طبقه بندی و ترکیب مواد آب بندی (2)

ترکیب مواد آب بندی

مشابه چسب ها، فرمولاسیون مواد آب بندی دارای یک پلیمر پایه هستند که بوسیله ی افزودنی ها و توسعه دهنده های مختلف، اصلاح شده است. به هر حال، فرمولاسیون مواد آب بندی معمولا پیچیده تر از فرمولاسیون چسب ها می باشد زیرا مسائل متعددی در زمینه ی کاربرد، عمل آوری و ویژگی های کارایی برای این محصولات، مد نظر می باشد. هزینه های مربوط به مواد آب بندی همچنین معیار مهمی برای صنایع خاص می باشد زیرا مقادیر قابل توجهی از این محصول ها در برخی از این صنایع، استفاده می شوند.
مواد آب بندی مدرن عموماً از پلیمرهای الاستومری سنتزی فرموله می شوند. بسیاری از مواد آب بندی مدرن تا پیش از دهه ی 1960، به صورت تجاری وارد بازار وجود نداشتند. برخی از پلیمرها که در فرمولاسیون مواد آب بندی استفاده می شوند، عبارتند از: پلی سولفیدها، پلی یوریتان ها، کلروپرن ها، اکریلیک ها، بوتیل و پلی اتیلن کلروسولفونات دار. مشابه سیستم های چسب، فرمولاسیون مواد آب بندی حاوی پلیمر پایه، پرکننده، پلاستیسایزر، عوامل تیکسوتروپ و سایر اجزا، می باشد.

رزین اولیه

کارایی فرمولاسیون مواد آب بندی به طور قابل توجهی به خواص رزین های پایه، وابسته می باشد. رزین پایه نه تنها به دلیل استحکام کششی بالا، بلکه به دلیل ازدیاد طول بالا، انعطاف پذیری و مقاومت در برابر عوامل محیطی، انتخاب می شوند. رزین پایه ی آب بندی، باید به شکلی باشد که با فرمولاسیون و بقیه ی ترکیب، تطابق داشته باشد. رزین های پایه مورد استفاده در فرمولاسیون مواد آب بندی، شامل طیف وسیعی از مواد می باشد.
پلیمر پایه عموما به صورت یک رابر جامد، یک پلیمر مایع و یا یک سوسپانسیون، فروخته می شود. رابر جامد نیازمند حلال می باشد تا بدین صورت غلظت فرمولاسیون، کاهش یابد. تولیدکننده های اصلی مواد الاستومری، می توانند رابر با به صورت گریدهای سوسپانسیونی به فروش برسانند. پلیمرهای مایع با ویسکوزیته ی پایین مانند پلی سولفید، یوریتان های مختلف، سیلیکون ها، پلی بوتن و پلی ایزوبوتیلن می توانند برای ایجاد مواد آب بندی با مقادیر اندک حلال، استفاده شوند. اغلب ترکیب سازی در دماهای بالا انجام می شود تا بدین صورت اطمینان حاصل شود که تمام افزودنی ها، به صورت یکنواخت در داخل رزین پراکنده شده اند. امولسیون لاتکس مانند اکریلیک ها، پلی وینیل کلراید، پلی وینیل استات و آمیزه های این مواد، نیز به سهولت استفاده می شوند و به عنوان ماده ی پایه در تولید مواد آب بندی استفاده می شوند.
عموماً یک گستره ی درصد بهینه برای هر رزین پایه در فرمولاسیون ماده ی آب بندی، وجود دارد. از نقطه نظر کارایی، همچنین تعادل بهینه ای از پرکننده، پلاستیسایزر و سایر افزودنی ها وجود دارد که موجب ایجاد کارایی مناسب در هر سیستمی می شود. میزان ماده ی پلیمری معمولاً به صورت درصد وزنی پلیمر پایه در فرمولاسیون اندازه گیری می شود. این کار پس از تبخیر آب یا حلال از سیستم و بعد از عمل آوری انجام می شود. به دلیل اینکه پلیمر پایه عموماً گران قیمت ترین جزء فرمولاسیون است، در زمانی که دغدغه ی هزینه ای وجود دارد، اولین ماده ای که با مواد دیگر جایگزین می شود، این ماده می باشد. جدول 1 نشاندهنده ی غلظت نمونه وار حلال و پلیمر در مواد آب بندی متداول است. برای بیشتر مواد آب بندی پرمیومی، میزان پلیمر در حدود 30 تا 50 % است. به هر حال، مواد آب بندی هستند که میزان مواد جامد آنها کمتر و از این رو، قیمت آنها نیز پایین تر است.

