Nee, dit wordt echt niet saai, hoor – vooral niet als je van rekbare rubberen dingen houdt. Lees verder en je komt bijna alles te weten wat je ooit wilde weten over ééncomponent siliconenkit.
1) Wat ze zijn
2) Hoe maak je ze?
3) Waar ze te gebruiken
Invoering
Wat is een ééncomponent siliconenkit?
Er bestaan veel soorten chemisch uithardende afdichtingsmiddelen, waarvan siliconen, polyurethaan en polysulfide de bekendste zijn. De naam is afgeleid van de moleculaire structuur waaruit ze bestaan.
De siliconen basisstructuur bestaat uit:
Si – O – Si - O – Si – O – Si
Gemodificeerd siliconen is een nieuwe technologie (althans in de VS) en betekent in feite een organische basis die is uitgehard met silaanchemie. Een voorbeeld hiervan is alkoxysilaan-geëindigd polypropyleenoxide.
Al deze chemische samenstellingen kunnen één- of tweecomponenten zijn, wat uiteraard te maken heeft met het aantal componenten dat nodig is om het product te laten uitharden. Eéncomponent betekent dus simpelweg dat je de tube, cartridge of emmer opent en het materiaal zal uitharden. Normaal gesproken reageren deze ééncomponentensystemen met het vocht in de lucht en vormen ze rubber.
Een ééncomponentsilicone is dus een systeem dat stabiel blijft in de tube totdat het, bij blootstelling aan lucht, uithardt en een siliconenrubber vormt.
Voordelen
Siliconen uit één component hebben veel unieke voordelen.
-Wanneer ze correct worden samengesteld, zijn ze zeer stabiel en betrouwbaar met uitstekende hechting en fysische eigenschappen. Een houdbaarheid (de tijd dat je het in de tube kunt bewaren voordat je het gebruikt) van minimaal een jaar is normaal, waarbij sommige formuleringen zelfs vele jaren meegaan. Siliconen hebben bovendien onbetwistbaar de beste prestaties op de lange termijn. Hun fysische eigenschappen veranderen nauwelijks in de loop der tijd, ze worden niet beïnvloed door UV-straling en bovendien vertonen ze een uitstekende temperatuurstabiliteit die die van andere kitten met minstens 50℃ overtreft.
- Eéncomponent siliconen harden relatief snel uit, waarbij zich doorgaans binnen 5 tot 10 minuten een laagje vormt, het materiaal binnen een uur niet meer plakt en in minder dan een dag uithardt tot een elastisch rubber van ongeveer 2,5 mm 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 met verf op waterbasis worden geverfd; ook met verf op basis van oplosmiddelen kan het lastig zijn.
2) Na uitharding kan de kit een deel van zijn siliconenweekmaker afgeven, wat bij gebruik in een uitzettingsvoeg in een gebouw lelijke vlekken langs de rand van de voeg kan veroorzaken.
Vanwege de aard van het product als ééncomponentproduct is het natuurlijk onmogelijk om een snelle, diepe uitharding te bereiken, omdat het systeem moet reageren met de lucht en dus van boven naar beneden uithardt. Om iets specifieker te zijn: siliconen kunnen niet als enige afdichting in isolerende glasramen worden gebruikt, omdat, hoewel ze uitstekend zijn in het buitenhouden van grote hoeveelheden vloeibaar water, waterdamp relatief gemakkelijk door het uitgeharde siliconenrubber heen dringt, waardoor de isolerende glasunits beslaan.
Marktgebieden en toepassingen
Siliconenkit in één component wordt vrijwel overal gebruikt, ook, tot ongenoegen van sommige gebouweigenaren, waar de twee bovengenoemde beperkingen problemen veroorzaken.
