طبقه بندی و ترکیب مواد آب بندی (1)

مقدمه

مواد آب بندی مشابه چسب ها در انواع مختلفی وجود دارند. در حقیقت، این مواد اغلب با چسب ها در نظر گرفته می شود زیرا بسیاری از فرمولاسیون های آنها، می توانند هم به عنوان چسب و هم به عنوان مواد آب بندی، مورد استفاده قرار گیرند. معمولاً یک ماده ی آب بندی باید به صورت مؤثر با زیرلایه ارتباط برقرار کند به نحوی که عملکرد مناسب و درست آن ایجاد شود. به هر حال، یک ماده ی آب بندی به طور نرمال، برای جلوگیری از نفوذ استفاده می شود، در حالی که چسب ها به عنوان نگهدارنده، کارایی دارند. مواد آب بندی عموماً برای جلوگیری از نفوذ کثیفی، رطوبت و مواد شیمیایی و یا محاصره ی یک مایع یا یک گاز، مورد استفاده قرار می گیرند. موادی که به عنوان ماده ی آب بندی استفاده می شوند، عموماً دارای استحکام پایین تری نسبت به مواد مورد استفاده به عنوان چسب، می باشند. این مسئله به این دلیل است که فرمولاسیون مواد آب بندی عموماً حاوی مقادیر قابل توجه پرکننده می باشد. این پرکننده ها در اصل به منظور کاهش هزینه ها و پر کردن شکاف های موجود، استفاده می شوند. فرمولاسیون مواد آب بندی همچنین حاوی رزین های الاستومری هستند که موجب افزایش انعطاف پذیری و قابلیت ازدیاد طول در آنها می شود.
علاوه بر چسبندن به سطح زیرلایه و مهیا کردن یک میزان معین از توان نگهداری، مواد آب بندی می تواند همچنین به عنوان مواد عایق بندی، لرزه گیر و عایق الکتریکی و یا عایق حرارتی، مورد استفاده قرار گیرند. این مسئله به رسانایی پرکننده های مورد استفاده در این مواد، وابسته است. مواد آب بندی ویژه همچنین می توانند به عنوان عایق های گرمایی و یا حتی مواد مانع در برابر آتش نیز استفاده شوند. فرمولاسیون مواد آب بندی خاص همچنین برای پوشش دهی سطحی و محافظت در برابر عوامل مخرب شیمیایی استفاده می شوند. بدین صورت، عملکردی چندگانه در این پوشش ها ایجاد می شود.
این مقاله روش های طبقه بندی مواد آب بندی را مورد بررسی قرار داده است. انواع مختلف مواد آب بندی نیز شناسایی شده است. اجزای مورد استفاده در فرمولاسیون مواد آب بندی نیز مورد بررسی قرار گرفته است.

طبقه بندی مواد آب بندی پایه

یک تعداد زیاد از فرمولاسیون مواد آب بندی موجب می شود تا طبقه بندی این مواد، سخت باشد. اغلب مواد آب بندی بر طبق طبقه بندی های محصول، خانواده ی شیمیایی و کاربردهای صنعتی، طبقه بندی می شوند (مشابه چسب ها). به هر حال، همچنین رو های خاصی برای طبقه بندی وجود دارد که در واقع خاص مواد آب بندی است. این روش های منحصربفرد طبقه بندی بر طبق ویژگی های زیر انجام می شود:
• قابلیت سخت شدن
• عمل اوری
• استفاده ی نهایی
• کارایی

