Лако-красочные материалы — производство

Эластичные невысыхающие герметики появились на мировом рынке сразу же после окончания второй мировой войны, но, несмотря на создание новых типов герметиков — особенно вул­канизующихся на основе жидкого тиокола’ и силоксанового кау­чука, которые обладают целым рядом исключительных свойств,— и в настоящее время широко применяются как в СССР, так и за рубежом.

Прямым назначением таких герметиков можно считать гер­метизацию разъемных соединений, так как они легко снимаются с любых поверхностей. Однако область применения невысыхаю­щих герметиков этим не ограничивается, и они широко исполь­зуются для герметизации неразъемных соединений и различного рода стыков и швов, т. е. в тех случаях, что и вулканизующиеся герметики. ‘

В последние годы в связи с грандиозным размахом индуст­риального строительства, широким применением сборных желе­зобетонных конструктивных элементов заводского изготовле­ния, а также профильного стекла и стеклопакетов такие герметики завоевали прочное, положение при герметизации строительных конструкций в гражданском, промышленном и гидротехническом строительстве и практически полностью вы­теснили применяемые ранее замазки на основе олиф, касторо­вого масла и других подобных материалов [29, 30].

Невысыхающие герметики не вулканизуются и поэтому как в момент нанесения, так и в процессе эксплуатации находятся в одном и том же пастообразном состоянии и обладают пластиче­скими или пластоэластическими свойствами. Такие герметики выпускают однокомпонентными, они экономичны и удобны в применении, долговечны в эксплуатации, незаменимы для уп­лотнения Неразъемных соединений, способны уплотнять стыки любой конфигурации и могут эксплуатироваться, сразу же после
нанесения. Кроме того, они дешевле всех остальных герметиков, поскольку в качестве основы для их изготовления используются каучуки общего назначения.

Верхний температурный предел работоспособности этих гер­метиков, как правило, составляет 70 °С. При более высокой тем­пературе вначале наблюдается некоторое размягчение гермети­ков в результате снижения вязкости, а затем они начинают твердеть.

Недостатком невысыхающих герметиков является их ползу­честь при комнатной температуре, которая выражается в появ­лении необратимых деформаций под действием небольшой на­грузки. Кроме того, эти герметики, как правило, не выдержива­ют даже кратковременного воздействия топлив и растворителей [2, 4].

Как уже упоминалось выше, для изготовления невысыхаю­щих герметиков используются или полностью насыщенные или с низкой непредельностью полимеры типа бутилкаучука, полиизо — бутилена, этилен-пропиленового каучука, хлорированного бу­тилкаучука различной молекулярной массы —от 10 ■ 103 до 200-103 в сочетании с полистиролом, полипропиленом и поли­этиленом высокого и низкого давления и такими же полимерами более низкой молекулярной массы (по 300) [1, 7, 16—21]. Эти полимеры хорошо перерабатываются на вальцах и другом обо­рудовании резиновой промышленности, а отсутствие двойных связей или их малое содержание — предопределяет высокую хи­мическую стойкость герметиков, атмосферостойкость и стойкость к старению.

В зависимости от молекулярной массы и исходной вязкости каучука, а также от его содержания в композиции герметик имеет различные свойства. Содержание полимера в герметике, как правило, незначительно и колеблется от 2—5 до 12—15%. При слишком низком содержании полимера получается герме­тик худшего качества, особенно при низких температурах, что видно из данных табл. X. 1 [29].

Таблица X. 1

Зависимость физика-механических показателей герметиков на основе полиизобутилена от содержания в них полимера

Содержание полиизобутилена, вес. %

Условная прочность при

Разрыве при —30° С. МПа

Относительное удлинение при растяжении при -30° С, %

138 94 59 53 42 4

0,122 0,082 0,058 0,049 0,032 0,03

10 5 4 3 2 1

Для придания герметикам определенных свойств, а также для их удешевления используются волокнистые (асбест различ­ной степени волокнистости) и дисперсные минеральные напол­нители (активные сорта углеродистой и белой саж, тальк, окись цинка, мел, литопон, барит, каолин, диатомит, сланцевая мука, графит, зола, слюда, кварц, окись магния, силикаты кальция и алюминия и др.). Их содержание в герметиках составляет 50— 75% и более. Упрочняющее действие напрлнителей чаще всего увеличивается с повышением степени их дисперсности

