No, non sarà noioso, davvero, soprattutto se amate le cose elastiche in gomma. Continuando a leggere, scoprirete quasi tutto quello che avete sempre voluto sapere sui sigillanti siliconici monocomponenti.
1) Cosa sono
2) Come realizzarli
3) Dove usarli
Introduzione
Cos'è un sigillante siliconico monocomponente?
Esistono molti tipi di sigillanti a polimerizzazione chimica: i più noti sono il silicone, il poliuretano e il polisolfuro. Il nome deriva dalla struttura molecolare che li compone.
La struttura portante in silicone è:
Si – O – Si – O – Si – O – Si
Il silicone modificato è una tecnologia nuova (almeno negli Stati Uniti) e in realtà consiste in una struttura organica reticolata con silano. Un esempio è l'ossido di polipropilene con terminazione alcossisilana.
Tutte queste sostanze chimiche possono essere monocomponenti o bicomponenti, il che ovviamente dipende dal numero di componenti necessari per ottenere la polimerizzazione. Pertanto, una parte significa semplicemente aprire il tubetto, la cartuccia o il secchio e il materiale polimerizzerà. Normalmente, questi sistemi monocomponenti reagiscono con l'umidità presente nell'aria trasformandosi in gomma.
Quindi, un silicone monocomponente è un sistema che rimane stabile nel tubo finché, esposto all'aria, non si indurisce producendo una gomma siliconica.
Vantaggi
I siliconi monocomponenti presentano numerosi vantaggi unici.
- Se miscelati correttamente, sono molto stabili e affidabili, con eccellenti proprietà adesive e fisiche. Una durata di conservazione (il tempo in cui è possibile lasciarlo nel tubetto prima dell'uso) di almeno un anno è normale, con alcune formulazioni che durano per molti anni. I siliconi offrono anche indiscutibilmente le migliori prestazioni a lungo termine. Le loro proprietà fisiche difficilmente cambiano nel tempo, senza subire effetti dall'esposizione ai raggi UV e, inoltre, presentano un'eccellente stabilità alla temperatura, superiore di almeno 50°C a quella di altri sigillanti.
- I siliconi monocomponenti polimerizzano in tempi relativamente rapidi, formando una pellicola in genere entro 5-10 minuti, diventando non appiccicosi entro un'ora e polimerizzando in una gomma elastica spessa circa 2,5 mm in meno di un giorno. La superficie ha una piacevole sensazione gommosa.
-Poiché possono essere resi traslucidi, il che è di per sé una caratteristica importante (il colore traslucido è il più utilizzato), è relativamente facile pigmentarli in qualsiasi colore.
Limitazioni
I siliconi presentano due limitazioni principali.
1) Non possono essere verniciati con vernice a base d'acqua; la cosa può risultare complicata anche con vernice a base di solvente.
2) Dopo l'indurimento, il sigillante può rilasciare parte del suo plastificante siliconico che, se utilizzato in un giunto di dilatazione di un edificio, può creare antiestetiche macchie lungo il bordo del giunto.
Naturalmente, data la natura stessa del monocomponente, è impossibile ottenere una sezione profonda e rapida attraverso la polimerizzazione, perché il sistema deve reagire con l'aria, quindi polimerizza dall'alto verso il basso. Entrando più nello specifico, i siliconi non possono essere utilizzati come unica sigillatura nelle vetrate isolanti perché, sebbene siano eccellenti nel trattenere l'acqua liquida in massa, il vapore acqueo passa relativamente facilmente attraverso la gomma siliconica polimerizzata, causando l'appannamento delle vetrate isolanti.
Aree di mercato e usi
I siliconi monocomponenti vengono utilizzati praticamente ovunque, anche, con grande costernazione 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, dell'elettronica e aerospaziale. Come per 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 la penetrazione di acqua o correnti d'aria. A volte una formulazione non viene modificata se non per renderla più fluida, su cui poi diventa un rivestimento. Il modo migliore per distinguere 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 ne mantiene unite due. Un sigillante è più simile a un adesivo quando viene utilizzato in vetrate strutturali o vetrate isolanti, tuttavia, la sua funzione è comunque quella di sigillare i due substrati oltre a tenerli uniti.
