No, non sarà noioso, fidatevi, soprattutto se amate gli oggetti in gomma elastica. Continuando a leggere, scoprirete quasi tutto quello che avreste sempre voluto sapere sui sigillanti siliconici monocomponenti.
1) Cosa sono
2) Come realizzarli
3) Dove utilizzarli
Introduzione
Che cos'è un sigillante siliconico monocomponente?
Esistono molti tipi di sigillanti a polimerizzazione chimica: i più noti sono quelli a base di silicone, poliuretano e polisolfuro. Il nome deriva dalla struttura di base delle molecole che li compongono.
La struttura portante in silicone è la seguente:
Si – O – Si – O – Si – O – Si
Il silicone modificato è una nuova tecnologia (almeno negli Stati Uniti) e consiste in una struttura organica reticolata con silani. Un esempio è il polipropilene ossido terminato con alcossisilani.
Tutte queste sostanze chimiche possono essere monocomponenti o bicomponenti, a seconda del numero di componenti necessari per la polimerizzazione. Pertanto, un sistema monocomponente 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 per trasformarsi in gomma.
Quindi, un silicone monocomponente è un sistema stabile nel tubetto finché, a contatto con l'aria, non polimerizza producendo una gomma siliconica.
Dettagli
I siliconi monocomponenti presentano numerosi vantaggi esclusivi.
Se miscelati correttamente, sono molto stabili e affidabili, con un'eccellente adesione e proprietà fisiche. La durata di conservazione (il tempo in cui è possibile conservare il prodotto nel tubetto prima dell'uso) è in genere di almeno un anno, con alcune formulazioni che durano molti anni. I siliconi offrono inoltre indubbiamente le migliori prestazioni a lungo termine. Le loro proprietà fisiche non subiscono quasi alcuna alterazione nel tempo, non risentono dell'esposizione ai raggi UV e, inoltre, presentano un'eccellente stabilità termica, superiore di almeno 50°C rispetto ad altri sigillanti.
I siliconi monocomponenti polimerizzano relativamente in fretta, formando in genere una pellicola superficiale entro 5-10 minuti, diventando asciutti entro un'ora e indurendosi fino a diventare una gomma elastica di circa 2,5 mm di spessore in meno di un giorno. La superficie ha una piacevole consistenza gommosa.
-Dato che possono essere rese traslucide, una caratteristica di per sé importante (la traslucenza è il colore più utilizzato), è relativamente facile pigmentarle in qualsiasi colore.
Limitazioni
I siliconi presentano due limitazioni principali.
1) Non possono essere verniciati con vernici a base d'acqua; può essere problematico anche con vernici 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 macchie antiestetiche lungo il bordo del giunto.
Naturalmente, data la natura stessa del materiale monocomponente, è impossibile ottenere una rapida polimerizzazione in profondità, poiché il sistema deve reagire con l'aria, polimerizzando quindi dall'alto verso il basso. Per essere più precisi, i siliconi non possono essere utilizzati come unico sigillante nelle finestre con vetri isolanti perché, sebbene siano eccellenti nel tenere fuori l'acqua liquida, il vapore acqueo passa relativamente facilmente attraverso la gomma siliconica polimerizzata, causando l'appannamento delle unità di vetro isolante.
Aree di mercato e utilizzi
I siliconi monocomponenti vengono utilizzati praticamente ovunque, anche, con grande disappunto di alcuni proprietari di edifici, laddove le due limitazioni menzionate in precedenza causano problemi.
I settori dell'edilizia e del fai-da-te rappresentano la quota maggiore del mercato, seguiti da quello automobilistico, industriale, elettronico 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 dissimili per impedire l'infiltrazione di acqua o spifferi. Talvolta, la formulazione viene modificata solo per renderla più fluida, trasformandola in 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, e un adesivo tiene unite due superfici in modo estensivo. Un sigillante è più simile a un adesivo quando viene utilizzato nelle vetrate strutturali o nei vetri isolanti, tuttavia, oltre a tenerle unite, ha anche la funzione di sigillare i due substrati.
Chimica di base
Il sigillante siliconico allo stato non indurito si presenta normalmente come una pasta o una crema densa. A contatto con l'aria, i gruppi terminali reattivi del polimero siliconico si idrolizzano (reagiscono con l'acqua) e si legano tra loro, rilasciando acqua e formando lunghe catene polimeriche che continuano a reagire fino a quando la pasta non si trasforma in una gomma dall'aspetto robusto. Il gruppo reattivo all'estremità del polimero siliconico proviene dalla componente più importante della formulazione (escluso il polimero stesso), ovvero l'agente reticolante. È l'agente reticolante che conferisce al sigillante le sue proprietà caratteristiche, direttamente come odore e velocità di indurimento, oppure indirettamente come colore, adesione, ecc., a causa delle altre materie prime che possono essere utilizzate con specifici sistemi di reticolazione, come cariche e promotori di adesione. La scelta dell'agente reticolante più adatto è fondamentale per determinare le proprietà finali del sigillante.
