Obecnie na rynku dostępnych jest wiele popularnych rodzajów jednoskładnikowych, reaktywnych, elastycznych uszczelniaczy, głównie silikonowych i poliuretanowych. Różne typy elastycznych uszczelniaczy różnią się aktywnymi grupami funkcyjnymi i utwardzoną strukturą łańcucha głównego. W rezultacie istnieją mniej lub bardziej ograniczenia w odpowiednich częściach i polach. Tutaj przedstawiamy mechanizmy utwardzania kilku popularnych jednoskładnikowych, reaktywnych elastycznych uszczelniaczy i porównujemy zalety i wady różnych typów elastycznych uszczelniaczy, aby pogłębić naszą wiedzę i dokonać właściwych wyborów w praktycznych zastosowaniach.
1. Powszechny, jednoskładnikowy, reaktywny, elastyczny mechanizm utwardzania szczeliwa
Typowe jednoskładnikowe, reaktywne elastyczne uszczelniacze obejmują głównie: silikon (SR), poliuretan (PU), modyfikowany poliuretan zakończony sililem (SPU), polieter zakończony sililem (MS). Prepolimer ma różne aktywne grupy funkcyjne i różne mechanizmy reakcji utwardzania.
1.1Mechanizm utwardzania uszczelniacza z elastomeru silikonowego
Rysunek 1. Mechanizm utwardzania szczeliwa silikonowego
W przypadku stosowania uszczelniaczy silikonowych prepolimer reaguje ze śladowymi ilościami wilgoci w powietrzu, a następnie krzepnie lub wulkanizuje pod wpływem katalizatora. Produkty uboczne to substancje drobnocząsteczkowe. Mechanizm pokazano na rysunku 1. W zależności od różnych substancji drobnocząsteczkowych uwalnianych podczas utwardzania, uszczelniacze silikonowe można również podzielić na typu odkwaszającego, typu deketoksymu i typu dealkoholizacji. Zalety i wady tego typu klejów silikonowych podsumowano w tabeli 1.
Tabela 1. Porównanie zalet i wad kilku rodzajów klejów silikonowych
1.2 Mechanizm utwardzania elastycznego uszczelniacza poliuretanowego
Jednoskładnikowy uszczelniacz poliuretanowy (PU) to rodzaj polimeru zawierającego powtarzające się segmenty uretanowe (-NHCOO-) w głównym łańcuchu cząsteczki. Mechanizm utwardzania polega na tym, że izocyjanian reaguje z wodą, tworząc niestabilny pośredni karbaminian, który następnie szybko rozkłada się, tworząc CO2 i aminę, a następnie amina reaguje z nadmiarem izocyjanianu w układzie i ostatecznie tworzy elastomer o strukturze sieciowej. Wzór reakcji utwardzania jest następujący:
Rysunek 1. Mechanizm reakcji utwardzania uszczelniacza poliuretanowego
1.3 Mechanizm utwardzania uszczelniacza poliuretanowego modyfikowanego silanem
Rysunek 3. Mechanizm reakcji utwardzania szczeliwa poliuretanowego modyfikowanego silanem
Ze względu na pewne wady uszczelniaczy poliuretanowych, poliuretan został niedawno zmodyfikowany silanem w celu przygotowania klejów, tworząc nowy rodzaj kleju uszczelniającego z głównym łańcuchem o strukturze poliuretanowej i końcową grupą alkoksysilanową, zwany uszczelniaczem poliuretanowym modyfikowanym silanem (SPU). Reakcja utwardzania tego typu szczeliwa jest podobna do reakcji silikonu, co oznacza, że grupy alkoksylowe reagują z wilgocią, ulegają hydrolizie i polikondensacji, tworząc stabilną trójwymiarową strukturę sieciową Si-O-Si (rysunek 3). Punkty sieciowania sieci oraz pomiędzy punktami sieciowania stanowią elastyczne struktury segmentowe z poliuretanu.
1.4 Mechanizm utwardzania uszczelniaczy polieterowych zakończonych sililem
Szczeliwo polieterowe zakończone sililem (MS) jest jednoskładnikowym elastycznym klejem na bazie modyfikacji silanem. Łączy w sobie zalety zarówno poliuretanu, jak i silikonu, jest nową generacją klejących produktów uszczelniających, niezawierających PCV, oleju silikonowego, izocyjanianów i rozpuszczalników. Klej MS reaguje z wilgocią zawartą w powietrzu w temperaturze pokojowej, dzięki czemu silanizowany polimer o strukturze -Si(OR) OR -SIR (OR)- ulega hydrolizie na końcu łańcucha i sieciowaniu w elastomer za pomocą Si-O- Struktura sieci Si zapewniająca efekt uszczelnienia i wiązania. Proces reakcji utwardzania przebiega następująco:
Rysunek 4. Mechanizm utwardzania szczeliwa polieterowego zakończonego sililem
2. Porównanie zalet i wad powszechnie stosowanych jednoskładnikowych, reaktywnych, elastycznych uszczelniaczy
2.1 Zalety i wady uszczelniaczy silikonowych
⑴Zalety uszczelniacza silikonowego:
① Doskonała odporność na warunki atmosferyczne, odporność na tlen, ozon i odporność na promieniowanie ultrafioletowe; ② Dobra elastyczność w niskich temperaturach.
