مترجم: حبیب الله علیخانی
منبع:راسخون

پلی پوریتان

مواد آب بندی پلی یوریتانی معمولاً به صورت سیستم های دو جزئی مورد استفاده قرار می گیرند، اما سیستم های تک جزئی نیز وجود دارد که بواسطه ی رطوبت هوا، عمل آوری می شوند. مواد اولیه ی مورد استفاده در این مواد آب بندی، عبارتند از ایزوسیانات ها، پلی یول ها، توسعه دهنده های زنجیره و حلال و افزودنی. سیستم های دو جزئی بر پایه ی ایزوسیانات، تولید می شوند. مواد آب بندی پلی یوریتانی همچنین حاوی آنتی اکسیدان ها، پیگمنت ها، پرکننده ها، عوامل ایجاد کننده ی پیوند عرضی و کاتالیست های ارگانومتالیک می باشند.
مواد آب بندی پلی یوریتانی دو جزئی، سریع تر از انواع تک جزئی، سخت می شوند. سیستم های دو جزئی، عموماً برای کاربردهای خارج از خانه استفاده می شود. این محصولات در جاهایی استفاده می شوند که سرعت بالای کار مورد نیاز باشد. عمر کاری در زمان مخلوط سازی، یک تا 4 ساعت است و خواص کامل در طی 24 تا 48 ساعت پس از مخلوط سازی، ایجاد می شود. مخلوط سازی اجزا در این بخش، باید به خوبی انجام شود. از آنجایی که پلی یوریتان ها بواسطه ی واکنش با رطوبت عمل آوری می شوند، مواد آب بندی تک جزئی دارای محدودیت های طراحی خاص و عمل آوری زمان بر می باشند. علت این مسئله، پدیده ی پوسته ای شدن، می باشد. مکانیزم واکنش مواد آب بندی یک جزئی و دو جزئی پلی یوریتانی، مشابه چسب های پلی یوریتانی است.
فرمولاسیون های پلی یوریتانی اولیه از مدول بالا رنج می بردند. مواد آب بندی پلی یوریتانی مدرن دارای مدول پایین تر و ظرفیت حرکت بزرگتری هستند. یک گستره از فرمولاسیون ها برای کاربردهای مختلف، وجود دارد. مواد آب بندی پلی یوریتانی بواسطه ی گستره ی وسیع سختی و انعطاف پذیری، خاص می باشند. این محصولات دارای مقاومت به پوسته ای شدن مناسب، تیکسوتروپی خوب و چسبندگی مطلوب به انواع مختلف زیرلایه هستند. مواد آب بندی یوریتانی دارای ازدیاد طول و بازیابی استثنایی هستند. مقاومت به سایش و گسستگی قابل توجه موجب شده است تا مواد آب بندی پلی یوریتانی برای اتصال دهی کف و کاربردهای بزرگراهی، استفاده شوند. کاربردهای دما پایین این محصولات از پلی سولفیدها، بهتر است. به هر حال، تابش فرابفنش موجب می شود تا این مواد آب بندی تخریب شوند. مواد آب بندی یوریتانی برای کاربردهایی مناسب نیست که در آنها دما به طور پیوسته در گستره ی 180 فارنهایت، قرار دارد. ویژگی های نمونه وار مواد آب بندی یوریتانی در جدول 1 آورده شده است.

