Não, isto não será nada chato, prometo — principalmente se você adora coisas de borracha elástica. Se continuar lendo, você descobrirá quase tudo o que sempre quis saber sobre selantes de silicone monocomponentes.
1) O que são eles
2) Como fazê-los
3) Onde usá-los
Introdução
O que é um selante de silicone monocomponente?
Existem muitos tipos de selantes de cura química, sendo o silicone, o poliuretano e o polissulfeto os mais conhecidos. O nome deriva da estrutura molecular dos componentes envolvidos.
A estrutura de silicone é a seguinte:
Si – O – Si - O – Si – O – Si
O silicone modificado é uma tecnologia nova (pelo menos nos EUA) e, na verdade, significa uma estrutura orgânica curada com química de silano. Um exemplo é o óxido de polipropileno com terminação alcoxissilano.
Todas essas formulações químicas podem ser de um ou dois componentes, o que obviamente se relaciona com o número de partes necessárias para a cura. Portanto, um componente significa simplesmente abrir o tubo, cartucho ou balde e o material irá curar. Normalmente, esses sistemas de um componente reagem com a umidade do ar para se transformarem em borracha.
Assim, um silicone monocomponente é um sistema estável dentro do tubo até que, em contato com o ar, cure e produza uma borracha de silicone.
Vantagens
As silicones monocomponentes possuem muitas vantagens exclusivas.
Quando formulados corretamente, os silicones são muito estáveis e confiáveis, com excelente adesão e propriedades físicas. Um prazo de validade (o tempo que o produto pode permanecer na embalagem antes do uso) de pelo menos um ano é normal, com algumas formulações durando muitos anos. Os silicones também apresentam, inquestionavelmente, o melhor desempenho a longo prazo. Suas propriedades físicas praticamente não se alteram com o tempo, sem serem afetadas pela exposição aos raios UV e, além disso, exibem excelente estabilidade térmica, superior à de outros selantes em pelo menos 50 °C.
-Os silicones monocomponentes curam relativamente rápido, normalmente formando uma película em 5 a 10 minutos, ficando sem aderência em uma hora e curando para uma borracha elástica com cerca de 2,5 mm de espessura em menos de um dia. A superfície tem um toque agradável de borracha.
Como podem ser fabricadas translúcidas, o que é uma característica importante por si só (a translucidez é a cor mais utilizada), é relativamente fácil pigmentá-las com qualquer cor.
Limitações
Os silicones têm duas limitações principais.
1) Não podem ser pintadas com tinta à base de água; mesmo com tinta à base de solvente, pode ser complicado.
2) Após a cura, o selante pode liberar parte do seu plastificante de silicone que, quando usado em uma junta de dilatação de construção, pode criar manchas desagradáveis ao longo da borda da junta.
Claro, devido à própria natureza de ser um componente único, é impossível obter uma cura profunda e rápida, pois o sistema precisa reagir com o ar, curando de cima para baixo. Para sermos mais específicos, os silicones não podem ser usados como única vedação em janelas de vidro isolante porque, embora sejam excelentes para impedir a entrada de água líquida em grande quantidade, o vapor de água passa com relativa facilidade pela borracha de silicone curada, causando o embaçamento das unidades de vidro isolante.
Áreas de mercado e usos
As silicones monocomponentes são utilizadas praticamente em qualquer lugar, inclusive, para desgosto de alguns proprietários de edifícios, onde as duas limitações mencionadas acima causam problemas.
Os mercados de construção e bricolagem representam o maior volume, seguidos pelos setores automotivo, industrial, eletrônico e aeroespacial. Como todos os selantes, a principal função dos silicones monocomponentes é aderir e preencher o espaço entre dois substratos semelhantes ou diferentes para impedir a passagem de água ou correntes de ar. Às vezes, a formulação quase não é alterada, exceto para torná-la mais fluida, transformando-se então em um revestimento. A melhor maneira de diferenciar um revestimento, um adesivo e um selante é simples. Um selante veda entre duas superfícies, enquanto um revestimento cobre e protege apenas uma delas, e um adesivo mantém duas superfícies unidas. Um selante se assemelha mais a um adesivo quando usado em envidraçamento estrutural ou envidraçamento isolante; no entanto, ele ainda funciona para selar os dois substratos, além de mantê-los unidos.
Química Básica
O selante de silicone, em estado não curado, normalmente se apresenta como uma pasta espessa ou creme. Ao entrar em contato com o ar, os grupos terminais reativos do polímero de silicone hidrolisam (reagem com a água) e se unem, liberando água e formando longas cadeias poliméricas que continuam reagindo entre si até que a pasta se transforme em uma borracha resistente. O grupo reativo na extremidade do polímero de silicone provém da parte mais importante da formulação (excluindo o próprio polímero), ou seja, o agente de reticulação. É o agente de reticulação que confere ao selante suas propriedades características, seja diretamente, como odor e velocidade de cura, seja indiretamente, como cor, adesão, etc., devido às outras matérias-primas que podem ser utilizadas com sistemas de reticulação específicos, como cargas e promotores de adesão. A escolha do agente de reticulação correto é fundamental para determinar as propriedades finais do selante.
