В настоящее время на рынке представлено множество распространенных типов однокомпонентных реактивных эластичных герметиков, в основном силиконовых и полиуретановых. Различные типы эластичных герметиков отличаются активными функциональными группами и структурой основной цепи в процессе отверждения. В результате существуют определенные ограничения в отношении областей их применения. В данной работе мы рассматриваем механизмы отверждения нескольких распространенных однокомпонентных реактивных эластичных герметиков и сравниваем преимущества и недостатки различных типов эластичных герметиков, чтобы углубить наше понимание и сделать правильный выбор в практическом применении.
1. Типичный механизм отверждения однокомпонентного реактивного эластичного герметика.
К распространенным однокомпонентным реактивным эластичным герметикам относятся: силикон (SR), полиуретан (PU), модифицированный полиуретан с силильными концевыми группами (SPU), полиэфир с силильными концевыми группами (MS). Предполимеры имеют различные активные функциональные группы и различные механизмы реакции отверждения.
1.1Механизм отверждения силиконового эластомерного герметика
Рисунок 1. Механизм отверждения силиконового герметика.
При использовании силиконовых герметиков преполимер реагирует со следовыми количествами влаги в воздухе, а затем затвердевает или вулканизируется под действием катализатора. Побочными продуктами являются мелкомолекулярные вещества. Механизм показан на рисунке 1. В зависимости от различных мелкомолекулярных веществ, выделяющихся в процессе отверждения, силиконовые герметики также можно разделить на деацидифицирующие, декетоксимные и деалкоголизационные. Преимущества и недостатки этих типов силиконовых клеев суммированы в таблице 1.
Таблица 1. Сравнение преимуществ и недостатков нескольких типов силиконовых клеев.
1.2 Механизм отверждения полиуретанового эластичного герметика
Однокомпонентный полиуретановый герметик (ПУ) — это тип полимера, содержащий повторяющиеся уретановые сегменты (-NHCOO-) в основной цепи молекулы. Механизм отверждения заключается в том, что изоцианат реагирует с водой, образуя нестабильный промежуточный продукт — карбамат, который затем быстро разлагается с образованием CO2 и амина, после чего амин реагирует с избытком изоцианата в системе, образуя, наконец, эластомер с сетчатой структурой. Формула реакции отверждения выглядит следующим образом:
Рисунок 1. Механизм реакции отверждения полиуретанового герметика.
1.3 Механизм отверждения полиуретанового герметика, модифицированного силаном
Рисунок 3. Механизм реакции отверждения полиуретанового герметика, модифицированного силаном.
Ввиду некоторых недостатков полиуретановых герметиков, в последнее время полиуретан модифицируют силаном для получения клеев, образуя новый тип герметизирующего клея с основной цепью из полиуретановой структуры и концевой алкоксисилановой группой, называемый силан-модифицированным полиуретановым герметиком (SPU). Реакция отверждения этого типа герметика аналогична реакции силикона, то есть алкоксигруппы реагируют с влагой, подвергаясь гидролизу и поликонденсации с образованием стабильной трехмерной сетчатой структуры Si-O-Si (рис. 3). Точки сшивания сетки и пространство между точками сшивания представляют собой гибкие сегментные структуры полиуретана.
1.4 Механизм отверждения полиэфирных герметиков с силильными концевыми группами
Силилсодержащий полиэфирный герметик (МС) — это однокомпонентный эластичный клей на основе силановой модификации. Он сочетает в себе преимущества полиуретана и силикона, представляет собой новое поколение клеевых герметиков, не содержащих ПВХ, силиконового масла, изоцианата и растворителей. Клей МС реагирует с влагой в воздухе при комнатной температуре, в результате чего силанизированный полимер со структурой -Si(OR) OR -SIR (OR)- гидролизуется на конце цепи и сшивается в эластомер с сетчатой структурой Si-O-Si, обеспечивая герметизирующий и склеивающий эффект. Процесс отверждения выглядит следующим образом:
Рисунок 4. Механизм отверждения полиэфирного герметика с силильными концевыми группами.