مواد آب بندی پلی یوریتانی به صورت نرمال، تک جزئی، فرموله می شوند. آنها مواد آب بندی ضد آب برای بتن، مصالح ساختمانی، شیشه، پلاستیک، چوب، آلومینیوم و بیشتر فلزها محسوب می شوند. مواد آب بندی پلی یوریتانی با فرمولاسیون مناسب می توانند عمر مفیدی برابر با 10 تا 20 سال داشته باشند. این عمر مفید، معادل عمر مفید مربوط به بسیاری از مواد آب بندی مطلوب، می باشد. این مواد آب بندی دارای قابلیت حرکت بین 25 تا 50 % می باشند. پلی یوریتانی موجب تشکیل مواد آب بندی انعطاف پذیر، با تافنس بالا و با قابلیت مقاومت در برابر سیلان سرد، می شوند که از آنها می توان در گستره ی دمایی 127 فارنهایت زیر صفر تا 400 فارنهایت، استفاده کرد.
مواد آب بندی پلی یوریتانی اغلب به منظور آب بندی پنجره ها و آفتابگیرها، قطعات ثابت کننده، بخش های انتقال آب، حفرات، فلنچ های لوله و اتصالات انبساطی، مورد استفاده قرار می گیرند. وقتی این مواد آب بندی را با مواد آب بندی سیلیکونی RTV مقایسه می کنیم، این فهمیده می شود که یوریتان ها اغلب دارای چسبندگی بیشتری هستند اما میزان مقاومت گرمایی آنها پایین تر است. به هر حال، یوریتان ها دارای خواص دما پایین بسیار خوبی هستند. یوریتان ها می توانند رنگ آمیزی شوند و عموماً مقاومت شیمیایی بهتری از خود نشان می دهند و میزان ازدیاد طول آنها دو برابر مواد آب بندی سیلیکونی RTV است. جدول 2 لیستی از مزیت ها و محدودیت های مربوط به مواد آب بندی پلی یوریتانی را دارا می باشد.

مواد آب بندی یوریتانی سیلاته شده (Silyated urethane sealants) برای توسعه ی گستره ی خواص این مواد آب بندی، مورد استفاده قرار گرفته است. پلیمرهای یوریتانی حاوی سیلان در حضور کاتالیست و رطوبت، پیوند عرضی می دهند و موجب تشکیل شبکه ی سیلوکسانی پایدار می شوند. این مکانیزم یکی از راه های جایگزین برای تکنولوژی یوریتانی کنونی، می باشد. این کار به متخصص فرمولاسیون کمک می کند تا مواد آب بندی با قابلیت عمل آوری سریع در دمای اتاق، تولید کنند. این مواد آب بندی عموماً دارای خواص فوق العاده ای نسبت به مواد آب بندی یوریتانی معمولی، هستند. مواد آب بندی یوریتانی سیلاته شده دارای چسبندگی خوبی به اکثر زیرلایه های متداول می باشند و دوام خوبی نیز دارند. این مواد آب بندی دارای ویژگی های چسبندگی استثنایی هستند و به خوبی به سطح پلاستیک هایی مانند PVC، ABS، پلی استایرن و اکریلیک، می چسبند. شکل 1 نشاندهنده ی این است که مواد آب بندی یوریتانی سیلاته شده مقاومت به پوسته ای شدن خوبی را بر روی اکثر زیرلایه ها دارند.

یک ماده ی آب بندی فومی شکل یوریتانی که حالت تک جزئی دارد، برای پر کردن شکاف های موجود در ماشین های سبک و سنگین و تریلرها، توسعه یافته است. علاوه بر این، از این مواد آب بندی در ثابت کردن وسایل لرزه گیر نیز استفاده می شود.