حلال ها

حلال ها در مقادیر زیاد کمک می کند تا میزان سیالیت رزین پایه، افزایش یابد و بدین نحو سایر افزودنی ها ممکن است به سهولت بیشتری وارد فرمولاسیون شوند. در واقع با کاهش ویسکوزیته ی سیستم، قابلیت حمل مواد افزایش می یابد. استفاده از مقادیر اندک حلال موجب بهبود قابلیت اکسترود شدن و ورود ماده ی آب بندی در داخل شکاف می شود.
معمولاً نوع حلال و غلظت آن می تواند به سرعت از داده های مربوط به تولیدد، بدست آید. این اطلاعات در واقع در دیتابیس بیشتر شرکت های تولیدی موجود می باشد. غلظت مربوط به حلال معمولاً به صورت کمی و به صورت درصد وزنی بیان می شود.
میزان حلال نرمال برای مواد آب بندی نمونه وار در جدول 1 نشان داده شده است. این ممکن است که از میزان بیشتری حلال در فرمولاسیون استفاده کرد. البته این کار ممکن است منجر به بروز شرینکیج قابل توجه در زمان عمل اوری شود. شرینکیج حجمی همواره بزرگتر از درصد وزنی حلال است زیرا دانسیته ی حلال بسیار کمتر از سایر اجزای ماده ی آب بندی است. عموماً برای هر یک درصد وزنی اتلاف، حدود 2 % حجکمی شرینکیج، مشاهده می شود.
حلال های متداول مورد استفاده در فرمولاسیون مواد آب بندی، عبارتند از تولوئن، زایلن، آب، حلال های نفتی و حلال های دیگر. مخلوط های حلالی به طور دقیق انتخاب می شوند تا بدین صورت تبخیر سریع یک جزء مشکل آفرین نشود. باید در انتخاب حلال دقت کنید به نحوی که پوسته ی ماده ی آب بندی زودتر و سریع تر خشک نشود. این مسئله موجب می شود تا حلال نتواند از پوسته ی ماده ی آب بندی تبخیر شود. سیستم حلال همچنین یک عامل مهم برای تعیین ویسکوزیته و ویژگی های کاربردی مواد آب بندی می باشد. اغلب حلالی که رزین بیشتری در خود حل کند، فرارتر است و مسائل کاربردی مربوط به حلال های با فراریت بالاتر، بیشتر است.

پرکننده ها

پرکننده ها عموماً در فرمولاسیون مواد آب بندی به عنوان افزودنی هایی استفاده می شوند که موجب افزایش ویسکوزیته ی ماده آب بندی و افزایش خاصیت پرکنندگی شکاف در این محصولات می شود. این پرکننده ها، همچنین موجب کاهش هزینه ی مربوط به فرمولاسیون می شود. برای مواد آب بندی، پرکننده موجب افزایش استحکام و یا ایجاد استحکام بیشتر در ماده ی آب بندی، نمی شود. به هر حال، پرکننده می تواند اثر قابل توجهی بر روی فاکتورهای دیگر مانند مقاومت در برابر آب و سختی داشته باشد.
پرکننده ی متداول مورد استفاده در این صنعت، کلسیم کربنات است زیرا این ماده هم فراوان می باشد و هم در اندازه های مختلف، موجود می باشد. سایر پرکننده های متداول این صنعت، عبارتند از: رس های مختلف، سیلیس، مواد رنگ زا مانند تیتانیم دی اکسید، سولفید روی، اکسید روی، کربن بلک و انواع مختلف اکسیدهای آهن. جدول 2 مثال های متنوعی از پرکننده ها را در خود جای داده است که در فرمولاسیون مواد آب بندی استفاده می شوند. در این جدول، مزیت های این مواد نیز آورده شده است. میزان پرکننده می تواند به طور قابل توجهی به پلیمر پایه و الزامات مربوط به فرمولاسیون، وابسته باشد. درصد حجمی مربوط به پرکننده می تواند در برخی مواد آب بندی می تواند تا میزان 90 % نیز برسد. پرکننده های مورد استفاده در آب بندهای سیلیکونی، ممکن است تنها 10 تا 20 % حجم کل را تشکیل دهند.