انواع سخت شونده و بدون سخت شدن

مواد آب بندی اغلب به دو گروه مواد سخت شونده و محصولات بدون شوندگی، طبقه بندی می شوند. مواد آب بندی سخت شونده، به عنوان سیال اعمال می شوند و پس از گیرش، به یک ماده ی صلب و یا یک جامد انعطاف پذیر، تبدیل می شود. مواد آب بندی بدون سخت شوندگی، گیرش پیدا نمی کنند. آنها بعد از اعمال نیز تر هستند و قابلیت سیلان دارند. این مواد پس از اعمال، نیز خواص فیزیکی مشابه با پیش از اعمال شده، دارند. به هر حال، این مسئله باید تذکر داده شود که اگر چه مواد آب بندی بدون سخت شوندگی بعد از اعمال هنوز نرم هستند، این مواد ممکن است متحمل تبدیل های شیمیایی، تبخیر حلال و یا هر مکانیزم عمل آوری، شده باشند.
مواد آب بندی با قابلیت سخت شدن، می توانند به دو نوع انعطاف پذیر و صلب، طبقه بندی شوند. مواد آب بندی صلب، دارای حالت ارتجاعی نیستند و یا میزان ارتجاع آنها اندک است و به خاطر عدم وجود قابلیت خم شدن، شاخص می باشند. این انواع از مواد آب بندی به طور متداول در زمانی استفاده می شوند که هم عملکرد آب بندی و هم عملکرد اتصال دهی، مورد نیاز باشد. مواد آب بندی که در این طبقه بندی، شاخص می باشند، عبارتند از اپوکسی ها و اکریلیک ها. جدول 1 لیستی از مواد آب بندی متداولی را نشان می دهد که به عنوان سیستم های صلب طبقه بندی شده اند. مواد آب بندی انعطاف پذیر بعد از عمل آوری، هنوز انعطاف پذیرند و در واقع این محصولات، عموما محصولاتی بر پایه ی الاستومرها می باشند. گستره ی انعطاف پذیری و سختی آنها به طور قابل توجهی، متغیر است. مقادیر سختی آنها در مقیاس Shore، بین 10A تا 85 A می باشد. مواد آب بندی انعطاف پذیر یا الاستومرهای واقعی هستند و یا بعد از فشرده سازی یا کشیده شدن، به ابعاد اولیه ی خود باز می گردند. مواد آب بندی نمونه وار در جدول 2 آورده شده است. مواد آب بندی بدون سخت شوندگی، عموماً نمی توانند به عملکرد یک اتصال وابسته باشند، اگر چه آنها ممکن است قابلیت آب بندی خوبی را در کاربردهای خاص ایجاد کنند.
این مواد در بسیاری از اشکال موجود می باشند و به دلیل داشتن خاصیت ماستیکی، معروف می باشند. رزین های طبیعی با گیرش نرم و مواد آب بندی بر پایه ی روغن، مثال هایی از مواد آب بندی غیر سخت شونده، می باشد. این مواد آب بندی در انواع خشک و غیر خشک، موجود می باشد. نوع خشک در داخل بخش آب بندی، هنوز هم نرم است و تنها یک پوسته ی محافظتی دارد. نوع غیر خشک شونده، دارای سطحی چسبنده است و نرمی آن یکنواخت است. برخی از مواد آب بندی غیر سخت شونده می توانند به انواع اشکال مختلف، شکل دهی شوند. این مواد عموماً پوشش کاری می شوند و یا فیلم های خاص بر روی آنها ایجاد می ششود تا بدین صورت در طی کاربرد، مشکلی نداشته باشند. در جدول 3 لیستی از مواد آب بندی غیر سخت شونده، وجود دارد.

نوع عمل آوری

مواد آب بندی برخی اوقات بر اساس روش عمل آوری، طبقه بندی می شوند. پارامترهای عمل آوری عموماً عوامل کاتالیستی، زمان، دما و یا رطوبت می باشند. مشابه چسب ها، ویژگی های عمل آوری می توانند به طور قابل توجهی در داخل خانواده های مختلف و فرمولاسیون مختلف این مواد، تغییر کند. بسته به روش عمل آوری، مواد آب بندی به صوت زیر طبقه بندی می شوند:
• سیستم های دو جزئی
• مواد آب بندی تک جزئی
• مواد آب بندی بر پایه ی آب یا حلال