Для получения герметиков более жидкой консистенции в их состав вводят в большом количестве (25% и более) различные углеводородные масла нефтяного происхождения (парафиновые, нафтеновые, ароматические), а также высыхающие минераль­ные масла. Для придания клейкости применяют канифоль, ее эфиры, эпоксидные и новолачные фенолоформальдегидные смолы, каменноугольные, инденкумароновые и терпеновые смо­лы, ненасыщенные углеводороды нефтяного происхождения, би­тумы, фактисы, а также растворители с высокой температурой кипения (150—200°С). В состав отечественных герметиков вво­дят также пластификаторы — масло ПН-6, приборное масло МВП, автол, вазелин, вакуумное, веретенное, цилиндрическое и индустриальное масла.

Невысыхающие герметики могут быть любого цвета, но вы­Пускаются р, рснПвнот^ бЕлыми сепыми и черными. Они могут быть липкими с поверхности. I лотность таких герметиков ко­леблется в пределах 1000—1 700 кг/м3, а темтературы эксплуа­тации— от минус 25 —60 до 70—120 °С.

Невысыхающий герметик можно рассматривать как много­компонентную композицию, представляющую собой единую дисперсную систему, состоящую из двух фаз — полимерной (эластичной) и твердой, между которыми есть поверхность раз­дела. Полимерная фаза представляет собой термодинамически устойчивый раствор смеси каучука и пластификатора^ и ее мож­но рассматривать как дисперсионную среду. Твердой фазой является наполнитель и другие порошкообразные добавки и это — дисперсная фаза. Такие многокомпонентные системы можно считать искусственными конгломератами, свойства кото­рых зависят от количественного соотношения компонентов, их свойств и растворимости в системе [31—35].

Рецептуры невысыхающих герметиков описаны во многих патентах и авторских свидетельствах [36—45]. При анализе этих источников можно проследить определенные закономерно­сти в составлении рецептур герметиков для определенных обла­стей применения. Так, при создании герметиков, предназначен­ных для гидроизоляции мягкой кровли, трубопроводов, фланцевых соединений вентиляционных каналов, швов облицов­ки оросительных систем и пр, а также для антикоррозионных покрытий, каучуки совмещают чаще всего с битумом, асфальтом, гудроном или каменноугольной смолой, которые либо предва­рительно растворяют в петролейном эфире, гексане и других растворителях, либо нагревают до 100—130 °С.

Для герметизации различного рода остеклений в состав гер­метиков чаще всего вводят канифоль, ее эфиры, гидрированную • канифоль, фенолоформальдегидные и терпеновые смолы. Для создания герметиков, обладающих тиксотропными свойствами и не «обвисающих» в конструкции, не изменяющих свойств в про­цессе эксплуатации, а также таких, в которых исключена миг­рация пластификатора, бутилкаучук или хлорбутилкаучук при­меняют в сочетании с предварительно сшитым с помощью соли металла и жирной кислоты, например стеарата алюминия, по — либутеновым маслом.

Значительное повышение теплостойкости (или снижение те­кучести при повышенной температуре) достигается при исполь­зовании полимерных пластификаторов, представляющих собой растворы полиизобутилена различной молекулярной массы в масле, полученные в процессе полимеризации полиизобутилена. Так, при сравнении двух замазок, отличающихся только типом пластификатора (минеральное масло в сочетании с петролату — мом и парафином или полимерный пластификатор) и имеющих одинаковую исходную пластичность (115—120 мм-1), показано, что после воздействия температуры 50 и 70 °С в течение 30— 180 сут замазки резко различаются по пластичности [44].

Вопросами разработки составов на различных типах поли­меров и их сочетаниях, изучению свойств и применения невысы­хающих герметиков посвящено много исследований [46—60].

Структура и свойства невысыхающих герметиков во многом определяются совместимостью исходных компонентов и, следо­вательно, их соотношением, а также гомогенностью полученных систем [32]. Так, оптимальным соотношением этиленпропи — ленового каучкука и бутилкаучука при получении герме­тика, предназначенного для использования в строительстве, является 1,6 : 1,0 [45].