De bouw- en doe-het-zelfmarkt vertegenwoordigen het grootste volume, gevolgd door de automobiel-, industriële, elektronica- en ruimtevaartsector. Net als alle afdichtingsmiddelen is de belangrijkste functie van eencomponent siliconenkit het hechten en vullen van de opening tussen twee gelijksoortige of verschillende ondergronden om te voorkomen dat water of tocht binnendringt. Soms wordt een samenstelling nauwelijks aangepast, behalve om deze vloeibaarder te maken, waarna het een coating wordt. Het verschil tussen een coating, lijm en afdichtingsmiddel is eenvoudig te onderscheiden. Een afdichtingsmiddel dicht twee oppervlakken af, terwijl een coating slechts één oppervlak bedekt en beschermt, en een lijm twee oppervlakken stevig met elkaar verbindt. Een afdichtingsmiddel lijkt het meest op een lijm wanneer het wordt gebruikt in structurele beglazing of isolerende beglazing, maar het heeft nog steeds de functie om de twee ondergronden af te dichten én bij elkaar te houden.
Basischemie
De siliconenkit heeft in onuitgeharde toestand normaal gesproken de vorm van een dikke pasta of crème. Bij blootstelling aan lucht hydrolyseren (reageren met water) de reactieve eindgroepen van het siliconenpolymeer en verbinden zich vervolgens met elkaar, waarbij water vrijkomt en lange polymeerketens worden gevormd die 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 (naast 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., vanwege de andere grondstoffen die mogelijk worden gebruikt met specifieke crosslinkersystemen, zoals vulstoffen en hechtingsbevorderende middelen. Het kiezen van de juiste crosslinker is cruciaal voor het bepalen van de uiteindelijke eigenschappen van de kit.
Uithardingstypen
Er bestaan verschillende uithardingssystemen.
1) Acetoxy (zure azijngeur)
2) Oxime
3) Alkoxy
4) Benzamide
5) Amine
6) Aminoxy
Oximes, alkoxen en benzamiden (die vooral in Europa veel gebruikt worden) zijn de zogenaamde neutrale of niet-zure systemen. De amines en aminoxy-systemen hebben een ammoniakgeur en worden doorgaans meer gebruikt in de automobiel- en industriële sector of voor specifieke buitentoepassingen in de bouw.
Grondstoffen
Formuleringen bestaan uit verschillende componenten, waarvan sommige optioneel zijn, afhankelijk van het beoogde eindgebruik.
De enige absoluut essentiële grondstoffen zijn reactief polymeer en verknoper. Daarnaast worden er vrijwel altijd vulstoffen, hechtingsbevorderaars, niet-reactief (weekmakend) polymeer en katalysatoren toegevoegd. Ook kunnen er vele andere additieven worden gebruikt, zoals kleurstoffen, fungiciden, vlamvertragers en warmtestabilisatoren.
Basisformuleringen
Een typische samenstelling van een oxime-constructie of doe-het-zelf-afdichtingsmiddel ziet er ongeveer zo uit:
| % | ||
| Polydimethylsiloxaan, OH-geëindigd 50.000 cps | 65.9 | Polymeer |
| Polydimethylsiloxaan, trimethyl-geëindigd, 1000 cps | 20 | Weekmaker |
| Methyltrioximinosilaan | 5 | Crosslinker |
| Aminopropyltriethoxysilaan | 1 | Hechtingsbevorderend middel |
| 150 m²/g oppervlakte pyrogeen siliciumdioxide | 8 | Vulmiddel |
| Dibutyltindilaurate | 0,1 | Katalysator |
| Totaal | 100 |
Fysische eigenschappen
Typische fysische eigenschappen zijn onder andere:
| Rek (%) | 550 |
| Treksterkte (MPa) | 1.9 |
| Modulus bij 100 rek (MPa) | 0,4 |
| Shore A-hardheid | 22 |
| Huid na verloop van tijd (min) | 10 |
| Vrije tijd zonder tuigage (min) | 60 |
| Krastijd (min) | 120 |
| Doorharding (mm in 24 uur) | 2 |
Formuleringen met andere verknopingsmiddelen zullen er vergelijkbaar uitzien, mogelijk met verschillen in het verknopingsniveau, het type hechtingsbevorderend middel en uithardingskatalysatoren. Hun fysische eigenschappen zullen enigszins variëren, tenzij ketenverlengende middelen worden gebruikt. Sommige systemen zijn niet gemakkelijk te maken zonder een grote hoeveelheid krijtvuller. Dit soort formuleringen kan uiteraard niet in een heldere of doorschijnende variant worden geproduceerd.
Het ontwikkelen van afdichtingsmiddelen
De ontwikkeling van een nieuw afdichtmiddel bestaat uit 3 fasen.
