Ne, upřímně, tohle nebude nuda – zvláště pokud máte rádi pružné gumové věci. Pokud budete číst dál, dozvíte se téměř vše, co jste kdy chtěli vědět o jednosložkových silikonových tmelech.
1) Co jsou zač
2) Jak je vyrobit
3) Kde je použít
Zavedení
Co je to jednosložkový silikonový tmel?
Existuje mnoho typů chemicky vytvrzujících tmelů – nejznámější jsou silikonové, polyuretanové a polysulfidové. Název pochází z páteře molekul, které se v nich podílejí.
Silikonová páteř je:
Si – O – Si – O – Si – O – Si
Modifikovaný silikon je nová technologie (alespoň v USA) a ve skutečnosti znamená organický řetězec vytvrzený silanovou chemií. Příkladem je polypropylenoxid terminovaný alkoxysilanem.
Všechny tyto chemické směsi mohou být jednosložkové nebo dvousložkové, což samozřejmě souvisí s počtem složek, které potřebujete k vytvrzení. Jednosložková směs tedy jednoduše znamená, že otevřete tubu, kartuši nebo kbelík a materiál vytvrdne. Tyto jednosložkové systémy obvykle reagují s vlhkostí ve vzduchu a přeměňují se na gumu.
Jednosložkový silikon je tedy systém, který je v tubě stabilní, dokud po vystavení vzduchu nevytvrdne za vzniku silikonové pryže.
Výhody
Jednosložkové silikony mají mnoho jedinečných výhod.
-Při správném smíchání jsou velmi stabilní a spolehlivé s vynikající přilnavostí a fyzikálními vlastnostmi. Normální je trvanlivost (doba, po kterou můžete nechat tmel v tubě před použitím) alespoň jeden rok, přičemž některé formulace vydrží mnoho let. Silikony mají také bezpochyby nejlepší dlouhodobý výkon. Jejich fyzikální vlastnosti se v průběhu času téměř nemění, aniž by byly ovlivněny vystavením UV záření, a navíc vykazují vynikající teplotní stabilitu, která převyšuje ostatní tmely nejméně o 50 °C.
Jednosložkové silikony vytvrzují relativně rychle, obvykle se vytvoří kůrka během 5 až 10 minut, do jedné hodiny se stanou nelepivými a za méně než den vytvrdnou do elastické gumy o tloušťce asi 3 mm. Povrch má příjemný gumový pocit.
- Protože je lze vyrobit průsvitnými, což je samo o sobě důležitá vlastnost (průsvitnost je nejpoužívanější barva), je relativně snadné je pigmentovat do jakékoli barvy.
Omezení
Silikony mají dvě hlavní omezení.
1) Nelze je natřít barvou na vodní bázi – s barvami na bázi rozpouštědla to může být také ošemetné.
2) Po vytvrzení může tmel uvolnit část svého silikonového změkčovadla, které při použití v dilatační spárě budovy může vytvářet nevzhledné skvrny podél okraje spáry.
Samozřejmě, vzhledem k samotné povaze jednosložkového systému není možné dosáhnout rychlého hlubokého řezu vytvrzením, protože systém musí reagovat se vzduchem, a proto vytvrzuje shora dolů. Konkrétněji řečeno, silikony nelze použít jako jediné těsnění v izolačních skleněných oknech, protože... I když výborně drží kapalnou vodu venku, vodní pára prochází relativně snadno vytvrzeným silikonovým kaučukem, což způsobuje zamlžování izolačních jednotek.
Tržní oblasti a využití
Jednosložkové silikony se používají téměř všude, a to i tam, kde, k nelibosti některých majitelů budov, dvě výše uvedená omezení způsobují problémy.
