Силиконы используются практически во всех отраслях промышленности. В мировой структуре потребления силиконов строительная индустрия занимает прочное второе место, уступая лишь химической и резиновой промышленности. В современной строительной индустрии силиконы выполняют две основные функции:
1. защиты зданий и сооружений от влаги;
2. герметизации швов строительных конструкций и сооружений, где назначение силиконовых герметиков идеально соответствуют целям применения. Особенности силиконов, как средств защиты зданий и сооружений, состоит в том, что их химическая структура придает им отличную гидрофобность и в тоже время оптимальную паропроницаемость и долговечность.
Одной из острых проблем существующих в настоящее время в строительстве является наружная герметизация окон при монтаже их в оконный проем. Используемые в настоящее время материалы «Сивест», «Абрис» и др. показали, что их применение в условиях строительных площадок в осеннее-зимний период проблематично из-за нетехнологичности процесса и отсутствия требуемой адгезии к профилю окна и материалам оконного проема. Поэтому встал вопрос о создании герметизирующего материала, который будет использоваться для заделки наружного монтажного шва, соответствующий следующим требованиям:
• водонепроницаемость при дождевом воздействии при заданном (расчетном) перепаде давления между наружной и внутренней поверхностями монтажного шва;
• адгезия к поверхности оконных проемов и коробок оконных блоков;
• температурный предел эксплуатации герметика от 36 до +70˚С;
• устойчивость к УФ-облучению;
• паропроницаемость для удаления паров воды из центрального шва;
• работоспособность в условиях строительной площадки до -16˚С. В настоящее время на ОАО «КЗСК» разработаны рецептура и технология однокомпонентного паропроницаемого герметика «Паросил», используемого для наружной герметизации окон при их монтаже в оконный проем.
Одним из основных параметров, который оценивает пригодность разрабатываемой рецептуры герметизирующего материала для наружной герметизации монтажного шва, является паропроницаемость. Максимальные значения коэффициента проницаемости характерны для высокоэластических каучукоподобных полимеров, минимальные – для жестких полимеров, имеющих в своем составе большое число полярных групп. Особое место среди полимеров занимают полиорганосилоксановые эластомеры, характеризующиеся высокими значениями паропроницаемости [2]. Например, газопроницаемость полидиметилсилоксанов в 1020 раз превышает проницаемость натурального каучука, имеющего самую высокую проницаемость из карбоцепныъх эластомеров.
Коэффициент газопроницаемости P·10-8 см2∙с∙кг/мг при 20ºС для диметилсилоксанового каучука в отношении N2 = 182, O2 = 368, H2 = 378, CO2 = 1582.
Высокая проницаемость силоксановых каучуков связана с неплотной упаковкой молекул, имеющих спиралевидное строение [3].
Образование поперечных связей между молекулами снижает гибкость полимерных цепей и способствует уменьшению проницаемости полимеров [4]. Известно, что пространственно-структурированные полимеры с большой густотой поперечных связей, например, бакелит и эбонит, имеют очень низкие значения газопроницаемости [2].
В работе [2] отмечено, что введение наполнителей способствует снижению проницаемости, причем, наполнители, имеющие пластинчатую форму частиц, обладают особенно малыми величинами проницаемости [5]. Было показано, что проницаемость резин зависит как от природы наполнителя, так и его относительного содержания [6]. Наибольший эффект снижения проницаемости наблюдается обычно при введении 510 % объемн. наполнителя. При дальнейшем увеличении содержания наполнителя до 2030 % объемн. абсолютное значение проницаемости продолжает уменьшаться, но со значительно меньшим эффектом по отношению к количеству введенного наполнителя. Наконец, при высоком содержании наполнителя (40¸50% объемн.), отвечающем появлению разрывов в полимерной фазе, проницаемость резко увеличивается.
Для каждой системы полимер-наполнитель в отношении проницаемости имеются два характерных значения концентрации наполнителя. Одно из них отвечает минимальной величине проницаемости, другое – резкому повышению проницаемости. Концентрацию наполнителя, выше которой наблюдается быстрое повышение проницаемости, можно рассматривать как некую объемную критическую концентрацию, при которой начинает нарушаться непрерывность полимерной фазы. Образующиеся пустоты и капилляры в наполненном полимере сливаются в общую систему каналов, обеспечивающую в конечном итоге фазовый перенос газа [7]. Повышение активности наполнителя в большинстве случаев способствует уменьшению газопроницаемости резин [8].
