V současné době je na trhu mnoho běžných typů jednosložkových reaktivních elastických tmelů, zejména silikonové a polyuretanové tmely. Různé typy elastických tmelů se liší v aktivních funkčních skupinách a vytvrzované strukturě hlavního řetězce. V důsledku toho existují více či méně omezení v jejich použitelných částech a oblastech. Zde představujeme mechanismy vytvrzování několika běžných jednosložkových reaktivních elastických tmelů a porovnáváme výhody a nevýhody různých typů elastických tmelů, abychom prohloubili naše znalosti a mohli v praktických aplikacích učinit vhodná rozhodnutí.
1. Běžný mechanismus vytvrzování jednosložkového reaktivního elastického tmelu
Mezi běžné jednosložkové reaktivní elastické tmely patří zejména: silikon (SR), polyuretan (PU), modifikovaný polyuretan s koncovou silylovou skupinou (SPU) a polyether s koncovou silylovou skupinou (MS). Prepolymer má různé aktivní funkční skupiny a různé mechanismy vytvrzovací reakce.
1.1Mechanismus vytvrzování silikonového elastomerového tmelu
Obrázek 1. Mechanismus vytvrzování silikonového tmelu
Při použití silikonových tmelů reaguje prepolymer se stopovým množstvím vlhkosti ve vzduchu a poté tuhne nebo vulkanizuje působením katalyzátoru. Vedlejšími produkty jsou nízkomolekulární látky. Mechanismus je znázorněn na obrázku 1. Podle různých nízkomolekulárních látek uvolňovaných během vytvrzování lze silikonové tmely rozdělit také na deacidifikační, deketoximový a dealkoholizační. Výhody a nevýhody těchto typů silikonových lepidel jsou shrnuty v tabulce 1.
Tabulka 1. Porovnání výhod a nevýhod několika typů silikonových lepidel
1.2 Mechanismus vytvrzování polyuretanového elastického tmelu
Jednosložkový polyuretanový tmel (PU) je typ polymeru obsahujícího opakující se uretanové segmenty (-NHCOO-) v hlavním řetězci molekuly. Mechanismus vytvrzování spočívá v reakci isokyanátu s vodou za vzniku nestabilního meziproduktu karbamátu, který se poté rychle rozkládá za vzniku CO2 a aminu. Amin poté reaguje s přebytečným isokyanátem v systému a nakonec vytváří elastomer se síťovou strukturou. Jeho vzorec pro vytvrzování je následující:
Obrázek 1. Mechanismus vytvrzovací reakce polyuretanového tmelu
1.3 Mechanismus vytvrzování polyuretanového tmelu modifikovaného silanem
Obrázek 3. Mechanismus vytvrzovací reakce silanem modifikovaného polyuretanového tmelu
Vzhledem k některým nedostatkům polyuretanových tmelů byl polyuretan v poslední době modifikován silanem pro přípravu lepidel, čímž vznikl nový typ těsnicího lepidla s hlavním řetězcem polyuretanové struktury a alkoxysilanovou koncovou skupinou, nazývaný silanem modifikovaný polyuretanový tmel (SPU). Reakce vytvrzování tohoto typu tmelu je podobná reakci silikonu, to znamená, že alkoxyskupiny reagují s vlhkostí, hydrolýzou a polykondenzací a vytvářejí stabilní trojrozměrnou síťovou strukturu Si-O-Si (obrázek 3). V bodech síťování a mezi body síťování se nacházejí flexibilní segmentové struktury polyuretanu.
1.4 Mechanismus vytvrzování polyetherových tmelů terminovaných silylem
Silyl-terminovaný polyetherový tmel (MS) je jednosložkové elastické lepidlo na bázi silanové modifikace. Kombinuje výhody polyuretanu a silikonu a je novou generací lepicích a těsnicích produktů bez PVC, silikonového oleje, isokyanátů a rozpouštědel. Lepidlo MS reaguje s vlhkostí vzduchu při pokojové teplotě, takže silanizovaný polymer se strukturou -Si(OR) nebo -SIR(OR)- se hydrolyzuje na konci řetězce a zesíťuje se na elastomer se síťovou strukturou Si-O-Si, čímž se dosahuje těsnicího a lepícího účinku. Proces vytvrzování je následující:
Obrázek 4. Mechanismus vytvrzování polyetherového tmelu s koncovými skupinami silylových skupin
2. Porovnání výhod a nevýhod běžných jednosložkových reaktivních elastických tmelů
2.1 Výhody a nevýhody silikonových tmelů
⑴Výhody silikonového tmelu:
① Vynikající odolnost vůči povětrnostním vlivům, kyslíku, ozonu a ultrafialovému záření; ② Dobrá flexibilita za nízkých teplot.