Stavební a kutilské trhy představují největší objem, následovaný automobilovým, průmyslovým, elektronickým a leteckým průmyslem. Stejně jako u všech tmelů je hlavní funkcí jednosložkových silikonů přilnout a vyplnit mezeru mezi dvěma podobnými nebo odlišnými substráty, aby se zabránilo pronikání vody nebo průvanu. Někdy se složení sotva změní, kromě toho, že se z něj stane tekutější, načež se z něj stane nátěr. Nejlepší způsob, jak rozlišit mezi nátěrem, lepidlem a tmelem, je jednoduchý. Těsnicí materiál utěsňuje dva povrchy, zatímco nátěr pokrývá a chrání pouze jeden, zatímco lepidlo do značné míry drží dva povrchy pohromadě. Těsnicí materiál se nejvíce podobá lepidlu, pokud se používá ve strukturálním zasklení nebo izolačním zasklení, nicméně stále slouží k utěsnění obou substrátů a k jejich udržení pohromadě.
Základní chemie
Silikonový tmel v nevytvrzeném stavu obvykle vypadá jako hustá pasta nebo krém. Po vystavení vzduchu se reaktivní koncové skupiny silikonového polymeru hydrolyzují (reagují s vodou) a poté se spojí, přičemž uvolňují vodu a vytvářejí dlouhé polymerní řetězce, které spolu dále reagují, dokud se pasta nakonec nezmění na působivou gumu. Reaktivní skupina na konci silikonového polymeru pochází z nejdůležitější části složení (kromě samotného polymeru), a to ze síťovacího činidla. Právě síťovací činidlo dává tmelu jeho charakteristické vlastnosti, a to buď přímo, jako je zápach a rychlost vytvrzování, nebo nepřímo, jako je barva, adheze atd., a to díky dalším surovinám, které lze použít se specifickými systémy síťovacích činidel, jako jsou plniva a adhezní promotory. Výběr správného síťovacího činidla je klíčem k určení konečných vlastností tmelu.
Typy vytvrzování
Existuje několik různých systémů vytvrzování.
1) Acetoxy (kyselý octový zápach)
2) Oxim
3) Alkoxy
4) Benzamid
5) Amin
6) Aminoxy
Oximy, alkoxyethanoly a benzamidy (více používané v Evropě) jsou tzv. neutrální nebo nekyselé systémy. Aminy a aminoxyethanoly mají amoniakální zápach a obvykle se používají spíše v automobilovém a průmyslovém průmyslu nebo ve specifických venkovních stavebních aplikacích.
Suroviny
Formulace obsahují několik různých složek, z nichž některé jsou volitelné, v závislosti na zamýšleném konečném použití.
Jedinými absolutně nezbytnými surovinami jsou reaktivní polymer a síťovací činidlo. Téměř vždy se však přidávají plniva, adhezní látky, nereaktivní (změkčovadlo) a katalyzátory. Kromě toho lze použít mnoho dalších přísad, jako jsou barevné pasty, fungicidy, zpomalovače hoření a tepelné stabilizátory.
Základní formulace
Typická formulace oximového tmelu pro konstrukci nebo kutilské práce bude vypadat nějak takto:
| % | ||
| Polydimethylsiloxan, zakončený OH skupinami, 50 000 cps | 65,9 | Polymer |
| Polydimethylsiloxan, trimethylterminálně zakončený, 1000 cps | 20 | Plastifikátor |
| Methyltrioximinosilan | 5 | Zesíťovací činidlo |
| Aminopropyltriethoxysilan | 1 | Promotor adheze |
| 150 m²/g povrchu pyrogenního oxidu křemičitého | 8 | Plnivo |
| Dibutylcíndilaurát | 0,1 | Katalyzátor |
| Celkový | 100 |
Fyzikální vlastnosti
Mezi typické fyzikální vlastnosti patří:
| Prodloužení (%) | 550 |
| Pevnost v tahu (MPa) | 1,9 |
| Modul pružnosti při prodloužení 100 (MPa) | 0,4 |
| Tvrdost Shore A | 22 |
| Doba tvorby kůže (min) | 10 |
| Doba zaschnutí (min) | 60 |
| Doba škrábání (min) | 120 |
| Průběh vytvrzení (mm za 24 hodin) | 2 |
Receptury s použitím jiných síťovacích činidel budou vypadat podobně, možná se budou lišit v úrovni síťovacího činidla, typu adhezního promotoru a katalyzátorech vytvrzování. Jejich fyzikální vlastnosti se budou mírně lišit, pokud nejsou použity prodlužovače řetězce. Některé systémy nelze snadno vyrobit bez použití velkého množství křídového plniva. Tyto druhy formulací samozřejmě nelze vyrobit v čiré nebo průsvitné formě.