پلاستیسایزر

پلاستیسایزر برای کاهش مدول الاستیک برخی مواد آب بندی مورد استفاده قرار می گیرد. یک روش عمومی استفاده از پلیمرهای پایه ی با کارایی بالاست که موجب می شود تا مدول و بازیابی بالایی در ماده ی حاصله، ایجاد شود. سپس یک پلاستیسایزر موجب کاهش مدول و افزایش انعطاف پذیری می شود. پلاستیسایزر همچنین در پلیمرهای مایع عمل آوری شده به روش شیمیایی مورد استفاده قرار می گیرد و بدین صورت سفتی و قابلیت رهایش تنش در این مواد بیشتر می شود.
نتایج بهترین با استفاده از پلاستیسایزرهای غیر فرار ایجاد می شوند. پلاستیسایزرهای فرار ارزان قیمت تر هستند اما خواص مزیتی که آنها ایجاد می کنند در طی زمان، افت می کند. ویژگی های آب بندهای ساختاری، در واقع یک میزان اتلاف وزن 10 تا 12 % را بعد از پیرسازی حرارتی نمونه ها به مدت 2 هفته در دمای 158 فارنهایت، مجاز می داند. این فرض شده است که پلاستیسایزر در مواد آب بندی، در طی پیرسازی در حین سرویس دهی، تبخیر نمی شوند. پلاستیسایزرهای مناسب عبارتند از فتالات ها، آدیپات ها، سباکات ها، فسفات ها و سایر انواع استرها، می باشد. بیشتر مواد آب بندی، به جز سیلیکون ها، از پلاستیسایزر در فرمولاسیون خود استفاده می کنند. مواد آب بندی سیلیکونی می تواند تنها با روغن های سیلیکونی با وزن مولکولی پایین، پلاستیک شوند.
افزودنی ها برای بهبود چسبندگی
سایر پلیمرهای پایه مورد استفاده در فرمولاسیون ماده ی آب بندی، چسبندگی های مناسبی را برای بسیاری از زیرلایه ها، ایجاد می کند. به هر حال، در صورت ضرورت، خواص چسب ها می تواند با استفاده از افزودنی هایی همچون عوامل کوپل کننده، پرایمرها و یا ترکیبی از هر دو، افزایش یابد. رزین های فنول- فرمالدهید و سیلیکون اصلاح شده با مرکاپتان به طور گسترده ای برای افزایش چسبندگی در مواد آب بندی، استفاده می شوند.
عوامل کوپلینگ مجتمع ممکن است به طور قابل توجهی موجب بهبود دوام اتصال می شود. این کار با مهیا نمودن مقاومت اضافی در برابر نفوذ آب، ایجاد می شود. این فرض شده است که عوامل کوپلینگ، از میان ماده ی آب بندی نفوذ می کنند و به صورت ترجیحی بر روی سطح مشترک میان رزین پایه و ماده ی پرکننده، جذب می شود. بنابراین، به نظر ضروری می رسد که مواد کوپلینگ به عنوان پرایمر و به صورت مستقیم بر روی زیرلایه اثر می گذارند.
عوامل کوپلینگ سیلانی هم به عنوان افزودنی و هم به صورت پرایمری برای سیستم های آب بندی، استفاده می شوند. این مواد، در واقع مونومرهای چند عاملی هستند که دارای واکنش پذیری دوگانه هستند. این ویژگی موجب می شود تا گروه های موجود در انتهای مولکول ها، با مکان های هیدروکسی فعال موجود در شیشه یا فلز و حتی در برخی اوقات با مصالح ساختمانی، واکنش دهند. این در حالی است که گروه های عاملی دیگر، با رزین پایه ی آلی، واکنش می دهند. پیوند شیمیایی در این حالت مقاومت بیشتری در برابر آب یا اشعه ی UV دارد. Marsden سیلان های متعددی را توصیف کرده است که در واقع کاربردهای گسترده ای در این زمینه دارند. سیلان ها در اکثر مواد آب بندی مانند بتونه های لاتکسی، استفاده می شوند. تنها مقادیر اندک از این افزودنی ها موجب بهبود قابل توجه در ویژگی چسبندگی این مواد می شود. معمولا کمتر از چند درصد وزنی از این مواد کافی است. مواد آب بندی تجاری با افزودنی سیلانی برخی اوقات با نام مواد آب بندی سیلیکونی شده (siliconized sealants) به فروش می رسند.