⑵Nevýhody silikonového tmelu:
①Špatná rekonstrukce a nelze natírat; ②Nízká pevnost v roztržení; ③Nedostatečná odolnost proti olejům; ④Není odolný proti propíchnutí; ⑤Lepící vrstva snadno produkuje olejovité výluhy, které kontaminují beton, kámen a další sypké podklady.
2.2 Výhody a nevýhody polyuretanových tmelů
⑴Výhody polyuretanového tmelu:
① Dobrá přilnavost k různým podkladům; ② Vynikající flexibilita za nízkých teplot; ③ Dobrá elasticita a vynikající regenerační vlastnosti, vhodné pro dynamické spoje; ④ Vysoká mechanická pevnost, vynikající odolnost proti opotřebení, odolnost proti olejům a biologická odolnost proti stárnutí; ⑤ Většina jednosložkových polyuretanových tmelů vytvrzujících vlhkostí neobsahuje rozpouštědla a neznečišťuje podklad ani životní prostředí; ⑥ Povrch tmelu lze natírat a je snadno použitelný.
⑵Nevýhody polyuretanového tmelu:
① Při vytvrzování v prostředí s vysokou teplotou a vysokou vlhkostí při relativně vysoké rychlosti se snadno tvoří bubliny, což ovlivňuje vlastnosti tmelu; ② Při lepení a utěsňování součástí neporézních podkladů (jako je sklo, kov atd.) je obecně nutný základní nátěr; ③ Mělká vrstva Barevné složení je náchylné k UV stárnutí a skladovací stabilita lepidla je výrazně ovlivněna balením a vnějšími podmínkami; ④ Tepelná odolnost a odolnost proti stárnutí jsou mírně nedostatečné.
2.3 Výhody a nevýhody silanem modifikovaných polyuretanových tmelů
⑴Výhody silanem modifikovaného polyuretanového tmelu:
① Vytvrzování neprodukuje bubliny; ② Má dobrou flexibilitu, odolnost vůči hydrolýze a chemickou stabilitu; ③ Vynikající odolnost vůči povětrnostním vlivům, tepelná odolnost, odolnost vůči stárnutí, skladovací stabilita; ④ Široká přizpůsobivost podkladům, při lepení obecně není nutný základní nátěr; ⑤ Povrch lze natírat.
⑵Nevýhody silanem modifikovaného polyuretanového tmelu:
① Odolnost vůči UV záření není tak dobrá jako u silikonového tmelu; ② Odolnost proti roztržení je o něco horší než u polyuretanového tmelu.
2.4 Výhody a nevýhody polyetherových tmelů zakončených silylem
⑴Výhody polyetherového tmelu s koncovými skupinami silyl:
① Má vynikající přilnavost k většině podkladů a lze jej aktivovat bez použití základního nátěru; ② Má lepší tepelnou odolnost a odolnost proti stárnutí způsobenému UV zářením než běžný polyuretan; ③ Lze jej natírat nátěrem.
⑵Nevýhody polyetherového tmelu zakončeného silylem:
① Odolnost vůči povětrnostním vlivům není tak dobrá jako u silikonového silikonu a po stárnutí se na povrchu objevují praskliny; ② Přilnavost ke sklu je špatná.
Prostřednictvím výše uvedeného úvodu máme předběžné znalosti o mechanismech vytvrzování několika běžně používaných typů jednosložkových reaktivních elastických tmelů a porovnáním jejich výhod a nevýhod můžeme dosáhnout celkového pochopení každého produktu. V praktických aplikacích lze tmel volit podle skutečných aplikačních podmínek lepeného dílu, aby se dosáhlo dobrého utěsnění nebo spojení aplikovaného dílu.
Čas zveřejnění: 15. listopadu 2023