Nie, toto nebude nudné, úprimne – najmä ak máte radi elastické gumené veci. Ak budete čítať ďalej, dozviete sa takmer všetko, čo ste kedy chceli vedieť o jednozložkových silikónových tmeloch.
1) Čo sú to
2) Ako ich vyrobiť
3) Kde ich použiť
Úvod
Čo je to jednozložkový silikónový tmel?
Existuje mnoho typov chemicky vytvrdzujúcich tmelov – najznámejšie sú silikónové, polyuretánové a polysulfidové. Názov pochádza z hlavného reťazca molekúl, ktoré sú v nich zapojené.
Silikónová chrbtica je:
Si – O – Si – O – Si – O – Si
Modifikovaný silikón je nová technológia (aspoň v USA) a v skutočnosti znamená organický základný reťazec vytvrdený silánom. Príkladom je polypropylénoxid s alkoxysilánom terminovaným reťazcom.
Všetky tieto chemické zloženia môžu byť jednozložkové alebo dvojzložkové, čo samozrejme súvisí s počtom častí, ktoré potrebujete na vytvrdnutie materiálu. Jednozložkové teda jednoducho znamená, že otvoríte tubu, kartušu alebo vedro a materiál vytvrdne. Tieto jednozložkové systémy zvyčajne reagujú s vlhkosťou vo vzduchu a menia sa na gumu.
Jednozložkový silikón je teda systém, ktorý je v tube stabilný, kým po vystavení vzduchu nevytvrdne a nevytvorí silikónovú gumu.
Výhody
Jednozložkové silikóny majú mnoho jedinečných výhod.
- Pri správnom zmiešaní sú veľmi stabilné a spoľahlivé s vynikajúcou priľnavosťou a fyzikálnymi vlastnosťami. Trvanlivosť (doba, počas ktorej ich môžete nechať v tube pred použitím) najmenej jeden rok je bežná, pričom niektoré formulácie vydržia mnoho rokov. Silikóny majú tiež nepochybne najlepší dlhodobý výkon. Ich fyzikálne vlastnosti sa v priebehu času takmer nemenia bez vplyvu UV žiarenia a navyše vykazujú vynikajúcu teplotnú stabilitu, ktorá prevyšuje ostatné tmely najmenej o 50 ℃.
Jednozložkové silikóny vytvrdzujú relatívne rýchlo, zvyčajne vytvoria povrchovú vrstvu v priebehu 5 až 10 minút, do jednej hodiny sa stanú nelepivými a za menej ako deň vytvrdnú na elastickú gumu s hrúbkou približne 3 mm. Povrch má príjemný gumový pocit.
-Keďže sa dajú vyrobiť ako priesvitné, čo je samo o sebe dôležitá vlastnosť (priesvitnosť je najpoužívanejšia farba), je relatívne jednoduché ich pigmentovať na akúkoľvek farbu.
Obmedzenia
Silikóny majú dve hlavné obmedzenia.
1) Nedajú sa natrieť farbou na vodnej báze – s farbou na báze rozpúšťadla to môže byť tiež zložité.
2) Po vytvrdnutí môže tmel uvoľniť časť svojho silikónového zmäkčovadla, ktoré pri použití v dilatačnej škáre budovy môže vytvoriť nevzhľadné škvrny pozdĺž okraja škáry.
Samozrejme, vzhľadom na samotnú podstatu jednodielneho systému nie je možné dosiahnuť rýchly hlboký rez vytvrdnutím, pretože systém musí reagovať so vzduchom, a preto vytvrdzuje zhora nadol. Konkrétnejšie, silikóny sa nemôžu použiť ako jediné tesnenie v izolačných sklenených oknách, pretože... Hoci sú vynikajúce v udržiavaní objemu tekutej vody vonku, vodná para relatívne ľahko prechádza cez vytvrdený silikónový kaučuk, čo spôsobuje zahmlievanie izolačných jednotiek.
Trhové oblasti a využitie
Jednozložkové silikóny sa používajú takmer všade, vrátane prípadov, kde, na zdesenie niektorých majiteľov budov, dve vyššie uvedené obmedzenia spôsobujú problémy.
