No, esto no será aburrido, de verdad, sobre todo si te encantan las cosas elásticas de goma. Si sigues leyendo, descubrirás casi todo lo que siempre quisiste saber sobre los selladores de silicona de un componente.
1) Qué son
2) Cómo hacerlos
3) Dónde utilizarlos
Introducción
¿Qué es un sellador de silicona de un solo componente?
Existen muchos tipos de selladores de curado químico; los más conocidos son la silicona, el poliuretano y el polisulfuro. Su nombre proviene de la estructura molecular que los compone.
La estructura de silicona es la siguiente:
Si – O – Si - O – Si – O – Si
La silicona modificada es una tecnología nueva (al menos en EE. UU.) y consiste en una estructura orgánica curada mediante química de silano. Un ejemplo es el óxido de polipropileno con terminación alcoxisilano.
Todos estos productos químicos pueden ser de uno o dos componentes, lo que obviamente depende de la cantidad de componentes necesarios para el curado. Por lo tanto, un sistema de un componente simplemente significa abrir el tubo, cartucho o recipiente y el material se curará. Normalmente, estos sistemas de un componente reaccionan con la humedad del aire para convertirse en caucho.
Así pues, una silicona monocomponente es un sistema que permanece 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 una excelente adherencia y propiedades físicas. Su vida útil (el tiempo que se puede dejar en el tubo antes de usarlo) es de al menos un año, y algunas formulaciones duran muchos años. Las siliconas también ofrecen, sin duda, el mejor rendimiento a largo plazo. Sus propiedades físicas apenas cambian con el tiempo, no se ven afectadas por la exposición a los rayos UV y, además, presentan una excelente estabilidad térmica, superior a la de otros selladores en al menos 50 °C.
Las siliconas monocomponentes curan con relativa rapidez, formando una película superficial en 5 a 10 minutos, dejando de ser pegajosas al cabo de una hora y curándose hasta convertirse en una goma elástica de aproximadamente 2,5 mm de espesor en menos de un día. La superficie tiene un tacto gomoso muy agradable.
Dado que pueden hacerse translúcidas, lo cual es una característica importante en sí misma (la translucidez es el color más utilizado), es relativamente fácil pigmentarlas de cualquier color.
Limitaciones
Las siliconas tienen dos limitaciones principales.
1) No se pueden pintar con pintura a base de agua; también puede resultar complicado con pintura a base de disolvente.
2) Después del curado, el sellador puede liberar parte de su plastificante de silicona que, cuando se utiliza en una junta de dilatación de un edificio, puede crear manchas antiestéticas a lo largo del borde de la junta.
Por supuesto, debido a su naturaleza monocomponente, es imposible lograr un curado rápido y profundo, ya que el sistema debe reaccionar con el aire, curándose de arriba hacia abajo. Siendo más específicos, las siliconas no pueden usarse como único sellador en ventanas de vidrio aislante porque, si bien son excelentes para evitar la entrada de agua líquida, el vapor de agua pasa con relativa facilidad a través del caucho de silicona curado, lo que provoca que las unidades de vidrio aislante se empañen.
Áreas de mercado y usos
Las siliconas monocomponente se utilizan prácticamente en cualquier lugar, incluso, para disgusto de algunos propietarios de edificios, donde las dos limitaciones mencionadas anteriormente causan problemas.
Los mercados de la construcción y el bricolaje representan el mayor volumen, seguidos por los sectores automotriz, industrial, electrónico y aeroespacial. Al igual que con todos los selladores, la función principal de las siliconas monocomponente es adherir y rellenar el espacio entre dos sustratos similares o diferentes para evitar la entrada de agua o corrientes de aire. En ocasiones, la formulación apenas se modifica, salvo para aumentar su fluidez, convirtiéndose así en un recubrimiento. La mejor manera de diferenciar entre un recubrimiento, un adhesivo y un sellador es sencilla. Un sellador sella entre dos superficies, mientras que un recubrimiento cubre y protege solo una, y un adhesivo mantiene unidas dos superficies de forma extensa. Un sellador se asemeja más a un adhesivo cuando se utiliza en acristalamiento estructural o aislante; sin embargo, su función también es sellar los dos sustratos, además de mantenerlos unidos.
Química básica
El sellador de silicona sin curar normalmente tiene la apariencia 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 se unen entre sí, liberando agua y formando largas cadenas poliméricas que continúan reaccionando hasta que la pasta se transforma en una goma resistente. El grupo reactivo en el extremo del polímero de silicona proviene del componente más importante de la formulación (excluyendo el polímero en sí): el agente reticulante. Es el agente reticulante el que confiere al sellador sus propiedades características, ya sea directamente, como el olor y la velocidad de curado, o indirectamente, como el color, la adhesión, etc., debido a otras materias primas que pueden utilizarse con sistemas de reticulación específicos, como cargas y promotores de adhesión. Seleccionar el agente reticulante adecuado es fundamental para determinar las propiedades finales del sellador.
