Nee, dit wordt echt niet saai, zeker niet als je van rekbare rubberen dingen houdt. Lees verder en ontdek bijna alles wat je ooit wilde weten over ééncomponent siliconenkit.
1) Wat ze zijn
2) Hoe je ze maakt
3) Waar ze te gebruiken
Invoering
Wat is een één-component siliconenkit?
Er zijn veel soorten chemisch uithardende kitten, waarvan siliconen, polyurethaan en polysulfide de bekendste zijn. De naam is afgeleid van de ruggengraat van de betrokken moleculen.
De siliconenruggengraat is:
Si – O – Si - O – Si – O – Si
Gemodificeerde siliconen zijn een nieuwe technologie (althans in de VS) en betekenen feitelijk een organische basis die is uitgehard met silaanchemie. Een voorbeeld is alkoxysilaan-getermineerd polypropyleenoxide.
Al deze chemische verbindingen kunnen uit één of twee componenten bestaan, wat uiteraard afhangt van het aantal componenten dat nodig is om het materiaal te laten uitharden. Eén component betekent dus simpelweg dat je de tube, cartridge of emmer opent en je materiaal zal uitharden. Normaal gesproken reageren deze ééncomponentsystemen met de luchtvochtigheid om rubber te worden.
Een ééncomponent siliconensysteem is dus een systeem dat stabiel is in de tube totdat het bij blootstelling aan de lucht uithardt en siliconenrubber vormt.
Voordelen
Ééncomponent siliconen hebben veel unieke voordelen.
- Bij correcte samenstelling zijn ze zeer stabiel en betrouwbaar met uitstekende hechting en fysische eigenschappen. Een houdbaarheid (de tijd dat u het in de tube kunt laten zitten voordat u het gebruikt) van minimaal een jaar is normaal, waarbij sommige formules jarenlang meegaan. Siliconen hebben ook ongetwijfeld de beste prestaties op lange termijn. Hun fysische eigenschappen veranderen nauwelijks in de loop van de tijd, zonder invloed van blootstelling aan uv-straling, en bovendien vertonen ze een uitstekende temperatuurstabiliteit die die van andere kitten met minstens 50 °C overtreft.
-Eéncomponent siliconen harden relatief snel uit. Ze ontwikkelen doorgaans binnen 5 tot 10 minuten een huidlaagje, zijn binnen een uur kleefvrij en harden in minder dan een dag uit tot een elastisch rubber van ongeveer 1/10 inch dik. Het oppervlak voelt prettig rubberachtig aan.
-Omdat ze doorschijnend gemaakt kunnen worden, wat op zich al een belangrijke eigenschap is (doorschijnend is de meest gebruikte kleur), is het relatief eenvoudig om ze in elke gewenste kleur te pigmenteren.
Beperkingen
Siliconen hebben twee belangrijke beperkingen.
1) Ze kunnen niet worden geverfd met verf op waterbasis. Dat kan ook lastig zijn met verf op oplosmiddelbasis.
2) Na het uitharden kan de kit een deel van zijn siliconenweekmaker afgeven. Wanneer deze in een dilatatievoeg van een gebouw wordt gebruikt, kunnen er lelijke vlekken langs de voegrand ontstaan.
Vanwege de aard van het systeem als één geheel is het onmogelijk om snel een diepe uitharding te bereiken, omdat het systeem met de lucht moet reageren en dus van boven naar beneden moet uitharden. Om specifieker te zijn: siliconen kunnen niet als enige afdichting in geïsoleerde ramen worden gebruikt, omdat... Hoewel ze uitstekend zijn in het buitenhouden van vloeibaar water, dringt waterdamp relatief gemakkelijk door het uitgeharde siliconenrubber, waardoor de IG-units beslaan.
Marktgebieden en toepassingen
Eéncomponent siliconen worden bijna overal gebruikt, ook waar de twee hierboven genoemde beperkingen voor problemen zorgen, tot grote ergernis van sommige gebouweigenaren.