Vývoj tmelů
Vývoj nového tmelu probíhá ve 3 fázích.
1) Koncepce, výroba a testování v laboratoři – velmi malé objemy
Zde má laboratorní chemik nové nápady a obvykle začíná s ruční dávkou asi 100 gramů tmelu, aby zjistil, jak vytvrzuje a jaký druh gumy se vyrobí. Nyní je k dispozici nový stroj „The Hauschild Speed Mix“ od společnosti FlackTek Inc. Tento specializovaný stroj je ideální pro míchání těchto malých 100g dávek během několika sekund za současného odvzdušnění. To je důležité, protože nyní umožňuje vývojáři skutečně testovat fyzikální vlastnosti těchto malých dávek. Pyrogenní oxid křemičitý nebo jiná plniva, jako jsou srážené křídy, lze do silikonu vmíchat přibližně za 8 sekund. Odvzdušnění trvá přibližně 20–25 sekund. Stroj pracuje na principu duálního asymetrického odstředivého mechanismu, který v podstatě využívá samotné částice jako vlastní míchací ramena. Maximální velikost směsi je 100 gramů a k dispozici je několik různých typů kelímků, včetně jednorázových, což znamená, že se absolutně nevyžaduje čištění.
Klíčem v procesu formulace není jen druh ingrediencí, ale také pořadí jejich přidávání a doba míchání. Vyloučení nebo odstranění vzduchu je přirozeně důležité pro zachování trvanlivosti produktu, protože vzduchové bubliny obsahují vlhkost, která pak způsobí vytvrzení tmelu zevnitř.
Jakmile chemik získá druh tmelu, který je pro jeho konkrétní aplikaci potřebný, může zvětšit objem planetárního mixéru na 1 litr, který dokáže vyrobit asi 3–4 malé zkumavky o objemu 110 ml (3 oz). To je dostatečný materiál pro počáteční testování trvanlivosti a test adheze a také pro splnění dalších speciálních požadavků.
Poté může přejít k 1- nebo 2galonovému stroji, kde vyrobí 8–12 tub o objemu 10 uncí (283 g) pro podrobnější testování a odběr vzorků od zákazníků. Těsnicí hmota se z nádoby vytlačuje kovovým válcem do kartuše, která se nasazuje na balicí válec. Po těchto testech je připraven na navyšování výroby.
2) Zvětšení a jemné doladění – střední objemy
Ve větším měřítku se laboratorní receptura nyní vyrábí na větším stroji, obvykle o hmotnosti 100–200 kg, neboli zhruba o sudu. Tento krok má dva hlavní účely.
a) zjistit, zda existují nějaké významné rozdíly mezi zrnitostí o hmotnosti 4 lb a touto větší zrnitostí, které mohou být důsledkem rychlosti míchání a dispergace, reakčních rychlostí a různého množství smykové struktury ve směsi, a
b) vytvořit dostatek materiálu pro otestování potenciálních zákazníků a získání skutečné zpětné vazby z praxe.
Tento 50galonový stroj je také velmi užitečný pro průmyslové produkty, kde jsou vyžadovány malé objemy nebo speciální barvy a najednou je třeba vyrobit pouze přibližně jeden sud od každého typu.
Existuje několik typů míchacích strojů. Dva nejčastěji používané jsou planetární míchačky (jak je uvedeno výše) a vysokorychlostní dispergátory. Planetární míchačka je vhodná pro směsi s vyšší viskozitou, zatímco dispergátor funguje lépe zejména v tekutých systémech s nižší viskozitou. U typických stavebních tmelů lze použít kterýkoli z těchto strojů, pokud je třeba dbát na dobu míchání a potenciální tvorbu tepla u vysokorychlostního dispergátoru.
