy.
Ta 50-galonowa maszyna jest również bardzo przydatna w przypadku produktów przemysłowych, gdy wymagane są małe ilości lub specjalne kolory i trzeba wyprodukować tylko około jednego bębna każdego typu na raz.
Istnieje kilka rodzajów maszyn mieszających. Dwa najczęściej stosowane to mieszalniki planetarne (jak pokazano powyżej) i dyspergatory wysokoobrotowe. Planetarka jest dobra do mieszanek o wyższej lepkości, podczas gdy dyspergator działa lepiej, szczególnie w płynnych układach o niższej lepkości. W przypadku typowych uszczelniaczy budowlanych można zastosować dowolną maszynę, pod warunkiem, że zwróci się uwagę na czas mieszania i potencjalne wytwarzanie ciepła przez dyspergator o dużej prędkości.
3) Ilości produkcyjne na pełną skalę
Miejmy nadzieję, że ostateczna produkcja, która może mieć charakter okresowy lub ciągły, po prostu odtworzy ostateczną recepturę z etapu zwiększania skali. Zwykle stosunkowo niewielka ilość (2 lub 3 partie lub 1-2 godziny ciągłej pracy) materiału jest najpierw wytwarzana na sprzęcie produkcyjnym i sprawdzana przed rozpoczęciem normalnej produkcji.
Testowanie – co i jak testować.
Co
Właściwości fizyczne - wydłużenie, wytrzymałość na rozciąganie i moduł
Przyczepność do odpowiedniego podłoża
Okres przydatności do spożycia – zarówno w trybie przyspieszonym, jak i w temperaturze pokojowej
Szybkość utwardzania – czas utwardzania na skórze, czas bez kleistości, czas zarysowania i utwardzanie na wskroś, temperatura kolorów Stabilność lub stabilność w różnych płynach, takich jak olej
Ponadto sprawdzane lub obserwowane są inne kluczowe właściwości: konsystencja, niski zapach, korozyjność i ogólny wygląd.
Jak
Wyciąga się arkusz szczeliwa i pozostawia do utwardzenia na tydzień. Następnie wycina się specjalny hantle i umieszcza w próbniku rozciągania w celu pomiaru właściwości fizycznych, takich jak wydłużenie, moduł i wytrzymałość na rozciąganie. Służą także do pomiaru sił adhezji/kohezji na specjalnie przygotowanych próbkach. Proste testy przyczepności typu „tak-nie” przeprowadza się poprzez naciąganie kropelek utwardzonego materiału na dane podłoże.
Miernik Shore-A mierzy twardość gumy. Urządzenie to wygląda jak odważnik i miernik z końcówką wciskaną w utwardzoną próbkę. Im bardziej ostrze wnika w gumę, tym bardziej miękka jest guma i tym niższa wartość. Typowy uszczelniacz budowlany będzie miał wartość w zakresie 15-35.
Czasy naskórkowania, czasy braku kleistości i inne specjalne pomiary skóry przeprowadza się albo palcem, albo plastikowymi arkuszami z obciążnikami. Mierzony jest czas, po którym plastik będzie mógł zostać całkowicie usunięty.
Aby zapewnić trwałość, tubki ze szczeliwem poddaje się starzeniu albo w temperaturze pokojowej (co naturalnie zajmuje 1 rok, aby udowodnić roczny okres przydatności do spożycia), albo w podwyższonych temperaturach, zazwyczaj 50 ℃ przez 1,3,5,7 tygodni itd. Po starzeniu procesie (rurę pozostawia się do ostygnięcia w przypadku przyspieszonym), materiał jest wytłaczany z rury i rozciągany na arkusz, gdzie pozostawia się go do utwardzenia. Właściwości fizyczne gumy utworzonej w tych arkuszach testuje się jak poprzednio. Właściwości te porównuje się następnie z właściwościami świeżo złożonych materiałów, aby określić odpowiedni okres trwałości.
Szczegółowe, szczegółowe wyjaśnienie większości wymaganych testów można znaleźć w podręczniku ASTM.
Kilka końcowych wskazówek
Jednoskładnikowe silikony to najwyższej jakości uszczelniacze dostępne na rynku. Mają ograniczenia i jeśli wymagane są szczególne wymagania, mogą zostać specjalnie opracowane.
Kluczowe jest to, aby wszystkie surowce były jak najbardziej suche, receptura stabilna, a w procesie produkcyjnym usunięte zostało powietrze.
Opracowywanie i testowanie to w zasadzie ten sam proces w przypadku każdego szczeliwa jednoczęściowego, niezależnie od jego typu. Przed rozpoczęciem produkcji należy sprawdzić wszystkie możliwe właściwości i dokładnie zrozumieć potrzeby danego zastosowania.
W zależności od wymagań aplikacji można wybrać odpowiednią chemię utwardzania. Na przykład, jeśli wybrano silikon, a zapach, korozja i przyczepność nie są istotne, ale potrzebny jest niski koszt, najlepszym wyborem będzie acetoksyl. Jeśli jednak w grę wchodzą części metalowe, które mogą ulec korozji lub wymagana jest specjalna przyczepność do tworzywa sztucznego w unikalnym błyszczącym kolorze, wówczas potrzebny jest oksym.
[1] Dale’a Flacketta. Związki krzemu: silany i silikony [M]. Gelest Inc: 433-439
* Zdjęcie z uszczelniacza silikonowego OLIVIA
Czas publikacji: 31 marca 2024 r