В результате исследования газопроницаемости наполненных полиорганосилоксановых резин [8] было показано, что активные наполнители (белая сажа) более эффективно снижают проницаемость, чем неактивные (оксид титана), за счет дополнительного структурирования полимера, обусловленного химическим взаимодействием активного наполнителя с полиорганосилоксаном [8].
Из анализа литературных данных следует, что на проницаемость композиционного материала влияет не только природа полимерной основы, степень ее сшивки, но также тип и количество наполнителя.
Поскольку показатель паропроницаемости является одним из основных для материалов, используемых для наружной заделки монтажных швов узлов примыкания оконных блоков к стеновым проемам, оценка качества разрабатываемой рецептуры определялась по данному показателю. В процессе разработки рецептуры исследовалось влияние типа и количества наполнителей, системы отверждения на паропроницаемость вулканизата. В результате проведенных исследований была разработана оптимальная рецептура герметика, обладающего повышенной паропроницаемостью.
«Паросил» является тиксотропным однокомпонентным герметиком нейтрального отверждения. Свойства герметика приведены в таблице 1. Таблица 1. Физико-механические показатели герметика "Паросил” № | Наименование показателей | Результаты испытаний партий | | 1 | 2 | 3 | | 1. | Время образования поверхностной пленки после выдавливания герметика из тубы, мин, | 12 | 12 | 5 | | 2. | Жизнеспособность, мин. | 50 | 65 | 37 | | 3. | Условная прочность в момент разрыва, МПа | 0,7 | 0,75 | 0,65 | | 4. | Относительное удлинение в момент разрыва, % | 397 | 553 | 376 | | 5. | Водопоглощение по массе за 24 ч., % | 0,48 | 0,6 | 0,5 | | 6. | Прочность сцепления с основанием, МПабетон ПВХ | 0,450,47 | 0,310,47 | 0,480,39 | | 7. | Паропроницаемость, мг/м×ч×Па | 0,2·10-2 | 0,17·10-2 | 0,2·10-2 | | 8. | Сопротивление текучести, мм | 0 | 0 | 0 | | 9. | Гибкость на брусе с закругленным радиусом 5мм при t = - 50°С | Разрушений и трещиннет | Разрушений и трещиннет | Разрушений и трещиннет | | 10. | Плотность, кг/м3 | 963 | 963 | 963 |
Работы с герметиком Паросил можно проводить в интервале температур от 15ºС до +100º. При температуре 30 ºС на поверхности герметика вулканизационная пленка образуется за 24 часа.
Рис.1 Зависимость водопоглощения «Паросила» от времени
Исследовано водопоглощение паросила во времени. На рис.1 представлена кинетическая кривая водопоглощения. Из рис.1 видно, что характер этой кривой сложен и неравномерен во времени. Кинетическую кривую условно можно разделить на 4 стадии. На первой стадии происходит, вероятно, диффузия воды в объем образца, т.е. влага сорбируется на его поверхности, и проникает во внутрь образца. На II стадии, вероятно, происходит накопление влаги в порах материала. По мере увеличения длительности водопоглощения количество влаги в порах увеличивается, поры полимера растягиваются, утончаются, рвутся, капли влаги сливаются, приводя к значительному увеличению водопоглощения за сравнительно короткий срок, что мы наблюдаем на III стадии. На IV стадии наблюдается незначительное увеличение водопоглощения, обусловленное, вероятно, достижением состояния насыщения.
