Наразі на ринку представлено багато поширених типів однокомпонентних реактивних еластичних герметиків, головним чином силіконові та поліуретанові герметики. Різні типи еластичних герметиків відрізняються активними функціональними групами та структурою основних ланцюгів, що затверділи. Як наслідок, існують більш-менш обмеження в їх застосуванні та сферах застосування. Тут ми представимо механізми затвердіння кількох поширених однокомпонентних реактивних еластичних герметиків та порівняємо переваги та недоліки різних типів еластичних герметиків, щоб поглибити наше розуміння та зробити відповідний вибір у практичному застосуванні.
1. Загальний механізм затвердіння однокомпонентного реактивного еластичного герметика
До поширених однокомпонентних реактивних еластичних герметиків належать: силікон (SR), поліуретан (PU), модифікований поліуретан з термінальними силами (SPU), поліефір з термінальними силами (MS). Преполімер має різні активні функціональні групи та різні механізми реакції затвердіння.
1.1Механізм затвердіння силіконового еластомерного герметика
Рисунок 1. Механізм затвердіння силіконового герметика
Під час використання силіконових герметиків преполімер реагує зі слідовими кількостями вологи в повітрі, а потім твердне або вулканізується під дією каталізатора. Побічними продуктами є низькомолекулярні речовини. Механізм цього процесу показано на рисунку 1. Залежно від різних низькомолекулярних речовин, що вивільняються під час затвердіння, силіконові герметики також можна розділити на типи деацидифікації, декетоксиму та деалкоголізації. Переваги та недоліки цих типів силіконового клею наведено в таблиці 1.
Таблиця 1. Порівняння переваг та недоліків кількох видів силіконових клеїв
1.2 Механізм затвердіння поліуретанового еластичного герметика
Однокомпонентний поліуретановий герметик (ПУ) – це тип полімеру, що містить повторювані уретанові сегменти (-NHCOO-) в основному ланцюзі молекули. Механізм затвердіння полягає в тому, що ізоціанат реагує з водою, утворюючи нестабільний проміжний карбамат, який потім швидко розкладається з утворенням CO2 та аміну, а потім амін реагує з надлишком ізоціанату в системі та, зрештою, утворює еластомер із сітчастою структурою. Формула його реакції затвердіння така:
Рисунок 1. Механізм реакції затвердіння поліуретанового герметика
1.3 Механізм затвердіння поліуретанового герметика, модифікованого силаном
Рисунок 3. Механізм реакції затвердіння поліуретанового герметика, модифікованого силаном
З огляду на деякі недоліки поліуретанових герметиків, поліуретан нещодавно був модифікований силаном для приготування клеїв, утворюючи новий тип герметичного клею з основним ланцюгом поліуретанової структури та алкоксисилановою кінцевою групою, який називається силаномодифікованим поліуретановим герметиком (SPU). Реакція затвердіння цього типу герметика подібна до реакції силікону, тобто алкоксигрупи реагують з вологою, піддаючись гідролізу та поліконденсації, утворюючи стабільну тривимірну сітчасту структуру Si-O-Si (Рис. 3). Точки зшивання мережі та між точками зшивання утворюють гнучкі сегментні структури поліуретану.
1.4 Механізм затвердіння поліефірних герметиків з силільними термінальними групами
Поліефірний герметик (MS) з силільними термінальними групами – це однокомпонентний еластичний клей на основі силанової модифікації. Він поєднує переваги поліуретану та силікону, є клеєм-герметиком нового покоління, не містить ПВХ, силіконової олії, ізоціанату та розчинника. Клей MS реагує з вологою повітря за кімнатної температури, в результаті чого силанізований полімер зі структурою -Si(OR) АБО -SIR(OR)- гідролізується на кінці ланцюга та зшивається в еластомер з сітчастою структурою Si-O-Si для досягнення герметичного та склеювального ефекту. Процес реакції затвердіння виглядає наступним чином:
Рисунок 4. Механізм затвердіння поліефірного герметика з силільними термінальними групами
2. Порівняння переваг та недоліків поширених однокомпонентних реактивних еластичних герметиків
2.1 Переваги та недоліки силіконових герметиків
⑴Переваги силіконового герметика:
① Відмінна стійкість до атмосферних впливів, кисню, озону та ультрафіолетового випромінювання; ② Добра гнучкість при низьких температурах.
