لا، لن يكون هذا مملاً، صدقني - خاصةً إذا كنت من محبي الأشياء المطاطية المرنة. إذا تابعت القراءة، ستكتشف كل ما تود معرفته تقريبًا عن مواد السيليكون المانعة للتسرب أحادية المكون.
1) ما هي
2) كيفية صنعها
3) أين تُستخدم
مقدمة
ما هو مانع التسرب المصنوع من السيليكون المكون من جزء واحد؟
توجد أنواع عديدة من مواد منع التسرب المعالجة كيميائياً، وأشهرها السيليكون والبولي يوريثان والبولي سلفيد. ويستمد الاسم من التركيب الجزيئي لهذه المواد.
العمود الفقري المصنوع من السيليكون هو:
سي - يا - سي - يا - سي - يا - سي
السيليكون المُعدَّل تقنية حديثة (في الولايات المتحدة على الأقل)، وهو عبارة عن هيكل عضوي مُعالَج بكيمياء السيلان. ومن الأمثلة على ذلك أكسيد البولي بروبيلين المُنهى بالألكوكسيسيلان.
يمكن أن تكون جميع هذه المواد الكيميائية إما مكونة من جزء واحد أو جزأين، وهذا يرتبط بشكل واضح بعدد الأجزاء اللازمة لتصلب المادة. لذا، فإن استخدام جزء واحد يعني ببساطة فتح الأنبوب أو الخرطوشة أو العبوة، وسيتصلب المنتج. عادةً، تتفاعل هذه الأنظمة المكونة من جزء واحد مع رطوبة الهواء لتتحول إلى مطاط.
لذا، فإن السيليكون المكون من جزء واحد هو نظام مستقر داخل الأنبوب حتى يتعرض للهواء، فيتصلب لينتج مطاط السيليكون.
المزايا
تتمتع السيليكونات أحادية المكون بالعديد من المزايا الفريدة.
عند تركيبها بشكل صحيح، تتميز هذه المواد بثباتها وموثوقيتها العالية، فضلاً عن خصائصها الفيزيائية الممتازة وقدرتها الفائقة على الالتصاق. يبلغ عمرها الافتراضي (المدة التي يمكن تركها فيها داخل الأنبوب قبل الاستخدام) عامًا واحدًا على الأقل، بينما تدوم بعض التركيبات لسنوات عديدة. كما تتميز السيليكونات بأداء طويل الأمد لا يُضاهى. فخصائصها الفيزيائية تكاد لا تتغير بمرور الوقت، ولا تتأثر بالتعرض للأشعة فوق البنفسجية، بالإضافة إلى ثباتها الحراري الممتاز الذي يتجاوز ثبات المواد المانعة للتسرب الأخرى بما لا يقل عن 50 درجة مئوية.
تتصلب السيليكونات أحادية المكون بسرعة نسبية، حيث تتكون طبقة سطحية عادةً خلال 5 إلى 10 دقائق، وتصبح غير لزجة خلال ساعة واحدة، وتتصلب لتصبح مطاطًا مرنًا بعمق حوالي 1/10 بوصة في أقل من يوم. يتميز سطحها بملمس مطاطي لطيف.
-بما أنه يمكن جعلها شفافة، وهي ميزة مهمة في حد ذاتها (الشفاف هو اللون الأكثر استخدامًا)، فمن السهل نسبيًا تلوينها بأي لون.
القيود
للسيليكون قيدان رئيسيان.
1) لا يمكن طلاؤها بالطلاء المائي - وقد يكون الأمر صعبًا أيضًا مع الطلاء المذيب.
2) بعد المعالجة، يمكن أن يطلق مانع التسرب بعضًا من مادة السيليكون الملدنة الخاصة به، والتي عند استخدامها في وصلة تمدد المبنى، يمكن أن تسبب بقعًا قبيحة على طول حافة الوصلة.
