Nein, das wird nicht langweilig, ehrlich gesagt – vor allem, wenn Sie dehnbare Gummisachen lieben. Wenn Sie weiterlesen, erfahren Sie fast alles, was Sie schon immer über einkomponentige Silikondichtstoffe wissen wollten.
1) Was sie sind
2) Wie man sie herstellt
3) Wo man sie verwendet
Einführung
Was ist ein Einkomponenten-Silikondichtstoff?
Es gibt viele Arten chemisch härtender Dichtstoffe – die bekanntesten sind Silikon, Polyurethan und Polysulfid. Der Name leitet sich vom Grundgerüst der beteiligten Moleküle ab.
Das Silikon-Grundgerüst besteht aus:
Si – O – Si – O – Si – O – Si
Modifiziertes Silikon ist eine neue Technologie (zumindest in den USA) und bedeutet eigentlich ein organisches Grundgerüst, das mit Silanchemie ausgehärtet wird. Ein Beispiel ist Alkoxysilan-terminiertes Polypropylenoxid.
Alle diese Chemikalien können entweder einteilig oder zweiteilig sein, was offensichtlich von der Anzahl der Teile abhängt, die Sie benötigen, um das Ding auszuhärten. Daher bedeutet ein Teil einfach: Öffnen Sie die Tube, Kartusche oder den Eimer und Ihr Material härtet aus. Normalerweise reagieren diese einteiligen Systeme mit der Luftfeuchtigkeit und werden zu Gummi.
Ein einkomponentiges Silikon ist also ein System, das in der Tube stabil bleibt, bis es an der Luft zu einem Silikonkautschuk aushärtet.
Vorteile
Einkomponentige Silikone haben viele einzigartige Vorteile.
-Bei richtiger Mischung sind sie sehr stabil und zuverlässig mit ausgezeichneter Haftung und hervorragenden physikalischen Eigenschaften. Eine Haltbarkeitsdauer (die Zeit, die Sie in der Tube belassen können, bevor Sie sie verwenden) von mindestens einem Jahr ist normal, wobei einige Formulierungen mehrere Jahre halten. Silikone haben zweifellos auch die beste Langzeitleistung. Ihre physikalischen Eigenschaften ändern sich im Laufe der Zeit kaum, ohne dass es zu einer Beeinträchtigung durch UV-Strahlung kommt. Darüber hinaus weisen sie eine hervorragende Temperaturstabilität auf, die die anderer Dichtstoffe um mindestens 50 °C übertrifft.
- Einteilige Silikone härten relativ schnell aus, bilden typischerweise innerhalb von 5 bis 10 Minuten eine Haut, werden innerhalb einer Stunde klebfrei und härten in weniger als einem Tag zu einem elastischen Gummi mit einer Tiefe von etwa 1/10 Zoll aus. Die Oberfläche fühlt sich schön gummiartig an.
-Da sie durchscheinend gemacht werden können, was an sich schon ein wichtiges Merkmal ist (durchscheinend ist die am häufigsten verwendete Farbe), ist es relativ einfach, sie in jede beliebige Farbe zu pigmentieren.
Einschränkungen
Silikone haben zwei wesentliche Einschränkungen.
1) Sie können nicht mit Farbe auf Wasserbasis gestrichen werden – mit Farbe auf Lösungsmittelbasis kann es ebenfalls schwierig sein.
2) Nach dem Aushärten kann der Dichtstoff einen Teil seines Silikonweichmachers freisetzen, was bei der Verwendung in einer Gebäudedehnungsfuge zu unschönen Flecken am Fugenrand führen kann.
Da es sich um ein einteiliges System handelt, ist es natürlich unmöglich, schnell einen tiefen Abschnitt durchzuhärten, da das System mit der Luft reagieren und von oben nach unten aushärten muss. Genauer gesagt: Silikone können nicht als alleinige Dichtung in Isolierglasfenstern verwendet werden, weil. Obwohl sie flüssiges Wasser hervorragend fernhalten, dringt Wasserdampf relativ leicht durch den ausgehärteten Silikonkautschuk und führt dazu, dass die Isolierglaseinheiten beschlagen.
Marktgebiete und Nutzungen
Einkomponentige Silikone werden fast überall verwendet, zum Leidwesen mancher Bauherren auch dort, wo die beiden oben genannten Einschränkungen Probleme bereiten.