De bouw- en doe-het-zelfmarkt vormen het grootste deel van de markt, gevolgd door de automobiel-, industriële, elektronica- en lucht- en ruimtevaartsector. Zoals bij alle kitten is de belangrijkste functie van siliconenkitten die één component bevatten, het hechten en opvullen van de opening tussen twee vergelijkbare of ongelijksoortige substraten om water of tocht te voorkomen. Soms wordt een formule nauwelijks gewijzigd, behalve om deze vloeibaarder te maken, waarna het een coating wordt. Het beste onderscheid tussen een coating, lijm en kit is eenvoudig. Een kit dicht af tussen twee oppervlakken, terwijl een coating slechts één oppervlak bedekt en beschermt, terwijl een lijm twee oppervlakken grotendeels bij elkaar houdt. Een kit lijkt het meest op een lijm wanneer deze wordt gebruikt in structurele beglazing of isolatieglas, maar dient nog steeds om de twee substraten af te dichten en ze bij elkaar te houden.
Basischemie
De siliconenkit in onuitgeharde toestand ziet er normaal gesproken uit als een dikke pasta of crème. Bij blootstelling aan lucht hydrolyseren de reactieve eindgroepen van het siliconenpolymeer (reageren met water) en voegen zich vervolgens bij elkaar, waarbij water vrijkomt en lange polymeerketens ontstaan die met elkaar blijven reageren totdat de pasta uiteindelijk verandert in een indrukwekkend rubber. De reactieve groep aan het uiteinde van het siliconenpolymeer is afkomstig van het belangrijkste onderdeel van de formulering (exclusief het polymeer zelf), namelijk de crosslinker. Het is de crosslinker die de kit zijn karakteristieke eigenschappen geeft, hetzij direct, zoals geur en uithardingssnelheid, hetzij indirect, zoals kleur, hechting, enz., dankzij de andere grondstoffen die kunnen worden gebruikt met specifieke crosslinkersystemen, zoals vulstoffen en hechtingsbevorderaars. De keuze van de juiste crosslinker is essentieel voor het bepalen van de uiteindelijke eigenschappen van de kit.
Uithardingstypen
Er bestaan verschillende uithardingssystemen.
1) Acetoxy (zure azijngeur)
2) Oxim
3) Alkoxy
4) Benzamide
5) Amine
6) Aminoxy
Oximen, alkoxy's en benzamiden (die in Europa het meest worden gebruikt) zijn de zogenaamde neutrale of niet-zure systemen. De amines en aminoxysystemen hebben een ammoniakgeur en worden doorgaans meer gebruikt in de automobiel- en industriële sector of in specifieke toepassingen in de buitenbouw.
Grondstoffen
Formuleringen bestaan uit verschillende componenten, waarvan sommige optioneel zijn, afhankelijk van het beoogde eindgebruik.
De enige absoluut essentiële grondstoffen zijn reactieve polymeren en crosslinkers. Vulstoffen, hechtingsbevorderaars, niet-reactieve (weekmakers) polymeren en katalysatoren worden echter vrijwel altijd toegevoegd. Daarnaast kunnen vele andere additieven worden gebruikt, zoals kleurpasta's, fungiciden, vlamvertragers en hittestabilisatoren.
Basisformuleringen
Een typische oximeconstructie- of doe-het-zelfkitformule ziet er ongeveer zo uit:
| % | ||
| Polydimethylsiloxaan, OH beëindigd 50.000 cps | 65,9 | Polymeer |
| Polydimethylsiloxaan, trimethyl-beëindigd, 1000 cps | 20 | Weekmaker |
| Methyltrioximinosilane | 5 | Vernetter |
| Aminopropyltriethoxysilaan | 1 | Hechtingspromotor |
| 150 m²/g oppervlakte gerookte silica | 8 | Vulmiddel |
| Dibutyltindilauraat | 0,1 | Katalysator |
| Totaal | 100 |
Fysieke eigenschappen
Typische fysieke eigenschappen zijn onder meer:
| Rek (%) | 550 |
| Treksterkte (MPa) | 1.9 |
| Modulus bij 100 rek (MPa) | 0,4 |
| Shore A-hardheid | 22 |
| Huid na verloop van tijd (min) | 10 |
| Tijd om te stoppen met plakken (min) | 60 |
| Krastijd (min) | 120 |
| Door uitharding (mm in 24 uur) | 2 |
Formuleringen die andere crosslinkers gebruiken, zullen er vergelijkbaar uitzien, maar mogelijk verschillen ze in het crosslinkergehalte, het type hechtingsbevorderaar en de uithardingskatalysatoren. Hun fysische eigenschappen zullen enigszins variëren, tenzij er ketenverlengers worden gebruikt. Sommige systemen zijn niet eenvoudig te maken, tenzij er een grote hoeveelheid krijtvulstof wordt gebruikt. Dit soort formuleringen kunnen uiteraard niet in de heldere of doorschijnende variant worden geproduceerd.
