Статья опубликована в журнале «Клеи. Герметики. Технологии» № 6, 2014 г.
Авторы: С.Е.Логинова1, Е.Б.Аверченко1, К.А.Тимакова2.
1ООО НПФ "Адгезив";
2Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых.
Представлен двухкомпонентный полиуретановый герметик, используемый в строительстве, для обеспечения надежной, долговечной герметизации стыков между сборными, бетонными и железобетонными конструкциями. Рассмотрены процессы уретанообразования, представлена техническая характеристика герметика. Также представлена новая разработка фирмы – герметик на основе силан-завершенного полиуретана.
Статья опубликована в журнале «Клеи.Герметики.Технологии» № 6, 2014 г.
Специфика строительных объектов заключается в их большой долговечности и сложных условиях их эксплуатации, включая как климатические, так и производственно-технические факторы. Герметики предназначены, как правило, для обеспечения полной непроницаемости стыков и швов в зданиях и сооружениях для воды, водяных паров и воздуха. Стыки и швы являются необходимыми, ответственными и уязвимыми элементами зданий и сооружений любого назначения.
Задача обеспечения надежной, долговечной герметизации стыков между сборными, как правило, бетонными и железобетонными конструкциями была и остается актуальной.
Исходя из разнообразных условий эксплуатации полиуретановые герметики – незаменимые материалы в современном строительстве. Это наиболее прочные, эластичные и долговечные из всех видов герметизирующих материалов. Создание рецептуры полиуретанового герметика, имеющего высокий уровень потребительских свойств и, при этом, доступного по цене, является актуальной задачей.
В основе химического процесса получения полиуретана лежит реакция взаимодействия ди- или полиизоцианата и полиэфира с концевыми гидроксильными группами (1). В случае присутствия следов влаги может проходить побочная реакция образования мочевины (2).
где ~~~~ гибкий полиэфирный блок;
-NHCОO- жесткий уретановый блок;
-NHCONH- жесткий мочевинный блок.
В химическом отношении макромолекулы полиуретана имеют блочную надмолекулярную структуру: гибкие блоки образуют подвижные отрезки полиэфирных цепей, жесткие микроучастки образуют уретановые или уретанмочевинные группы. Присутствие в полиуретанах микрофаз гибких и жестких блоков определяет основные особенности их свойств: сочетание эластичности с твердостью, износостойкостью и прочностью, морозостойкость, низкую остаточную деформацию.
Выбор соответствующих полиэфиров и изоцианатов позволяет регулировать основные свойства материала: эластичность, термо- и морозостойкость, когезию, адгезию и долговечность.
Компанией ООО НПФ «Адгезив» разработан и промышленно выпускается двухкомпонентный полиуретановый (2К ПУ) герметик «Вилад-30».
Герметик «Вилад-30» предназначен для наружной герметизации (воздухо- и влагозащиты) стыков ограждающих конструкций строящихся и ремонтируемых зданий и сооружений, заделки трещин и щелей, для гидроизоляционных работ и ремонта крыш, идеально подходит для герметизации межпанельных швов с предельной относительной деформацией стыков 25%.
«Вилад-30» состоит из двух компонентов: гидроксилсодержащего компонента А и содержащего изоцианатные функциональные группы компонента Б. Компонент А герметика (полиольный) представляет собой смесь из простого и сложного полиэфиров, наполнителей, пластификаторов и целевых добавок, компонент Б (отвердитель) – предполимер на основе ароматического диизоцианата. Перед применением компоненты герметика тщательно смешивают, соблюдая точность дозирования (А:Б/6:1, масс.ч.), что обеспечивает определенное соотношение NCO-групп к реагирующими с ними ОН-группам. Практический опыт свидетельствует о целесообразности использования избытка от 5 до 15% изоцианата, что приводит к дополнительной сшивке и компенсирует проблемы, обусловленные присутствием следов влаги внутри или на поверхности субстрата, и улучшает адгезию к соответствующим субстратам. Так как отвердитель берется в некотором избытке, допускается нанесение герметика «Вилад-30» на влажные поверхности без ухудшения свойств.