Der Bau- und Heimwerkermarkt macht das größte Volumen aus, gefolgt von der Automobil-, Industrie-, Elektronik- und Luft- und Raumfahrtbranche. Wie bei allen Dichtstoffen besteht die Hauptfunktion von Einkomponentensilikonen darin, die Lücke zwischen zwei ähnlichen oder unterschiedlichen Untergründen zu haften und zu füllen, um das Eindringen von Wasser oder Zugluft zu verhindern. Manchmal lässt sich eine Formulierung kaum ändern, außer sie fließfähiger zu machen, worauf sie dann zu einer Beschichtung wird. Der beste Weg, zwischen einer Beschichtung, einem Klebstoff und einem Dichtstoff zu unterscheiden, ist einfach. Ein Dichtungsmittel dichtet zwischen zwei Oberflächen ab, während eine Beschichtung nur eine davon bedeckt und schützt, während ein Klebstoff zwei Oberflächen weitgehend zusammenhält. Ein Dichtstoff ähnelt am ehesten einem Klebstoff, wenn er in Structural Glazing oder Isolierverglasungen verwendet wird. Allerdings dient er auch dazu, die beiden Substrate abzudichten und sie zusammenzuhalten.
Grundlegende Chemie
Der Silikondichtstoff sieht im unausgehärteten Zustand normalerweise wie eine dicke Paste oder Creme aus. An der Luft hydrolysieren die reaktiven Endgruppen des Silikonpolymers (reagieren mit Wasser) und verbinden sich dann miteinander, geben Wasser ab und bilden lange Polymerketten, die weiter miteinander reagieren, bis sich die Paste schließlich in einen beeindruckenden Gummi verwandelt. Die reaktive Gruppe am Ende des Silikonpolymers stammt vom wichtigsten Teil der Formulierung (mit Ausnahme des Polymers selbst), nämlich dem Vernetzer. Es ist der Vernetzer, der dem Dichtstoff seine charakteristischen Eigenschaften verleiht, entweder direkt wie Geruch und Aushärtegeschwindigkeit oder indirekt wie Farbe, Haftung usw. aufgrund der anderen Rohstoffe, die mit spezifischen Vernetzersystemen wie Füllstoffen und Haftvermittlern verwendet werden können . Die Auswahl des richtigen Vernetzers ist entscheidend für die endgültigen Eigenschaften des Dichtstoffs.
Aushärtungsarten
Es gibt verschiedene Härtungssysteme.
1) Acetoxy (saurer Essiggeruch)
2) Oxim
3) Alkoxy
4) Benzamid
5) Amin
6) Aminox
Oxime, Alkoxide und Benzamide (in Europa häufiger verwendet) sind die sogenannten neutralen oder nicht sauren Systeme. Die Amine und Aminoxysysteme haben einen Ammoniakgeruch und werden typischerweise eher im Automobil- und Industriebereich oder bei speziellen Außenbauanwendungen eingesetzt.
Rohstoffe
Formulierungen umfassen mehrere unterschiedliche Komponenten, von denen einige je nach beabsichtigter Endverwendung optional sind.
Die einzigen unbedingt notwendigen Rohstoffe sind Reaktivpolymer und Vernetzer. Allerdings werden fast immer Füllstoffe, Haftvermittler, nicht reaktive (weichmachende) Polymere und Katalysatoren zugesetzt. Darüber hinaus können viele weitere Zusatzstoffe wie Farbpasten, Fungizide, Flammschutzmittel und Hitzestabilisatoren verwendet werden.
Grundlegende Formulierungen
Eine typische Oxim-Konstruktion oder DIY-Dichtstoffformulierung sieht etwa so aus:
| % | ||
| Polydimethylsiloxan, OH-terminiert 50.000 cps | 65,9 | Polymer |
| Polydimethylsiloxan, trimethylterminiert, 1000 cps | 20 | Weichmacher |
| Methyltrioximinosilan | 5 | Vernetzer |
| Aminopropyltriethoxysilan | 1 | Haftvermittler |
| 150 m²/g Oberfläche, pyrogene Kieselsäure | 8 | Füllstoff |
| Dibutylzinndilaurat | 0,1 | Katalysator |
| Gesamt | 100 |
Physikalische Eigenschaften
Zu den typischen physikalischen Eigenschaften gehören:
| Dehnung (%) | 550 |
| Zugfestigkeit (MPa) | 1.9 |
| Modul bei 100 Dehnung (MPa) | 0,4 |
| Shore-A-Härte | 22 |
| Haut im Laufe der Zeit (Min.) | 10 |
| Klebfreie Zeit (Min.) | 60 |
| Scratch-Zeit (Min.) | 120 |
| Durchhärtung (mm in 24 Stunden) | 2 |
Formulierungen mit anderen Vernetzern sehen ähnlich aus und unterscheiden sich möglicherweise im Vernetzergehalt, der Art des Haftvermittlers und den Härtungskatalysatoren. Ihre physikalischen Eigenschaften variieren geringfügig, sofern keine Kettenverlängerer beteiligt sind. Einige Systeme lassen sich nur dann einfach herstellen, wenn eine große Menge Kreidefüller verwendet wird. Offensichtlich können solche Formulierungen nicht in klarer oder durchscheinender Form hergestellt werden.
