V súčasnosti je na trhu mnoho bežných typov jednozložkových reaktívnych elastických tmelov, najmä silikónové a polyuretánové tmely. Rôzne typy elastických tmelov sa líšia v aktívnych funkčných skupinách a štruktúre vytvrdnutého hlavného reťazca. V dôsledku toho existujú viac či menej obmedzenia v ich použiteľných častiach a oblastiach. V tejto práci predstavujeme mechanizmy vytvrdzovania niekoľkých bežných jednozložkových reaktívnych elastických tmelov a porovnávame výhody a nevýhody rôznych typov elastických tmelov, aby sme prehĺbili naše znalosti a urobili vhodné rozhodnutia v praktických aplikáciách.
1. Bežný mechanizmus vytvrdzovania jednozložkového reaktívneho elastického tmelu
Medzi bežné jednozložkové reaktívne elastické tmely patria najmä: silikón (SR), polyuretán (PU), modifikovaný polyuretán (SPU) s koncovou silylovou skupinou a polyéter (MS). Prepolymér má rôzne aktívne funkčné skupiny a rôzne mechanizmy vytvrdzovacej reakcie.
1.1Mechanizmus vytvrdzovania silikónového elastomérového tmelu
Obrázok 1. Mechanizmus vytvrdzovania silikónového tmelu
Pri použití silikónových tmelov reaguje prepolymér so stopovým množstvom vlhkosti vo vzduchu a potom stuhne alebo vulkanizuje pôsobením katalyzátora. Vedľajšími produktmi sú nízkomolekulárne látky. Mechanizmus je znázornený na obrázku 1. Podľa rôznych nízkomolekulárnych látok uvoľňovaných počas vytvrdzovania možno silikónové tmely rozdeliť aj na deacidifikačný typ, deketoxímový typ a dealkoholizačný typ. Výhody a nevýhody týchto typov silikónových lepidiel sú zhrnuté v tabuľke 1.
Tabuľka 1. Porovnanie výhod a nevýhod niekoľkých typov silikónových lepidiel
1.2 Mechanizmus vytvrdzovania polyuretánového elastického tmelu
Jednozložkový polyuretánový tmel (PU) je typ polyméru, ktorý obsahuje opakujúce sa uretánové segmenty (-NHCOO-) v hlavnom reťazci molekuly. Mechanizmus vytvrdzovania spočíva v reakcii izokyanátu s vodou za vzniku nestabilného medziproduktu karbamátu, ktorý sa potom rýchlo rozkladá za vzniku CO2 a amínu, a potom amín reaguje s prebytkom izokyanátu v systéme a nakoniec vytvára elastomér so sieťovou štruktúrou. Jeho reakčný vzorec pre vytvrdzovanie je nasledovný:
Obrázok 1. Mechanizmus reakcie vytvrdzovania polyuretánového tmelu
1.3 Mechanizmus vytvrdzovania silánom modifikovaného polyuretánového tmelu
Obrázok 3. Mechanizmus vytvrdzovacej reakcie silánom modifikovaného polyuretánového tmelu
Vzhľadom na niektoré nedostatky polyuretánových tmelov bol polyuretán nedávno modifikovaný silánom na prípravu lepidiel, čím vznikol nový typ tesniaceho lepidla s hlavným reťazcom polyuretánovej štruktúry a alkoxysilánovou koncovou skupinou, nazývaný silánom modifikovaný polyuretánový tmel (SPU). Reakcia vytvrdzovania tohto typu tmelu je podobná reakcii silikónu, to znamená, že alkoxyskupiny reagujú s vlhkosťou, podliehajú hydrolýze a polykondenzácii a vytvárajú stabilnú trojrozmernú sieťovú štruktúru Si-O-Si (obrázok 3). V bodoch sieťového zosieťovania a medzi bodmi zosieťovania sa nachádzajú flexibilné segmentové štruktúry polyuretánu.
1.4 Mechanizmus vytvrdzovania polyéterových tmelov s koncovými skupinami silylovej skupiny
Silyl-terminovaný polyéterový tmel (MS) je jednozložkové elastické lepidlo na báze silánu. Kombinuje výhody polyuretánu a silikónu a je to nová generácia lepidiel a tmelov bez PVC, silikónového oleja, izokyanátu a rozpúšťadiel. Lepidlo MS reaguje s vlhkosťou vzduchu pri izbovej teplote, takže silanizovaný polymér so štruktúrou -Si(OR) alebo -SIR(OR)- sa hydrolyzuje na konci reťazca a zosieťuje sa na elastomér so sieťovou štruktúrou Si-O-Si, čím sa dosiahne tesniaci a spojovací účinok. Proces vytvrdzovania je nasledovný:
Obrázok 4. Mechanizmus vytvrdzovania polyéterového tmelu s koncovými skupinami silylu
2. Porovnanie výhod a nevýhod bežných jednozložkových reaktívnych elastických tmelov
2.1 Výhody a nevýhody silikónových tmelov
⑴Výhody silikónového tmelu:
① Vynikajúca odolnosť voči poveternostným vplyvom, kyslíku, ozónu a ultrafialovému žiareniu; ② Dobrá flexibilita pri nízkych teplotách.
