Obecnie na rynku dostępnych jest wiele popularnych rodzajów jednoskładnikowych reaktywnych uszczelniaczy elastycznych, głównie silikonowych i poliuretanowych. Różne rodzaje uszczelniaczy elastycznych różnią się aktywnymi grupami funkcyjnymi i utwardzoną strukturą łańcucha głównego. W rezultacie istnieją mniejsze lub większe ograniczenia w ich zastosowaniach i obszarach zastosowania. W niniejszym artykule przedstawiamy mechanizmy utwardzania kilku popularnych jednoskładnikowych reaktywnych uszczelniaczy elastycznych oraz porównujemy ich zalety i wady, aby pogłębić naszą wiedzę i dokonać właściwego wyboru w praktycznych zastosowaniach.
1. Typowy mechanizm utwardzania jednoskładnikowego reaktywnego uszczelniacza elastycznego
Do powszechnie stosowanych jednoskładnikowych reaktywnych uszczelniaczy elastycznych zaliczają się głównie: silikon (SR), poliuretan (PU), modyfikowany poliuretan z zakończeniami sylilowymi (SPU), polieter z zakończeniami sylilowymi (MS). Prepolimer ma różne aktywne grupy funkcyjne i różne mechanizmy reakcji utwardzania.
1.1Mechanizm utwardzania uszczelniacza elastomerowego silikonowego
Rysunek 1. Mechanizm utwardzania uszczelniacza silikonowego
W przypadku stosowania uszczelniaczy silikonowych, prepolimer reaguje ze śladowymi ilościami wilgoci zawartej w powietrzu, a następnie utwardza się lub wulkanizuje pod wpływem katalizatora. Produktami ubocznymi są substancje małocząsteczkowe. Mechanizm tego procesu przedstawiono na rysunku 1. Ze względu na rodzaj substancji małocząsteczkowych uwalnianych podczas utwardzania, uszczelniacze silikonowe można również podzielić na odkwaszające, deketoksymowe i dealkoholizujące. Zalety i wady tych rodzajów klejów silikonowych podsumowano w tabeli 1.
Tabela 1. Porównanie zalet i wad różnych rodzajów klejów silikonowych
1.2 Mechanizm utwardzania elastycznego uszczelniacza poliuretanowego
Jednoskładnikowy uszczelniacz poliuretanowy (PU) to rodzaj polimeru zawierającego powtarzające się segmenty uretanowe (-NHCOO-) w łańcuchu głównym cząsteczki. Mechanizm utwardzania polega na tym, że izocyjanian reaguje z wodą, tworząc niestabilny karbaminian pośredni, który następnie szybko rozkłada się, wytwarzając CO2 i aminę. Następnie amina reaguje z nadmiarem izocyjanianu w układzie, tworząc ostatecznie 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 uszczelniacza poliuretanowego modyfikowanego silanem
W obliczu pewnych wad uszczelniaczy poliuretanowych, poliuretan został ostatnio zmodyfikowany silanem w celu uzyskania klejów. W rezultacie powstał nowy rodzaj kleju uszczelniającego z głównym łańcuchem struktury poliuretanowej i alkoksysilanową grupą końcową, zwany uszczelniaczem poliuretanowym modyfikowanym silanem (SPU). Reakcja utwardzania tego rodzaju uszczelniacza jest podobna do reakcji silikonu, co oznacza, że grupy alkoksylowe reagują z wilgocią, ulegając hydrolizie i polikondensacji, tworząc stabilną trójwymiarową strukturę sieciową Si-O-Si (rysunek 3). Punkty sieciowania sieciowego oraz przestrzenie między punktami sieciowania tworzą elastyczne struktury segmentowe poliuretanu.
1.4 Mechanizm utwardzania uszczelniaczy polieterowych zakończonych grupami sylilowymi
Uszczelniacz polieterowy (MS) z grupami sylilowymi to jednoskładnikowy, elastyczny klej na bazie modyfikacji silanowej. Łączy zalety poliuretanu i silikonu, stanowiąc nową generację klejów i uszczelniaczy, niezawierających PCW, oleju silikonowego, izocyjanianów ani 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 o strukturze sieciowej Si-O-Si, zapewniając efekt uszczelniający i wiążący. Proces utwardzania przebiega następująco:
Rysunek 4. Mechanizm utwardzania uszczelniacza polieterowego zakończonego grupami sylilowymi
2. Porównanie zalet i wad powszechnie stosowanych jednoskładnikowych reaktywnych uszczelniaczy elastycznych
2.1 Zalety i wady uszczelniaczy silikonowych
⑴Zalety uszczelniacza silikonowego:
① Doskonała odporność na warunki atmosferyczne, tlen, ozon i promieniowanie ultrafioletowe; ② Dobra elastyczność w niskich temperaturach.