Tipos de curado
Existen varios sistemas de curado diferentes.
1) Acetoxi (olor a vinagre ácido)
2) Oxima
3) Alcoxi
4) Benzamida
5) Amina
6) Aminoxi
Las oximas, alcoxis y benzamidas (más utilizadas en Europa) son los llamados sistemas neutros o no ácidos. Las aminas y los sistemas aminoxi tienen olor a amoníaco y se utilizan generalmente en la industria automotriz e industrial o en aplicaciones específicas de construcción al aire libre.
Materias primas
Las formulaciones constan de 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 agente reticulante. Sin embargo, casi siempre se añaden cargas, promotores de adhesión, polímero no reactivo (plastificante) y catalizadores. Además, se pueden utilizar muchos otros aditivos, como pastas colorantes, fungicidas, retardantes de llama y estabilizadores térmicos.
Formulaciones básicas
Una formulación típica de sellador para construcción o bricolaje a base de oximas tendrá un aspecto similar a este:
| % | ||
| Polidimetilsiloxano, con terminación OH, 50.000 cps | 65.9 | Polímero |
| Polidimetilsiloxano, trimetilterminado, 1000 cps | 20 | Plastificante |
| Metiltrioximinosilano | 5 | Reticulador |
| Aminopropiltrietoxisilano | 1 | promotor de adhesión |
| Sílice pirógena con una superficie específica de 150 m²/g. | 8 | Relleno |
| dilaurato de dibutilestaño | 0.1 | Catalizador |
| Total | 100 |
Propiedades físicas
Las propiedades físicas típicas incluyen:
| Alargamiento (%) | 550 |
| Resistencia a la tracción (MPa) | 1.9 |
| Módulo a 100 de elongación (MPa) | 0,4 |
| Dureza de la costa A | 22 |
| Piel a lo largo del tiempo (min) | 10 |
| Tiempo sin tachuelas (min) | 60 |
| Tiempo de rascado (min) | 120 |
| Curado completo (mm en 24 horas) | 2 |
Las formulaciones que utilizan otros agentes reticulantes tendrán un aspecto similar, aunque podrían diferir en el nivel de reticulación, el tipo de promotor de adhesión y los catalizadores de curado. Sus propiedades físicas variarán ligeramente a menos que se incluyan extensores de cadena. Algunos sistemas no se pueden fabricar fácilmente a menos que se utilice una gran cantidad de relleno de tiza. Obviamente, este tipo de formulaciones no se pueden producir en forma transparente o translúcida.
Desarrollo de selladores
El desarrollo de un nuevo sellador consta de 3 etapas.
1) Concepción, producción y pruebas en laboratorio: volúmenes muy pequeños.
Aquí, el químico del laboratorio tiene nuevas ideas y normalmente comienza con una mezcla 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 estas pequeñas cantidades de 100 g en segundos mientras expulsa el aire. Esto es importante ya que ahora permite al desarrollador probar las propiedades físicas de estas pequeñas cantidades. La sílice pirógena u otros rellenos como tizas precipitadas se pueden mezclar con la silicona en unos 8 segundos. La desaireación toma entre 20 y 25 segundos. La máquina funciona mediante un mecanismo de centrifugación asimétrica doble que básicamente usa las propias partículas como brazos de mezcla. El tamaño máximo de mezcla es de 100 gramos y hay varios tipos de vasos disponibles, incluidos desechables, lo que significa que no hay que limpiarlos.
En el proceso de formulación, no solo son clave los tipos de ingredientes, sino también el orden de adición y los tiempos de mezclado. Naturalmente, la exclusión o eliminación del aire es importante para que el producto tenga una vida útil adecuada, ya que las burbujas de aire contienen humedad que provocará que el sellador se cure desde el interior.
Una vez que el químico ha obtenido el sellador necesario para su aplicación específica, puede utilizar una mezcladora planetaria de 1 cuarto de galón, la cual puede producir entre 3 y 4 tubos pequeños de 110 ml (3 oz). Esta cantidad es suficiente para las pruebas iniciales de vida útil y adhesión, además de cualquier otro requisito especial.
Luego, puede usar una máquina de 1 o 2 galones para producir de 8 a 12 tubos de 10 onzas para pruebas más exhaustivas y muestras para clientes. El sellador se extruye desde el recipiente a través de un cilindro metálico hacia el cartucho, que se ajusta al cilindro de empaque. Tras estas pruebas, está listo para aumentar la producción.