Ontwikkeling van kitten
Het ontwikkelen van een nieuwe kit bestaat uit 3 fasen.
1) Concept, productie en testen in het laboratorium - zeer kleine volumes
Hier heeft de laboratoriumchemicus nieuwe ideeën en begint hij meestal met een handbatch van ongeveer 100 gram kit, gewoon om te zien hoe het uithardt en wat voor soort rubber er ontstaat. Nu is er een nieuwe machine beschikbaar: de "Hauschild Speed Mix" van FlackTek Inc. Deze gespecialiseerde machine is ideaal om deze kleine batches van 100 gram in enkele seconden te mengen terwijl de lucht wordt verwijderd. Dit is belangrijk omdat de ontwikkelaar hiermee de fysische eigenschappen van deze kleine batches daadwerkelijk kan testen. Pyrogeen silica of andere vulstoffen zoals neergeslagen krijt kunnen in ongeveer 8 seconden in de siliconen worden gemengd. Het ontluchten duurt ongeveer 20-25 seconden. De machine werkt met een dubbel asymmetrisch centrifugemechanisme dat de deeltjes zelf als hun eigen mengarmen gebruikt. De maximale menggrootte is 100 gram en er zijn verschillende soorten bekers beschikbaar, waaronder wegwerpbekers, wat betekent dat er absoluut geen reiniging nodig is.
Cruciaal in het formuleringsproces zijn niet alleen de soorten ingrediënten, maar ook de volgorde van toevoeging en mengtijden. Uiteraard is het uitsluiten of verwijderen van lucht belangrijk voor de houdbaarheid van het product, aangezien luchtbellen vocht bevatten dat de kit van binnenuit laat uitharden.
Zodra de chemicus het type kit heeft gevonden dat nodig is voor zijn specifieke toepassing, wordt opgeschaald naar een planetaire menger van 1 liter, die ongeveer 3-4 kleine tubes van 110 ml (3oz) kan produceren. Dit is voldoende materiaal voor de eerste houdbaarheidstest en hechtingstest, plus eventuele andere speciale vereisten.
Vervolgens kan hij naar een machine van 1 of 2 gallon gaan om 8-12 tubes van 10 oz te produceren voor diepgaandere tests en klantmonsters. De kit wordt vanuit de pot via een metalen cilinder in de cartridge geperst die over de verpakkingscilinder past. Na deze tests is hij klaar voor opschaling.
2) Opschalen en finetunen - middelgrote volumes
Bij de opschaling wordt de laboratoriumformule nu geproduceerd op een grotere machine, meestal met een gewicht van 100-200 kg of ongeveer een vat. Deze stap heeft twee hoofddoelen.
a) om te zien of er significante veranderingen zijn tussen de 4 lb-maat en deze grotere maat, die het gevolg kunnen zijn van meng- en dispersiesnelheden, reactiesnelheden en verschillende hoeveelheden schuifspanning in het mengsel, en
b) om voldoende materiaal te produceren om potentiële klanten te kunnen bemonsteren en om echte feedback uit de praktijk te krijgen.
Deze machine met een capaciteit van 50 gallon is ook zeer nuttig voor industriële producten waarbij kleine volumes of speciale kleuren nodig zijn en er slechts één vat van elk type tegelijk hoeft te worden geproduceerd.
Er zijn verschillende soorten mengmachines. De twee meest gebruikte zijn planetaire mengers (zoals hierboven afgebeeld) en hogesnelheidsmengers. Een planetaire menger is geschikt voor mengsels met een hogere viscositeit, terwijl een menger beter presteert, met name in vloeibare systemen met een lagere viscositeit. Bij typische bouwkitten kunnen beide machines worden gebruikt, mits men rekening houdt met de mengtijd en de mogelijke warmteontwikkeling van een hogesnelheidsmenger.
