Нет, честно, это не будет скучно, особенно если вы любите эластичную резину. Читая дальше, вы узнаете почти всё, что хотели знать об однокомпонентных силиконовых герметиках.
1) Что они собой представляют?
2) Как их сделать
3) Где их использовать
Введение
Что такое однокомпонентный силиконовый герметик?
Существует множество типов химически отверждающихся герметиков, наиболее известные из которых — силикон, полиуретан и полисульфид. Название происходит от структуры молекул, участвующих в их формировании.
Силиконовый остов представляет собой:
Си – О – Си – О – Си – О – Си
Модифицированный силикон — это новая технология (по крайней мере, в США), которая фактически представляет собой органическую основу, отверждённую силаном. Примером может служить полипропиленоксид с концевыми алкоксисилановыми группами.
Все эти составы могут быть одно- или двухкомпонентными, что, очевидно, зависит от количества компонентов, необходимых для вулканизации. Таким образом, однокомпонентный состав означает, что достаточно просто открыть тюбик, картридж или ведро, и ваш материал затвердеет. Обычно эти однокомпонентные системы реагируют с влагой из воздуха, превращаясь в резину.
Итак, однокомпонентный силикон — это система, которая стабильна в тюбике до тех пор, пока под воздействием воздуха она не затвердеет, образуя силиконовую резину.
Преимущества
Однокомпонентные силиконы имеют множество уникальных преимуществ.
При правильном приготовлении они очень стабильны и надёжны, обладают превосходной адгезией и физическими свойствами. Срок годности (время, в течение которого герметик можно хранить в тюбике до использования) обычно составляет не менее одного года, а некоторые составы служат много лет. Силиконы также, несомненно, обладают наилучшими характеристиками долговечности. Их физические свойства практически не меняются со временем, не подвержены влиянию ультрафиолетового излучения, и, кроме того, они демонстрируют отличную термостойкость, превосходящую другие герметики как минимум на 50 °C.
Однокомпонентные силиконы затвердевают относительно быстро: обычно в течение 5–10 минут образуется плёнка, которая перестаёт быть липкой в течение часа, а менее чем за сутки затвердевает до состояния эластичной резины толщиной около 0,5 мм. Поверхность получается приятной на ощупь.
-Поскольку их можно сделать полупрозрачными, что само по себе является важной характеристикой (полупрозрачный — наиболее используемый цвет), их сравнительно легко пигментировать в любой цвет.
Ограничения
У силиконов есть два основных ограничения.
1) Их нельзя красить красками на водной основе, а вот с красками на основе растворителя могут возникнуть проблемы.
2) После затвердевания герметик может выделить часть своего силиконового пластификатора, который при использовании в компенсационных швах зданий может привести к образованию некрасивых пятен по краям шва.
Конечно, из-за своей однокомпонентности невозможно добиться быстрого глубокого отверждения, поскольку система должна реагировать с воздухом, то есть отверждаться сверху вниз. Если говорить точнее, силиконы не могут использоваться в качестве единственного герметика в стеклопакетах, поскольку… Хотя они отлично удерживают влагу, водяной пар относительно легко проходит через затвердевший силиконовый каучук, вызывая запотевание стеклопакетов.
Рыночные зоны и области применения
Однокомпонентные силиконы используются практически везде и всюду, в том числе, к большому разочарованию некоторых владельцев зданий, где два вышеупомянутых ограничения создают проблемы.
Строительство и рынки DIY занимают основной объем, за ними следуют автомобильная, промышленная, электронная и аэрокосмическая отрасли. Как и у всех герметиков, основная функция однокомпонентных силиконов заключается в склеивании и заполнении зазоров между двумя одинаковыми или разнородными поверхностями, чтобы предотвратить проникновение воды или сквозняков. Иногда формула практически не меняется, за исключением того, что она становится более текучей, после чего она становится покрытием. Лучший способ отличить покрытие, клей и герметик прост. Герметик герметизирует между двумя поверхностями, тогда как покрытие покрывает и защищает только одну, а клей в значительной степени удерживает две поверхности вместе. Герметик больше всего похож на клей, когда он используется в структурном остеклении или стеклопакетах, однако он по-прежнему выполняет функцию герметизации двух поверхностей в дополнение к их удерживанию вместе.
Основы химии
Силиконовый герметик в неотверждённом состоянии обычно выглядит как густая паста или крем. Под воздействием воздуха реакционноспособные концевые группы силиконового полимера гидролизуются (реагируют с водой), а затем соединяются друг с другом, выделяя воду и образуя длинные полимерные цепи, которые продолжают реагировать друг с другом, пока паста в конечном итоге не превратится в впечатляющую резину. Реакционноспособная группа на конце силиконового полимера происходит из самой важной части рецептуры (исключая сам полимер), а именно от сшивающего агента. Именно сшивающий агент придаёт герметику его характерные свойства либо напрямую, такие как запах и скорость отверждения, либо косвенно, такие как цвет, адгезия и т. д., благодаря другим исходным материалам, которые могут использоваться со специфическими сшивающими системами, такими как наполнители и усилители адгезии. Выбор правильного сшивающего агента имеет ключевое значение для определения конечных свойств герметика.
