No, esto no será aburrido, de verdad, sobre todo si te encantan las cosas de goma elástica. Si sigues leyendo, descubrirás casi todo lo que siempre quisiste saber sobre los selladores de silicona monocomponente.
1) Qué son
2) Cómo hacerlos
3) Dónde utilizarlos
Introducción
¿Qué es un sellador de silicona monocomponente?
Existen muchos tipos de selladores de curado químico, siendo los más conocidos la silicona, el poliuretano y el polisulfuro. Su nombre deriva de la estructura molecular de las sustancias involucradas.
La columna vertebral de silicona es:
Si – O – Si - O – Si – O – Si
La silicona modificada es una tecnología nueva (al menos en EE. UU.) y, en realidad, consiste en una estructura orgánica curada con silano. Un ejemplo es el óxido de polipropileno con terminación en alcoxisilano.
Todos estos productos químicos pueden ser de una o dos partes, lo que obviamente se relaciona con la cantidad de partes necesarias para el curado. Por lo tanto, una parte simplemente significa abrir el tubo, cartucho o cubo y el material curará. Normalmente, estos sistemas de una parte reaccionan con la humedad del aire para convertirse en caucho.
Entonces, una silicona de un solo componente es un sistema que es estable en el tubo hasta que, al exponerse al aire, se cura para producir una goma de silicona.
Ventajas
Las siliconas de un solo componente tienen muchas ventajas únicas.
Cuando se formulan correctamente, son muy estables y fiables, con excelentes propiedades físicas y de adhesión. Su vida útil (el tiempo que se puede dejar en el tubo antes de usarlo) es de al menos un año, y algunas formulaciones pueden durar muchos años. Las siliconas también ofrecen, sin duda, el mejor rendimiento a largo plazo. Sus propiedades físicas apenas cambian con el tiempo, sin verse afectadas por la exposición a los rayos UV, y además, presentan una excelente estabilidad térmica, superando la de otros selladores en al menos 50 °C.
Las siliconas monocomponentes curan con relativa rapidez, formando una película en 5 a 10 minutos, despegando en una hora y endureciendo hasta formar una goma elástica de aproximadamente 0,25 mm de espesor en menos de un día. La superficie tiene un agradable tacto gomoso.
-Dado que se pueden hacer translúcidos, lo cual es una característica importante en sí misma (el translúcido es el color más utilizado), es relativamente fácil pigmentarlos en cualquier color.
Limitaciones
Las siliconas tienen dos limitaciones principales.
1) No se pueden pintar con pintura a base de agua; también puede ser complicado con pintura a base de solvente.
2) Después del curado, el sellador puede liberar parte de su plastificante de silicona que, al usarse en una junta de expansión de construcción, puede crear manchas antiestéticas a lo largo del borde de la junta.
Por supuesto, debido a su naturaleza monocomponente, es imposible curar rápidamente una sección profunda, ya que el sistema debe reaccionar con el aire, por lo que cura de arriba a abajo. Para ser más específicos, las siliconas no pueden usarse como único sello en ventanas de vidrio aislante. Si bien son excelentes para impedir la entrada de agua líquida, el vapor de agua atraviesa con relativa facilidad la silicona curada, lo que provoca que las unidades de vidrio aislante se empañen.
Áreas y usos del mercado
Las siliconas monocomponentes se utilizan prácticamente en todas partes, incluso, para consternación de algunos propietarios de edificios, allí donde las dos limitaciones mencionadas anteriormente causan problemas.
Los mercados de la construcción y el bricolaje representan el mayor volumen, seguidos de los sectores automotriz, industrial, electrónico y aeroespacial. Como ocurre con todos los selladores, la función principal de las siliconas monocomponentes es adherir y rellenar el hueco entre dos sustratos similares o diferentes para evitar la penetración de agua o corrientes de aire. A veces, una formulación apenas se modifica, salvo para hacerla más fluida, sobre la que se convierte en un revestimiento. La mejor manera de diferenciar entre un revestimiento, un adhesivo y un sellador es simple. Un sellador sella entre dos superficies, mientras que un revestimiento cubre y protege solo una, mientras que un adhesivo mantiene unidas ampliamente dos superficies. Un sellador se parece más a un adhesivo cuando se utiliza en acristalamiento estructural o acristalamiento aislante; sin embargo, sigue funcionando para sellar los dos sustratos además de mantenerlos unidos.
Química básica
El sellador de silicona, sin curar, normalmente presenta el aspecto de una pasta espesa o crema. Al exponerse al aire, los grupos reactivos terminales del polímero de silicona se hidrolizan (reaccionan con el agua) y luego se unen, liberando agua y formando largas cadenas de polímero que continúan reaccionando entre sí hasta que la pasta se convierte en una goma de gran tamaño. El grupo reactivo en el extremo del polímero de silicona proviene del componente más importante de la formulación (excluyendo el propio polímero), es decir, el reticulante. Este es el que confiere al sellador sus propiedades características, ya sea directamente, como el olor y la velocidad de curado, o indirectamente, como el color y la adhesión, debido a otras materias primas que pueden utilizarse con sistemas de reticulantes específicos, como rellenos y promotores de adhesión. La selección del reticulante adecuado es clave para determinar las propiedades finales del sellador.