Tipi di stagionatura
Esistono diversi sistemi di stagionatura.
1) Acetossi (odore di aceto acido)
2) Ossima
3) Alcossi
4) Benzamide
5) Ammina
6) Aminossi
Le ossime, le alcossidi e le benzamidi (più diffuse in Europa) sono i cosiddetti sistemi neutri o non acidi. I sistemi amminici e amminossidici hanno un odore di ammoniaca e sono tipicamente utilizzati maggiormente in ambito automobilistico e industriale o in specifiche applicazioni edili 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 l'agente reticolante. Tuttavia, vengono quasi sempre aggiunti riempitivi, promotori di adesione, polimeri non reattivi (plastificanti) e catalizzatori. Inoltre, si possono utilizzare molti altri additivi come paste coloranti, fungicidi, ritardanti di fiamma e stabilizzanti termici.
Formulazioni di base
Una tipica formulazione di sigillante ossima per costruzioni o fai-da-te si presenterà più o meno così:
| % | ||
| Polidimetilsilossano, terminato con OH 50.000 cps | 65,9 | Polimero |
| Polidimetilsilossano, trimetil-terminato, 1000 cps | 20 | Plastificante |
| Metiltriossiminosilano | 5 | Crosslinker |
| Aminopropiltrietossisilano | 1 | Promotore di adesione |
| Silice pirogenica con superficie specifica di 150 m²/g | 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 di elasticità a 100 allungamenti (MPa) | 0,4 |
| Durezza della riva A | 22 |
| Tempo di posa sulla pelle (minuti) | 10 |
| Tempo libero senza attrezzatura (min) | 60 |
| Tempo di graffio (minuti) | 120 |
| Attraverso la guarigione (mm in 24 ore) | 2 |
Le formulazioni che utilizzano altri agenti reticolanti avranno un aspetto simile, differendo forse 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 se non si utilizza una grande quantità di riempitivo a base di gesso. Ovviamente, questo tipo di formulazioni non può essere prodotto nella versione trasparente o traslucida.
Sviluppo di sigillanti
Lo sviluppo di un nuovo sigillante si articola in 3 fasi.
1) Ideazione, produzione e collaudo in laboratorio - volumi molto ridotti
Qui, il chimico di laboratorio ha nuove idee e in genere inizia con una piccola quantità di circa 100 grammi di sigillante, solo per vedere come polimerizza e che tipo di gomma si produce. Ora è disponibile una nuova macchina, "The Hauschild Speed Mix" di FlackTek Inc. Questa macchina specializzata è ideale per miscelare queste piccole quantità da 100 g in pochi secondi, espellendo l'aria. Questo è importante perché ora consente allo sviluppatore di testare effettivamente le proprietà fisiche di queste piccole quantità. La silice pirogenica o altri riempitivi come i gessi precipitati possono essere miscelati nel silicone in circa 8 secondi. L'eliminazione dell'aria richiede circa 20-25 secondi. La macchina funziona tramite un meccanismo di doppia centrifuga asimmetrica che utilizza le particelle stesse come bracci di miscelazione. La quantità massima di miscela è di 100 grammi e sono disponibili diversi tipi di contenitori, inclusi quelli monouso, il che significa che non è necessaria alcuna pulizia.
Nel processo di formulazione, non solo il tipo di ingredienti è fondamentale, ma anche l'ordine di aggiunta e i tempi di miscelazione. Naturalmente, l'esclusione o la rimozione dell'aria è importante per garantire la durata di conservazione del prodotto, poiché le bolle d'aria contengono umidità che causerebbe l'indurimento del sigillante dall'interno.
Una volta che il chimico ha ottenuto il tipo di sigillante necessario per la sua specifica applicazione, può utilizzare un miscelatore planetario da 1 litro per produrre circa 3-4 tubetti da 110 ml (3 once). Questa quantità è sufficiente per i test iniziali di durata di conservazione e di adesione, oltre a eventuali altre esigenze specifiche.
Successivamente, può passare a una macchina da 1 o 2 galloni per produrre 8-12 tubetti da 10 once per test più approfonditi e campionature per i clienti. Il sigillante viene estruso dal contenitore attraverso un cilindro metallico nella cartuccia che si adatta al cilindro di confezionamento. Dopo questi test, è pronto per l'aumento di scala.