Типы отверждения
Существует несколько различных систем отверждения.
1) Ацетокси (кислый запах уксуса)
2) Оксим
3) Алкокси
4) Бензамид
5) Амин
6) Аминокси
Оксимы, алкоксимы и бензамиды (более широко используемые в Европе) представляют собой так называемые нейтральные или некислотные системы. Амины и аминоксисистемы имеют запах аммиака и обычно используются в автомобильной промышленности, а также в строительстве на открытом воздухе.
Сырье
В состав рецептур входит несколько различных компонентов, некоторые из которых являются необязательными и зависят от предполагаемого конечного использования.
Единственными абсолютно необходимыми исходными материалами являются реактивный полимер и сшивающий агент. Однако практически всегда добавляются наполнители, усилители адгезии, нереактивные (пластифицирующие) полимеры и катализаторы. Кроме того, может использоваться множество других добавок, таких как пигментные пасты, фунгициды, антипирены и термостабилизаторы.
Основные формулировки
Типичная формула оксимного строительного или самодельного герметика будет выглядеть примерно так:
| % | ||
| Полидиметилсилоксан, концевая группа ОН, 50 000 сП | 65.9 | Полимер |
| Полидиметилсилоксан, триметилконцевой, 1000 сП | 20 | Пластификатор |
| Метилтриоксиминосилан | 5 | Сшивающий агент |
| Аминопропилтриэтоксисилан | 1 | Усилитель адгезии |
| 150 кв.м/г площади поверхности пирогенного диоксида кремния | 8 | Наполнитель |
| Дилаурат дибутилолова | 0.1 | Катализатор |
| Общий | 100 |
Физические свойства
Типичные физические свойства включают в себя:
| Удлинение (%) | 550 |
| Прочность на растяжение (МПа) | 1.9 |
| Модуль упругости при 100-кратном удлинении (МПа) | 0,4 |
| Твердость по Шору А | 22 |
| Время скин-эффекта (мин) | 10 |
| Время отверждения до отлипа (мин) | 60 |
| Время скретча (мин) | 120 |
| Полное отверждение (мм за 24 часа) | 2 |
Составы с другими сшивающими агентами будут выглядеть схоже, возможно, различаясь содержанием сшивающего агента, типом усилителя адгезии и катализаторов отверждения. Их физические свойства будут немного различаться, если не используются удлинители цепей. Некоторые системы сложно приготовить без использования большого количества мелового наполнителя. Такие составы, очевидно, не могут быть изготовлены в прозрачном или полупрозрачном виде.
Разработка герметиков
Разработка нового герметика осуществляется в 3 этапа.
1) Разработка, производство и тестирование в лаборатории – очень маленькие объемы
Здесь у химика-лаборанта появляются новые идеи, и обычно он начинает с ручной партии герметика примерно в 100 граммов, чтобы посмотреть, как он затвердеет и какой вид резины получится. Теперь доступна новая машина «The Hauschild Speed Mix» от FlackTek Inc. Эта специализированная машина идеально подходит для смешивания небольших партий по 100 граммов за считанные секунды, удаляя воздух. Это важно, поскольку теперь она позволяет разработчику фактически тестировать физические свойства этих небольших партий. Пигментированный диоксид кремния или другие наполнители, такие как осажденный мел, можно добавить в силикон примерно за 8 секунд. Удаление воздуха занимает около 20-25 секунд. Машина работает по принципу двойной асимметричной центрифуги, которая, по сути, использует сами частицы в качестве собственных перемешивающих лопастей. Максимальный размер смеси составляет 100 граммов, и доступно несколько различных типов стаканчиков, включая одноразовые, что означает полную отмену необходимости в очистке.
Ключевым фактором в процессе приготовления герметика является не только выбор ингредиентов, но и порядок их добавления и время смешивания. Естественно, исключение или удаление воздуха важно для обеспечения срока годности продукта, поскольку пузырьки воздуха содержат влагу, которая затем способствует отверждению герметика изнутри.
Получив необходимый для конкретного применения герметик, химик масштабирует его до планетарного миксера объёмом в одну кварту, который может произвести около 3-4 небольших тюбиков по 110 мл (3 унции). Этого материала достаточно для первоначального испытания на срок годности и адгезию, а также для любых других специальных испытаний.
Затем он может перейти к установке объёмом 1 или 2 галлона (3,5 л) и произвести 8–12 тюбиков по 10 унций (285 мл) для более глубокого тестирования и отбора образцов у клиентов. Герметик выдавливается из тюбика через металлический цилиндр в картридж, который надевается на упаковочный цилиндр. После этих испытаний он готов к масштабированию.