3) Plnohodnotná výrobní množství
Konečná výroba, která může být dávková nebo kontinuální, doufejme jednoduše reprodukuje konečnou recepturu z kroku navyšování měřítka. Obvykle se nejprve ve výrobním zařízení vyrobí relativně malé množství (2 nebo 3 šarže nebo 1–2 hodiny kontinuální výroby) materiálu a před zahájením normální výroby se zkontroluje.
Testování - co a jak testovat.
Co
Fyzikální vlastnosti - prodloužení, pevnost v tahu a modul
Přilnavost k vhodnému podkladu
Trvanlivost - jak zrychlená, tak i při pokojové teplotě
Rychlosti vytvrzení - tvorba povrchové kůry, doba nelepivosti, doba vytvrzení poškrábáním a dokonalé vytvrzení, barvy, teplotní stabilita nebo stabilita v různých kapalinách, jako je olej
Kromě toho se kontrolují nebo sledují další klíčové vlastnosti: konzistence, nízký zápach, korozivita a celkový vzhled.
Jak
Vytáhne se vrstva tmelu a nechá se týden vytvrdnout. Poté se vyřízne speciální činka a vloží se do tahového testeru, kde se změří fyzikální vlastnosti, jako je prodloužení, modul a pevnost v tahu. Používají se také k měření adhezních/kohezních sil na speciálně připravených vzorcích. Jednoduché adhezní testy typu ano/ne se provádějí natažením kuliček materiálu vytvrzeného na daných podkladech.
Shore-A metr měří tvrdost pryže. Toto zařízení vypadá jako závaží a měrka s hrotem zatlačeným do vytvrzeného vzorku. Čím více hrot proniká do pryže, tím měkčí pryž a tím nižší je hodnota. Typický stavební tmel bude mít tvrdost v rozmezí 15-35.
Doba tvorby povrchové kůry, doba zaschnutí lepivosti a další speciální měření povrchové kůry se provádějí buď prstem, nebo pomocí plastových fólií se závažím. Měří se doba, za kterou lze plast čistě odtrhnout.
Pro stanovení doby skladování se tuby s tmelem nechají zrát buď při pokojové teplotě (což přirozeně trvá 1 rok, aby se prokázala roční skladovatelnost), nebo při zvýšených teplotách, obvykle 50 °C po dobu 1, 3, 5, 7 týdnů atd. Po procesu stárnutí (v urychleném případě se tuba nechá vychladnout) se materiál z tuby vytlačí a vytáhne do desky, kde se nechá vytvrdnout. Fyzikální vlastnosti pryže vytvořené v těchto deskách se testují stejně jako dříve. Tyto vlastnosti se poté porovnají s vlastnostmi čerstvě namíchaných materiálů, aby se určila vhodná skladovatelnost.
Podrobné vysvětlení většiny požadovaných testů lze nalézt v příručce ASTM.
Několik závěrečných tipů
Jednosložkové silikony jsou nejkvalitnější dostupné tmely. Mají však určitá omezení a pokud jsou vyžadovány specifické požadavky, mohou být vyvinuty speciálně.
Je klíčové zajistit, aby všechny suroviny byly co nejsušší, aby složení bylo stabilní a aby byl během výrobního procesu odstraněn vzduch.
Vývoj a testování je v podstatě stejný proces pro jakýkoli jednosložkový tmel bez ohledu na typ – jen se ujistěte, že jste před zahájením výroby zkontrolovali všechny možné vlastnosti a že máte jasnou představu o potřebách dané aplikace.
V závislosti na požadavcích aplikace lze zvolit správnou chemii vytvrzování. Například pokud je zvolen silikon a zápach, koroze a přilnavost nejsou považovány za důležité, ale je potřeba nízká cena, pak je acetoxy vhodnou volbou. Pokud se však jedná o kovové části, které mohou korodovat, nebo je požadována speciální přilnavost k plastu v jedinečné lesklé barvě, pak potřebujete oxim.
[1] Dale Flackett. Křemíkové sloučeniny: Silany a silikony [M]. Gelest Inc: 433-439
* Fotografie od silikonového tmelu OLIVIA
Čas zveřejnění: 31. března 2024
