No, non sarà noioso, onestamente, soprattutto se ami le cose in gomma elastica. Se continui a leggere, scoprirai quasi tutto ciò che avresti sempre voluto sapere sui sigillanti siliconici monocomponente.
1) Cosa sono
2) Come realizzarli
3) Dove usarli
Introduzione
Cos'è un sigillante siliconico monocomponente?
Esistono molti tipi di sigillanti a polimerizzazione chimica: il silicone, il poliuretano e il polisolfuro sono i più conosciuti. Il nome deriva dalla struttura portante delle molecole coinvolte.
La struttura portante del silicone è:
Si – O – Si – O – Si – O – Si
Il silicone modificato è una nuova tecnologia (almeno negli Stati Uniti) e in realtà significa una struttura organica trattata con la chimica del silano. Un esempio è l'ossido di polipropilene terminato con alcossisilano.
Tutte queste sostanze chimiche possono essere costituite da una o due parti, il che ovviamente si riferisce al numero di parti necessarie per curare la cosa. Pertanto, una parte significa semplicemente aprire il tubo, la cartuccia o il secchio e il materiale polimerizzerà. Normalmente questi sistemi monocomponente reagiscono con l'umidità dell'aria trasformandosi in gomma.
Quindi, un silicone monocomponente è un sistema stabile nel tubo fino a quando, esposto all'aria, polimerizza per produrre una gomma siliconica.
Vantaggi
I siliconi monocomponenti presentano molti vantaggi unici.
-Se composti correttamente sono molto stabili e affidabili con eccellente adesione e proprietà fisiche. Una durata di conservazione (il tempo in cui puoi lasciarlo nel tubo prima di usarlo) di almeno un anno è normale con alcune formulazioni che durano per molti anni. I siliconi hanno senza dubbio anche le migliori prestazioni a lungo termine. Le loro proprietà fisiche difficilmente cambiano nel tempo senza alcun effetto dovuto all'esposizione ai raggi UV e, inoltre, mostrano un'eccellente stabilità alla temperatura che supera quella di altri sigillanti di almeno 50 ℃.
-I siliconi da una parte polimerizzano in modo relativamente rapido, in genere sviluppando una pelle entro 5-10 minuti, diventando appiccicosi entro un'ora e polimerizzando fino a diventare una gomma elastica profonda circa 1/10 di pollice in meno di un giorno. La superficie ha una bella sensazione gommosa.
-Poiché possono essere resi traslucidi, il che è una caratteristica importante di per sé (il traslucido è il colore più utilizzato), è relativamente facile pigmentarli con qualsiasi colore.
Limitazioni
I siliconi hanno due limitazioni principali.
1) Non possono essere verniciati con vernice a base d'acqua: può essere complicato anche con vernice a base solvente.
2) Dopo la polimerizzazione, il sigillante può rilasciare parte del suo plastificante siliconico che, se utilizzato in un giunto di dilatazione edilizio, può creare macchie antiestetiche lungo il bordo del giunto.
Naturalmente, a causa della natura stessa dell'essere una parte unica, è impossibile ottenere una sezione rapida e profonda attraverso la polimerizzazione perché il sistema deve reagire con l'aria quindi polimerizzare dall'alto verso il basso. Entrando un po’ più nello specifico, i siliconi non possono essere utilizzati come unica guarnizione nelle finestre in vetro isolante perché. Sebbene siano eccellenti nel tenere fuori l'acqua liquida, il vapore acqueo passa con relativa facilità attraverso la gomma siliconica polimerizzata causando l'appannamento delle unità IG.
Aree di mercato e usi
I siliconi monocomponenti vengono utilizzati praticamente ovunque e ovunque, anche, con sgomento di alcuni proprietari di edifici, dove le due limitazioni sopra menzionate causano problemi.