2) Масштабирование и тонкая настройка — средние объемы
В масштабах лаборатории рецептуру теперь производят на более крупной установке, обычно объёмом 100–200 кг или примерно с бочку. Этот этап преследует две основные цели:
а) чтобы увидеть, есть ли какие-либо существенные изменения между размером 4 фунта и этим большим размером, которые могут быть результатом скоростей смешивания и диспергирования, скоростей реакции и разного количества прозрачности в смеси, и
б) подготовить достаточно материала для опроса потенциальных клиентов и получить реальную обратную связь по ходу работы.
Эта 50-галлонная машина также очень полезна для промышленной продукции, когда требуются небольшие объемы или особые цвета и нужно производить только одну бочку каждого типа за раз.
Существует несколько типов смесительных машин. Два наиболее распространённых — планетарные миксеры (как показано выше) и высокоскоростные диспергаторы. Планетарный миксер хорош для смесей с высокой вязкостью, тогда как диспергатор особенно эффективен в текучих системах с низкой вязкостью. Для типичных строительных герметиков можно использовать любую из этих машин, при условии соблюдения времени смешивания и возможного тепловыделения высокоскоростного диспергатора.
3) Объемы производства в полном масштабе
Конечное производство, которое может быть периодическим или непрерывным, как ожидается, будет просто воспроизводить конечную рецептуру, полученную на этапе масштабирования. Обычно сначала на производственном оборудовании производится относительно небольшое количество материала (2-3 партии или 1-2 часа непрерывного производства), которое проверяется перед началом стандартного производства.
Тестирование - что и как тестировать.
Что
Физические свойства: удлинение, прочность на разрыв и модуль упругости
Адгезия к соответствующему субстрату
Срок годности — как ускоренный, так и при комнатной температуре
Скорость отверждения: время образования пленки, время до отлипа, время до царапания и полное отверждение, цветовая температурная стабильность или стабильность в различных жидкостях, таких как масло
Кроме того, проверяются и наблюдаются другие ключевые свойства: консистенция, слабый запах, коррозионная активность и общий внешний вид.
Как
Лист герметика растягивается и оставляется для затвердевания на неделю. Затем вырезается специальный гантель и помещается в испытательную машину на растяжение для измерения физических свойств, таких как удлинение, модуль упругости и прочность на разрыв. Они также используются для измерения адгезионных/когезионных сил на специально подготовленных образцах. Простые испытания на адгезию типа «да/нет» проводятся путем растягивания капель затвердевшего материала на исследуемых основаниях.
Измеритель твёрдости по Шору А измеряет твёрдость резины. Это устройство представляет собой гирю с щупом, вдавливающимся в вулканизированный образец. Чем глубже щуп проникает в резину, тем она мягче и тем ниже значение твёрдости. Типичный строительный герметик имеет твёрдость в диапазоне от 15 до 35.
Время образования плёнки, время до отлипа и другие специальные измерения проводятся либо пальцем, либо с помощью пластиковых листов с грузиками. Измеряется время, после которого плёнка может быть аккуратно снята.
Для определения срока годности тюбики с герметиком выдерживают либо при комнатной температуре (что, естественно, требует 1 года для подтверждения годового срока годности), либо при повышенных температурах, обычно 50 °C, в течение 1, 3, 5, 7 недель и т. д. После процесса старения (в случае ускоренного старения тюбик охлаждается), материал выдавливается из тюбика и формируется в лист, где он вулканизируется. Физические свойства резины, полученной в этих листах, проверяются, как и ранее. Затем эти свойства сравниваются со свойствами свежеприготовленных материалов для определения соответствующего срока годности.
Подробное описание большинства необходимых испытаний можно найти в справочнике ASTM.
Несколько последних советов
Однокомпонентные силиконы — самые качественные герметики из всех существующих. Они имеют ограничения, и при наличии особых требований они могут быть разработаны специально.
Крайне важно убедиться, что все сырье максимально сухое, рецептура стабильная и в процессе производства удален воздух.
Разработка и тестирование — это, по сути, один и тот же процесс для любого однокомпонентного герметика независимо от типа — просто убедитесь, что вы проверили все возможные свойства, прежде чем приступить к массовому производству, и что у вас есть четкое понимание потребностей в области применения.
В зависимости от условий применения можно подобрать подходящий химический состав отверждения. Например, если выбран силикон, а запах, коррозия и адгезия не важны, но требуется низкая стоимость, то ацетокси — лучший выбор. Однако, если речь идёт о металлических деталях, подверженных коррозии, или требуется особая адгезия к пластику с уникальным глянцевым цветом, вам понадобится оксим.
[1] Дейл Флэкетт. Кремниевые соединения: силаны и силиконы [M]. Gelest Inc: 433-439
* Фото силиконового герметика OLIVIA
Время публикации: 31 марта 2024 г.