2) Ampliamento e messa a punto - volumi medi
Nella fase di scalabilità, la formulazione di laboratorio viene ora prodotta su una macchina più grande, in genere nell'ordine dei 100-200 kg, ovvero circa un fusto. Questa fase ha due scopi principali.
a) per verificare se vi siano cambiamenti significativi tra la dimensione da 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 concreto sul campo.
Questa macchina da 50 galloni è molto utile anche per prodotti industriali quando sono richiesti bassi volumi o colori speciali e si deve produrre solo un fusto di ciascun 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 miscelatore planetario è adatto per miscele ad alta viscosità, mentre un dispersore offre prestazioni migliori soprattutto con sistemi fluidi a bassa viscosità. Nei sigillanti per edilizia, si possono utilizzare entrambi i tipi di macchine, purché si presti attenzione ai tempi di miscelazione e alla potenziale generazione di calore da parte di un dispersore ad alta velocità.
3) Quantità di produzione su vasta scala
La produzione finale, che può essere discontinua o continua, idealmente riproduce semplicemente la formulazione finale ottenuta nella fase di scalatura. Solitamente, una quantità relativamente piccola di materiale (2 o 3 lotti o 1-2 ore di produzione continua) viene prodotta inizialmente con le apparecchiature di produzione e verificata prima di procedere alla produzione normale.
Test: cosa testare e come testarlo.
Che cosa
Proprietà fisiche: allungamento, resistenza alla trazione e modulo elastico.
Adesione al substrato appropriato
Durata di conservazione, sia accelerata che a temperatura ambiente.
Velocità di polimerizzazione: tempo di asciugatura superficiale, tempo di resistenza al graffio 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
Si stende un foglio di sigillante e lo si lascia indurire per una settimana. Successivamente, si ritaglia un manubrio speciale che viene inserito in una macchina per prove di trazione per misurare proprietà fisiche come allungamento, modulo elastico e resistenza alla trazione. Queste macchine vengono utilizzate anche per misurare le forze di adesione/coesione su campioni appositamente preparati. Semplici test di adesione binaria (sì/no) vengono eseguiti tirando dei cordoni di materiale indurito sui substrati in questione.
Un misuratore Shore A misura la durezza della gomma. Questo dispositivo è costituito da un peso e un indicatore con una punta che preme sul campione di gomma indurita. Più la punta penetra nella gomma, più la gomma è morbida e minore è il valore. Un tipico sigillante per edilizia ha un valore compreso tra 15 e 35.
I tempi di contatto con la pelle, i tempi di appiccicosità e altre misurazioni specifiche della pelle vengono effettuate con il dito o con fogli di plastica appesantiti. Si misura il tempo necessario affinché la plastica si stacchi completamente.
Per determinare la durata di conservazione, i tubetti di sigillante vengono invecchiati a temperatura ambiente (il che richiede naturalmente 1 anno per dimostrare una durata di conservazione di 1 anno) oppure a temperature elevate, tipicamente di 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 stirato in un foglio dove viene lasciato polimerizzare. Le proprietà fisiche della gomma formata in questi fogli vengono testate come in precedenza. Queste proprietà vengono quindi confrontate con quelle di materiali appena miscelati per determinare la durata di conservazione appropriata.
Una spiegazione dettagliata della maggior parte dei test richiesti è reperibile nel manuale ASTM.
Alcuni consigli finali
I siliconi monocomponenti sono i sigillanti di altissima qualità disponibili. Presentano tuttavia delle limitazioni e, qualora fossero 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 produttivo.
Lo sviluppo e il collaudo sono sostanzialmente lo stesso processo per qualsiasi sigillante monocomponente, indipendentemente dal tipo: assicurati solo di aver verificato ogni possibile proprietà prima di iniziare la produzione in serie e di avere una chiara comprensione delle esigenze dell'applicazione.
A seconda dei requisiti dell'applicazione, è possibile selezionare la chimica di polimerizzazione più adatta. Ad esempio, se si sceglie un silicone e l'odore, la corrosione e l'adesione non sono considerati importanti, ma è necessario un costo contenuto, allora l'acetossile è la soluzione ideale. Tuttavia, se sono coinvolte parti metalliche soggette a corrosione o se è richiesta un'adesione speciale alla plastica con un colore lucido particolare, allora è necessario un ossime.
[1] Dale Flackett. Composti di silicio: silani e siliconi [M]. Gelest Inc: 433-439
* Foto tratta dal sigillante siliconico OLIVIA
Data di pubblicazione: 31 marzo 2024