1) Ontwerp, productie en testen in het laboratorium - zeer kleine volumes
Hier heeft de laboratoriumchemicus nieuwe ideeën en begint hij doorgaans met een handmatig mengsel van ongeveer 100 gram kit 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 voor het mengen van deze kleine hoeveelheden van 100 gram in seconden, terwijl de lucht eruit wordt geperst. Dit is belangrijk omdat de ontwikkelaar nu de fysische eigenschappen van deze kleine hoeveelheden kan testen. Gefumeerd siliciumdioxide of andere vulstoffen zoals geprecipiteerd krijt kunnen in ongeveer 8 seconden met de siliconen worden gemengd. Het ontluchten duurt ongeveer 20-25 seconden. De machine werkt met een dubbel asymmetrisch centrifugemechanisme dat de deeltjes zelf als mengarmen gebruikt. De maximale menggrootte is 100 gram en er zijn verschillende soorten bekers verkrijgbaar, waaronder wegwerpbekers, wat betekent dat er helemaal geen schoonmaak nodig is.
Cruciaal bij het samenstellen van een product zijn niet alleen de soorten ingrediënten, maar ook de volgorde van toevoeging en de mengtijden. Het is vanzelfsprekend belangrijk om luchtbellen te verwijderen om de houdbaarheid van het product te garanderen, aangezien luchtbellen vocht bevatten dat ervoor zorgt dat de kit van binnenuit uithardt.
Zodra de chemicus het juiste type afdichtmiddel voor zijn specifieke toepassing heeft gevonden, schaalt hij de hoeveelheid op naar een planetaire menger van 1 liter, waarmee ongeveer 3-4 kleine tubes van 110 ml (3 oz) kunnen worden geproduceerd. Dit is voldoende materiaal voor de eerste houdbaarheidstest en hechtingstest, plus eventuele andere speciale vereisten.
Vervolgens kan hij overstappen naar een machine van 1 of 2 gallon om 8 tot 12 tubes van 10 oz te produceren voor uitgebreidere tests en klantmonsters. De kit wordt vanuit de pot door een metalen cilinder in de cartridge geperst, die over de verpakkingscilinder past. Na deze tests is hij klaar om de productie op te schalen.
2) Opschaling en fijnafstelling - middelgrote volumes
Bij de opschaling wordt de in het laboratorium ontwikkelde formule nu geproduceerd op een grotere machine, doorgaans met een capaciteit van 100-200 kg, oftewel ongeveer een vat. Deze stap heeft twee hoofddoelen.
a) om te onderzoeken of er significante verschillen zijn tussen de 4 lb-maat en deze grotere maat, die het gevolg kunnen zijn van meng- en dispersiesnelheden, reactiesnelheden en verschillende hoeveelheden schuifkracht in het mengsel, en
b) voldoende materiaal produceren om potentiële klanten te bemonsteren en om daadwerkelijke feedback uit de praktijk te krijgen.
Deze machine met een capaciteit van 50 gallon is ook zeer geschikt voor industriële producten waarbij kleine volumes of speciale kleuren vereist zijn en er slechts ongeveer één vat van elk type tegelijk geproduceerd hoeft te worden.
Er bestaan verschillende soorten mengmachines. De twee meest gebruikte zijn planetaire mengers (zoals hierboven afgebeeld) en hogesnelheidsdispergeermachines. Een planetaire menger is geschikt voor mengsels met een hogere viscositeit, terwijl een dispergeermachine beter presteert, met name bij vloeibare systemen met een lagere viscositeit. Bij gangbare kitsoorten voor de bouw kunnen beide machines worden gebruikt, zolang men maar rekening houdt met de mengtijd en de mogelijke warmteontwikkeling van een hogesnelheidsdispergeermachine.
3) Productiehoeveelheden op volledige schaal
De uiteindelijke productie, die in batches of continu kan plaatsvinden, is idealiter een eenvoudige reproductie van de uiteindelijke samenstelling uit de opschalingsfase. Meestal wordt eerst een relatief kleine hoeveelheid (2 of 3 batches of 1-2 uur continu) materiaal in de productieapparatuur geproduceerd en gecontroleerd voordat de normale productie van start gaat.