Stavebný a DIY trh tvoria najväčší objem, nasledovaný automobilovým, priemyselným, elektronickým a leteckým priemyslom. Rovnako ako pri všetkých tmeloch, hlavnou funkciou jednozložkových silikónov je priľnúť a vyplniť medzeru medzi dvoma podobnými alebo odlišnými substrátmi, aby sa zabránilo prenikaniu vody alebo prievanu. Niekedy sa zloženie sotva mení, iba sa zlepší jeho tekutosť, na základe ktorej sa z neho vytvorí náter. Najlepší spôsob, ako rozlíšiť náter, lepidlo a tmel, je jednoduchý. Tmel utesňuje dva povrchy, zatiaľ čo náter pokrýva a chráni iba jeden, zatiaľ čo lepidlo extenzívne drží dva povrchy pohromade. Tmel sa najviac podobá lepidlu, keď sa používa v štrukturálnom zasklení alebo izolačnom zasklení, stále však slúži na utesnenie dvoch substrátov a ich udržanie pohromade.
Základná chémia
Silikónový tmel v nevytvrdenom stave zvyčajne vyzerá ako hustá pasta alebo krém. Po vystavení vzduchu sa reaktívne koncové skupiny silikónového polyméru hydrolyzujú (reagujú s vodou) a potom sa navzájom spoja, pričom uvoľňujú vodu a vytvárajú dlhé polymérne reťazce, ktoré spolu reagujú, až kým sa pasta nezmení na pôsobivú gumu. Reaktívna skupina na konci silikónového polyméru pochádza z najdôležitejšej časti formulácie (okrem samotného polyméru), a to zosieťovacieho činidla. Práve zosieťovacie činidlo dodáva tmelu jeho charakteristické vlastnosti buď priamo, ako je zápach a rýchlosť vytvrdzovania, alebo nepriamo, ako je farba, priľnavosť atď., a to vďaka iným surovinám, ktoré sa môžu použiť so špecifickými systémami zosieťovacích činidiel, ako sú plnivá a promótory adhézie. Výber správneho zosieťovacieho činidla je kľúčom k určeniu konečných vlastností tmelu.
Typy vytvrdzovania
Existuje niekoľko rôznych systémov vytvrdzovania.
1) Acetoxy (kyslý octový zápach)
2) Oxím
3) Alkoxy
4) Benzamid
5) Amín
6) Aminoxy
Oxímy, alkoxy a benzamidy (v Európe sa častejšie používajú) sú takzvané neutrálne alebo nekyslé systémy. Amíny a aminoxy systémy majú amoniakálny zápach a zvyčajne sa používajú skôr v automobilovom a priemyselnom priemysle alebo v špecifických vonkajších stavebných aplikáciách.
Suroviny
Formulácie obsahujú niekoľko rôznych zložiek, z ktorých niektoré sú voliteľné, v závislosti od zamýšľaného konečného použitia.
Jedinými absolútne nevyhnutnými surovinami sú reaktívny polymér a zosieťovacie činidlo. Takmer vždy sa však pridávajú plnivá, adhézne látky, nereaktívny (zmäkčovadlo) a katalyzátory. Okrem toho sa môže použiť mnoho ďalších prísad, ako sú farebné pasty, fungicídy, spomaľovače horenia a tepelné stabilizátory.
Základné formulácie
Typická formulácia oxímového tmelu pre konštrukciu alebo svojpomocne vyrobenú zmes bude vyzerať približne takto:
| % | ||
| Polydimetylsiloxán, zakončený OH skupinami, 50 000 cps | 65,9 | Polymér |
| Polydimetylsiloxán, trimetylterminálny, 1000 cps | 20 | Plastifikátor |
| Metyltrioximinosilán | 5 | Zosieťovacie činidlo |
| Aminopropyltrietoxysilán | 1 | Promótor adhézie |
| 150 m²/g povrchovej plochy pyrogénneho oxidu kremičitého | 8 | Plnivo |
| Dibutylcíndilaurát | 0,1 | Katalyzátor |
| Celkom | 100 |
Fyzikálne vlastnosti
Medzi typické fyzikálne vlastnosti patria:
| Predĺženie (%) | 550 |
| Pevnosť v ťahu (MPa) | 1,9 |
| Modul pružnosti pri predĺžení 100 (MPa) | 0,4 |
| Tvrdosť Shore A | 22 |
| Čas tvorby kože (min) | 10 |
| Čas do zaschnutia (min) | 60 |
| Čas škrabania (min) | 120 |
| Vytvrdnutie (mm za 24 hodín) | 2 |
Formulácie používajúce iné zosieťovacie činidlá budú vyzerať podobne, možno sa budú líšiť v úrovni zosieťovacieho činidla, type adhézneho promótora a katalyzátoroch vytvrdzovania. Ich fyzikálne vlastnosti sa budú mierne líšiť, pokiaľ nie sú použité predlžovače reťazca. Niektoré systémy sa nedajú ľahko vyrobiť bez použitia veľkého množstva kriedového plniva. Tieto druhy formulácií sa samozrejme nedajú vyrobiť v čírom alebo priesvitnom type.