پرایمرها در زمانی مورد نیاز می باشند که فرمولاسیون مواد آب بندی استاندارد به سطح نچسبند. پرایمرهای متداول برای استفاده در مواد آب بندی هم می توانند به صورت یک لایه ی تک مولکولی و هم به صورت تشکیل دهنده ی لایه، باشند. فیلم های تک مولکولی عموماً یک محلول آبی از سیلان های مناسب با میزان 5 % جامد در یک حلال انیدریدی مانند تولوئن یا زایلن، می باشند. پرایمر بر روی سطح مالیده می شود و پس از طی چند دقیقه، بر روی سطح خشک می شود؛ در غیر اینصورت، پرایمر با رطوبت موجود در هوا، واکنش می دهد. پرایمرهای سیلانی همواره باید به رنگ سفید رنگ باشند. هر تیرگی و یا شیری رنگ شدن این مواد نشاندهنده ی این است که این سیلان خاصیت خود را از دست داده است. این پرایمرها ممکن است بر روی فولاد، انواع مختلف از آلومینیوم های آنودایز شده، سطوح نهایی پخته شده، سطوح فلئوروکربنی و هر سطح غیر معمولی دیگر، مورد استفاده قرار گیرد.
پرایمرهای تشکیل دهنده ی فیلم، با برس و یا اسپری بر روی سطح اعمال می شوند و یک لایه بر روی سطح ایجاد می کنند. این لایه بیشتر تخلخل ها را پر می کند. اعمال این تشکیل دهنده های فیلم، مخصوصاٌ بر روی مواد و مصالح ساختمانی و سایر سطوح متخلخل، پیشنهاد می شوند. پرایمرهای تشکیل دهنده ی فیلم اغلب ترکیبی از رزین های فنولیکی، رزین های اپوکسی و رزین های پلی استری به همراه سیلان ها هستند. این مواد با حلال مخلوط می شوند و میزان مواد جامد موجود در آنها معمولاً 25 % است. این پرایمرها عموماً در طی 15 دقیقه خشک می شوند.
سایر افزودنی ها
بسیاری از افزودنی های دیگر مانند افزودنی های مورد استفاده برای چسب ها، برای فرمولاسیون مواد آب بندی مورد استفاده قرار می گیرند و بدین صورت کارایی خاص برای این محصولات، ایجاد می شود. برای مثال، عوامل آنتی باکتریال در فرمولاسیون مواد آب بندی بر پایه ی آب استفاده می شوند. بسیاری از افزودنی های مورد استفاده در مواد آب بندی، به دلایل خاص استفاده می شوند. در واقع این افزودنی ها موجب می شوند تا ویژگی های منحصربفرد در مواد آب بندی ایجاد شود، مثلا مقاومت بالا در برابر عوامل تخریب کننده ی خارجی. فرمولاسیون ماده ی آب بندی همچنین ممکن است شامل مواد جاذب اشعه ی فرابنفش و ممانعت کننده ها در برابر اثرگذاری اوزون باشند. بدین صورت میزان حساسیت ماده ی آب بندی در برابر عوامل محیطی در کاربردهای خارج اتاق، کاهش می یابد. رابرهای هیدروکربنی خطی به طور خاص نسبت به نور خوشید و اوزون حساس می باشند و معمولا تنها برای کاربردهای داخلی استفاده می شوند.

فرمولاسیون مواد آب بندی

تغییرات مینیمم در مواد آب بندی ، اغلب منجر به تغییرات عمده در کارایی و خواص سیستم می شوند. به دلیل این مسئله و همچنین به دلیل تنوع موجود در پلیمرهای پایه، این سخت است که یک راهنمایی سازمان دهی شده در مورد فرمولاسیون مواد آب بندی، ارائه شود. یک آگاهی پایه در مورد نحوه ی کنترل برخی از خواص این مواد از طریق فرمولاسیون آنها، به ما کمک می کند تا انتخاب خوبی از مواد آب بندی داشته باشیم.
پیش از فرموله کردن یک ماده ی آب بندی، خواص مناسب مورد نیاز برای این ماده باید تعریف شود. جدول 3 بیان کننده ی برخی از خواص می باشد که در زمان بررسی الزامات کارایی مواد آب بندی، باید به آنها توجه شود. منبع مقاله :
Handbook of adhesives and sealants/ Edxard M. Petrie

استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.