Tipos de curado
Existen varios sistemas de curado diferentes.
1) Acetoxi (olor ácido a vinagre)
2) Oxima
3) Alcoxi
4) Benzamida
5) Amina
6) Aminoxi
Las oximas, alcoxilas y benzamidas (más utilizadas en Europa) son los denominados sistemas neutros o no ácidos. Las aminas y los sistemas aminoxi tienen olor a amoníaco y se suelen utilizar en los sectores automotriz e industrial, así como en aplicaciones específicas de construcción en exteriores.
Materias primas
Las formulaciones comprenden varios componentes diferentes, algunos de los cuales son opcionales, dependiendo del uso final previsto.
Las únicas materias primas absolutamente esenciales son el polímero reactivo y el reticulante. Sin embargo, casi siempre se añaden cargas, promotores de adhesión, polímeros no reactivos (plastificantes) y catalizadores. Además, se pueden utilizar muchos otros aditivos, como pastas de color, fungicidas, retardantes de llama y estabilizadores térmicos.
Formulaciones básicas
Una formulación típica de sellador casero o de construcción con oxima se verá así:
| % | ||
| Polidimetilsiloxano, OH terminado 50.000 cps | 65.9 | Polímero |
| Polidimetilsiloxano, trimetilterminado, 1000 cps | 20 | plastificante |
| Metiltrioximinosilano | 5 | Reticulador |
| Aminopropiltrietoxisilano | 1 | promotor de adhesión |
| 150 m²/g de superficie de sílice pirogénica | 8 | Relleno |
| dilaurato de dibutilestaño | 0.1 | Catalizador |
| Total | 100 |
Propiedades físicas
Las propiedades físicas típicas incluyen:
| Elongación (%) | 550 |
| Resistencia a la tracción (MPa) | 1.9 |
| Módulo a 100 de alargamiento (MPa) | 0.4 |
| Dureza Shore A | 22 |
| Piel a lo largo del tiempo (min) | 10 |
| Tiempo sin adherencia (min) | 60 |
| Tiempo de rascado (min) | 120 |
| Curado continuo (mm en 24 horas) | 2 |
Las formulaciones que utilizan otros reticulantes tendrán un aspecto similar, aunque quizás difieran en la concentración de reticulante, el tipo de promotor de adhesión y los catalizadores de curado. Sus propiedades físicas variarán ligeramente, a menos que se utilicen extensores de cadena. Algunos sistemas no se pueden fabricar fácilmente a menos que se utilice una gran cantidad de relleno de tiza. Este tipo de formulaciones, obviamente, no se pueden producir en formato transparente o translúcido.
Desarrollo de selladores
Hay 3 etapas para desarrollar un nuevo sellador.
1) Concepción, producción y pruebas en el laboratorio: volúmenes muy pequeños
Aquí, el químico de laboratorio tiene nuevas ideas y suele empezar con un lote manual de unos 100 gramos de sellador solo para ver cómo cura y qué tipo de caucho se produce. Ahora hay una nueva máquina disponible, "The Hauschild Speed Mix", de FlackTek Inc. Esta máquina especializada es ideal para mezclar estos pequeños lotes de 100 g en segundos mientras expulsa el aire. Esto es importante, ya que ahora permite al desarrollador probar realmente las propiedades físicas de estos pequeños lotes. La sílice pirogénica u otros rellenos, como las tizas precipitadas, se pueden mezclar con la silicona en unos 8 segundos. La desaireación tarda entre 20 y 25 segundos. La máquina funciona mediante un mecanismo de centrifugación asimétrica dual que utiliza las propias partículas como brazos mezcladores. El tamaño máximo de la mezcla es de 100 gramos y hay varios tipos de vasos disponibles, incluidos los desechables, lo que significa que no requieren limpieza.
La clave en el proceso de formulación no solo reside en el tipo de ingredientes, sino también en el orden de adición y los tiempos de mezcla. Naturalmente, la eliminación del aire es importante para que el producto tenga una larga vida útil, ya que las burbujas de aire contienen humedad que provoca el curado interno del sellador.
Una vez que el químico obtiene el sellador necesario para su aplicación específica, lo escala hasta un mezclador planetario de 1 cuarto de galón, que puede producir de 3 a 4 tubos pequeños de 110 ml (3 oz). Este material es suficiente para las pruebas iniciales de vida útil y adhesión, además de cualquier otro requisito especial.
Luego, puede utilizar una máquina de 1 o 2 galones para producir de 8 a 12 tubos de 10 oz para realizar pruebas más exhaustivas y tomar muestras para los clientes. El sellador se extruye desde el recipiente a través de un cilindro metálico hasta el cartucho, que se ajusta al cilindro de envasado. Tras estas pruebas, está listo para la ampliación.