Vývoj tmelov
Vývoj nového tmelu prebieha v 3 fázach.
1) Koncepcia, výroba a testovanie v laboratóriu – veľmi malé objemy
Tu má laboratórny chemik nové nápady a zvyčajne začína s ručnou dávkou približne 100 gramov tmelu, aby zistil, ako vytvrdne a aký druh gumy sa vyrobí. Teraz je k dispozícii nový stroj „The Hauschild Speed Mix“ od spoločnosti FlackTek Inc. Tento špecializovaný stroj je ideálny na miešanie týchto malých 100 g dávok v priebehu niekoľkých sekúnd za súčasného vytlačenia vzduchu. To je dôležité, pretože teraz umožňuje vývojárovi skutočne testovať fyzikálne vlastnosti týchto malých dávok. Dymový oxid kremičitý alebo iné plnivá, ako napríklad zrážané kriedy, sa dajú do silikónu vmiešať približne za 8 sekúnd. Odvzdušnenie trvá približne 20 – 25 sekúnd. Stroj funguje na princípe dvojitého asymetrického odstredivého mechanizmu, ktorý v podstate využíva samotné častice ako vlastné miešacie ramená. Maximálna veľkosť zmesi je 100 gramov a k dispozícii je niekoľko rôznych typov pohárov vrátane jednorazových, čo znamená, že nie je potrebné žiadne čistenie.
Kľúčom v procese formulácie nie sú len druhy zložiek, ale aj poradie pridávania a časy miešania. Prirodzene, vylúčenie alebo odstránenie vzduchu je dôležité, aby sa zabezpečila trvanlivosť produktu, pretože vzduchové bubliny obsahujú vlhkosť, ktorá potom spôsobí vytvrdnutie tmelu zvnútra.
Keď chemik získa druh tmelu, ktorý je potrebný pre jeho konkrétnu aplikáciu, zväčší objem planetárneho miešadla na 1 liter, ktoré dokáže vyrobiť približne 3 – 4 malé skúmavky s objemom 110 ml (3 oz). To je dostatočný materiál na počiatočné testovanie skladovateľnosti a test priľnavosti, plus akékoľvek ďalšie špeciálne požiadavky.
Potom môže prejsť k 1- alebo 2-galónovému stroju na výrobu 8 – 12 10-uncových túb na podrobnejšie testovanie a odber vzoriek od zákazníkov. Tesniaca hmota sa vytláča z nádoby cez kovový valec do kartuše, ktorá sa nasadzuje na baliaci valec. Po týchto testoch je pripravený na zväčšenie rozsahu výroby.
2) Zväčšovanie a jemné doladenie – stredné objemy
Pri zväčšovaní rozsahu sa laboratórna formulácia teraz vyrába na väčšom stroji, zvyčajne s hmotnosťou 100 – 200 kg alebo približne jedného suda. Tento krok má dva hlavné účely.
a) zistiť, či existujú nejaké významné zmeny medzi zrnitosťou s hmotnosťou 4 libry a touto väčšou zrnitosťou, ktoré môžu byť dôsledkom rýchlosti miešania a dispergácie, reakčných rýchlostí a rôzneho množstva šmyku v zmesi, a
b) vytvoriť dostatok materiálu na ochutnávku potenciálnych zákazníkov a získať skutočnú spätnú väzbu priamo z práce.
Tento 50-galónový stroj je tiež veľmi užitočný pre priemyselné produkty, keď sú potrebné malé objemy alebo špeciálne farby a naraz je potrebné vyrobiť iba približne jeden sud od každého typu.
Existuje niekoľko typov miešacích strojov. Dva najbežnejšie používané sú planetárne miešačky (ako je uvedené vyššie) a vysokorýchlostné dispergátory. Planetárny miešač je vhodný pre zmesi s vyššou viskozitou, zatiaľ čo dispergátor funguje lepšie najmä v tekutých systémoch s nižšou viskozitou. V typických stavebných tmeloch je možné použiť ktorýkoľvek zo strojov, pokiaľ sa dáva pozor na čas miešania a potenciálne vytváranie tepla vysokorýchlostným dispergátorom.