سیستم های دو جزئی

سیستم های دو جزئی عموماً سریع تر از سایر انواع مواد آب بندی، عمل آوری می شوند. عمل آوری سریع این مسئله را امکان پذیر می کنند که قطعات به سرعت تولید شوند و زمان مورد نیاز برای این عملیات ها، کاهش می یابد. عمل آوری سریع همچنین در زمانی مهم می باشد که مواد آب بندی در کاربردهای خارج خانه، استفاده می شوند. وقتی این مواد در کاربردهای خارج خانه ای استفاده می شود، زمان اعمال ماده ی آب بندی تا اولین برخورد ماده ی آب بندی با عوامل طبیعی، ممکن است مهم باشد.
مشابه با چسب های دو جزئی، مواد آب بندی دو جزئی نیز در دو جزء بسته بندی می شوند و به فروش می رسند. یک جزء حاوی اجزای رزینی و پرکننده ها، توسعه دهنده ها و سایر افزودنی ها می باشد و جزء دیگر حاوی کاتالیست و یا عوامل عمل آوری می باشد. شاید یک جزء ثالثی نیز در این بخش وجود داشته باشد که به آن کاتالیست و یا افزایش دنده ی سرعت می گویند. این اجزا ممکن است به طور مناسب اندازه گیری شده باشند و در حقیقت قبل از اعمال سیستم، این دو جزء مخلوط می شوند. برخی از سیستم های آب بندی مانند پلی سولفیدها، به عنوان سیستم های آب بندی عمل آوری شده با اکسیداسیون یا کاتالیست، نامیده می شوند. این مواد با افزوده شدن یک عامل اکسید کننده مانند پراکسید، عمل آوری می شوند. سایر سیستم های دو جزئی مانند سیلیکون ها، یوریتان ها و سیستم های اپوکسی، بواسطه ی انجام واکنش شیمیایی، عمل آوری می شوند.
مواد آب بندی دو جزئی ممکن است در دمای محیط و یا در دماهای بالا، عمل آوری شوند. عموماً مواد آب بندی هم در شرایط اتاق و هم در شرایط کارخانه و یا در شرایط دمای بیرون عمل آوری می شوند. وقتی مواد آب بندی در تولیدهای انبوه و سریع استفاده می شوند، سرعت اعمال یکی از مواد مهم محسوب می شود. در این حالت طراح باید اهداف تولید را تعیین کند.