⑵Wady uszczelniacza silikonowego:
① Słabe odnowienie i brak możliwości malowania; ② Niska wytrzymałość na rozdarcie; ③ Niewystarczająca odporność na olej; ④ Brak odporności na przebicie; ⑤ Warstwa klejąca łatwo wydziela oleiste wycieki, które zanieczyszczają 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 odzyskiwania kształtu, odpowiednie do połączeń dynamicznych; ④ Wysoka wytrzymałość mechaniczna, doskonała odporność na zużycie, odporność na olej i starzenie biologiczne; ⑤ Większość jednoskładnikowych uszczelniaczy poliuretanowych utwardzanych wilgocią nie zawiera rozpuszczalników i nie zanieczyszcza podłoża ani środowiska; ⑥ Powierzchnię uszczelniacza można malować i jest łatwa w użyciu.
⑵Wady uszczelniacza poliuretanowego:
① Podczas utwardzania w środowisku o wysokiej temperaturze i wilgotności ze stosunkowo dużą prędkością łatwo tworzą się pęcherzyki, co wpływa na wydajność uszczelniacza; ② Podczas klejenia i uszczelniania elementów podłoży nieporowatych (takich jak szkło, metal itp.) zazwyczaj wymagany jest podkład; ③ Płytka formuła koloru jest podatna na starzenie pod wpływem promieniowania UV, a stabilność przechowywania kleju jest w dużym stopniu zależna od opakowania i warunków zewnętrznych; ④ Odporność na ciepło i starzenie jest nieznacznie niewystarczająca.
2.3 Zalety i wady uszczelniaczy poliuretanowych modyfikowanych silanem
⑴Zalety uszczelniacza poliuretanowego modyfikowanego silanem:
① Utwardzanie nie powoduje powstawania pęcherzyków powietrza; ② Dobra elastyczność, odporność na hydrolizę i stabilność chemiczna; ③ Doskonała odporność na warunki atmosferyczne, odporność na ciepło, odporność na starzenie, stabilność podczas przechowywania; ④ Szeroka adaptacja do podłoży podczas klejenia. Zasadniczo nie jest wymagany podkład; ⑤Powierzchnię można malować.
⑵Wady uszczelniacza poliuretanowego modyfikowanego silanem:
① Odporność na promieniowanie UV nie jest tak dobra jak w przypadku uszczelniacza silikonowego; ② Odporność na rozdarcie jest nieco gorsza niż w przypadku uszczelniacza poliuretanowego.
2.4 Zalety i wady uszczelniaczy polieterowych zakończonych grupami sylilowymi
⑴Zalety uszczelniacza polieterowego zakończonego grupami sylilowymi:
① Posiada doskonałe właściwości wiążące z większością podłoży i umożliwia uzyskanie wiązania aktywacyjnego bez konieczności stosowania podkładu; ② Ma lepszą odporność na ciepło i starzenie pod wpływem promieniowania UV niż zwykły poliuretan; ③ Można go malować na jego powierzchni.
⑵Wady uszczelniacza polieterowego zakończonego grupami sylilowymi:
① Odporność na warunki atmosferyczne nie jest tak dobra jak w przypadku silikonu, a po zużyciu na powierzchni pojawiają się pęknięcia. ② Przyczepność do szkła jest słaba.
Dzięki powyższemu wprowadzeniu uzyskaliśmy wstępne zrozumienie mechanizmów utwardzania kilku powszechnie stosowanych rodzajów jednoskładnikowych, reaktywnych, elastycznych uszczelniaczy, a poprzez porównanie ich zalet i wad, możemy uzyskać ogólne zrozumienie każdego produktu. W zastosowaniach praktycznych, uszczelniacz można dobrać w zależności od rzeczywistych warunków aplikacji klejonego elementu, aby uzyskać dobre uszczelnienie lub wiązanie klejonego elementu.
Czas publikacji: 15-11-2023