2) Ampliación y ajuste fino de volúmenes medios
En la ampliación de escala, la formulación de laboratorio ahora se produce en una máquina más grande, generalmente en el rango de 100-200 kg o aproximadamente un tambor. Este paso tiene dos propósitos principales.
a) comprobar si existen cambios significativos entre el tamaño de 4 lb y este tamaño mayor que puedan resultar de las velocidades de mezcla y dispersión, las velocidades de reacción y las diferentes cantidades de cizallamiento en la mezcla, y
b) producir suficiente material para encuestar a clientes potenciales y obtener comentarios reales sobre el trabajo.
Esta máquina de 50 galones también resulta muy útil para productos industriales cuando se requieren volúmenes bajos o colores especiales y solo es necesario producir aproximadamente un bidón 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 ideal para mezclas de alta viscosidad, mientras que un dispersor funciona mejor, sobre todo, en sistemas fluidos de baja viscosidad. En selladores de construcción típicos, se puede usar cualquiera de las dos, 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, idealmente reproduce la formulación final obtenida en la etapa de ampliación de escala. Por lo general, primero se produce una cantidad relativamente pequeña (2 o 3 lotes o 1-2 horas de producción continua) del material en el equipo de producción y se verifica antes de que comience la producción normal.
Pruebas: qué y cómo realizar las pruebas.
Qué
Propiedades físicas: elongación, resistencia a la tracción y módulo de elasticidad.
Adhesión al sustrato adecuado
Vida útil: tanto acelerada como a temperatura ambiente.
Tasas de curado: tiempo de secado de la piel, tiempo libre de pegajosidad, tiempo de rayado y curado completo, estabilidad de la temperatura de los colores 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 pieza con forma de mancuerna y se introduce en una máquina de ensayos de tracción para medir propiedades físicas como la elongación, el módulo de elasticidad y la resistencia a la tracción. También se utilizan para medir las fuerzas de adhesión/cohesión en muestras preparadas especialmente. Se realizan pruebas de adhesión simples, de tipo sí/no, tirando de cordones de material curado sobre los sustratos en cuestión.
Un medidor Shore A mide la dureza del caucho. Este dispositivo consiste en una pesa y un calibre con una punta que se introduce en la muestra vulcanizada. Cuanto más penetra la punta en el caucho, más blando es y menor es el valor. Un sellador de construcción típico tendrá una dureza comprendida entre 15 y 35.
Las mediciones de la piel, como el tiempo de secado al tacto o el tiempo de secado sin adherencia, se realizan con el dedo o con láminas de plástico con pesas. Se mide el tiempo que tarda el plástico en poder retirarse limpiamente.
Para determinar la vida útil, los tubos de sellador se someten a un proceso de envejecimiento a temperatura ambiente (que requiere un año para comprobar su vida útil) o a temperaturas elevadas, generalmente de 50 °C, durante 1, 3, 5, 7 semanas, etc. Tras el proceso de envejecimiento (en el caso del envejecimiento acelerado, el tubo se enfría), el material se extruye y se estira en una lámina donde se deja curar. Las propiedades físicas del caucho formado en estas láminas se analizan como antes. Posteriormente, estas propiedades se comparan con las de materiales recién compuestos para determinar la vida útil adecuada.
En el manual de la ASTM se puede encontrar una explicación detallada de la mayoría de las pruebas requeridas.
Algunos consejos finales
Los selladores de silicona monocomponente son los de mayor calidad disponibles. Sin embargo, tienen limitaciones y, si se requieren especificaciones concretas, pueden desarrollarse a medida.
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 durante el proceso de producción.
El proceso de desarrollo y prueba es básicamente el mismo para cualquier sellador monocomponente, independientemente del tipo; simplemente asegúrese de haber comprobado todas las propiedades posibles antes de comenzar la producción en serie y de comprender claramente las necesidades de la aplicación.
Según los requisitos de la aplicación, se puede seleccionar la química de curado adecuada. Por ejemplo, si se elige una silicona y el olor, la corrosión y la adherencia no son importantes, pero se necesita un bajo costo, entonces la acetoxi es la mejor opción. Sin embargo, si se trata de piezas metálicas susceptibles a la corrosión o se requiere una adherencia especial al plástico con un color brillante único, entonces se necesita una oxima.
[1] Dale Flackett. Compuestos de silicio: silanos y siliconas [M]. Gelest Inc: 433-439
* Foto de OLIVIA Silicone Sealant
Fecha de publicación: 31 de marzo de 2024