I mercati dell’edilizia e del fai da te rappresentano il volume maggiore, seguiti da quello automobilistico, industriale, elettronico e aerospaziale. Come con tutti i sigillanti, la funzione principale dei siliconi monocomponenti è quella di aderire e riempire lo spazio tra due substrati simili o diversi per impedire il passaggio di acqua o correnti d'aria. A volte una formulazione difficilmente verrà modificata se non per renderla più scorrevole su cui poi diventerà un rivestimento. Il modo migliore per distinguere tra un rivestimento, un adesivo e un sigillante è semplice. Un sigillante sigilla tra due superfici mentre un rivestimento ne copre e protegge solo una mentre un adesivo mantiene ampiamente unite due superfici. Un sigillante è molto simile a un adesivo quando viene utilizzato in vetrate strutturali o vetrate isolanti, tuttavia, funziona comunque per sigillare i due substrati oltre a tenerli insieme.
Chimica di base
Il sigillante siliconico allo stato non polimerizzato normalmente si presenta come una pasta densa o una crema. Esposti all'aria, i gruppi terminali reattivi del polimero siliconico si idrolizzano (reagiscono con l'acqua) e poi si uniscono tra loro, rilasciando acqua e formando lunghe catene polimeriche che continuano a reagire tra loro fino a quando la pasta si trasforma in un'imponente gomma. Il gruppo reattivo all'estremità del polimero siliconico proviene dalla parte più importante della formulazione (escluso il polimero stesso), ovvero il reticolante. È il reticolante che conferisce al sigillante le sue proprietà caratteristiche sia direttamente come odore e velocità di polimerizzazione, sia indirettamente come colore, adesione, ecc. a causa delle altre materie prime che possono essere utilizzate con sistemi reticolanti specifici come riempitivi e promotori di adesione . La scelta del reticolante giusto è fondamentale per determinare le proprietà finali del sigillante.
Tipi di polimerizzazione
Esistono diversi sistemi di stagionatura.
1) Acetossi (odore acido di aceto)
2) Ossima
3) Alcossi
4) Benzammide
5) Ammina
6) Aminossi
Ossime, alcossi e benzamidi (più utilizzati in Europa) sono i cosiddetti sistemi neutri o non acidi. Le ammine e i sistemi aminossidici hanno un odore di ammoniaca e sono generalmente utilizzati maggiormente nei settori automobilistico e industriale o in specifiche applicazioni di costruzione all'aperto.
Materie prime
Le formulazioni comprendono diversi componenti diversi, alcuni dei quali sono facoltativi, a seconda dell'uso finale previsto.
Le uniche materie prime assolutamente essenziali sono il polimero reattivo e il reticolante. Tuttavia, vengono quasi sempre aggiunti riempitivi, promotori di adesione, polimeri non reattivi (plastificanti) e catalizzatori. Inoltre possono essere utilizzati molti altri additivi come paste coloranti, fungicidi, ritardanti di fiamma e stabilizzanti termici.
Formulazioni di base
Una tipica costruzione di ossima o una formulazione sigillante fai-da-te sarà simile a:
| % | ||
| Polidimetilsilossano, OH terminato 50.000cps | 65.9 | Polimero |
| Polidimetilsilossano, trimetilterminato,1000cps | 20 | Plastificante |
| Metiltriossiminosilano | 5 | Reticolante |
| Aminopropiltrietossisilano | 1 | Promotore di adesione |
| 150 mq/g di superficie di silice pirogenica | 8 | Riempitivo |
| Dibutilstagno dilaurato | 0,1 | Catalizzatore |
| Totale | 100 |
Proprietà fisiche
Le proprietà fisiche tipiche includono:
| Allungamento (%) | 550 |
| Resistenza alla trazione (MPa) | 1.9 |
| Modulo a 100 Allungamento (MPa) | 0.4 |
| Durezza Shore A | 22 |
| Pelle nel tempo (min) | 10 |
| Tempo libero di virata (min) | 60 |
| Tempo di scratch (min) | 120 |
| Attraverso la polimerizzazione (mm in 24 ore) | 2 |
Le formulazioni che utilizzano altri reticolanti appariranno simili, forse differendo nel livello di reticolante, nel tipo di promotore di adesione e nei catalizzatori di indurimento. Le loro proprietà fisiche varieranno leggermente a meno che non siano coinvolti estensori di catena. Alcuni sistemi non possono essere realizzati facilmente a meno che non venga utilizzata una grande quantità di riempitivo di gesso. Ovviamente questo tipo di formulazioni non possono essere prodotte nella tipologia trasparente o traslucida.