⑵Nevýhody silikónového tmelu:
①Slabá renovácia a nemožnosť natierania; ②Nízka pevnosť v roztrhnutí; ③Nedostatočná odolnosť voči olejom; ④Neodolnosť voči prepichnutiu; ⑤Lepiaca vrstva ľahko vytvára olejovitý výluh, ktorý kontaminuje betón, kameň a iné sypké podklady.
2.2 Výhody a nevýhody polyuretánových tmelov
⑴Výhody polyuretánového tmelu:
① Dobrá priľnavosť k rôznym podkladom; ② Vynikajúca flexibilita pri nízkych teplotách; ③ Dobrá elasticita a vynikajúce regeneračné vlastnosti, vhodné pre dynamické spoje; ④ Vysoká mechanická pevnosť, vynikajúca odolnosť voči opotrebovaniu, odolnosť voči olejom a biologická odolnosť voči starnutiu; ⑤ Väčšina jednozložkových polyuretánových tmelov vytvrdzujúcich vlhkosťou neobsahuje rozpúšťadlá a neznečisťuje podklad ani životné prostredie; ⑥ Povrch tmelu je možné natierať a je ľahko použiteľný.
⑵Nevýhody polyuretánového tmelu:
① Pri vytvrdzovaní v prostredí s vysokou teplotou a vysokou vlhkosťou pri relatívne vysokej rýchlosti sa ľahko tvoria bubliny, čo ovplyvňuje vlastnosti tmelu; ② Pri lepení a utesňovaní komponentov neporéznych podkladov (ako je sklo, kov atď.) je vo všeobecnosti potrebný základný náter; ③ Plytká farba je náchylná na starnutie vplyvom UV žiarenia a skladovacia stabilita lepidla je výrazne ovplyvnená balením a vonkajšími podmienkami; ④ Tepelná odolnosť a odolnosť voči starnutiu sú mierne nedostatočné.
2.3 Výhody a nevýhody silánom modifikovaných polyuretánových tmelov
⑴Výhody silánom modifikovaného polyuretánového tmelu:
① Vytvrdzovanie neprodukuje bubliny; ② Má dobrú flexibilitu, odolnosť voči hydrolýze a chemickú stabilitu; ③ Vynikajúca odolnosť voči poveternostným vplyvom, tepelná odolnosť, odolnosť voči starnutiu, skladovateľnosť; ④ Široká prispôsobivosť podkladom, pri lepení vo všeobecnosti nie je potrebný základný náter; ⑤ Povrch je možné natierať.
⑵Nevýhody silánom modifikovaného polyuretánového tmelu:
① Odolnosť voči UV žiareniu nie je taká dobrá ako u silikónového tmelu; ② Odolnosť voči roztrhnutiu je o niečo horšia ako u polyuretánového tmelu.
2.4 Výhody a nevýhody polyéterových tmelov zakončených silylovou skupinou
⑴Výhody polyéterového tmelu s koncovými skupinami silylu:
① Má vynikajúce priľnavé vlastnosti k väčšine podkladov a dokáže dosiahnuť aktivačné spojenie bez použitia základného náteru; ② Má lepšiu tepelnú odolnosť a odolnosť voči UV starnutiu ako bežný polyuretán; ③ Jeho povrch sa dá natierať farbou.
⑵Nevýhody polyéterového tmelu s koncovými skupinami silyl:
① Odolnosť voči poveternostným vplyvom nie je taká dobrá ako u silikónového silikónu a po starnutí sa na povrchu objavujú praskliny; ② Priľnavosť ku sklu je slabá.
Prostredníctvom vyššie uvedeného úvodu máme predbežné znalosti o mechanizmoch vytvrdzovania niekoľkých bežne používaných typov jednozložkových reaktívnych elastických tmelov a porovnaním ich výhod a nevýhod môžeme dosiahnuť celkové pochopenie každého produktu. V praktických aplikáciách je možné tmel vybrať podľa skutočných podmienok aplikácie spojovacej časti, aby sa dosiahlo dobré utesnenie alebo spojenie aplikovanej časti.
Čas uverejnenia: 15. novembra 2023