В момента на пазара има много често срещани видове еднокомпонентни реактивни еластични уплътнители, главно силиконови и полиуретанови уплътнителни продукти. Различните видове еластични уплътнители се различават по отношение на активните си функционални групи и структурата на втвърдените основни вериги. В резултат на това има повече или по-малко ограничения в техните приложими части и области. Тук представяме механизмите на втвърдяване на няколко често срещани еднокомпонентни реактивни еластични уплътнители и сравняваме предимствата и недостатъците на различните видове еластични уплътнители, за да задълбочим разбирането си и да направим подходящ избор в практическите приложения.
1. Често срещан механизъм на втвърдяване на еднокомпонентни реактивни еластични уплътнители
Често срещаните еднокомпонентни реактивни еластични уплътнители включват главно: силикон (SR), полиуретан (PU), модифициран полиуретан с крайни силилови групи (SPU), полиетер с крайни силилови групи (MS). Преполимерът има различни активни функционални групи и различни механизми на реакция на втвърдяване.
1.1Механизъм на втвърдяване на силиконов еластомерен уплътнител
Фигура 1. Механизъм на втвърдяване на силиконов уплътнител
Когато се използват силиконови уплътнители, преполимерът реагира със следи от влага във въздуха и след това се втвърдява или вулканизира под действието на катализатор. Страничните продукти са нискомолекулни вещества. Механизмът е показан на Фигура 1. Според различните нискомолекулни вещества, отделяни по време на втвърдяване, силиконовите уплътнители могат да бъдат разделени на деацидификационен тип, декетоксимен тип и деалкохолизиран тип. Предимствата и недостатъците на тези видове силиконови лепила са обобщени в Таблица 1.
Таблица 1. Сравнение на предимствата и недостатъците на няколко вида силиконови лепила
1.2 Механизъм на втвърдяване на полиуретанов еластичен уплътнител
Еднокомпонентният полиуретанов уплътнител (PU) е вид полимер, съдържащ повтарящи се уретанови сегменти (-NHCOO-) в основната верига на молекулата. Механизмът на втвърдяване е, че изоцианатът реагира с вода, за да образува нестабилен междинен карбамат, който след това бързо се разлага, за да генерира CO2 и амин, а след това аминът реагира с излишния изоцианат в системата и накрая образува еластомер с мрежова структура. Формулата му за реакция на втвърдяване е следната:
Фигура 1. Механизъм на реакция на втвърдяване на полиуретанов уплътнител
1.3 Механизъм на втвърдяване на силан-модифициран полиуретанов уплътнител
Фигура 3. Механизъм на реакция на втвърдяване на силан-модифициран полиуретанов уплътнител
Предвид някои недостатъци на полиуретановите уплътнители, наскоро полиуретанът беше модифициран със силан за приготвяне на лепила, образувайки нов вид уплътнително лепило с основна верига от полиуретанова структура и алкоксисиланова крайна група, наречен силан-модифициран полиуретанов уплътнител (SPU). Реакцията на втвърдяване на този тип уплътнител е подобна на тази на силикона, т.е. алкокси групите реагират с влага, претърпявайки хидролиза и поликондензация, образувайки стабилна триизмерна мрежова структура Si-O-Si (Фигура 3). Точките на омрежване на мрежата и между тях са разположени гъвкави сегментни структури от полиуретан.
1.4 Механизъм на втвърдяване на полиетерни уплътнители с терминирани силилови групи
Силил-терминираният полиетерен уплътнител (MS) е еднокомпонентно еластично лепило, базирано на силанова модификация. Той съчетава предимствата на полиуретана и силикона и е ново поколение лепилни уплътнители, без PVC, силиконово масло, изоцианат и разтворител. MS лепилото реагира с влагата във въздуха при стайна температура, така че силанизираният полимер със структура -Si(OR) или -SIR(OR)- се хидролизира в края на веригата и се омрежва в еластомер с мрежова структура Si-O-Si, за да се постигне уплътнителен и свързващ ефект. Процесът на реакция на втвърдяване е следният:
Фигура 4. Механизъм на втвърдяване на силил-терминиран полиетерен уплътнител
2. Сравнение на предимствата и недостатъците на често срещаните еднокомпонентни реактивни еластични уплътнители
2.1 Предимства и недостатъци на силиконовите уплътнители
⑴Предимства на силиконовия уплътнител:
① Отлична устойчивост на атмосферни влияния, кислород, озон и ултравиолетови лъчи; ② Добра гъвкавост при ниски температури.