Entwicklung von Dichtstoffen
Die Entwicklung eines neuen Dichtmittels erfolgt in drei Phasen.
1) Konzeption, Produktion und Tests im Labor – sehr kleine Mengen
Hier hat der Laborchemiker neue Ideen und beginnt typischerweise mit einer Handcharge von etwa 100 Gramm Dichtmittel, um zu sehen, wie es aushärtet und welche Art von Gummi entsteht. Jetzt gibt es eine neue Maschine: „The Hauschild Speed Mix“ von FlackTek Inc. Diese Spezialmaschine ist ideal zum sekundenschnellen Mischen dieser kleinen 100-g-Chargen unter Luftausstoß. Dies ist wichtig, da der Entwickler nun die physikalischen Eigenschaften dieser kleinen Chargen tatsächlich testen kann. Pyrogene Kieselsäure oder andere Füllstoffe wie gefällte Kreiden können in etwa 8 Sekunden in das Silikon eingemischt werden. Das Entlüften dauert etwa 20-25 Sekunden. Die Maschine arbeitet mit einem dualen asymmetrischen Zentrifugenmechanismus, der im Wesentlichen die Partikel selbst als eigene Mischarme nutzt. Die maximale Mischmenge beträgt 100 Gramm und es sind verschiedene Bechertypen erhältlich, darunter auch Einwegbecher, was bedeutet, dass keinerlei Reinigung erforderlich ist.
Bei der Rezeptur kommt es nicht nur auf die Art der Zutaten an, sondern auch auf die Reihenfolge der Zugabe und die Mischzeiten. Natürlich ist der Ausschluss bzw. die Entfernung von Luft wichtig, um die Haltbarkeit des Produkts zu gewährleisten, da Luftblasen Feuchtigkeit enthalten, die dann dazu führt, dass der Dichtstoff von innen aushärtet.
Sobald der Chemiker die Art von Dichtmittel gefunden hat, die für seine spezielle Anwendung erforderlich ist, kann es zu einem 1-Liter-Planetenmischer skaliert werden, der etwa 3-4 kleine 110-ml-Röhrchen (3 Unzen) herstellen kann. Dies ist ausreichend Material für die anfängliche Haltbarkeitsprüfung und Haftungsprüfung sowie für alle anderen besonderen Anforderungen.
Anschließend kann er zu einer 1- oder 2-Gallonen-Maschine gehen, um 8–12 10-Unzen-Röhrchen für eingehendere Tests und Kundenproben herzustellen. Das Dichtmittel wird aus dem Behälter durch einen Metallzylinder in die Kartusche extrudiert, die über den Verpackungszylinder passt. Nach diesen Tests ist er bereit für die Skalierung.
2) Scale-up und Feinabstimmung – mittlere Volumina
Bei der Maßstabsvergrößerung wird die Laborformulierung nun auf einer größeren Maschine hergestellt, typischerweise im Bereich von 100–200 kg oder etwa einem Fass. Dieser Schritt hat zwei Hauptzwecke
a) um zu sehen, ob es signifikante Veränderungen zwischen der 4-Pfund-Größe und dieser größeren Größe gibt, die sich aus Misch- und Dispersionsgeschwindigkeiten, Reaktionsgeschwindigkeiten und unterschiedlichen Mengen an Sheer in der Mischung ergeben können, und
b) genügend Material zu produzieren, um potenzielle Kunden zu bemustern und echtes Feedback vor Ort zu erhalten.
Diese 50-Gallonen-Maschine ist auch für Industrieprodukte sehr nützlich, wenn geringe Mengen oder Sonderfarben erforderlich sind und jeweils nur etwa ein Fass jedes Typs produziert werden muss.
Es gibt verschiedene Arten von Mischmaschinen. Die beiden am häufigsten verwendeten sind Planetenmischer (wie oben gezeigt) und Hochgeschwindigkeitsdispergatoren. Ein Planetengetriebe eignet sich gut für Mischungen mit höherer Viskosität, während ein Dispergierer insbesondere in fließfähigen Systemen mit niedrigerer Viskosität eine bessere Leistung erbringt. Bei typischen Baudichtstoffen kann jede Maschine verwendet werden, solange man auf die Mischzeit und die mögliche Wärmeentwicklung eines Hochgeschwindigkeitsdispergierers achtet.
