Momenteel zijn er veel gangbare ééncomponent reactieve elastische afdichtingsmiddelen op de markt, voornamelijk siliconen- en polyurethaanproducten. De verschillende soorten elastische afdichtingsmiddelen verschillen in hun actieve functionele groepen en uitgeharde hoofdketenstructuur. Hierdoor zijn er min of meer beperkingen in hun toepassingsgebieden. In dit artikel beschrijven we de uithardingsmechanismen van een aantal veelgebruikte ééncomponent reactieve elastische afdichtingsmiddelen en vergelijken we de voor- en nadelen van de verschillende typen, om zo ons begrip te verdiepen en de juiste keuzes te maken in de praktijk.
1. Algemeen uithardingsmechanisme van reactieve elastische kit met één component
Veelgebruikte ééncomponent reactieve elastische afdichtingsmiddelen zijn onder andere: siliconen (SR), polyurethaan (PU), silyl-getermineerd gemodificeerd polyurethaan (SPU) en silyl-getermineerd polyether (MS). Het prepolymeer heeft verschillende actieve functionele groepen en verschillende uithardingsreactiemechanismen.
1.1Uithardingsmechanisme van siliconenelastomeerkit
Figuur 1. Uithardingsmechanisme van siliconenkit.
Bij gebruik van siliconenkit reageert het prepolymeer met sporen van vocht in de lucht en stolt of vulkaniseert vervolgens onder invloed van een katalysator. De bijproducten zijn kleine moleculaire stoffen. Het mechanisme wordt weergegeven in Figuur 1. Afhankelijk van de verschillende kleine moleculaire stoffen die vrijkomen tijdens het uitharden, kan siliconenkit worden onderverdeeld in ontzuringstype, deketoximetype en dealcoholisatietype. De voor- en nadelen van deze typen siliconenlijm worden samengevat in Tabel 1.
Tabel 1. Vergelijking van de voor- en nadelen van verschillende soorten siliconenlijmen
1.2 Uithardingsmechanisme van polyurethaan elastische kit
Een ééncomponent polyurethaankit (PU) is een polymeer dat herhalende urethaansegmenten (-NHCOO-) in de hoofdketen van het molecuul bevat. Het uithardingsmechanisme is dat isocyanaat reageert met water en een onstabiel intermediair carbamaat vormt, dat vervolgens snel ontleedt tot CO2 en amine. Het amine reageert vervolgens met overtollig isocyanaat in het systeem en vormt uiteindelijk een elastomeer met een netwerkstructuur. De uithardingsreactieformule is als volgt:
Figuur 1. Uithardingsreactiemechanisme van polyurethaankit.
1.3 Uithardingsmechanisme van silaan-gemodificeerde polyurethaankit
Figuur 3. Uithardingsreactiemechanisme van silaan-gemodificeerde polyurethaankit.
Gezien enkele tekortkomingen van polyurethaankitten, is polyurethaan recentelijk gemodificeerd met silaan om lijmen te bereiden. Hierdoor is een nieuw type afdichtingslijm ontstaan met een hoofdketen van polyurethaanstructuur en een alkoxysilaan-eindgroep, genaamd silaan-gemodificeerde polyurethaankit (SPU). De uithardingsreactie van dit type kit is vergelijkbaar met die van siliconen, dat wil zeggen dat de alkoxygroepen reageren met vocht en hydrolyse en polycondensatie ondergaan om een stabiele driedimensionale Si-O-Si-netwerkstructuur te vormen (Figuur 3). De verknopingspunten van het netwerk en de verbindingen ertussen zijn flexibele polyurethaansegmentstructuren.
1.4 Uithardingsmechanisme van silyl-geëindigde polyetherkit
Silyl-terminated polyetherkit (MS) is een elastische lijm met één component, gebaseerd op silaanmodificatie. Het combineert de voordelen van zowel polyurethaan als siliconen en is een nieuwe generatie lijm- en kitproducten, vrij van PVC, siliconenolie, isocyanaat en oplosmiddelen. MS-lijm reageert bij kamertemperatuur met het vocht in de lucht, waardoor het gesilaniseerde polymeer met een -Si(OR) OF -SIR(OR)-structuur aan het keteneinde hydrolyseert en verknoopt tot een elastomeer met een Si-O-Si-netwerkstructuur, wat zorgt voor een afdichtend en hechtend effect. Het uithardingsproces verloopt als volgt:
Figuur 4. Uithardingsmechanisme van silyl-geëindigde polyetherkit.