Герметик обладает хорошей адгезией к различным конструкционным материалам - бетону, кирпичу, натуральному камню, стеклу, дереву, металлам, ПВХ. Адгезия усиливается за счет водородных связей, которые полиуретан образует со многими субстратами. Выбор оптимальной рецептуры обеспечивает адгезионную и когезионную прочность, которая сохраняется при длительном воздействии эксплуатационных факторов: деформаций знакопеременных циклических изменениях температуры и других климатических факторов.
Так как полиуретаны обладают самоадгезией, герметик легко ремонтируется. В случае повреждения шва, старый герметик удалять не обязательно, его можно восстановить, повторно нанеся в шов.
В табл. 2 представлены технические характеристики герметика.
|
Наименование показателя |
Значение |
|
Внешний вид после смешивания компонентов |
однородная тиксотропная паста белого цвета (возможность колеровки в любой цвет) |
|
Внешний вид герметика после отверждения |
резиноподобный, эластичный материал |
|
Плотность, г/см3 |
1,45 |
|
Жизнеспособность при + 23 °С, ч |
не менее 6 |
|
Условная прочность при разрыве, МПа |
не менее 0,3 |
|
Модуль упругости при 100% удлинении, МПа |
не более 0,4 |
|
Относительное удлинение при разрыве (на лопатках), % |
не менее 400 |
|
Относительное удлинение при разрыве (на образцах-швах), % |
не менее 150 |
|
Твердость по Шору А, у.е. |
20-25 |
|
Сопротивление текучести, мм |
не более 2 |
Как было отмечено выше, при смешении двух компонентов начинается реакция отверждения с образованием уретановых/ уретанмочевинных групп. Особенностью 2К ПУ материалов является их ограниченная жизнеспособность.
Время жизни – это период времени, в течение которого герметик еще можно наносить без потери качества. Время жизни в основном определяется реакционной способностью и функциональностью исходных веществ, наличием в композиции наполнителя, условиями переработки (температурой), катализатором.
Жизнеспособность герметика «Вилад-30» составляет не менее 6 ч, что удобно для работы с ним в течение рабочей смены. Полное отверждение занимает 1-2 суток при температуре от 0°С до 25°С. В результате образуется прочный резиноподобный шов, практически без усадки и выделения летучих.
Для получения высококачественного герметизирующего шва вязкость герметика должна быть относительно низкой при нанесении и стать достаточно высокой после нанесения, чтобы предотвратить образование потеков или стекание с вертикальной поверхности. Изучение реологических характеристик герметика позволило подобрать ряд добавок, которые обеспечили требуемый комплекс свойств.
Реологические исследования проводили на вискозиметре Rheotest 2.1. Исследовали зависимость вязкости от времени вращения шпинделя при скоростях сдвига Dr – 0,5 с-1 и 4,5 с-1 цеховой партии компонента А с тиксотропной добавкой (образец 1, рис. 1) и экспериментального образца без тиксотропной добавки (образец 2, рис. 1). Установлено, что компонент А герметика «Вилад-30» представляет собой псевдопластичный, тиксотропный материал.
Тиксотропные свойства герметика обеспечивают предотвращение его стекания с вертикальной поверхности при толщине слоя более 5 мм.
Dr – 0,5 с-1 Dr – 4,5 с-1
Рисунок 1 – Зависимость кажущейся вязкости от времени вращения шпинделя при Dr - 0,5с-1 и Dr - 4,5 с-1
В состав герметика «Вилад-30» также входят пластификаторы, которые увеличивают эластичность материала и снижают температуру стеклования. Оптимальный выбор пластификатора и полиуретанового связующего позволил получить герметик, у которого температура хрупкости не выше нижнего предела температуры эксплуатации герметизированного соединения. Работать с данным герметиком можно практически круглый год в интервале температур от -20°С до +40°С, а температурный интервал эксплуатации его составляет от – 60°С до +70°С.