Основными свойствами невысыхающих герметиков, опреде­ляющими их поведение в период герметизации и эксплуатации, являются вязкость (мягкость, пластичность, консистенция) и адгезия (липкость, клейкость, сцепляемость) к различного рода поверхностям [46—55]. Знание реологических свойств и поведе­ния герметиков в процессе самой герметизации и в условиях эксплуатации позволяет правильно выбрать технологию герме­тизации и соответствующее оборудование. Знание адгезионных свойств позволяет произвести сравнительную оценку различных герметиков и выбрать тот, который будет наиболее эффективен Для данной конкретной конструкции. Так, исследование герме­тиков УМС-50 и УМ-40 на основе полиизобутилена на ротацион­ном вискозиметре типа РВ-8 в интервале температур от —50 до 80 °С дало возможность вывести формулу для расчета вязкости

О

—W — го о го

Температура,

Рис. X. 1.

Зависимость прочности связи с метал­лом при сдвиге герметика У-22 от тем­пературы.

Герметиков в зависимости от температуры и скорости сдвига:

„о — „0=0,1 ъ и

11 ~ *t—20 °С го

Где ч°Га)’1ос— вязкость при 20 °С и скорости сдвига 0,1 м/с; Kt — температур­ный коэффициент; kv — коэффициент скорости.

При оценке адгезионной прочности тех же герметиков УМС-50 и УМ-40 на адгезиметре АД-1 в интервале температур от —30 до 40 °С были выведены переходные коэффициенты, по которым можно определить адгезию мастик к бетону, цементо­бетону и керамзитобетону:

А -л2(>.скмккпквклкшк’ш

Где А20О с — сила сцепления герметиков с гладкой сухой поверхностью об­разца из цементопесчаного раствора при 20 °С; Км — переходной коэффициент от одной мастики к другой; К — переходной коэффициент от одной темпера­туры поверхности к другой; Кп — переходной коэффициент от температуры самой мастики к комнатной; /Св — переходной коэффициент от сухой поверх­ности к влажной; /Сд — переходной коэффициент по длительности контакта мастик с субстратом; Кш — переходной коэффициент от гладкой поверхности к шероховатой, полученной в процессе изготовления герметизируемой детали; Кш — переходной коэффициент от гладкой поверхности к шероховатой, полу­ченной в результате обработки готовых гладких поверхностей металлической щеткой перед -ерметизацией.

На рис. X. 1 приведена зависимость прочности связи при сдвиге замазки У-22 с металлом от температуры.

Исследованы изменения пластичности и адгезионной проч­ности при сдвиге замазок на основе полиизобутилена (У-20А, У-22 и УМС-50) в процессе старения при 70 °С, а также зависи­мость изменения вязкости при 25—110 °С [53—55].

Изучены основные свойства герметиков, применяемых в пол­носборном домостроении, и различные методы их испытаний, имитирующих поведение в шве, и др. [56—60].

В табл. X. 2 приведена краткая техническая характеристика некоторых торговых марок невысыхающих герметиков, выпуска­емых отечественной промышленностью и зарубежными фирма­ми. Герметики отличаются друг от друга цветом, плотностью, пластическими свойствами и назначением. Общим для всех перечисленных герметиков является то, что они изготовлены на

Техническая характеристика некоторых торговых марок невысыхающих герметиков, выпускаемых отечественной промышленностью и зарубежными фирмами

Назначение

Марка

Фирма, страна Краткая характеристика

Пластичная масса се­ро-зеленого цвета без растворителя; рабочие температуры — от —50 до +70 °С

Пластичная масса тем­но-серого цвета без растворителя; рабочие температуры — от —50 до +70 °С

СССР

51-Г-З 51-Г-4

СССР

51-Г-4м

СССР

51-Г-6

СССР

51-Г-7

СССР

Бутэпрол

СССР

Пластоэластичная мас­са кремового тона; ра­бочие температуры — от —50 до +70 °С

Пластичная масса тем­но-серого цвета; рабо­чие температуры — от —60 до +100 °С Пластичная масса бе­лого цвета; рабочие температуры — от —60 до +100 °С

Пластичная масса от белого до светло-жел­того цвета; рабочие температуры — от —60 до +100 °С Пластичная масса чер­ного цвета; рабочие температуры — от —50 до +90 °С; плотность 1200 кг/м3

Пластичная масса се­рого или зеленого цве­та; рабочие температу­ры—от —50 до’ +90 С (кратковременно до +100 °С); плотность 1600 кг/м3