⑵Недоліки силіконового герметика:
①Погано піддається реконструкції та не підлягає фарбуванню; ②Низька міцність на розрив; ③Недостатня стійкість до олії; ④Нестійкий до проколів; ⑤Клейовий шар легко утворює маслянистий фільтрат, який забруднює бетон, камінь та інші пухкі основи.
2.2 Переваги та недоліки поліуретанових герметиків
⑴Переваги поліуретанового герметика:
① Добра адгезія до різноманітних матеріалів; ② Відмінна гнучкість за низьких температур; ③ Добра еластичність та чудові властивості відновлення, придатні для динамічних з'єднань; ④ Висока механічна міцність, відмінна зносостійкість, стійкість до олії та біологічна стійкість до старіння; ⑤ Більшість однокомпонентних поліуретанових герметиків, що тверднуть під дією вологи, не містять розчинників і не забруднюють основу та навколишнє середовище; ⑥ Поверхню герметика можна фарбувати, і він простий у використанні.
⑵Недоліки поліуретанового герметика:
① Під час затвердіння в середовищі з високою температурою та високою вологістю на відносно високій швидкості легко утворюються бульбашки, що впливає на характеристики герметика; ② Під час склеювання та герметизації компонентів непористих матеріалів (таких як скло, метал тощо) зазвичай потрібна ґрунтовка; ③ Неглибокий шар. Формула кольору схильна до ультрафіолетового старіння, а на стабільність клею при зберіганні значно впливають упаковка та зовнішні умови; ④ Термостійкість та стійкість до старіння дещо недостатні.
2.3 Переваги та недоліки герметиків на основі силану та поліуретану
⑴Переваги герметика на основі поліуретану, модифікованого силаном:
① Затвердіння не утворює бульбашок; ② Має добру гнучкість, стійкість до гідролізу та хімічної стійкості; ③ Відмінна стійкість до атмосферних впливів, термостійкість, стійкість до старіння, стабільність продукту при зберіганні; ④ Широка адаптація до різних основ, під час склеювання, як правило, ґрунтовка не потрібна; ⑤ Поверхню можна фарбувати.
⑵Недоліки герметика на основі поліуретану, модифікованого силаном:
① Стійкість до ультрафіолетового випромінювання не така добра, як у силіконового герметика; ② Стійкість до розриву трохи гірша, ніж у поліуретанового герметика.
2.4 Переваги та недоліки поліефірних герметиків з силільними термінальними групами
⑴Переваги поліефірного герметика з силільними термінальними групами:
① Має чудові адгезійні властивості до більшості матеріалів та може досягати активаційного склеювання без ґрунтовки; ② Має кращу термостійкість та стійкість до ультрафіолетового старіння, ніж звичайний поліуретан; ③ Його поверхню можна фарбувати.
⑵Недоліки поліефірного герметика з силільними термінальними групами:
① Стійкість до атмосферних впливів не така добра, як у силіконового силікону, і після старіння на поверхні з'являються тріщини; ② Адгезія до скла погана.
Завдяки вищезазначеному вступу ми маємо попереднє розуміння механізмів затвердіння кількох поширених типів однокомпонентних реактивних еластичних герметиків, і, порівнюючи їхні переваги та недоліки, ми можемо отримати загальне розуміння кожного продукту. На практиці герметик можна вибрати відповідно до фактичних умов застосування склеюваної деталі для досягнення хорошої герметизації або склеювання склеюваної деталі.
Час публікації: 15 листопада 2023 р.