2) Ampliación y ajuste fino de volúmenes medianos
En la ampliación, la formulación de laboratorio se produce ahora en una máquina más grande, generalmente de entre 100 y 200 kg o aproximadamente un tambor. Este paso tiene dos propósitos principales.
a) para ver si hay cambios significativos entre el tamaño de 4 lb y este tamaño más grande que pueden resultar de las tasas de mezcla y dispersión, las tasas de reacción y las diferentes cantidades de cizallamiento en la mezcla, y
b) producir suficiente material para tomar una muestra de clientes potenciales y obtener una retroalimentación real en el trabajo.
Esta máquina de 50 galones también es muy útil para productos industriales cuando se requieren volúmenes bajos o colores especiales y solo se necesita producir un tambor de cada tipo a la vez.
Existen varios tipos de mezcladoras. Las dos más comunes son las mezcladoras planetarias (como se muestra arriba) y los dispersores de alta velocidad. Una mezcladora planetaria es adecuada para mezclas de alta viscosidad, mientras que un dispersor funciona mejor, especialmente en sistemas fluidos de baja viscosidad. En selladores de construcción típicos, se puede utilizar cualquiera de las dos máquinas, siempre que se preste atención al tiempo de mezclado y a la posible generación de calor de un dispersor de alta velocidad.
3) Cantidades de producción a gran escala
La producción final, que puede ser por lotes o continua, reproduce simplemente la formulación final obtenida en la etapa de escalado. Normalmente, primero se produce una cantidad relativamente pequeña (2 o 3 lotes o 1-2 horas de producción continua) en el equipo de producción y se verifica antes de iniciar la producción normal.
Pruebas: Qué y cómo probar.
Qué
Propiedades físicas: alargamiento, resistencia a la tracción y módulo
Adhesión al sustrato apropiado
Vida útil, tanto acelerada como a temperatura ambiente.
Tasas de curado: formación de piel con el tiempo, tiempo de secado al tacto, tiempo de rayado y curado completo, estabilidad de la temperatura del color o estabilidad en varios fluidos como el aceite.
Además, se comprueban u observan otras propiedades clave: consistencia, bajo olor, corrosividad y aspecto general.
Cómo
Se extiende una lámina de sellador y se deja curar durante una semana. A continuación, se corta una pesa especial y se coloca en un comprobador de tracción para medir propiedades físicas como la elongación, el módulo y la resistencia a la tracción. También se utilizan para medir las fuerzas de adhesión/cohesión en muestras preparadas especialmente. Se realizan pruebas sencillas de adhesión, con respuesta afirmativa o negativa, tirando de las gotas de material curado sobre los sustratos en cuestión.
Un medidor Shore-A mide la dureza del caucho. Este dispositivo parece una pesa y un calibre con una punta que presiona la muestra curada. Cuanto más penetra la punta en el caucho, más blando es y menor es el valor. Un sellador de construcción típico tiene una dureza entre 15 y 35.
Los tiempos de contacto con la piel, los tiempos de secado al tacto y otras mediciones especiales de la piel se realizan con el dedo o con láminas de plástico con pesas. Se mide el tiempo que tarda el plástico en retirarse limpiamente.
Para garantizar su vida útil, los tubos de sellador se envejecen a temperatura ambiente (que, naturalmente, tarda un año en demostrar su vida útil) o a temperaturas elevadas, típicamente de 50 °C durante 1, 3, 5 o 7 semanas. Tras el proceso de envejecimiento (en el que el tubo se deja enfriar en el caso acelerado), el material se extruye y se estira hasta formar una lámina donde se deja curar. Las propiedades físicas del caucho formado en estas láminas se prueban como antes. Estas propiedades se comparan con las de los materiales recién compuestos para determinar la vida útil adecuada.
Se puede encontrar una explicación detallada y específica de la mayoría de las pruebas requeridas en el manual ASTM.
Algunos consejos finales
Las siliconas monocomponentes son los selladores de mayor calidad disponibles. Presentan limitaciones y, si se requieren requisitos específicos, pueden desarrollarse específicamente.
Es fundamental asegurarse de que todas las materias primas estén lo más secas posible, que la formulación sea estable y que se elimine el aire en el proceso de producción.
El desarrollo y la prueba son básicamente el mismo proceso para cualquier sellador de una sola pieza, independientemente del tipo: solo asegúrese de haber verificado todas las propiedades posibles antes de comenzar a producir cantidades y de tener una comprensión clara de las necesidades de la aplicación.
Dependiendo de los requisitos de la aplicación, se puede seleccionar la química de curado correcta. Por ejemplo, si se selecciona una silicona y el olor, la corrosión y la adhesión no son importantes, pero se busca un bajo costo, la acetoxi es la mejor opción. Sin embargo, si se trata de piezas metálicas susceptibles a la corrosión o se requiere una adhesión especial al plástico con un color brillante único, se necesita una oxima.
[1] Dale Flackett. Compuestos de silicio: silanos y siliconas [M]. Gelest Inc: 433-439
* Foto de OLIVIA Sellador de Silicona
Hora de publicación: 31 de marzo de 2024