بطبيعة الحال، ونظرًا لطبيعته المكونة من جزء واحد، يستحيل الحصول على معالجة سريعة وعميقة، لأن النظام يتفاعل مع الهواء، وبالتالي تتم المعالجة من الأعلى إلى الأسفل. وبالتحديد، لا يمكن استخدام السيليكونات كطبقة عازلة وحيدة في النوافذ الزجاجية المعزولة، فمع أنها ممتازة في منع تسرب الماء السائل، إلا أن بخار الماء يمر بسهولة نسبية عبر مطاط السيليكون المتصلب، مما يؤدي إلى تكثف البخار على وحدات الزجاج المعزول.
مجالات السوق والاستخدامات
تُستخدم السيليكونات المكونة من جزء واحد في كل مكان تقريبًا، بما في ذلك، مما يثير استياء بعض مالكي المباني، حيث تسبب القيود المذكورة أعلاه مشاكل.
تُشكّل أسواق البناء والصيانة المنزلية الحصة الأكبر من السوق، تليها قطاعات السيارات والصناعة والإلكترونيات والفضاء. وكما هو الحال مع جميع مواد منع التسرب، فإن الوظيفة الأساسية للسيليكون أحادي المكون هي الالتصاق وملء الفراغ بين سطحين متشابهين أو مختلفين لمنع تسرب الماء أو تيارات الهواء. في بعض الأحيان، لا يتم تغيير تركيبة السيليكون إلا قليلاً لجعله أكثر سيولة، ليصبح بذلك طبقة طلاء. وأفضل طريقة للتمييز بين الطلاء والمادة اللاصقة ومادة منع التسرب بسيطة: مادة منع التسرب تسد الفراغ بين سطحين، بينما يغطي الطلاء سطحًا واحدًا ويحميه، أما المادة اللاصقة فتربط السطحين معًا بإحكام. وتتشابه مادة منع التسرب مع المادة اللاصقة عند استخدامها في الزجاج الإنشائي أو الزجاج العازل، إلا أنها تظل تعمل على سد الفراغ بين السطحين بالإضافة إلى ربطهما معًا.
الكيمياء الأساسية
عادةً ما يبدو مانع التسرب السيليكوني في حالته غير المتصلبة كمعجون سميك أو كريم. عند تعرضه للهواء، تتحلل المجموعات الطرفية النشطة لبوليمر السيليكون (تتفاعل مع الماء) ثم تتحد مع بعضها، مطلقةً الماء ومكونةً سلاسل بوليمرية طويلة تستمر في التفاعل حتى يتحول المعجون في النهاية إلى مطاط متماسك. تأتي المجموعة النشطة في نهاية بوليمر السيليكون من أهم جزء في التركيبة (باستثناء البوليمر نفسه)، ألا وهو عامل الربط المتشابك. يمنح عامل الربط المتشابك مانع التسرب خصائصه المميزة، إما بشكل مباشر كالرائحة وسرعة التصلب، أو بشكل غير مباشر كاللون والالتصاق، وذلك بفضل المواد الخام الأخرى التي قد تُستخدم مع أنظمة ربط متشابك محددة، مثل الحشوات ومحسنات الالتصاق. يُعد اختيار عامل الربط المتشابك المناسب أمرًا أساسيًا لتحديد الخصائص النهائية لمانع التسرب.
أنواع المعالجة
توجد عدة أنظمة معالجة مختلفة.
1) أسيتوكسي (رائحة خل حمضي)
2) أوكسيم
3) ألكوكسي
4) بنزاميد
5) أمين
6) أمينوكسي
تُعرف الأوكسيمات والألكوكسيات والبنزاميدات (الأكثر استخدامًا في أوروبا) بالأنظمة المحايدة أو غير الحمضية. أما الأمينات وأنظمة الأمينوكسي، فلها رائحة الأمونيا، وتُستخدم عادةً في قطاعات السيارات والصناعة، أو في تطبيقات البناء الخارجية المحددة.
مواد خام
تتكون التركيبات من عدة مكونات مختلفة، بعضها اختياري، وذلك حسب الاستخدام النهائي المقصود.