Chimica di base
Il sigillante siliconico allo stato non polimerizzato si presenta normalmente come una pasta densa o una crema. Esposto 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 non si trasforma in una gomma di grande effetto. 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 l'odore e la velocità di polimerizzazione, sia indirettamente, come il colore, l'adesione, ecc., grazie alle altre materie prime che possono essere utilizzate con specifici sistemi reticolanti, come cariche e promotori di adesione. La scelta del reticolante corretto è fondamentale per determinare le proprietà finali del sigillante.
Tipi di stagionatura
Esistono diversi sistemi di stagionatura.
1) Acetoxy (odore acido di aceto)
2) Ossima
3) Alcossi
4) Benzamide
5) Ammina
6) Aminossi
Ossime, alcossi e benzamidi (più ampiamente utilizzati in Europa) sono i cosiddetti sistemi neutri o non acidi. Le ammine e i sistemi amminossi hanno un odore di ammoniaca e sono tipicamente utilizzati principalmente in ambito automobilistico e industriale o in specifiche applicazioni edilizie all'aperto.
Materie prime
Le formulazioni comprendono diversi componenti, 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 formulazione di sigillante fai da te o per costruzioni in ossima avrà un aspetto simile a questo:
| % | ||
| Polidimetilsilossano, OH terminato 50.000 cps | 65,9 | Polimero |
| Polidimetilsilossano, trimetilterminato, 1000 cps | 20 | Plastificante |
| Metiltriossiminosilano | 5 | Reticolante |
| Aminopropiltrietossisilano | 1 | Promotore di adesione |
| 150 mq/g di superficie di silice pirogenica | 8 | Riempitivo |
| dilaurato di dibutilstagno | 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 (min) | 60 |
| Tempo di graffio (min) | 120 |
| Indurimento completo (mm in 24 ore) | 2 |
Le formulazioni che utilizzano altri reticolanti appariranno simili, forse differendo per il livello di reticolante, il tipo di promotore di adesione e i 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. Questi tipi di formulazioni ovviamente non possono essere prodotte in versione trasparente o traslucida.
Sviluppo di sigillanti
Lo sviluppo di un nuovo sigillante si articola in 3 fasi.
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 miscelare questi piccoli lotti da 100 g in pochi secondi, espellendo l'aria. Questo è importante perché ora consente allo sviluppatore di testare effettivamente le proprietà fisiche di questi piccoli lotti. La silice pirogenica o altri riempitivi come i gessi precipitati possono essere miscelati nel silicone in circa 8 secondi. La deaerazione richiede circa 20-25 secondi. La macchina funziona tramite un meccanismo a doppia 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 contenitori, inclusi quelli monouso, il che significa che non è necessario alcun lavaggio.
Fondamentale nel processo di formulazione non è solo la tipologia degli ingredienti, ma anche l'ordine di aggiunta e i tempi di miscelazione. Naturalmente, l'esclusione o la rimozione dell'aria è importante per garantire la conservazione del prodotto, poiché le bolle d'aria contengono umidità che favorirà la polimerizzazione del sigillante dall'interno.
Una volta ottenuto il tipo di sigillante necessario per la sua specifica applicazione, il chimico passa a un miscelatore planetario da 1 litro, in grado di produrre circa 3-4 piccole provette da 110 ml (3 oz). Questo materiale è sufficiente per i test iniziali di durata di conservazione e di adesione, oltre a qualsiasi altro requisito speciale.
Successivamente, può passare a una macchina da 1 o 2 galloni per produrre 8-12 tubetti da 10 once per test più approfonditi e campionamenti per i clienti. Il sigillante viene estruso dal contenitore attraverso un cilindro metallico nella cartuccia, che si inserisce sul cilindro di confezionamento. Dopo questi test, è pronto per l'aumento di produzione.
2) Aumento della scala e messa a punto - volumi medi
Nella fase di produzione su larga scala, la formulazione di laboratorio viene ora prodotta su una macchina più grande, in genere nell'intervallo 100-200 kg, ovvero circa un fusto. Questa fase ha due scopi principali:
a) per vedere se ci sono cambiamenti significativi tra la dimensione di 4 libbre e questa dimensione più grande che possono derivare da velocità di miscelazione e dispersione, velocità di reazione e diverse quantità di taglio nella miscela, e
b) produrre materiale sufficiente per campionare i 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 volumi ridotti o colori speciali e si deve produrre solo un fusto di ogni tipo alla volta.