سیلیکون ها

مواد آب بندی بر پایه ی سیلیکون به صورت تک جزئی و دو جزئی، فرموله شده اند. این مواد یا با حرارت و یا در دمای اتاق، عمل آوری می شوند. سیستم های ولکانیزه ی دو جزئی عمل آوری شده در دمای اتاق، از طریق گروه های انتهایی مولکول های سیلانول، عمل آوری می شوند. یک ماده ی آب بندی تک جزئی، بواسطه ی برخورد با رطوبت موجود در هوا، عمل آوری می شود. پرایمرها برای ایجاد چسبندگی مناسب با ماده ی آب بندی، ضروری می باشند، اگر چه در بیشتر کاربردها، استفاده از این پرایمرها، ضروری نیست.
مواد آب بندی بر پایه ی سیلیکون بر اساس مخلوط هایی از پرکننده (مثلا سیلیس)، پلیمرهای سیلیکونی، اجزای ایجاد کننده ی پیوند عرضی و کاتالیست، تولید می شوند. این پلیمر دارای زنجیره ی اصلی سیلوکسانی است یعنی اتصال سیلیس- اکسیژن- سیلیس با گروه های الکیل، الکوکسی یا گروه های استوکسی پندانت. در مورد گروه آخر باید گفت که این گروه به سهولت هیدرولیز شده و به گروه های سیلانولی تبدیل می شود که موجب تشکیل زنجیره های طویل و تولید محصول فرعی الکل یا استیک اسید، می شوند. سیلان های سه عاملی به عنوان عوامل ایجاد کننده ی پیوند عرضی با کربوکسیلات های فلزی استفاده می شوند.
مواد آب بندی سیلیکونی بدون حلال هستند و دارای ویژگی های شرینکیج پایینی می باشند. این مواد در گستره ی دمای 40 درجه فارنهایت زیر صفر تا 150 فارنهایت، اعمال می شوند. سیستم های تک جزئی نیازمند دسترسی به رطوبت برای عمل آوری هستند و بنابراین، عمق این مواد عمل آوری نمی شوند. معمولا عمقی به اندازه ی یک اینچ، به خوبی عمل آوری می شود. بنابراین، اتصال های با عمق بیشتر از 2 اینچ، توصیه نمی شود. سیستم های دو جزئی نیازمند دسترسی به رطوبت برای عمل آوری نیستند.
محصولات عمل آوری شده به عنوان پرکننده های انعطاف پذیر و یا مواد آب بندی انعطاف پذیر، استفاده می شوند. مواد آب بندی سیلیکونی می توانند به خوبی به سطوح مختلف بچسبند. رنگ به سطح این مواد آب بندی نمی چسبد. این گروه از مواد آب بندی دارای قابلیت حرکت بالاتری هستند. حتی در برخی از آنها، میزان این قابلیت حرکت، 100 % نیز می شود. مقاومت آنها به حرارت، آب و اشعه ی UV استثنایی است. مواد سیلیکونی دارای مقاومت دما بالای مطلوبی هستند. این مسئله تا دمای 450 فارنهایت، مشاهده می شود. گریدهای خاصی از این مواد خواصی مشابه مواد آب بندی سیلیکونی استاندارد را تا دمای 600 فارنهایت، حفظ می کنند و مقاومت آنها نسبت به حلال ها و مواد روغنی نیز بالاست. مواد آب بندی سیلیکونی دارای محدودیت های کمتری نسبت به سایر گریدهای با قیمت بالاتر می باشد. این انتظار وجود دارد که این مواد می توانند عمر مفیدی در گستره ی 20 تا 30 سال داشته باشند. جدول 3 لیستی از مزیت ها و محدودیت های مربوط به مواد آب بندی سیلیکونی را بیان کرده است.

سیلیکون های ولکانش یافته در دمای اتاق، به صورت واشرها و اجزای گلدانی شکل، تولید می شوند. آنها همچنین در آب بندی اتصال های خارجی، آب بندی اتصال های فلز- شیشه، اتصال های انبساطی و آب بندی وان حمام، استفاده می شوند. مواد یک جزئی همچنین در صنعت الکترونیک، آب بندی اتومبیل و کاربردهای دریایی نیز استفاده می شود. مشابه با سایر مواد آب بندی عمل آوری شده با رطوبت، سیلیکون های تک جزئی نیز در حین ذخیره سازی باید در برابر رطوبت، محافظت شوند.
آزاد شدن اسید استیک به عنوان محصول فرعی عمل آوری تراکمی می تواند یکی از دغدغه های مهم در بسیاری از کاربردها باشد زیرا این اسید می تواند موجب ایجاد خوردگی در اجزای فلزی موجود شود. برای این کاربردها، فرمولاسیون های سیلیکونی جایگزین توسعه یافته است که به جای اسید استیک، متانول آزاد می کنند.
مواد آب بندی سیلیکونی دو جزئی در فضاپیما، صنعت اتومبیل و صنعت الکترونیکی، کاربرد دارند. این مواد در اتصال هایی مطلوب ترند که طراحی اتصال دسترسی کمتری به رطوبت محیط دارد. سیلیکون های دو جزئی به عنوان مواد آب بندی و کپسوله کردن قطعات الکترونیکی، نیز استفاده می شوند.
مواد آب بندی تولید شده از کوپلیمرهای استایرن بوتادین
مواد آب بندی کوپلیمری بلوک بر پایه ی حلال که حاوی رزین های استایرن بوتادین می باشند، دارای دو سطح قابلیت تحرک می باشند. در حقیقت این مواد دارای گستره ی تحرک 10 تا 25 % می باشند. فرمولاسیون های کنونی این مواد آب بندی حاوی مقادیر زیادی روغن های مختلف، پلاستیسایزر و رزین های مربوطه می باشند. عوامل تکتیفایری و پایدارسازهای UV نیز به طور متداول در مواد آب بندی کوپلیمری استایرت بوتادین، استفاده می شود. اگر این اصلاح کننده ها فرار باشند و یا رآکتیو باشند، ماده ی حاصله می تواند سخت باشد و از این رو، میزان قابلیت حرکت افت می کند. صنعت ساختمان از این مواد آب بندی برای اتصال دهی اجزای سرامیکی و اتصال دهی کاشی، استفاده می کند. این مواد همچنین برای اتصال دهی صفحات کاشی استفاده می شوند.
مواد آب بندی ذوبی همچنین بر پایه ی استایرن بوتادین نیز تولید شده اند. از آنجایی که مواد آب بندی ترموپلاست می توانند به صورت ذوبی، اعمال شوند، زمان گیرش این مواد کوتاه تر از مواد عمل آوری شده ی شیمیایی و یا مواد عمل آوری شده با آب می باشند.