⑵Wady uszczelniacza silikonowego:
①Słaba ponowna dekoracja i nie można jej pomalować; ②Niska wytrzymałość na rozdarcie; ③Niewystarczająca odporność na olej; ④Nie jest odporny na przebicie; ⑤Warstwa kleju z łatwością wytwarza oleisty odciek, który zanieczyszcza beton, kamień i inne luźne podłoża.
2.2 Zalety i wady uszczelniaczy poliuretanowych
⑴Zalety uszczelniacza poliuretanowego:
① Dobra przyczepność do różnych podłoży; ② Doskonała elastyczność w niskich temperaturach; ③ Dobra elastyczność i doskonałe właściwości regeneracyjne, odpowiednie do połączeń dynamicznych; ④ Wysoka wytrzymałość mechaniczna, doskonała odporność na zużycie, odporność na olej i odporność na starzenie biologiczne; ⑤ Większość jednoskładnikowych, utwardzanych wilgocią uszczelniaczy poliuretanowych nie zawiera rozpuszczalników i nie powoduje zanieczyszczeń podłoża ani środowiska; ⑥ Powierzchnię szczeliwa można pomalować i jest ona łatwa w użyciu.
⑵Wady uszczelniacza poliuretanowego:
① Podczas utwardzania w środowisku o wysokiej temperaturze i dużej wilgotności ze stosunkowo dużą szybkością łatwo tworzą się pęcherzyki, co wpływa na działanie szczeliwa; ② Podczas klejenia i uszczelniania elementów nieporowatych podłoży (takich jak szkło, metal itp.) zazwyczaj wymagany jest podkład; ③ Płytki Formuła koloru jest podatna na starzenie pod wpływem promieni UV, a na stabilność kleju podczas przechowywania duży wpływ mają opakowanie i warunki zewnętrzne; ④ Odporność na ciepło i odporność na starzenie są nieco niewystarczające.
2.3 Zalety i wady uszczelniaczy poliuretanowych modyfikowanych silanami
⑴Zalety uszczelniacza poliuretanowego modyfikowanego silanem:
① Utwardzanie nie powoduje powstawania pęcherzyków; ② Ma dobrą elastyczność, odporność na hydrolizę i stabilność odporności chemicznej; ③ Doskonała odporność na warunki atmosferyczne, odporność na ciepło, odporność na starzenie, stabilność przechowywania produktu; ④ Szerokie możliwości dostosowania do podłoża podczas klejenia Ogólnie rzecz biorąc, nie jest wymagany żaden podkład; ⑤Powierzchnię można pomalować.
⑵Wady uszczelniacza poliuretanowego modyfikowanego silanem:
① Odporność na promieniowanie UV nie jest tak dobra jak szczeliwa silikonowego; ② Odporność na rozdarcie jest nieco gorsza niż szczeliwa poliuretanowego.
2.4 Zalety i wady uszczelniaczy polieterowych zakończonych sililem
⑴Zalety szczeliwa polieterowego zakończonego sililem:
① Ma doskonałe właściwości wiążące z większością podłoży i może uzyskać wiązanie aktywacyjne bez podkładu; ② Ma lepszą odporność na ciepło i starzenie się pod wpływem promieni UV niż zwykły poliuretan; ③ Można go malować na powierzchni.
⑵Wady uszczelniacza polieterowego zakończonego sililem:
① Odporność na warunki atmosferyczne nie jest tak dobra jak w przypadku silikonu silikonowego, a po starzeniu na powierzchni pojawiają się pęknięcia; ② Przyczepność do szkła jest słaba.
Dzięki powyższemu wprowadzeniu uzyskaliśmy wstępne zrozumienie mechanizmów utwardzania kilku powszechnie stosowanych typów jednoskładnikowych, reaktywnych elastycznych uszczelniaczy i porównując ich zalety i wady, możemy osiągnąć ogólne zrozumienie każdego produktu. W praktycznych zastosowaniach szczeliwo można dobrać w zależności od rzeczywistych warunków stosowania części wiążącej, aby uzyskać dobre uszczelnienie lub połączenie części aplikacyjnej.
Czas publikacji: 15 listopada 2023 r