При составлении рецептуры учитывали отношение объемной концентрации пигментов (ОКП) к критической объемной концентрации пигментов (КОКП). ОКП для «Вилад-30» составляет 32,3%, КОКП – 61,7%, ОКП/КОКП равно 52,4%. Рецептура составлена таким образом, что структура покрытия ниже КОКП. Если ОКП будет выше КОКП, то между частицами пигмента и наполнителя образуются пустоты, материал получится пористым, и связующее не будет более способно прочно удерживать все компоненты.
Компонент А герметика является высоковязкой пастой. Для получения герметика на предприятии установлено новое современное оборудование, которое обеспечивает не только эффективное перемешивание, но и диспергирование компонентов. Регулируемая скорость вращения фрезы позволяет развивать высокие механические усилия для качественного перетирания и диспергирования, пристенный скребок исключает образование застойных зон и «непромесов», вакуумная линия позволяет удалить включения воздуха, что обеспечивает высокое качество материала.
Опыт работы компании с различными пигментами позволил разработать рецептуры герметика самых различных цветов (более 40), что, несомненно, удобно при герметизации швов цветных наружных фасадов. Таким образом, не требуется дополнительная стадия окрашивания герметика после полного его отверждения.
долговечность в шве не менее 15 лет при относительной деформации стыков 25%;
хорошая адгезия к различным конструкционным материалам (бетон, кирпич, натуральный камень, стекло, дерево, металл);
высокая тиксотропность, позволяющая наносить герметик на горизонтальные, вертикальные, наклонные поверхности слоем не менее 3-5 мм;
атмосферостойкость, устойчивость к УФ-излучению;
эластичность при больших перепадах температур;
возможность наносить на влажные поверхности;
окрашиваемость акриловыми красками;
возможность колеровки герметика в различные цвета;
ремонтопригодность;
нет усадки.
Уникальные свойства полиуретанов делают их незаменимыми надежными герметиками в строительстве, обеспечивающими долговечную защиту.
В настоящее время в компании создана рецептура 1К STP герметика на основе силан-завершенного полиуретана с концевыми триалкоксисилановыми функциональными группами, отверждаемого влагой воздуха.
где R – остаток алифатического изоцианата;
~~~~ остаток полиэфира с молекулярной массой около 24000.
Отличительной чертой данного герметика является то, что при превращении алкоксисилановых концевых групп не происходит выделения СО2, отверждение происходит без вспенивания даже в толстом слое (в отличие от 1К ПУ).
Полученный герметик имеет твердость по Шору А 20-25 усл. ед., прочность при разрыве 1,5-2,5 МПа, относительное удлинение при разрыве 800-1000%, модуль при 100% удлинении 0,3-0,5 МПа. Поверхностная пленка образуется через 30-40 мин (при 23°С и относительной влажности 50%), скорость отверждения 1-2 мм/сутки.
Благодаря своей структуре STP герметики сочетают в себе преимущества полиуретанов: возможность регулировки свойств за счет использования ПУ блоков, эластичность при низких температурах, прочность, хорошую когезию, возможность перекрашивания, и преимущества силиконов: отверждение без пузырьков, хорошую адгезию, повышенную устойчивость к УФ-излучению, воде, кислотам и щелочам, повышенным температурам. Кроме того, эти продукты обладают низкой токсичностью, так как не содержат изоцианатов.
STP-герметики могут найти применение в строительстве, в производстве окон и дверей, производстве фургонов, автобусов, вагонов и т.д.
1. Майер-Вестус У. Полиуретаны. Покрытия, клеи и герметики. М.: ООО «Пэйнт-Медиа», 2009. 400с.
2. Брок Т., Гротэклаус М., Мишке П. Европейское руководство по лакокрасочным материалам и покрытиям. М.: «Пэйнт-Медиа», 2007.548 с.
3. Патент RU 2451703 C1.Уретановая мастика.
4. Патент ER 0 372 561 A2. Moisture-curable resin composition.