2. Vergelijking van de voor- en nadelen van gangbare reactieve elastische afdichtingsmiddelen met één component.
2.1 Voordelen en nadelen van siliconenkit
⑴Voordelen van siliconenkit:
① Uitstekende weerbestendigheid, zuurstofbestendigheid, ozonbestendigheid en UV-bestendigheid; ② Goede flexibiliteit bij lage temperaturen.
⑵Nadelen van siliconenkit:
①Slechte herschilderbaarheid en kan niet worden overgeschilderd; ②Lage scheursterkte; ③Onvoldoende oliebestendigheid; ④Niet perforatiebestendig; ⑤De lijmlaag produceert gemakkelijk olieachtig vocht dat beton, steen en andere losse ondergronden vervuilt.
2.2 Voordelen en nadelen van polyurethaankit
⑴Voordelen van polyurethaankit:
① Goede hechting op diverse ondergronden; ② Uitstekende flexibiliteit bij lage temperaturen; ③ Goede elasticiteit en uitstekende hersteleigenschappen, geschikt voor dynamische voegen; ④ Hoge mechanische sterkte, uitstekende slijtvastheid, oliebestendigheid en weerstand tegen biologische veroudering; ⑤ De meeste ééncomponent vochthardende polyurethaankitten zijn oplosmiddelvrij en vervuilen de ondergrond en het milieu niet; ⑥ Het oppervlak van de kit is overschilderbaar en gemakkelijk te gebruiken.
⑵Nadelen van polyurethaankit:
① Bij uitharding in een omgeving met hoge temperatuur en hoge luchtvochtigheid en een relatief hoge snelheid ontstaan gemakkelijk luchtbellen, wat de prestaties van de kit beïnvloedt; ② Bij het verlijmen en afdichten van componenten op niet-poreuze ondergronden (zoals glas, metaal, enz.) is over het algemeen een primer nodig; ③ De kleurformule is gevoelig voor UV-veroudering en de houdbaarheid van de lijm wordt sterk beïnvloed door de verpakking en externe omstandigheden; ④ De hittebestendigheid en verouderingsbestendigheid zijn enigszins onvoldoende.
2.3 Voordelen en nadelen van silaan-gemodificeerde polyurethaankit
⑴Voordelen van silaan-gemodificeerde polyurethaankit:
① Uitharding zonder luchtbellen; ② Goede flexibiliteit, hydrolysebestendigheid en chemische stabiliteit; ③ Uitstekende weerbestendigheid, hittebestendigheid, verouderingsbestendigheid en productstabiliteit bij opslag; ④ Breed toepasbaar op diverse ondergronden, bij het verlijmen is over het algemeen geen primer nodig; ⑤ Het oppervlak is overschilderbaar.
⑵Nadelen van silaan-gemodificeerde polyurethaan kit:
① De UV-bestendigheid is minder goed dan die van siliconenkit; ② De scheurweerstand is iets minder goed dan die van polyurethaankit.
2.4 Voordelen en nadelen van silyl-geëindigde polyetherkit
⑴Voordelen van silyl-geëindigde polyetherkit:
① Het heeft uitstekende hechteigenschappen op de meeste ondergronden en kan een primervrije activeringshechting bereiken; ② Het heeft een betere hittebestendigheid en UV-bestendigheid dan gewoon polyurethaan; ③ Het oppervlak kan worden geverfd.
⑵Nadelen van silyl-geëindigde polyetherkit:
① De weerbestendigheid is niet zo goed als die van siliconenkit, en na verloop van tijd ontstaan er scheuren aan het oppervlak; ② De hechting aan glas is slecht.
Door bovenstaande inleiding hebben we een voorlopig inzicht gekregen in de uithardingsmechanismen van verschillende veelgebruikte ééncomponent reactieve elastische afdichtingsmiddelen. Door hun voor- en nadelen te vergelijken, kunnen we een algemeen beeld van elk product verkrijgen. In de praktijk kan het afdichtingsmiddel worden gekozen op basis van de feitelijke toepassingsomstandigheden van het te verlijmen onderdeel, om een goede afdichting of hechting te garanderen.
Geplaatst op: 15 november 2023