Sviluppo di sigillanti
Ci sono 3 fasi nello sviluppo di un nuovo sigillante.
1) Concezione, produzione e test in laboratorio: volumi molto piccoli
In questo caso, il chimico di laboratorio ha nuove idee e in genere inizia con un lotto manuale di circa 100 grammi di sigillante solo per vedere come polimerizza e che tipo di gomma viene prodotta. Ora è disponibile una nuova macchina "The Hauschild Speed Mix" di FlackTek Inc. Questa macchina specializzata è ideale per mescolare questi piccoli lotti da 100 g in pochi secondi espellendo l'aria. Questo è importante poiché ora consente allo sviluppatore di testare effettivamente le proprietà fisiche di questi piccoli lotti. La silice pirogenica o altri riempitivi come il gesso precipitato possono essere miscelati nel silicone in circa 8 secondi. La disaerazione dura circa 20-25 secondi. La macchina funziona tramite un doppio meccanismo di centrifuga asimmetrica che utilizza sostanzialmente le particelle stesse come bracci di miscelazione. La dimensione massima della miscela è di 100 grammi e sono disponibili diversi tipi di tazze, inclusa quella usa e getta, il che significa che non è necessaria alcuna pulizia.
La chiave nel processo di formulazione non è solo il tipo di ingredienti, ma anche l’ordine di aggiunta e i tempi di miscelazione. Naturalmente l'esclusione o la rimozione dell'aria è importante per consentire al prodotto di durare a lungo, poiché le bolle d'aria contengono umidità che farà poi polimerizzare il sigillante dall'interno.
Una volta che il chimico ha ottenuto il tipo di sigillante richiesto per la sua particolare applicazione, arriva fino a un miscelatore planetario da 1 litro che può produrre circa 3-4 piccoli tubi da 110 ml (3 once). Questo è materiale sufficiente per i test iniziali di durata di conservazione e di adesione, oltre a qualsiasi altro requisito speciale.
Può quindi passare a una macchina da 1 o 2 galloni per produrre 8-12 tubi da 10 once per test più approfonditi e campionamento da parte del cliente. Il sigillante viene estruso dal barattolo attraverso un cilindro metallico nella cartuccia che si inserisce sopra il cilindro di confezionamento. Dopo questi test, è pronto per il potenziamento.
2) Aumento della scala e regolazione fine dei volumi medi
Con l'incremento della produzione, la formulazione da laboratorio viene ora prodotta su una macchina più grande, tipicamente dell'ordine di 100-200 kg o circa un fusto. Questo passaggio ha due scopi principali
a) per vedere se ci sono cambiamenti significativi tra la dimensione da 4 libbre e questa dimensione più grande che possono derivare dai tassi di miscelazione e dispersione, velocità di reazione e diverse quantità di trasparenza nella miscela, e
b) produrre materiale sufficiente per campionare potenziali clienti e ottenere un feedback reale sul lavoro.
Questa macchina da 50 galloni è molto utile anche per i prodotti industriali quando sono richiesti bassi volumi o colori speciali e deve essere prodotto solo un fusto di ciascun tipo alla volta.
Esistono diversi tipi di miscelatrici. I due più comunemente usati sono i miscelatori planetari (come mostrato sopra) e i dispersori ad alta velocità. Un planetario è adatto per miscele a viscosità più elevata, mentre un dispersore offre prestazioni migliori in particolare nei sistemi fluidi a viscosità inferiore. Nei tipici sigillanti per l'edilizia, è possibile utilizzare entrambe le macchine purché si presti attenzione al tempo di miscelazione e alla potenziale generazione di calore di un dispersore ad alta velocità.