کلروپرن ها

پلی کلروپرن (نئوپرن) می تواند به صورت سیستم تک جزئی و دو جزئی در تولید مواد آب بندی، استفاده شود. برای سیستم های دو جزئی، عمر نگهداری و نرخ های عمل آوری می تواند در گستره ی وسیعی، تغییر کند. یک سیستم دو جزئی، شامل رزین های پایه و یک یا چند سرعت دهنده مانند پلی آلکیل پلی آمین یا آلدهید آمین ها، پرکسید سرب و برخی آمین های چهارگانه، باشند. ترکیبی از سرعت دهنده های مختلف اغلب برای کنترل عمر کاری، استفاده می شود. مخلوط سازی مناسبی در زمان اعمال این مواد آب بندی، ضروری است. برخی از سیستم های دو جزئی از این ماده ی آب بندی، قادر به عمل آوری در دمای اتاق، می باشند. یک سیستم تک جزئی دارای ترکیب نمونه وار زیر است:

سیستم های تک جزئی بوسیله ی تبخیر حلال و در دماهای بالا، عمل آوری می شوند.
کامپوزیت های نئوپرنی عمل آوری شده، دارای خواص الاستومری و مقاومت در برابر روغن، مواد شیمیایی، ازون، اکسیداسیون و حرارت خوبی هستند. مواد آب بندی نئوپرنی با بتن های آسفالتی و قیر نیز تطابق دارند و بنابراین، اغلب در کاربردهای ریل قطار، استفاده می شوند.

سایر مواد آب بندی خاص

یک خانواده از مواد آب بندی حاوی گوگرد نیز بر پایه ی تریواترها، توسعه یافته است. ساختار تریواتر به صورت گرمایی پایدارتر از پلی سولفید است. دمای عملیاتی مربوط به این مواد آب بندی 60 تا 70 درجه بالاتر از دمای مربوط به پلی سولفیدها، می باشد. تریواترها دارای پایداری هیدرولیتیکی بهتری هستند و مقاومت شیمیایی آنها از پلی سولفیدها، بیشتر است. این مواد آب بندی به صورت خاص برای تولید کامپوزیت ها در صنعت هواپیمایی، استفاده می شوند.
رابرهای نیتریلی نیز دارای سطوح حلال بالاتری هستند تا بدین صورت، به راحتی، سیلال پیدا کنند. بنابراین، مواد اب بندی نیتریلی تنها در کاربردهایی متداول هستند که مقاومت به حلال و روغن آن، بالا باشد.
نوارهای چسب پلی وینیل کلراید و پلی اولفین ها نیز می توانند در بسیاری کاربردها، جایگزین مواد آب بندی متداول شوند. این نوارها می توانند به گونه ای استفاده شوند که تشکیل یک بخش آب بندی را دهند. این مواد به طور کلی راحت تر استفاده می شوند و ظاهری مشابه مواد اکسترودر شده، دارند.
سیستم های پلیمری صلب نیز به عنوان مواد جوشکاری و یا درزگیر، استفاده می شوند. این پلیمرها، در جاهایی استفاده می شوند که نیاز به حرکت نباشد. این سیستم ها حاوی پلی استرها، مواد فنولیکی، اوره و رزین های فورانی هستند. این مواد برای آب بندی و پوشش کاری سطوح متخلخل مانند آجر و بتن، استفاده می شوند.
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.
منبع مقاله :
Handbook of adhesives and sealants/ Edxard M. Petrie