Testen - Wat en hoe te testen.
Wat
Fysische eigenschappen: rek, treksterkte en elasticiteitsmodulus
Hechting aan een geschikt substraat
Houdbaarheid - zowel versneld als bij kamertemperatuur
Uithardingssnelheden - Huidvorming na verloop van tijd, kleefvrije tijd, krasbestendigheid en volledige uitharding, kleurstabiliteit bij temperatuur of stabiliteit in diverse vloeistoffen zoals olie
Daarnaast worden andere belangrijke eigenschappen gecontroleerd of geobserveerd: consistentie, lage geur, corrosiviteit en algemeen uiterlijk.
Hoe
Een vel kit wordt uitgetrokken en een week lang uitgehard. Vervolgens wordt een speciaal haltervormig stuk kit uitgesneden en in een trekbank geplaatst om fysische eigenschappen zoals rek, elasticiteitsmodulus en treksterkte te meten. Deze testbank wordt ook gebruikt om de hechtings- en cohesiekrachten op speciaal geprepareerde monsters te meten. Eenvoudige ja/nee-hechtingstesten worden uitgevoerd door aan uitgeharde materiaalslierten op de betreffende ondergronden te trekken.
Een Shore-A-meter meet de hardheid van rubber. Dit apparaat ziet eruit als een gewicht en een meetinstrument met een punt die in het uitgeharde monster drukt. Hoe dieper de punt in het rubber doordringt, hoe zachter het rubber en hoe lager de waarde. Een typische kit voor de bouw heeft een hardheid tussen de 15 en 35.
De tijd die nodig is om de huid te beschermen tegen irritatie, de tijd die nodig is om de kleefkracht te behouden en andere specifieke huidmetingen worden uitgevoerd met de vinger of met plastic vellen met gewichten. De tijd die verstrijkt voordat het plastic er gemakkelijk afgetrokken kan worden, wordt gemeten.
Voor het bepalen van de houdbaarheid worden tubes kit ofwel bij kamertemperatuur (wat vanzelfsprekend 1 jaar duurt om een houdbaarheid van 1 jaar aan te tonen) ofwel bij verhoogde temperaturen, doorgaans 50℃, gedurende 1, 3, 5, 7 weken, enzovoort, verouderd. Na het verouderingsproces (waarbij de tube in het versnelde geval afkoelt) wordt het materiaal uit de tube geëxtrudeerd en tot een plaat getrokken, waar het uithardt. De fysische eigenschappen van het rubber dat in deze platen is gevormd, worden op dezelfde manier getest. Deze eigenschappen worden vervolgens vergeleken met die van vers samengesteld materiaal om de juiste houdbaarheid te bepalen.
Een specifieke, gedetailleerde uitleg van de meeste vereiste tests is te vinden in het ASTM-handboek.
Enkele laatste tips
Eencomponentensiliconen zijn de beste afdichtingsmiddelen die verkrijgbaar zijn. Ze hebben echter wel beperkingen en kunnen, indien er specifieke eisen worden gesteld, speciaal worden ontwikkeld.
Het is essentieel om ervoor te zorgen dat alle grondstoffen zo droog mogelijk zijn, de samenstelling stabiel is en dat lucht tijdens het productieproces wordt verwijderd.
Het ontwikkelen en testen is in principe hetzelfde proces voor elk type afdichtingsmiddel. Zorg er wel voor dat u alle mogelijke eigenschappen hebt gecontroleerd voordat u met de productie begint en dat u een duidelijk beeld hebt van de behoeften van de toepassing.
Afhankelijk van de toepassingseisen kan de juiste uithardingschemie worden gekozen. Als bijvoorbeeld siliconen worden gebruikt en geur, corrosie en hechting niet belangrijk zijn, maar een lage kostprijs vereist is, dan is acetoxy de juiste keuze. Echter, als er metalen onderdelen bij betrokken zijn die kunnen corroderen, of als speciale hechting aan kunststof in een unieke glanzende kleur vereist is, dan is oxime de juiste oplossing.
[1] Dale Flackett. Siliciumverbindingen: Silanen en siliconen [M]. Gelest Inc: 433-439
* Foto van OLIVIA siliconenkit
Geplaatst op: 31 maart 2024