المواد الخام الأساسية الوحيدة هي البوليمر التفاعلي وعامل الربط المتشابك. ومع ذلك، تُضاف عادةً مواد مالئة، ومُحسِّنات للالتصاق، وبوليمر غير تفاعلي (ملدن)، ومحفزات. بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام العديد من الإضافات الأخرى مثل معاجين التلوين، ومبيدات الفطريات، ومثبطات اللهب، ومثبتات الحرارة.
التركيبات الأساسية
ستبدو تركيبة مانع التسرب النموذجية المستخدمة في البناء بالأوكسيم أو في الأعمال اليدوية كما يلي:
| % | ||
| بولي ثنائي ميثيل سيلوكسان، منتهية بـ OH، 50000 سنتي بواز | 65.9 | بوليمر |
| بولي ثنائي ميثيل سيلوكسان، ثلاثي الميثيل، 1000 سنتي بويز | 20 | الملدّن |
| ميثيل تريوكسيمينوسيلان | 5 | رابط متقاطع |
| أمينوبروبيل ثلاثي إيثوكسي سيلان | 1 | مُعزز الالتصاق |
| 150 متر مربع/غرام مساحة سطح السيليكا المدخنة | 8 | حشو |
| ثنائي لورات ثنائي بوتيل القصدير | 0.1 | المحفز |
| المجموع | 100 |
الخصائص الفيزيائية
تشمل الخصائص الفيزيائية النموذجية ما يلي:
| الاستطالة (%) | 550 |
| قوة الشد (ميجا باسكال) | 1.9 |
| معامل المرونة عند استطالة 100 (ميجا باسكال) | 0.4 |
| صلابة شور أ | 22 |
| الجلد بمرور الوقت (بالدقائق) | 10 |
| وقت حر (بالدقائق) | 60 |
| وقت الخدش (بالدقائق) | 120 |
| المعالجة الكاملة (مم خلال 24 ساعة) | 2 |
ستبدو التركيبات التي تستخدم مواد ربط متقاطع أخرى متشابهة، مع اختلاف محتمل في مستوى الربط المتقاطع، ونوع مُحسِّن الالتصاق، ومحفزات التصلب. وستختلف خصائصها الفيزيائية اختلافًا طفيفًا ما لم تُستخدم مُطيلات السلسلة. بعض الأنظمة لا يُمكن تصنيعها بسهولة إلا باستخدام كمية كبيرة من حشو الطباشير. ومن الواضح أنه لا يُمكن إنتاج هذه الأنواع من التركيبات بشكل شفاف أو شبه شفاف.
مواد مانعة للتسرب
هناك ثلاث مراحل لتطوير مادة مانعة للتسرب جديدة.
1) التصميم والإنتاج والاختبار في المختبر - بكميات صغيرة جدًا
هنا، يمتلك كيميائي المختبر أفكارًا جديدة، ويبدأ عادةً بخلط كمية صغيرة من المادة المانعة للتسرب يدويًا، حوالي 100 غرام، لمراقبة كيفية تصلبها ونوع المطاط الناتج. والآن، يتوفر جهاز جديد يُدعى "هاوشيلد سبيد ميكس" من شركة فلاك تيك. هذا الجهاز المتخصص مثالي لخلط هذه الكميات الصغيرة (100 غرام) في ثوانٍ معدودة مع إخراج الهواء. وهذا مهم لأنه يسمح للمطور باختبار الخصائص الفيزيائية لهذه الكميات الصغيرة. يمكن خلط السيليكا المدخنة أو مواد مالئة أخرى، مثل الطباشير المترسب، مع السيليكون في حوالي 8 ثوانٍ. ويستغرق إخراج الهواء حوالي 20-25 ثانية. يعمل الجهاز بآلية طرد مركزي مزدوجة غير متماثلة، تستخدم الجزيئات نفسها كأذرع خلط. الحد الأقصى لحجم الخليط هو 100 غرام، وتتوفر أنواع مختلفة من الأكواب، بما في ذلك أكواب للاستخدام لمرة واحدة، مما يعني عدم الحاجة إلى التنظيف إطلاقًا.