Tipos de cura
Existem diversos sistemas de cura diferentes.
1) Acetoxi (cheiro ácido de vinagre)
2) Oxima
3) Alcóxi
4) Benzamida
5) Amina
6) Aminoxi
Oximas, alcóxis e benzamidas (mais utilizadas na Europa) são os chamados sistemas neutros ou não ácidos. As aminas e os sistemas aminoxílicos têm odor de amônia e são normalmente mais utilizados nas áreas automotiva e industrial ou em aplicações específicas de construção ao ar livre.
Matérias-primas
As formulações compreendem diversos componentes diferentes, alguns dos quais são opcionais, dependendo da finalidade de uso.
As únicas matérias-primas absolutamente essenciais são o polímero reativo e o agente de reticulação. No entanto, cargas, promotores de adesão, polímeros não reativos (plastificantes) e catalisadores são quase sempre adicionados. Além disso, muitos outros aditivos podem ser utilizados, como pastas de cor, fungicidas, retardantes de chama e estabilizadores térmicos.
Formulações básicas
Uma formulação típica de selante de construção ou de selante caseiro à base de oximas terá a seguinte aparência:
| % | ||
| Polidimetilsiloxano, terminado em OH, 50.000 cps | 65,9 | Polímero |
| Polidimetilsiloxano, com terminação trimetil, 1000 cps | 20 | Plastificante |
| Metiltrioximinosilano | 5 | Agente de reticulação |
| Aminopropiltrietoxisilano | 1 | Promotor de adesão |
| sílica fumada com área superficial de 150 m²/g | 8 | Enchimento |
| dilaurato de dibutilestanho | 0,1 | Catalisador |
| Total | 100 |
Propriedades Físicas
As propriedades físicas típicas incluem:
| Alongamento (%) | 550 |
| Resistência à tração (MPa) | 1.9 |
| Módulo de elasticidade a 100% de alongamento (MPa) | 0,4 |
| Dureza da costa A | 22 |
| Pele ao longo do tempo (min) | 10 |
| Tempo sem aderência (min) | 60 |
| Tempo de arranhão (min) | 120 |
| Cura completa (mm em 24 horas) | 2 |
Formulações que utilizam outros agentes de reticulação terão aparência semelhante, talvez diferindo no nível de reticulação, no tipo de promotor de adesão e nos catalisadores de cura. Suas propriedades físicas variarão ligeiramente, a menos que extensores de cadeia estejam envolvidos. Alguns sistemas não podem ser produzidos facilmente sem o uso de uma grande quantidade de giz como carga. Obviamente, esses tipos de formulações não podem ser produzidos na forma transparente ou translúcida.
Desenvolvimento de selantes
O desenvolvimento de um novo selante envolve 3 etapas.
1) Concepção, produção e testes em laboratório - volumes muito pequenos
Aqui, o químico de laboratório tem novas ideias e normalmente começa com um lote manual de cerca de 100 gramas de selante, apenas para observar como ele cura e que tipo de borracha é produzido. Agora, existe uma nova máquina disponível, a "Hauschild Speed Mix" da FlackTek Inc. Esta máquina especializada é ideal para misturar esses pequenos lotes de 100 g em segundos, expelindo o ar. Isso é importante, pois permite que o desenvolvedor teste as propriedades físicas desses pequenos lotes. Sílica fumada ou outros materiais de enchimento, como giz precipitado, podem ser misturados ao silicone em cerca de 8 segundos. A remoção do ar leva cerca de 20 a 25 segundos. A máquina funciona por meio de um mecanismo de centrífuga assimétrica dupla que utiliza as próprias partículas como braços de mistura. O tamanho máximo da mistura é de 100 gramas e vários tipos de copos estão disponíveis, incluindo descartáveis, o que significa que não há necessidade de limpeza.
A chave no processo de formulação não está apenas nos tipos de ingredientes, mas também na ordem de adição e nos tempos de mistura. Naturalmente, a exclusão ou remoção do ar é importante para permitir que o produto tenha uma vida útil, já que as bolhas de ar contêm umidade que fará com que o selante cure de dentro para fora.
Assim que o químico obtiver o tipo de selante necessário para sua aplicação específica, ele utiliza um misturador planetário de 1 litro, que pode produzir cerca de 3 a 4 pequenos tubos de 110 ml (3 oz). Essa quantidade de material é suficiente para os testes iniciais de vida útil e adesão, além de quaisquer outros requisitos especiais.
Ele então pode usar uma máquina de 1 ou 2 galões para produzir de 8 a 12 tubos de 10 onças para testes mais aprofundados e amostragem de clientes. O selante é extrudado do recipiente através de um cilindro de metal para o cartucho, que se encaixa sobre o cilindro de embalagem. Após esses testes, ele está pronto para aumentar a escala de produção.