2. Сравнение преимуществ и недостатков распространенных однокомпонентных реактивных эластичных герметиков.
2.1 Преимущества и недостатки силиконовых герметиков
⑴Преимущества силиконового герметика:
① Отличная устойчивость к атмосферным воздействиям, кислороду, озону и ультрафиолетовому излучению; ② Хорошая гибкость при низких температурах.
⑵Недостатки силиконового герметика:
①Плохо подходит для повторной отделки и не подлежит покраске; ②Низкая прочность на разрыв; ③Недостаточная маслостойкость; ④Не устойчив к проколам; ⑤Клейкий слой легко выделяет маслянистые вещества, загрязняющие бетон, камень и другие рыхлые основания.
2.2 Преимущества и недостатки полиуретановых герметиков
⑴Преимущества полиуретанового герметика:
① Хорошая адгезия к различным основаниям; ② Отличная гибкость при низких температурах; ③ Хорошая эластичность и отличные восстановительные свойства, подходит для динамических соединений; ④ Высокая механическая прочность, отличная износостойкость, маслостойкость и устойчивость к биологическому старению; ⑤ Большинство однокомпонентных полиуретановых герметиков, отверждаемых влагой, не содержат растворителей и не загрязняют основание и окружающую среду; ⑥ Поверхность герметика можно окрашивать, он прост в использовании.
⑵Недостатки полиуретанового герметика:
① При отверждении в условиях высокой температуры и высокой влажности при относительно высокой скорости легко образуются пузырьки, что влияет на эффективность герметика; ② При склеивании и герметизации компонентов непористых оснований (таких как стекло, металл и т. д.) обычно требуется грунтовка; ③ Неглубокая цветовая формула подвержена старению под воздействием УФ-излучения, а стабильность клея при хранении сильно зависит от упаковки и внешних условий; ④ Термостойкость и устойчивость к старению несколько недостаточны.
2.3 Преимущества и недостатки полиуретановых герметиков, модифицированных силаном
⑴Преимущества полиуретанового герметика, модифицированного силаном:
① При отверждении не образуются пузырьки; ② Обладает хорошей гибкостью, устойчивостью к гидролизу и химической стойкостью; ③ Отличная атмосферостойкость, термостойкость, устойчивость к старению, стабильность при хранении; ④ Широкая адаптивность к основаниям, при склеивании обычно не требуется грунтовка; ⑤ Поверхность можно окрашивать.
⑵Недостатки полиуретанового герметика, модифицированного силаном:
① Устойчивость к УФ-излучению ниже, чем у силиконового герметика; ② Устойчивость к разрыву немного хуже, чем у полиуретанового герметика.
2.4 Преимущества и недостатки полиэфирных герметиков с силильными концевыми группами
⑴Преимущества полиэфирного герметика с силильными концевыми группами:
① Обладает превосходными адгезионными свойствами к большинству оснований и позволяет осуществлять активационное склеивание без использования грунтовки; ② Обладает лучшей термостойкостью и устойчивостью к УФ-излучению, чем обычный полиуретан; ③ Может быть окрашен.
⑵Недостатки полиэфирного герметика с силильными концевыми группами:
① Устойчивость к атмосферным воздействиям ниже, чем у силиконового герметика, и после старения на поверхности появляются трещины; ② Адгезия к стеклу плохая.
Благодаря приведенному выше введению мы получили предварительное представление о механизмах отверждения нескольких распространенных типов однокомпонентных реактивных эластичных герметиков, а сравнение их преимуществ и недостатков позволило нам составить общее представление о каждом продукте. На практике выбор герметика может осуществляться в соответствии с фактическими условиями применения склеиваемой детали для достижения хорошей герметизации или сцепления.
Дата публикации: 15 ноября 2023 г.