لا يقتصر جوهر عملية التركيب على أنواع المكونات فحسب، بل يشمل أيضاً ترتيب إضافتها ومدة الخلط. ومن الطبيعي أن يكون منع دخول الهواء أو إزالته أمراً بالغ الأهمية لضمان صلاحية المنتج، لأن فقاعات الهواء تحتوي على رطوبة تتسبب في تصلب المادة المانعة للتسرب من الداخل.
بمجرد حصول الكيميائي على نوع المادة المانعة للتسرب المطلوبة لتطبيقه المحدد، يمكنه استخدام خلاط كوكبي بسعة لتر واحد، والذي ينتج حوالي 3-4 أنابيب صغيرة سعة 110 مل (3 أونصات). هذه الكمية كافية لإجراء اختبارات الصلاحية الأولية واختبارات الالتصاق، بالإضافة إلى أي متطلبات خاصة أخرى.
بعد ذلك، قد ينتقل إلى آلة سعتها جالون أو جالونين لإنتاج 8-12 أنبوبًا سعة كل منها 10 أونصات لإجراء اختبارات أكثر تعمقًا وأخذ عينات من العملاء. يُضخ مانع التسرب من الوعاء عبر أسطوانة معدنية إلى الخرطوشة التي تُركّب فوق أسطوانة التغليف. بعد هذه الاختبارات، يكون جاهزًا للتوسع.
2) التوسع والضبط الدقيق - أحجام متوسطة
في مرحلة التوسع، يتم الآن إنتاج التركيبة المختبرية على آلة أكبر حجماً، عادةً ما يتراوح وزنها بين 100 و200 كيلوغرام، أو ما يعادل حجم برميل تقريباً. لهذه الخطوة غرضان رئيسيان.
أ) لمعرفة ما إذا كانت هناك أي تغييرات جوهرية بين حجم 4 أرطال وهذا الحجم الأكبر والتي يمكن أن تنتج عن معدلات الخلط والتشتت، ومعدلات التفاعل، وكميات القص المختلفة في الخليط، و
ب) لإنتاج مواد كافية لأخذ عينات من العملاء المحتملين والحصول على بعض التعليقات العملية الحقيقية.
تُعد هذه الآلة سعة 50 جالونًا مفيدة جدًا أيضًا للمنتجات الصناعية عندما تكون هناك حاجة إلى كميات منخفضة أو ألوان خاصة، ولا يلزم إنتاج سوى برميل واحد تقريبًا من كل نوع في المرة الواحدة.
توجد أنواع عديدة من آلات الخلط. النوعان الأكثر شيوعًا هما الخلاطات الكوكبية (كما هو موضح أعلاه) والمشتتات عالية السرعة. يُعد الخلاط الكوكبي مناسبًا للخلطات ذات اللزوجة العالية، بينما يُؤدي المشتت أداءً أفضل، خاصةً في الأنظمة السائلة ذات اللزوجة المنخفضة. في مواد منع التسرب الإنشائية الشائعة، يُمكن استخدام أيٍّ من النوعين، شريطة مراعاة وقت الخلط واحتمالية توليد الحرارة في المشتت عالي السرعة.
3) كميات الإنتاج على نطاق كامل
يُفترض أن يُعيد الإنتاج النهائي، سواءً كان على دفعات أو بشكل مستمر، إنتاج التركيبة النهائية من مرحلة التوسع. عادةً، تُنتج كمية صغيرة نسبيًا (دفعتان أو ثلاث دفعات أو ساعة إلى ساعتين من الإنتاج المستمر) من المادة أولًا في معدات الإنتاج ويتم فحصها قبل بدء الإنتاج العادي.
الاختبار - ماذا وكيف يتم اختباره.
ماذا
الخواص الفيزيائية - الاستطالة، وقوة الشد، ومعامل المرونة
الالتصاق بالركيزة المناسبة
مدة الصلاحية - سواء في ظروف التخزين المعجلة أو في درجة حرارة الغرفة
معدلات التصلب - مدة تصلب الجلد، مدة الجفاف، مدة الخدش، والتصلب الكامل، ثبات الألوان في درجات الحرارة المختلفة أو في سوائل متنوعة مثل الزيت
بالإضافة إلى ذلك، يتم فحص أو مراقبة الخصائص الرئيسية الأخرى: الاتساق، وانخفاض الرائحة، والتآكل، والمظهر العام.
