Повышение адгезионной прочности полиуретановых герметиков для производства стеклопакетов

УДК 678. 684. 82. 04.

А. И. Куркин, А. В. Куликов, Д. Ф. Яковенко,

Ф. М. Палютин

ПОВЫШЕНИЕ АДГЕЗИОННОЙ ПРОЧНОСТИ ПОЛИУРЕТАНОВЫХ ГЕРМЕТИКОВ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТЕКЛОПАКЕТОВ

Работа посвящена выбору эффективных добавок для повышения адгезионной прочности полиуретановых герметиков.

Сегодня на рынке герметиков для производства стеклопакетов наиболее бурно развиваются полиуретановые составы, т.к., обладая более низкой стоимостью, они ничем не уступают по качеству наиболее популярным и известным полисульфидным герметикам.

Полиуретановые стеклопакетные герметики, так же, как и полисульфидные, являются двухкомпонентными - основная паста представляет собой смесь полиэфир-полиолов с двойными связями в основной цепи (олигобутадиенполиолы), пластификаторов, наполнителей, тиксотропных агентов и катализаторов отверждения. Отвердителем является изоцианатсодержащее соединение.

Одной из наиболее важных характеристик стеклопакетных герметиков является адгезия к стеклу и алюминию. При разработке полиуретановых герметиков для производства стеклопакетов было установлено, что, несмотря на более высокую природную адгезию полиуретанов по сравнению с другими (полисульфидом, бутилкаучуком, акрилом, силиконом), что обуславливается высокой активностью изоцианатов к различным субстратам (стеклу, алюминию, нержавеющей стали и др.) [1], необходимо повысить её, что обычно достигается путем использования адгезионных добавок.

В данной работе, в качестве адгезивов были опробованы:

Ы-[3-(триметоксисилил)пропил]бутиламин (Dynasylan 1189 - Degussa);

[3-(2,3-эпокспропокси)пропил]триметоксисилан (Dynasylan GLYMO - Degussa);

у-аминопропилтриэтоксисилан (АГМ-9 - Алтайхимпром);

Жидкое стекло (водный раствор силиката натрия);

Смола эпоксидная ЭД-20 («Уфахимпром»).

Вышеперечисленные вещества являются усилителями адгезии для герметиков различной природы [2].

Адгезивы вводились в основную пасту герметика в одинаковом количестве (0,2 г на 100 г герметика). Метод испытания герметиков на адгезионную прочность заключается в следующих этапах:

1. Смешение основной пасты и отвердителя;

2. Формование конструкции «алюминий-герметик-алюминий» и «стекло-герметик-стекло» в соответствии с рис.1

3. Выдержка конструкции перед испытанием - 48 ч после формования конструкции при +20 0С.

4.. Нагрузка конструкции - испытываемая конструкция верхней частью (рис. 2) жестко крепится к неподвижной плоскости, а к нижней части конструкции прикрепляется контрольный груз весом 18 кг, что соответствует давлению на слой герметика 0,3МПа;

5. Замер времени до образования разрывов отвержденного герметика и/или отслоений герметика от поверхности стекла/алюминия.

Рис. 1 - Чертеж конструкции для испытания герметиков на адгезию к стеклу/алюминию: 1 - алюминий или стекло; 2 - герметик; 3 - фиксаторы

в

гіугіттг.і.т ; -¿"¡у; 1-у

Испытываемая

конструкция

Груз

Рис. 2 - Схема приспособления для нагрузки конструкции

Результаты испытаний приведены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1 - Испытания герметиков на адгезионную прочность к стеклу

Герметик Время под нагрузкой, мин

1. Без адгезива 3

2. С БупаБу1ап 1189 21

3. С Бупаву1ап ОЬУМО 12

4. С АГМ-9 15

5. С жидким стеклом 4

6. С ЭД-20 9

Таблица 2 - Испытания герметиков на адгезионную прочность к алюминию

Герметик Время под нагрузкой, мин

1. Без адгезива 0,5

2. С БупаБу1ап 1189 12

3. С Бупаву1ап ОЬУМО 4

4. С АГМ-9 9

5. С жидким стеклом 0,5

6. С ЭД-20 3

Как видно из полученных результатов, наиболее эффективными адгезионными добавками являются аминосиланы - Бупаву1ап 1189 и АГМ-9. Очевидно, это связано с химической активностью аминных групп адгезивов с изоцианатными группами отвердителя, в результате чего происходит модификация отвердителя (превращение концевых изоцианатных групп в концевые метоксигруппы) с последующим взаимодействием алкоксигрупп с поверхностью субстрата (рис. 3.).

Более слабый адгезионный эффект АГМ-9 по сравнению с БупаБу1ап 1189 можно объяснить тем, что первичная аминогруппа АГМ-9 чрезвычайно активна по отношению КСО-группам отвердителя и в процессе смешивания основной пасты с отвердителем происходит неравномерная пришивка аминосилана на отвердитель. В случае с БупаБу1ап 1189 вторичная аминогруппа обладает более низкой активностью по отношению к изоцианату, что дает возможность равномерному модифицированию отвердителя в процессе его смешивания с пастой.

Адгезивы с эпоксидными группами (БупаБу1ап ОЬУМО и эпоксидная смола) оказывают менее выраженный эффект, что можно объяснить более низкой реакционной способностью эпоксигрупп с изоцианатными.

Использование жидкого стекла не принесло никакого эффекта.

Рис. 3 - Химизм адгезионной активности аминосиланов в системах «Изоцианатсодержащий олигомер - стекло/алюминий»

По требованиям, предъявляемым к стеклопакетным герметикам ведущими мировыми производителями, время пребывания испытуемой конструкции под давлением 0,3 МПа должно быть не менее 10 мин. Учитывая их, из всех изученных в данной работе, единственным удовлетворяющим адгезивом для конкретного полиуретанового герметика является Ы-[3-(триметоксисилил)пропил]бутиламин (БупаБу1ап 1189).

Литература

1. Берлин А.А., Басин В.Е. Основы адгезии полимеров. М., 1974.

2. Вакула В. Л., Притыкин Л.М. Физическая химия адгезии полимеров. М. 1984.

© А. И. Куркин - канд. техн. наук, зав. лаб. полиэфиров и полиуретанов ОАО «КЗСК»; А. В. Куликов - асп. каф. технологии синтетического каучука КГТУ; Д. Ф. Яковенко -канд. хим. наук, вед. инж.-химик лаб. полиэфиров и полиуретанов ОАО «КЗСК»; Ф. М. Палютин - канд. хим. наук, ген. д-р ОАО «КЗСК».