Защо полиуретановият герметик има добра адхезия?

Защо някои герметици изглеждат по-добре прилепващи към повърхностите от други? Дали става дума за запълване на процеп в дървена подова настилка, запечатване на шев в бетонна стена или спояване на субстрати в строително приложение, полиуретановият герметик обикновено е изборът на професионалистите. Полиуретановите герметици имат репутацията да са изключително издръжливи и, най-важното, осигуряват здраво залепване към широк спектър от повърхности. От научна гледна точка, каква е основата за тази силна адхезия?

Полиуретановите запечатващи средства, за разлика от другите общи запечатващи средства, които осигуряват само повърхностно сцепление, химически се свързват на подповърхностно ниво, формирайки много по-силно сцепление. Вместо да се разглеждат като обикновена двустранна лепяща лента, полиуретановите запечатващи средства трябва да се възприемат като индивидуално оформено сцепление на молекуларно ниво, използващо изключително силно лепило. Този факт относно запечатващите средства и тяхната способност да образуват сцепление е свързан изцяло с химичната структура на самото запечатващо средство, както и с конструкцията на материалите, които са в контакт с него. След десетилетия опит в производството на запечатващи средства и лепила, компания като Juhuan притежава задълбочено разбиране на тези концепции. Те проектират своите полиуретанови запечатващи средства така, че оптимално да използват химичното сцепление, което води до прилагането им в някои от най-трудните ситуации за запечатване. Нека сега навлезем в науката зад това, защо тези материали се задържат толкова добре.

Всичко се свежда до химията: мощното действие на уретаните

В основата си уретановият герметик е полимер, който представлява верига от безброй повтарящи се молекулни единици, известни още като мономери. Полиолите и изоцианатите встъпват в химична реакция, при която се образува уретанов полимер. След като герметикът е нанесен, той взаимодейства с влагата в околната среда и с повърхността, върху която е приложен. Това взаимодействие се нарича отвръзване и води до химично свързване на полимерната верига и формиране на твърда триизмерна структура.

Но истинската тайна на неговата адхезия се крие в процеса на отвърдяване, когато молекулите полиуретан все още са химически активни и могат да образуват връзки не само помежду си, но и с повърхността, към която са прикрепени. Полиуретанът може да образува истински химични връзки с много материали, особено с такива, които са порести или притежават определени химични функционални групи по повърхността си. Това е все едно уплътнителният материал протяга ръце и „поздравява“ атомите на дървото, бетона или метала. Това е значително по-силно от просто разчитането на повърхностното напрежение, както правят някои примитивни лепила.

Уплътняване на порести повърхности.

Разгледайте някои често срещани строителни материали: дърво, бетон, зидария и дори ДСП. Какво ги обединява? Всички те са порести. Тези материали притежават повърхностни пори и капиляри. Когато се нанесе полиуретанов герметик върху строителен материал, той не остава само по повърхността му. Тъй като герметиците имат относително ниска вискозитет преди затвърдяване, това означава, че те ще „копират“ и, следователно, ще запълнят всички несъвършенства, вдлъбнатини и пори на строителния материал. Например полиуретановият герметик ще запълни цялата дълбочина на една дупка, ако такава има. След това той ще се затвърди и ще осигури свързано запълване до дъното на дупката. Това механично „заключване“ на затвърдяващия се герметик, в допълнение към горепосоченото, ще го укрепи „като анкер“ в дъното на дупката, подобно на циментово запълване.

Комбинацията от механично зацепване и химическа връзка на полиуретановия герметик предлага уникално предимство. Това е причината, поради която полиуретанът изобщо работи. След като се затвърди, герметикът става част от повърхността, към която е прикрепен, което обяснява неговата висока ефективност при запечатване на основи и шевове, залепване на дървени конструктивни елементи и фиксиране на предмети на място там, където простата повърхностна връзка би се провалила.

Факторът, който отличава адхезията на полиуретана

Друга забележителна характеристика на полиуретановите герметици, свързана с продължителността на адхезията, е тяхната гъвкавост. Много герметици и лепила са твърди и сковани след затвърдяване. Това представлява проблем, тъй като материалите и конструкцията се движат — могат да се разширяват или свиват в зависимост от влажността или температурата. С течение на времето материалите се усаждали и премествали, а герметикът може да се отдели от повърхността поради това движение. В резултат запечатването се нарушава и адхезията се губи.