СССР

У-2 OA

СССР

У-22

СССР

УМС-50

Пластоэластичная мас­са светло-серого цвета; рабочие температуры — от —50 до +70 °С

Для герметизации за­клепочных и других со­единений, для уплотне­ния стекол автомобилей

Для герметизации окон­ных проемов легковых и грузовых автомобилей

Для герметизации на­ружных стеновых пане­лей в полносборном до­мостроении, оконных и дверных блоков и для других строительных це­лей

Для герметизации разъ­емных соединений раз­личных емкостей, аппа­ратов и приборов Для герметизации разъ­емных и неразъемных (винтовых) соединений и закрепления подстро — ечных сердечников в ка­тушках индуктивности Для, защиты паяных со­единений от коррозии и для герметизации вин­товых соединений

Для герметизации осте­кления легковых авто­мобилей

Для герметизации от­верстий и щелей на сты­ках металлических уча­стков кузовов легковых автомобилей

Для уплотнения стыков конструкций крупнопа­нельных зданий (на­ружных панелей, окон­ных и дверных проемов, Блоков и витражей)

Марка

Фирма, страна

Назначение

Краткая характеристика

УН-01

Prestik АН

Seelastrip РІВ 50

Wiedolastik KD 404

Terostat 4001

Terostat 81

Plastikol-8

Butilhrom В

СССР

«Bostik Ltd.: (Англия)

«Expandit Ltd.» (Ан­глия)

«Wieder —

Hold»

(ФРГ)

«Teroson» (ФРГ)

«Teroson». (ФРГ)

«Deiter —

Mann»

(Австрия)

«Kemyski Kombinat Hromos» (Югославия)

Пластичная "масса бе­лого или светло-серого цвета; рабочие темпе­ратуры — от —35 до + 100 °С

Мягкая эластопластич — ная масса оливково-ко­ричневого цвета с хо­рошей клейкостью; ра­бочие температуры — от —30 до +90 °С; плотность 1080 кг/м3 Пластичная масса чер­ного цвета; рабочие температуры — от —32 до +100 °С; плотность 1420 кг/м3

Эластопластичная мас­са с высоким относи­тельным удлинением (до 100 %); плотность 1350 кг/м3

Пластичная масса се­рого цвета; рабочие температуры — от —25 до +70 °С (кратковре­менно до +100 °С); плотность 1300 кг /ад3 Пластоэластичная мас­са черного цвета; ра­бочие температуры — от —40 до +80 °С (кратковременно до +180 °С); плотность 1200 кг/м3

Эластопластичная мас­са с высоким относи­тельным удлинением (до 80%); рабочие тем­пературы — от —50 до +80 °С; плотность 1400 кг/м3

Пластоэластичная мас­са с плотностью 1500 кг/м3

Для уплотнения и гер­метизации сточных же­лобков, сварных швов, мест стыка деталей и ■ узлов кузовов автомо­билей, а также швов хо­лодильников Для герметизации непо­движных соединений при наружном и вну­треннем уплотнении

Для герметизации раз­личного рода строитель­ных элементов, стекло — пакетов

Для инженерного строи­тельства и внутренней отделки вентиляцион­ных устройств, уст­ройств для кондициони­рования воздуха Для герметизации фа­садных элементов, кли­матических установок, стальных конструкций и др.

Для внутришовной гер­метизации

Для внутришовной гер­метизации

Для уплотнения стекол в строительной технике (в монтажном строи­тельстве, для остекле­ния окон в деревянных и металлических кон­струкциях)

Назначение

Фирма, страна Краткая характеристика

«Minnesota Mining Manufactu­ring Со.» (США)

Пластичная масса свет- ло-серого цвета; рабо­чие температуры — до + 100 °С

Для уплотнения рам фа­садных элементов, ме­таллических и деревян­ных окон с беконом и каменной кладкой, при монтаже готовых до­мов, для вентиляцион­ных и климатических помещений и установок

Основе бутнлкаучука, полиизобутилена, этилен-пропилено’вого каучука или их сочетаний, что предопределяет высокую стой­кость к воздействию света, кислорода, озона, кислот и щелочей.

Одним из наиболее перспективных направлений в разработке невысыхающих герметиков является создание герметиков на основе полимеров, обладающих масло — и бензостойкостью, на­пример на основе акрилатных и высокомолекулярных полисуль — фидиых каучуков и др. [61].