3) Quantità di produzione su vasta scala
Si spera che la produzione finale, che può essere batch o continua, riproduca semplicemente la formulazione finale della fase di aumento di scala. Di solito, una quantità relativamente piccola (2 o 3 lotti o 1-2 ore continue) di materiale viene prima prodotta nell'attrezzatura di produzione e controllata prima che inizi la normale produzione.
Test: cosa e come testare.
Che cosa
Proprietà fisiche: allungamento, resistenza alla trazione e modulo
Adesione al substrato appropriato
Shelf Life: sia accelerata che a temperatura ambiente
Tassi di polimerizzazione: pelle nel tempo, tempo senza aderenza, tempo di graffiatura e polimerizzazione completa, stabilità della temperatura dei colori o stabilità in vari fluidi come l'olio
Inoltre, vengono controllate o osservate altre proprietà chiave: consistenza, basso odore, corrosività e aspetto generale.
Come
Un foglio di sigillante viene estratto e lasciato indurire per una settimana. Una speciale campana viene quindi ritagliata e inserita in un tester di trazione per misurare le proprietà fisiche come allungamento, modulo e resistenza alla trazione. Vengono utilizzati anche per misurare le forze di adesione/coesione su campioni appositamente preparati. Semplici test di adesione sì-no vengono eseguiti tirando cordoni di materiale polimerizzato sui substrati in questione.
Un misuratore Shore-A misura la durezza della gomma. Questo dispositivo assomiglia ad un peso e ad un calibro con una punta che preme sul campione indurito. Più la punta penetra nella gomma, più morbida sarà la gomma e più basso sarà il valore. Un tipico sigillante per l'edilizia sarà compreso tra 15 e 35.
I tempi di skin over, i tempi di tack free e altre misurazioni speciali della pelle vengono eseguite con il dito o con fogli di plastica con pesi. Viene misurato il tempo necessario affinché la plastica possa essere rimossa in modo netto.
Per garantire la durata di conservazione, i tubi di sigillante vengono invecchiati a temperatura ambiente (che naturalmente richiede 1 anno per dimostrare una durata di conservazione di 1 anno) o a temperature elevate, in genere di 50 ℃ per 1,3,5,7 settimane ecc. Dopo l'invecchiamento processo (il tubo viene lasciato raffreddare nel caso accelerato), il materiale viene estruso dal tubo e trascinato in un foglio dove viene lasciato polimerizzare. Le proprietà fisiche della gomma formata in questi fogli vengono testate come prima. Queste proprietà vengono poi confrontate con quelle dei materiali appena composti per determinare la durata di conservazione appropriata.
Una spiegazione dettagliata e specifica della maggior parte dei test richiesti è reperibile nel manuale ASTM.
Alcuni consigli finali
I siliconi monocomponenti sono i sigillanti di altissima qualità disponibili. Hanno delle limitazioni e se sono richiesti requisiti specifici possono essere sviluppati appositamente.
È fondamentale assicurarsi che tutte le materie prime siano quanto più asciutte possibile, che la formulazione sia stabile e che l'aria venga rimossa durante il processo di produzione.
Lo sviluppo e il test sono fondamentalmente lo stesso processo per qualsiasi sigillante per una parte, indipendentemente dal tipo: assicurati solo di aver controllato ogni possibile proprietà prima di iniziare a produrre quantità e di avere una chiara comprensione delle esigenze dell'applicazione.
A seconda dei requisiti dell'applicazione, è possibile selezionare la chimica di polimerizzazione corretta. Ad esempio, se si seleziona un silicone e l'odore, la corrosione e l'adesione non sono considerati importanti ma è necessario un costo basso, allora l'acetossico è la strada da percorrere. Tuttavia, se sono coinvolte parti metalliche che potrebbero essere corrose o è necessaria un'adesione speciale alla plastica in un colore lucido unico, è necessaria un'ossima.
[1] Dale Flackett. Composti del silicio: silani e siliconi [M]. Gelest Inc: 433-439
* Foto del sigillante siliconico OLIVIA
Orario di pubblicazione: 31 marzo 2024