3) Vollständige Produktionsmengen
Die endgültige Produktion, die diskontinuierlich oder kontinuierlich erfolgen kann, reproduziert hoffentlich einfach die endgültige Formulierung aus dem Scale-up-Schritt. Normalerweise wird zunächst eine relativ kleine Menge (2 oder 3 Chargen oder 1–2 Stunden kontinuierlich) Material in der Produktionsanlage hergestellt und überprüft, bevor die normale Produktion beginnt.
Testen – Was und wie man testet.
Was
Physikalische Eigenschaften – Dehnung, Zugfestigkeit und Modul
Haftung auf entsprechendem Untergrund
Haltbarkeit – sowohl beschleunigt als auch bei Raumtemperatur
Aushärtungsraten – Haut im Laufe der Zeit, klebfreie Zeit, Kratzzeit und Durchhärtung, Farbtemperaturstabilität oder Stabilität in verschiedenen Flüssigkeiten wie Öl
Darüber hinaus werden weitere wichtige Eigenschaften überprüft bzw. beobachtet: Konsistenz, Geruchsarmut, Korrosivität und allgemeines Erscheinungsbild.
Wie
Eine Schicht Dichtmasse wird herausgezogen und eine Woche lang aushärten gelassen. Anschließend wird eine spezielle Hantel ausgeschnitten und in einen Zugprüfer eingesetzt, um physikalische Eigenschaften wie Dehnung, Modul und Zugfestigkeit zu messen. Sie werden auch zur Messung von Adhäsions-/Kohäsionskräften an speziell präparierten Proben verwendet. Einfache Ja-Nein-Hafttests werden durchgeführt, indem an den ausgehärteten Materialraupen auf den betreffenden Substraten gezogen wird.
Ein Shore-A-Messgerät misst die Härte des Gummis. Dieses Gerät sieht aus wie ein Gewicht und ein Messgerät mit einer Spitze, die in die ausgehärtete Probe drückt. Je tiefer die Spitze in den Gummi eindringt, desto weicher ist der Gummi und desto niedriger ist der Wert. Ein typischer Baudichtstoff liegt im Bereich von 15–35.
Hautbildungszeiten, klebfreie Zeiten und andere spezielle Hautmessungen werden entweder mit dem Finger oder mit Plastikfolien mit Gewichten durchgeführt. Gemessen wird die Zeit, bis sich der Kunststoff sauber abziehen lässt.
Für die Haltbarkeit werden Tuben mit Dichtungsmasse entweder bei Raumtemperatur (was natürlich ein Jahr dauert, um eine einjährige Haltbarkeit nachzuweisen) oder bei erhöhten Temperaturen, typischerweise 50 °C für 1, 3, 5, 7 Wochen usw., gealtert. Nach der Alterung Bei diesem Verfahren (bei dem man das Rohr im beschleunigten Fall abkühlen lässt) wird das Material aus dem Rohr extrudiert und in eine Folie gezogen, wo man es aushärten lässt. Die physikalischen Eigenschaften des in diesen Platten gebildeten Gummis werden wie zuvor getestet. Diese Eigenschaften werden dann mit denen frisch zusammengesetzter Materialien verglichen, um die geeignete Haltbarkeitsdauer zu bestimmen.
Spezifische detaillierte Erläuterungen zu den meisten erforderlichen Tests finden Sie im ASTM-Handbuch.
Einige abschließende Tipps
Einkomponentige Silikone sind die hochwertigsten Dichtstoffe auf dem Markt. Sie haben Einschränkungen und können bei besonderen Anforderungen speziell entwickelt werden.
Dabei ist darauf zu achten, dass alle Rohstoffe möglichst trocken sind, die Rezeptur stabil ist und im Produktionsprozess Luft entfernt wird.
Das Entwickeln und Testen ist grundsätzlich der gleiche Prozess für jedes einzelne Dichtungsmittel, unabhängig von der Art. Stellen Sie lediglich sicher, dass Sie alle möglichen Eigenschaften überprüft haben, bevor Sie mit der Herstellung von Produktionsmengen beginnen, und dass Sie ein klares Verständnis für die Anforderungen der Anwendung haben.
Abhängig von den Anwendungsanforderungen kann die richtige Härtungschemie ausgewählt werden. Wenn beispielsweise ein Silikon ausgewählt wird und Geruch, Korrosion und Haftung keine Rolle spielen, aber niedrige Kosten erforderlich sind, dann ist Acetoxy die richtige Wahl. Handelt es sich jedoch um Metallteile, die korrodieren können, oder ist eine besondere Haftung auf Kunststoff in einer einzigartigen Glanzfarbe erforderlich, dann benötigen Sie ein Oxim.
[1] Dale Flackett. Siliziumverbindungen: Silane und Silikone [M]. Gelest Inc: 433-439
* Foto von OLIVIA Silikondichtstoff
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 31. März 2024