مواد آب بندی تک جزئی

مواد آب بندی تک جزئی بوسیله ی روش های مختلفی عمل آور می شوند. این عمل آوری شامل انجام واکنش با بخار آب، اکسیداسیون، واکنش بی هوازی و یا واکنش با کاتالیست نهفته می باشد. مواد آب بندی تک جزئی عموماً حاوی کاتالیست های داخلی و یا عوامل سخت کننده ی داخلی هستند که برخی اوقات به صورت نهفته می باشند. این مسئله موجب می شود تا عمر نگهداری و عمر کاری این چسب ها، بالاتر باشد اما معمولا این کار بدین معناست که ماده ی آب بندی باید در یخچال نگهداری شود، مخصوصاٌ اگر عمل آوری در دمای عادی انجام شود.
برخی اوقات سیستم های تک جزئی نسبت به سیستم های دو جزئی، ترجیح داده می شوند زیرا این سیستم ها مشکل مخلوط سازی و اطمینان یافتن از مخلوط سازی صحیح را ندارند. به هر حال، در زمان هایی، یک سیستم آب بندی دو جزئی برای عمل آوری کامل و سریع مورد نیاز می باشد. سیستم های تک جزئی برخی اوقات از این محدودیت رنج می برند و خواص منتج شده، بوسیله ی شرایط محیطی که آنها در طی اعمال با آن روبرو هستند، افت می کند. این مسئله بیشتر زمانی مشهود می شود که مواد آب بندی اعمال می شود و عمل اوری در آب و هوای متغیر بیرون انجام می شود. سیستم های دو جزئی همچنین تحت تأثیر قرار می گیرند اما میزان این تحت تأثیر قرار گیری، به مکانیزم واکنش آنها وابسته است.
بسیاری از فرمولاسیون های آب بندی تک جزئی بوسیله ی تغییرات شیمیایی عمل آوری می شوند که بوسیله ی حضور رطوبت، فعال سازی می شوند. اعمال حرارت نیز موجب افزایش واکنش عمل آوری در برخی از فرمولاسیون ها، می شود. مواد آب بندی که از طریق این مکانیزم های واکنشی عمل آوری می شوند، عبارتند از بسیاری از انواع مواد آب بندی یوریتانی، پلی سولفیدی و سیلیکونی. یک بیان متداول از این گروه، سیلیکون های فعال سازی شده با رطوبت است که می توان آنها را بواسطه ی بوی استیک اسید تولید شده در طی واکنش با رطوبت، شناخت. مواد آب بندی خاص همچنین می توانند به صورت دو جزئی فرموله شوند. در واقع در این سیستم های دو جزئی، کاتالیست موجب افزایش سرعت واکنش می شود.
برخی از مواد آب بندی تک جزئی مانند مواد آب بندی حاوی مرکاپتان، بوسیله ی جذب اکسیژن، عمل اوری می شوند. مواد آب بندی الئورزینی که بر پایه ی روغن بذر کتان، روغن چرب (tung oil)، روغن ماهی تولید می شوند، و حاوی رس به عنوان پرکنننده می باشند، با اکسیداسیون سطحی، عمل آوری می شوند. افزودنی های ناپتناتی فلزی در این فرمولاسیون ها وجود دارد و از آن به منظور تغییر عمر عمل آوری، استفاده می شود. این مواد آب بندی می توانند به صورت دستی خشک شوند و بنابراین، به عنوان مواد آب بندی سخت شونده و صلب، طبقه بندی می شوند. در غیر اینصورت، این مواد حالت انعطاف پذیر خود را حفظ کرده و بنابراین در گروه مواد آب بندی غیر سخت شونده، طبقه بندی می شوند. این مواد بهترین مواد برای پر کردن سوراخ ها و حفره ها در صنعت ساختمان می باشند.
مواد آب بندی فرموله شدهش از ترکیبی از پلاستیک های بر پایه ی هیدروکربن، مانند پلی بوتن ها و پلی ایزوبوتیلن ها، می توانند با انواع غیر خشک شونده ی تولیدی از روغن های گیاهی، ترکیب شوند. این مواد آب بندی از نوع غیر سخت شونده، می باشند. این مواد اغلب مواد آب بندی پلاستیکی و یا رزینی، نامیده می شود.
مواد آب بندی غیر هوازی ترکیبات تک جزئی هستند که در حضور اکسیژن به حالت مایع باقی می مانند. به هر حال، وقتی اکسیژن از سطح این مواد آب بندی گرفته شود (مانند وقتی که این مواد در داخل اتصال قرار داده می شوند) و در صورت وجود یون های فلزی، عمل آوری انجام می شود. این مواد آب بندی بهترین گزینه برای آب بندی سریع در لوله ها و اتصال های تیوبی شکل است.

مواد آب بندی رها کننده ی آب و یا حلال

برخی از پلیمرهای پایه که در فرمولاسیون مواد آب بندی استفاده می شوند، می توانند در حلال های آلی و یا آب حل شوند. این آب در حین عمل آوری تبخیر خواهد شد و سطحی بدون چسبندگی ایجاد می کند. مواد آب بندی نمونه واری که در این گروه قرار دارند، عبارتند از: بوتیل ها، اکریلیک ها، کلروپرن ها (نئوپرن ها) و پلی اتیلن های کلروسولفیدی. مواد آب بندی رها کننده ی حلال چسبندگی خوبی را به انواع مختلف زیرلایه ها ایجاد می کنند و به خوبی در اتصال کار می کنند. این نوع از مواد آب بندی در اتصال های با حرکت های کوچک، مناسبند. مواد آب بندی رها کننده ی حلال قیمت های مختلفی دارند. این قیمت به نوع کاربرد، میزان حلال و ظرفیت تحرک، وابسته است. ملاحظات مربوط به محیط زیست و محدودیت های ایمنی در سیستم های آب بندی بر پایه ی حلال، بسیار ضروری هستند.
مواد آب بندی پراکنده شونده در آب می توانند با استفاده از پلیمرهای خاص مانند اکریلیک ها، توسعه یابند. رزین پایه در داخل آب امولسیون می شود و سپس با استفاده از افزودنی های مورد نیاز و مواد توسعه دهنده، فرموله می شوند. وقتی این مواد آب بندی اعمال می شوند، عمل آوری کامل شده و یک سطح شبه رابری تشکیل می شود. این مسئله در زمانی انجام می شود که آب از این ماده ی آب بندی خارج شود.