Esistono diversi tipi di macchine miscelatrici. Le due più comunemente utilizzate sono i miscelatori planetari (come mostrato sopra) e i dispersori ad alta velocità. Un planetario è adatto per miscele ad alta viscosità, mentre un dispersore offre prestazioni migliori soprattutto con sistemi fluidi a bassa viscosità. Nei tipici sigillanti per edilizia, entrambe le macchine possono essere utilizzate, 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 larga scala
La produzione finale, che può essere a lotti o continua, si spera riproduca semplicemente la formulazione finale ottenuta nella fase di scale-up. Di solito, una quantità relativamente piccola (2 o 3 lotti o 1-2 ore di produzione continua) di materiale viene inizialmente prodotta nell'impianto di produzione e controllata prima di avviare la produzione normale.
Test: cosa e come testare.
Che cosa
Proprietà fisiche: allungamento, resistenza alla trazione e modulo
Adesione al substrato appropriato
Durata di conservazione: sia accelerata che a temperatura ambiente
Velocità di polimerizzazione: formazione della pelle nel tempo, tempo di non adesività, 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. Successivamente, viene ritagliato uno speciale manubrio e inserito in un apposito apparecchio per la prova di trazione per misurare proprietà fisiche come allungamento, modulo e resistenza alla trazione. Vengono inoltre utilizzati per misurare le forze di adesione/coesione su campioni appositamente preparati. Semplici test di adesione, con risposta affermativa o negativa, vengono eseguiti tirando le perle di materiale indurito sui substrati in questione.
Un misuratore Shore-A misura la durezza della gomma. Questo strumento ha l'aspetto di un peso e di un calibro con una punta che preme sul campione polimerizzato. Più la punta penetra nella gomma, più la gomma è morbida e più basso è il valore. Un tipico sigillante per edilizia avrà una durezza compresa tra 15 e 35 Shore.
I tempi di permanenza sulla pelle, i tempi di distacco e altre misurazioni specifiche della pelle vengono eseguiti con il dito o con fogli di plastica dotati di pesi. Viene misurato il tempo necessario affinché la plastica possa essere rimossa in modo pulito.
Per garantire la durata di conservazione, i tubetti 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 50 °C per 1, 3, 5, 7 settimane ecc. Dopo il processo di invecchiamento (il tubetto viene lasciato raffreddare nel caso accelerato), il materiale viene estruso dal tubetto e trafilato in un foglio dove viene lasciato indurire. Le proprietà fisiche della gomma formata in questi fogli vengono testate come in precedenza. Queste proprietà vengono quindi confrontate con quelle dei materiali appena composti per determinare la durata di conservazione appropriata.
Una spiegazione dettagliata della maggior parte dei test richiesti è reperibile nel manuale ASTM.
Alcuni suggerimenti finali
I siliconi monocomponenti sono i sigillanti di qualità più elevata disponibili. Presentano tuttavia delle limitazioni e, se richiesti requisiti specifici, possono essere sviluppati appositamente.
È fondamentale assicurarsi che tutte le materie prime siano il più possibile asciutte, che la formulazione sia stabile e che l'aria venga rimossa durante il processo di produzione.
Lo sviluppo e il collaudo sono sostanzialmente gli stessi per qualsiasi sigillante monocomponente, indipendentemente dal tipo: assicurati solo di aver verificato ogni possibile proprietà prima di iniziare a produrre quantità di produzione e di avere una chiara comprensione delle esigenze dell'applicazione.
A seconda dei requisiti applicativi, è possibile selezionare la corretta chimica di polimerizzazione. Ad esempio, se si sceglie un silicone e odore, corrosione e adesione non sono considerati importanti ma è necessario un basso costo, allora l'acetossile è la soluzione ideale. Tuttavia, se sono coinvolte parti metalliche che potrebbero essere corrose o è richiesta una speciale adesione alla plastica con un colore lucido unico, allora è necessaria un'ossima.
[1] Dale Flackett. Composti di silicio: silani e siliconi [M]. Gelest Inc: 433-439
* Foto di OLIVIA Silicone Sealant
Data di pubblicazione: 31-03-2024