⑵Недостатъци на силиконовия уплътнител:
①Лоша реконструкция и не може да се боядисва; ②Ниска якост на разкъсване; ③Недостатъчна устойчивост на масло; ④Не е устойчив на пробиване; ⑤Лепилният слой лесно отделя маслена течност, която замърсява бетон, камък и други рохкави основи.
2.2 Предимства и недостатъци на полиуретановите уплътнители
⑴Предимства на полиуретановия уплътнител:
① Добра адхезия към различни основи; ② Отлична гъвкавост при ниски температури; ③ Добра еластичност и отлични свойства на възстановяване, подходящи за динамични съединения; ④ Висока механична якост, отлична устойчивост на износване, маслоустойчивост и биологична устойчивост на стареене; ⑤ Повечето еднокомпонентни полиуретанови уплътнители, втвърдяващи се от влага, не съдържат разтворители и не замърсяват основата и околната среда; ⑥ Повърхността на уплътнителя може да се боядисва и е лесна за употреба.
⑵Недостатъци на полиуретановия уплътнител:
① При втвърдяване в среда с висока температура и висока влажност при относително бърза скорост лесно се образуват мехурчета, което влияе върху характеристиките на уплътнителя; ② При залепване и запечатване на компоненти от непорести основи (като стъкло, метал и др.) обикновено е необходим грунд; ③ Плитка формула на цвета е податлива на UV стареене, а стабилността на лепилото при съхранение е силно повлияна от опаковката и външните условия; ④ Топлоустойчивостта и устойчивостта на стареене са леко недостатъчни.
2.3 Предимства и недостатъци на силан-модифицирани полиуретанови уплътнители
⑴Предимства на силан модифициран полиуретанов уплътнител:
① Втвърдяването не образува мехурчета; ② Притежава добра гъвкавост, устойчивост на хидролиза и химическа стабилност; ③ Отлична устойчивост на атмосферни влияния, устойчивост на топлина, устойчивост на стареене, стабилност на продукта при съхранение; ④ Широка адаптивност към основите, при залепване. Обикновено не се изисква грунд; ⑤ Повърхността може да се боядисва.
⑵Недостатъци на силан модифициран полиуретанов уплътнител:
① UV устойчивостта не е толкова добра, колкото тази на силиконовия уплътнител; ② Устойчивостта на разкъсване е малко по-лоша от тази на полиуретановия уплътнител.
2.4 Предимства и недостатъци на полиетерни уплътнители с терминирани силилови групи
⑴Предимства на силил-терминирания полиетерен уплътнител:
① Има отлични свързващи свойства към повечето основи и може да постигне активиращо свързване без грунд; ② Има по-добра устойчивост на топлина и UV стареене от обикновения полиуретан; ③ Може да се боядисва върху повърхността му.
⑵Недостатъци на силил-терминирания полиетерни уплътнител:
① Устойчивостта на атмосферни влияния не е толкова добра, колкото тази на силикона, и след стареене по повърхността се появяват пукнатини; ② Адхезията към стъклото е лоша.
Чрез горното въведение, ние имаме предварително разбиране за механизмите на втвърдяване на няколко често използвани вида еднокомпонентни реактивни еластични уплътнители и чрез сравняване на техните предимства и недостатъци, можем да постигнем цялостно разбиране за всеки продукт. В практическите приложения, уплътнителят може да бъде избран според действителните условия на приложение на свързващата част, за да се постигне добро уплътняване или свързване на приложената част.
Време на публикуване: 15 ноември 2023 г.