Веднъж след като полиуретановият герметик се втвърди, той остава еластичен и гъвкав, което означава, че може да се разтяга или свива въпреки движението на шевовете. Представете си го като изключително еластична гумена лента, която запълва зазора. Тя може да се разтяга поради това движение и след това да се върне в първоначалната си форма. Постоянното движение, предизвикано от гъвкавостта, означава, че адхезивната връзка е подложена на по-малко напрежение. Това означава, че полиуретановите герметици, за разлика от адхезивите и герметиците, не „се борят“ с материалите. Това е основната характеристика на уретаните при използването им като адхезиви или герметици. Повечето герметици не запазват добра адхезия при сурови външни атмосферни условия, за разлика от полиуретаните, които запазват адхезията си при всякакви тежки метеорологични условия.

Адхезия върху метали и пластмаси

Почти всички лепила ще имат затруднения при залепването и отвръзването върху метални и пластмасови повърхности. Тези повърхности са непорести и химически по-малко реактивни в сравнение с други повърхности, което води до по-слабо образуване на адхезия. Полиуретаните обаче действително се залепват и отвръзват върху тези непорести повърхности, а в случая с метали адхезията се образува благодарение на връзката между уретан и метала, която създава адхезионна връзка с металния (металоксиден) слой на повърхността. Именно поради тази причина полисилоксаните и полиуретаните се използват толкова широко в автомобилната и корабостроителната индустрия – съответно за запечатване на шевове по метални каросерии на превозни средства и за залепване на части по пластмасови и композитни лодки.

Адхезията към пластмаси, особено към пластмаси с ниска и изключително ниска повърхностна енергия (НПЕ / ИНПЕ), е известна с трудностите си. Повечето лепила и герметици просто

се отблъскват от тези повърхности вместо да се прилепят към тях. Пластмасите обаче обикновено представляват по-малък проблем за адхезията при полисулфоните и полиуретаните. Всъщност много полисулфони и полиуретани се прилепват към пластмаси с ниска енергия на повърхността. Проблемът вместо това е, че при много полисулфони и полиуретани адхезията е повърхностен феномен и ако повърхността не е добре подготвена (почистена) и ако не е покрита (праймирана) с вещество, което реагира с полиуретановата система, адхезия няма да възникне. Поради това полисулфоните и полиуретаните се използват като уплътнители в изключително сложни приложения, където се използват множество видове материали.

Реална производителност: От основите до каркасната конструкция

Можете да видите доказателство за адхезия в реалния свят. Помислете за фундаментните стени под нивото на земята. Тези стени винаги са заобиколени от мокра почва и хидростатично налягане. Пукнатина във фундаментната стена може да се запечата с полиуретанов герметик. Полиуретановият герметик ще се прилепи сигурно към мокрия бетон, ще се нагоди при преместване на почвата и ще запази запечатването водонепроницаемо. Сега помислете за дървена каркасна конструкция. Полиуретановият герметик се разширява и свива според сезоните и ще се прилепи към дървените влакна на големите дървени греди, като няма да позволи на въздуха да преминава през запечатаната повърхност.

В изпитателни центрове за производители, като тези, които имат производителите с високо качество, тези герметици се изпитват за техните гранични възможности. Тези герметици се подлагат на изпитания за определяне на тяхната здравина на опън, удължение и адхезия при отлепяне към различни основи. Освен това се извършват изпитания при екстремни температури – както високи, така и ниски, както и при пълно потапяне във вода. Тези строги изпитания се провеждат, за да може герметикът да работи така, както очакват професионалистите, и да осигурява надеждна и дълготрайна адхезия.

Формулацията има значение: Не всички полиуретани са еднакви

Рецептата на уплътнителния материал е от решаващо значение. Производственото ноу-хау на производителя е фундаментално, тъй като той може да модифицира формулата, за да подчертае определени свойства. Например, полиуретановият уплътнител, предназначен за залепване на стъкло, може да бъде разработен така, че да осигурява прозрачност и устойчивост към ултравиолетовите лъчи. Друг уплътнител, предназначен за използване при покриви, може да бъде проектиран за устойчивост към екстремни атмосферни условия и способност да се залепва към повърхности, които са леко влажни. Компанията с богат опит в специализирането на формулирането на адхезиви и уплътнителни материали за конкретно приложение добре разбира взаимодействието между лепилната сила, еластичността, скоростта на отвръзване и пригодността за употреба на уплътнителния материал.

В крайна сметка, отличната адхезия на полиуретановия герметик е резултат от комбинация от фактори, а не от едно-единствено свойство. Това са силните адхезивни химични връзки, способността да прониква и механично да се закрепва в порести повърхности, дълготрайната еластичност и съвместимостта с различни материали. В домашни условия, в строителната индустрия и в разнообразни промишлени приложения той е незаменим компонент, който решава множество проблеми, свързани с лепенето и герметизирането, и демонстрира силата на умната химия.