3) Volledige productiehoeveelheden
De uiteindelijke productie, die batchgewijs of continu kan zijn, reproduceert hopelijk simpelweg de uiteindelijke formulering uit de opschalingsstap. Meestal wordt eerst een relatief kleine hoeveelheid (2 of 3 batches of 1-2 uur continu) materiaal geproduceerd in de productieapparatuur en gecontroleerd voordat de normale productie start.
Testen - Wat en hoe te testen.
Wat
Fysische eigenschappen - rek, treksterkte en modulus
Hechting op geschikte ondergrond
Houdbaarheid - zowel versneld als bij kamertemperatuur
Uithardingssnelheden - Huidvorming in de loop van de tijd, Tijd om te plakken, Krasvastheid en Uitharding, Kleurtemperatuurstabiliteit of stabiliteit in verschillende vloeistoffen zoals olie
Daarnaast worden ook andere belangrijke eigenschappen gecontroleerd of geobserveerd: consistentie, geringe geur, corrosiviteit en algemeen uiterlijk.
Hoe
Een vel kit wordt uitgetrokken en een week laten uitharden. Vervolgens wordt een speciale halter uitgesneden en in een trekbank geplaatst om fysische eigenschappen zoals rek, modulus en treksterkte te meten. Ze worden ook gebruikt om hechtings-/cohesiekrachten te meten op speciaal geprepareerde monsters. Eenvoudige ja/nee-hechtingstesten worden uitgevoerd door te trekken aan rupsen materiaal die uitgehard zijn op de betreffende substraten.
Een Shore-A-meter meet de hardheid van het rubber. Dit apparaat lijkt op een gewicht en een meter met een punt die in het uitgeharde monster drukt. Hoe dieper de punt in het rubber dringt, hoe zachter het rubber en hoe lager de waarde. Een typische bouwkit heeft een hardheid tussen de 15 en 35.
Huidoverschrijdingstijden, kleefvrije tijden en andere speciale huidmetingen worden uitgevoerd met de vinger of met plastic vellen met gewichten. De tijd voordat het plastic schoon kan worden verwijderd, wordt gemeten.
Voor de houdbaarheid worden tubes kit ofwel bij kamertemperatuur (wat natuurlijk 1 jaar duurt om een houdbaarheid van 1 jaar te bewijzen) ofwel bij verhoogde temperaturen, meestal 50 °C gedurende 1, 3, 5, 7 weken, enz., verouderd. Na het verouderingsproces (waarbij de tube in het versnelde geval mag afkoelen), wordt het materiaal uit de tube geëxtrudeerd en tot een plaat getrokken, waar het mag uitharden. De fysische eigenschappen van het rubber dat in deze platen wordt gevormd, worden zoals eerder getest. Deze eigenschappen worden vervolgens vergeleken met die van vers samengestelde materialen om de juiste houdbaarheid te bepalen.
Een specifieke, gedetailleerde uitleg van de meeste vereiste testen kunt u vinden in het ASTM-handboek.
Enkele laatste tips
Ééncomponent siliconenkitten zijn de meest hoogwaardige afdichtingsmiddelen die er zijn. Ze hebben echter wel beperkingen en kunnen speciaal ontwikkeld worden als er specifieke eisen worden gesteld.
Het is van groot belang dat alle grondstoffen zo droog mogelijk zijn, dat de formule stabiel is en dat alle lucht tijdens het productieproces verwijderd wordt.
Het ontwikkelen en testen verloopt in principe op dezelfde manier voor elk soort afdichtingsmiddel. Zorg er alleen voor dat u alle mogelijke eigenschappen controleert voordat u de productie in grote hoeveelheden uitvoert en dat u de vereisten van de toepassing goed begrijpt.
Afhankelijk van de toepassingsvereisten kan de juiste uithardingschemie worden gekozen. Als bijvoorbeeld siliconen worden gebruikt en geur, corrosie en hechting niet belangrijk zijn, maar lage kosten wel gewenst zijn, dan is acetoxy de beste keuze. Als er echter metalen onderdelen zijn die mogelijk corroderen, of als er speciale hechting op kunststof nodig is in een unieke glanzende kleur, dan is oxime de beste keuze.
[1] Dale Flackett. Siliciumverbindingen: silanen en siliconen [M]. Gelest Inc: 433-439
* Foto van OLIVIA Silicone Sealant
Plaatsingstijd: 31-03-2024