3) Množstvá výroby v plnom rozsahu
Konečná výroba, ktorá môže byť dávková alebo kontinuálna, dúfajme, že jednoducho reprodukuje konečnú receptúru z kroku zväčšovania rozsahu. Zvyčajne sa najprv vo výrobnom zariadení vyrobí relatívne malé množstvo (2 alebo 3 dávky alebo 1 – 2 hodiny kontinuálnej výroby) materiálu a pred spustením bežnej výroby sa skontroluje.
Testovanie – čo a ako testovať.
Čo
Fyzikálne vlastnosti - predĺženie, pevnosť v ťahu a modul
Priľnavosť k vhodnému podkladu
Trvanlivosť - zrýchlená aj pri izbovej teplote
Rýchlosti vytvrdnutia - čas vytvorenia povrchovej šupky, čas zaschnutia lepivosti, čas poškriabaniu a vytvrdnutie do úplného vytvrdnutia, farby, teplotná stabilita alebo stabilita v rôznych tekutinách, ako je olej
Okrem toho sa kontrolujú alebo pozorujú aj ďalšie kľúčové vlastnosti: konzistencia, nízky zápach, korozívnosť a celkový vzhľad.
Ako
Vytiahne sa vrstva tmelu a nechá sa týždeň vytvrdnúť. Potom sa vyreže špeciálna činka a vloží sa do prístroja na meranie ťahových vlastností, ako je predĺženie, modul a pevnosť v ťahu. Používajú sa aj na meranie adhéznych/kohéznych síl na špeciálne pripravených vzorkách. Jednoduché testy adhézie typu áno/nie sa vykonávajú ťahaním guľôčok materiálu vytvrdeného na príslušných podkladoch.
Shore-A meter meria tvrdosť gumy. Toto zariadenie vyzerá ako závažie a meradlo s hrotom zatlačeným do vytvrdenej vzorky. Čím viac hrot preniká do gumy, tým je guma mäkšia a tým nižšia je hodnota. Typický stavebný tmel bude mať tvrdosť v rozmedzí 15-35.
Časy tvorby povrchovej šupky, časy nelepivosti a ďalšie špeciálne merania povrchovej šupky sa vykonávajú buď prstom, alebo pomocou plastových fólií so závažím. Meria sa čas, ktorý uplynie predtým, ako sa plast dá čisto stiahnuť.
Pre dosiahnutie trvanlivosti sa tuby s tmelom nechajú zrieť buď pri izbovej teplote (čo prirodzene trvá 1 rok, aby sa preukázala ročná trvanlivosť), alebo pri zvýšených teplotách, zvyčajne 50 °C počas 1, 3, 5, 7 týždňov atď. Po procese zrenia (v zrýchlenom prípade sa tuba nechá vychladnúť) sa materiál z tuby vytlačí a vytiahne do fólie, kde sa nechá vytvrdnúť. Fyzikálne vlastnosti gumy vytvorenej v týchto fóliách sa testujú ako predtým. Tieto vlastnosti sa potom porovnajú s vlastnosťami čerstvo zmiešaných materiálov, aby sa určila vhodná trvanlivosť.
Podrobné vysvetlenie väčšiny požadovaných testov možno nájsť v príručke ASTM.
Niekoľko záverečných tipov
Jednozložkové silikóny sú najkvalitnejšie dostupné tmely. Majú však obmedzenia a ak sú vyžadované špecifické požiadavky, môžu byť vyvinuté špeciálne.
Je kľúčové zabezpečiť, aby všetky suroviny boli čo najsuchšie, aby bola receptúra stabilná a aby sa počas výrobného procesu odstránil vzduch.
Vývoj a testovanie je v podstate rovnaký proces pre akýkoľvek tmel z jednej zložky bez ohľadu na typ – len sa uistite, že ste pred začatím výroby skontrolovali všetky možné vlastnosti a že máte jasnú predstavu o potrebách aplikácie.
V závislosti od požiadaviek aplikácie je možné zvoliť správnu chémiu vytvrdzovania. Napríklad, ak sa vyberie silikón a zápach, korózia a priľnavosť sa nepovažujú za dôležité, ale sú potrebné nízke náklady, potom je acetoxy tou správnou voľbou. Ak však ide o kovové časti, ktoré môžu korodovať, alebo je požadovaná špeciálna priľnavosť k plastu v jedinečnej lesklej farbe, potom potrebujete oxím.
[1] Dale Flackett. Kremíkové zlúčeniny: Silány a silikóny [M]. Gelest Inc: 433-439
* Fotografia od silikónového tmelu OLIVIA
Čas uverejnenia: 31. marca 2024