طبقه بندی بر اساس استفاده ی نهایی

مواد آب بندی اغلب با توجه به عملکرد و استفاده ی نهایی، طبقه بندی می شوند. مواد آب بندی مورد استفاده در کاربردهای داخلی، به گونه ای هستند که برای این کاربردها مناسب می باشند. در حقیقت طبقه بندی بر اساس استفاده، شامل مواد آب بندی بتن، مواد آب بندی اتومبیل، مواد آب بندی برای عایق کاری شیشه، مواد آب بندی ساختمانی و معماری، مواد آب بندی مورد استفاده در فرودگاه و مواد آب بندی بزرگراه ها، می باشد. جدول 4 نشاندهنده ی زمینه های کاربردی برای انواع مختلف مواد آب بندی می باشد.

طبقه بندی بر اساس کارایی

چندین پارامتر مشخص وجود دارد که بوسیله ی انها مواد آب بندی می توانند برای اهداف کاربردی، طبقه بندی شوند. این پارامترها عبارتند از: قابلیت تحرک و خواص بازیابی. بیشتر طبقه بندی های مربوط به کارایی متمرکز بر روی کاربردهای ساختمانی است که در آنها، استانداردها و مشخصه های در مورد این نوع از محصولات، استفاده می شوند. از نقطه نظر کارایی، قابلیت حرکت یکی از بهترین پارامترهای برای تأیید کیفیت مواد آب بندی برای کاربردهای خاص مانند صنعت ساختمان، می باشد.
جدول 5a لیستی از ویژگی های کاربردی طبقه بندی های عمومی مواد آب بندی را نشان می دهد. جدول 5b اطلاعات خوبی در مورد ظرفیت های کارایی برای این مواد آب بندی است. استانداردهای فدرال، ASTM و استانداردهای کانادا، در جدول 6 آورده شده است. یکی از طبقه بندی های کامل مورد استفاده در صنعت ساختمانی بوسیله ی ظرفیت حرکتی این مواد انجام می شود. معمولاً این قابلیت به صورت درصد مثبت و یا منفی، بیان می شود. درصد مثبت نشاندهنده ی میزان حرکت در حالت انبساطی و درصد منفی نشاندهنده ی میزان حرکت در حالت فشاری است. در هر مورد، پایه به عنوان ابعاد اصلی اتصال در نظر گرفته می شود. امروزه بیشتر مواد آب بندی دارای مشخصاتی هستند که در مورد قابلیت حرکت اتصال توضیح می دهد. خواص بازیابی در واقع اندازه ای از خواص الاستومری ماده ی آب بندی می باشد. بازیابی در واقع میزان بازگشت یک ماده ی آب بندی به ابعاد اولیه پس از اعمال یک ازدیاد مشخص بر روی آن، می باشد. بازیابی باید در اتصالات متحرک، خوب باشد. مواد آب بندی با رهایش حلال و مدول بالا، و درزگیرهای غیر پلاستیکی دارای خاصیت بازیابی ضعیفی هستند. از لحاظ شیمیایی، مواد آب بندی عمل آوری شده، دارای خاصیت بازیابی استثنایی هستند. سیلیکون ها بهترین گروه مواد آب بندی دارای بازیابی هستند. بازیابی این محصولات به میزان 95 % و حتی پس از یک سال در حالت فشاری و دمای بالا، می باشد. یوریتان ها نیزیکی از بهترین نوع از این محصولات هستند. پلی سولفیدها در رده ی بعدی قرار دارند.
منبع مقاله :
Handbook of adhesives and sealants/ Edxard M. Petrie