Исследована устойчивость герметика ”Паросил” к агрессивным средам: 10, 20% растворам серной кислоты, соляной кислот и гидроксида натрия. В таблице 2 приведены данные по набуханию Паросила в агрессивных средах. Из данных таблицы видно, что набухание герметика за 48 часов в 10 и 20% растворах кислот и щелочи незначительно (менее 1%). Таблица 2. Набухание образцов герметиков в агрессивных средах № п/п | Агрессивная среда | Набухание, %, за время, час | | 2 | 24 | 48 | | 1. | 10% раствор Н2SO4 | 0,028 | 0,108 | 0,373 | | 2. | 20% раствор Н2SO4 | 0,04 | 0,087 | 0,278 | | 3. | 10% раствор НCl | 0,0498 | 0,28 | 0,88 | | 4. | 20% раствор НCl | 0,067 | 0,151 | 0,487 | | 5. | 10% раствор NaOH | 0,032 | 0,068 | 0,26 | | 6. | 20% раствор NaOH | -0,029 | -0,057 | 0,09 |
Важную роль для герметиков такого назначения имеет адгезия как к оконному блоку, так и стеновому проему. Первоначально разработанная рецептура герметика предусматривала для увеличения адгезии герметика к ПВХ использовать подслой П-II. Однако в процессе проведения натурных испытаний на строительных площадках г. Москвы были высказаны пожелания не использовать подслой перед нанесением герметика, т.к. это вызывает определенные технологические трудности, дополнительные трудозатраты, удлинение продолжительности технологического процесса. В качестве соединений увеличивающих адгезию апробированы кремнийорганические продукты, содержащие в своем составе различные функциональные группы: амино-, эпокси-, метокси-: H2N-(CH2)3Si(OC2H5)3 – -аминопропилтриэтоксисилан I
VnSi(OCH3)3 – винилтриметоксисилан II
O
CH2 CH-(CH2)3Si(OCH3)3 – глицидоксипропилтриметоксисилан III Количество адгезива варьировалось от 0,5% до 1,5%. Полученные результаты приведены в таблице 3. Из данных таблицы видно, что когезионный характер разрушения герметика от ПВХ и бетона, наблюдается при использовании в качества адгезива-γ-амино пропилтриэтоксисилана (АГМ-9). Прочность сцепления герметика с ПВХ – 0,35÷ 0,42 МПа, а с бетоном – 0,56÷0,6 МПа, что выше норм, заложенных в ГОСТ 26589-94 (0,1 МПа, характер разрушения когезионный). Оптимум по содержанию адгезива – 1%.
Отработка технологии получения Паросила по скорректированной рецептуре проводилась на опытно промышленной установке.
По результатам испытаний на долговечность, проведенных ГУП ”НИИМосстрой” срок эксплуатации наружных швов, заделанных герметиком Паросил, составляет 20 лет.
В настоящее время на ОАО «КЗСК» начато промышленное производство герметика Паросил. Таблица 3. Зависимость адгезии Паросила от типа адгезива и его содержания. Соединение № | Содержаниедобавки, % масс. | Адгезия | | к ПВХ | к бетону | | МПа | Характер отрыва | МПа | Характер отрыва | | I | 0,5 | 0,38 | когезионный | 0,60 | когезионный | | 1,0 | 0,42 | когезионный | 0,56 | когезионный | | 1,5 | 0,353 | когезионный | 0,56 | когезионный | | II | 0,5 | 0,15 | адгезионный | 0,28 | адгезионный | | 1,0 | 0,2 | адгезионный | 0,39 | адгезионный | | 1,5 | 0,18 | адгезионный | 0,40 | адгезионный | | III | 0,5 | 0,16 | адгезионный | 0,3 | адгезионный | | 1,0 | 0,11 | адгезионный | 0,35 | адгезионный | | 1,5 | 0,048 | адгезионный | 0,38 | адгезионный |
Экспериментальная часть
Приготовление вулканизатов проводили по ГОСТ 21751-76. Испытания вулканизатов проводили по ГОСТ 30971-2002. Литература: 1. ГОСТ 30971-2002. Швы монтажные узлов примыканий оконных блоков к стеновым проемам.
2. С.А. Рейтлинге. Проницаемость полимерных материалов, М., Химия, 1974г., с.186.
3. М. Г. Воронков, В. П. Милешкевич, Ю. А. Южелевский, Силоксановая связь, Новосибирск, Наука, 1976г.
4. С.А. Рейтлингер, В сб. Успехи химии и технологии полимеров, сб. З. М., Госхимиздат., 1960г., с.184,
5. Н.А. Мелихова, С.А. Рейтлингер, Е.Н. Кузина, Каучук и резина, № 6, 36 (1959).
6. Г. М. Бартенев, Л.Е. Перегудова, Труды НИИРП. Сб. 2 М., Госхимтздат, 1955г.
7. М. М. Гудимов, Ю. В. Жердев, А.В. Корюхин, А.В.Козлов, Физико-химическая механика материалов, т. 7, № 2, 1971.,с.59.
8. С.А. Рейтлингер, А.А. Маслениинова, И. С. Ярхо, Ж. техн.физ., т. 26, № 11, 1956., с.2558 Палютин Ф.М., Бабурина В.А., Ромахин А.С., Закирова Л.З., Казанцева Н.А., Калмыкова В.Я., Дубков И.А., Быльев В.А, ОАО «Казанский завод СК»
www.kzck.ru
|