كيف
تُسحب طبقة من المادة المانعة للتسرب وتُترك لتجف لمدة أسبوع. ثم يُقطع منها شكل يشبه الدمبل ويُوضع في جهاز اختبار الشد لقياس الخصائص الفيزيائية مثل الاستطالة ومعامل المرونة وقوة الشد. كما تُستخدم هذه الأجهزة لقياس قوى الالتصاق/التماسك على عينات مُجهزة خصيصًا. تُجرى اختبارات الالتصاق البسيطة (نعم/لا) عن طريق سحب خرزات من المادة المُعالجة على الركائز المراد فحصها.
يقيس مقياس شور-أ صلابة المطاط. يشبه هذا الجهاز ثقلاً ومقياساً، حيث يضغط طرفه المدبب على عينة المطاط المتصلبة. كلما زاد عمق اختراق الطرف للمطاط، زادت ليونته وانخفضت قيمة الصلابة. تتراوح صلابة مواد منع التسرب الإنشائية النموذجية بين 15 و35.
تُجرى قياسات الجلد الخاصة، مثل زمن بقاء الجلد خالياً من اللزوجة وزمن انفصاله، إما باستخدام الإصبع أو باستخدام صفائح بلاستيكية مزودة بأوزان. ويُقاس الوقت اللازم لانفصال البلاستيك تماماً.
لضمان صلاحية المنتج، تُترك أنابيب المادة المانعة للتسرب لتجف إما في درجة حرارة الغرفة (وهو ما يستغرق عادةً عامًا كاملاً لإثبات صلاحية المنتج لمدة عام) أو في درجات حرارة مرتفعة، عادةً 50 درجة مئوية، لمدة أسبوع أو ثلاثة أو خمسة أو سبعة أسابيع، وهكذا. بعد عملية التجفيف (مع السماح للأنبوب بالتبريد في حالة التجفيف المعجل)، تُسحب المادة من الأنبوب وتُشكّل على هيئة صفائح حيث تُترك لتتصلب. تُختبر الخصائص الفيزيائية للمطاط المتشكل في هذه الصفائح كما في السابق. ثم تُقارن هذه الخصائص بخصائص المواد المركبة حديثًا لتحديد مدة الصلاحية المناسبة.
يمكن العثور على شرح مفصل ومحدد لمعظم الاختبارات المطلوبة في دليل ASTM.
بعض النصائح الختامية
تُعدّ السيليكونات أحادية المكونات من أجود أنواع مواد منع التسرب المتوفرة. إلا أنها لا تخلو من بعض القيود، ويمكن تطويرها خصيصاً لتلبية متطلبات محددة.
من الضروري التأكد من أن جميع المواد الخام جافة قدر الإمكان، وأن التركيبة مستقرة، وأن الهواء يتم إزالته في عملية الإنتاج.
إن عملية التطوير والاختبار هي في الأساس نفس العملية لأي مادة مانعة للتسرب مكونة من جزء واحد بغض النظر عن النوع - فقط تأكد من أنك قد تحققت من كل خاصية ممكنة قبل البدء في إنتاج كميات الإنتاج وأن لديك فهمًا واضحًا لاحتياجات التطبيق.
بحسب متطلبات التطبيق، يمكن اختيار التركيبة الكيميائية المناسبة للمعالجة. على سبيل المثال، إذا تم اختيار السيليكون ولم تكن الرائحة أو التآكل أو الالتصاق مهمة، ولكن المطلوب هو تكلفة منخفضة، فإن الأسيتوكسي هو الخيار الأمثل. أما إذا كانت هناك أجزاء معدنية قابلة للتآكل، أو إذا كان مطلوبًا التصاق خاص بالبلاستيك بلون لامع مميز، فستحتاج إلى الأوكسيم.
[1] ديل فلاكيت. مركبات السيليكون: السيلانات والسيليكونات [م]. جيليست إنك: 433-439
* صورة من مانع التسرب السيليكوني من أوليفيا
تاريخ النشر: 31 مارس 2024