2) Ampliação e ajuste fino - volumes médios
Na ampliação de escala, a formulação de laboratório passa a ser produzida em uma máquina maior, tipicamente na faixa de 100 a 200 kg, ou aproximadamente um tambor. Esta etapa tem dois objetivos principais.
a) para verificar se há alguma mudança significativa entre o tamanho de 4 lb e este tamanho maior, que pode resultar das taxas de mistura e dispersão, taxas de reação e diferentes quantidades de cisalhamento na mistura, e
b) produzir material suficiente para amostrar potenciais clientes e obter feedback prático real.
Esta máquina de 50 galões também é muito útil para produtos industriais quando são necessários baixos volumes ou cores especiais e apenas cerca de um tambor de cada tipo precisa ser produzido por vez.
Existem vários tipos de misturadores. Os dois mais comuns são os misturadores planetários (como mostrado acima) e os dispersores de alta velocidade. O misturador planetário é indicado para misturas de alta viscosidade, enquanto o dispersor tem melhor desempenho, principalmente em sistemas fluidos de baixa viscosidade. Em selantes de construção típicos, qualquer um dos dois pode ser usado, desde que se preste atenção ao tempo de mistura e à possível geração de calor de um dispersor de alta velocidade.
3) Quantidades de produção em escala real
A produção final, que pode ser em lotes ou contínua, idealmente reproduz a formulação final da etapa de ampliação de escala. Normalmente, uma quantidade relativamente pequena (2 ou 3 lotes ou 1 a 2 horas de produção contínua) do material é produzida inicialmente no equipamento de produção e verificada antes do início da produção normal.
Testes - O que é e como testar.
O que
Propriedades Físicas - Alongamento, Resistência à Tração e Módulo de Elasticidade
Adesão ao substrato apropriado
Prazo de validade - tanto acelerado quanto à temperatura ambiente
Taxas de cura - Pele ao longo do tempo, tempo sem aderência, tempo ao risco e cura completa, estabilidade da cor à temperatura ou estabilidade em vários fluidos, como óleo.
Além disso, outras propriedades importantes são verificadas ou observadas: consistência, baixo odor, corrosividade e aparência geral.
Como
Uma camada de selante é esticada e deixada a curar por uma semana. Em seguida, um formato especial de haltere é recortado e inserido em um equipamento de ensaio de tração para medir propriedades físicas como alongamento, módulo de elasticidade e resistência à tração. Esses equipamentos também são usados para medir forças de adesão/coesão em amostras especialmente preparadas. Testes simples de adesão (sim/não) são realizados puxando-se cordões do material curado sobre os substratos em questão.
Um medidor Shore A mede a dureza da borracha. Este dispositivo se assemelha a um peso e um medidor com uma ponta que pressiona a amostra curada. Quanto mais a ponta penetra na borracha, mais macia ela é e menor o valor. Um selante de construção típico terá uma dureza entre 15 e 35.
O tempo de contato da pele com o tecido, o tempo sem aderência e outras medições específicas da pele são realizados com o dedo ou com folhas de plástico com pesos. Mede-se o tempo necessário para que o plástico possa ser removido completamente.
Para determinar o prazo de validade, os tubos de selante são envelhecidos à temperatura ambiente (o que naturalmente leva 1 ano para comprovar um prazo de validade de 1 ano) ou a temperaturas elevadas, tipicamente de 50 °C, durante 1, 3, 5, 7 semanas, etc. Após o processo de envelhecimento (o tubo é deixado a arrefecer no caso acelerado), o material é extrudido do tubo e transformado em uma folha, onde é deixado a curar. As propriedades físicas da borracha formada nessas folhas são testadas como anteriormente. Essas propriedades são então comparadas às de materiais recém-compostos para determinar o prazo de validade adequado.
Explicações detalhadas e específicas da maioria dos testes necessários podem ser encontradas no manual da ASTM.
Algumas dicas finais
Os silicones monocomponentes são os selantes de mais alta qualidade disponíveis. Eles têm limitações e, caso haja requisitos específicos, podem ser desenvolvidos sob medida.
É fundamental garantir que todas as matérias-primas estejam o mais secas possível, que a formulação seja estável e que o ar seja removido durante o processo de produção.
O desenvolvimento e os testes são basicamente o mesmo processo para qualquer selante monocomponente, independentemente do tipo — basta garantir que você verificou todas as propriedades possíveis antes de começar a produzir em larga escala e que compreende claramente as necessidades da aplicação.
Dependendo dos requisitos da aplicação, a química de cura correta pode ser selecionada. Por exemplo, se for escolhido um silicone e odor, corrosão e adesão não forem considerados importantes, mas for necessário um baixo custo, então o acetoxi é a melhor opção. No entanto, se houver peças metálicas que possam sofrer corrosão ou se for necessária uma adesão especial ao plástico com uma cor brilhante exclusiva, então você precisará de um oxima.
[1] Dale Flackett. Compostos de silício: silanos e silicones [M]. Gelest Inc: 433-439
* Foto do selante de silicone OLIVIA
Data da publicação: 31 de março de 2024
