Hiện nay, trên thị trường có nhiều loại chất trám kín đàn hồi phản ứng một thành phần thông dụng, chủ yếu là các sản phẩm trám kín silicone và polyurethane. Các loại chất trám kín đàn hồi khác nhau có sự khác biệt về nhóm chức hoạt tính và cấu trúc mạch chính sau khi đóng rắn. Do đó, có những hạn chế nhất định trong các lĩnh vực và bộ phận ứng dụng của chúng. Bài viết này giới thiệu cơ chế đóng rắn của một số chất trám kín đàn hồi phản ứng một thành phần thông dụng và so sánh ưu nhược điểm của các loại chất trám kín đàn hồi khác nhau, nhằm giúp chúng ta hiểu sâu hơn và đưa ra lựa chọn phù hợp trong ứng dụng thực tế.
1. Cơ chế đóng rắn phổ biến của chất trám kín đàn hồi phản ứng một thành phần.
Các chất trám kín đàn hồi phản ứng một thành phần phổ biến chủ yếu bao gồm: silicone (SR), polyurethane (PU), polyurethane biến tính kết thúc bằng nhóm silyl (SPU), polyether kết thúc bằng nhóm silyl (MS). Các tiền polymer có các nhóm chức hoạt tính khác nhau và cơ chế phản ứng đóng rắn khác nhau.
1.1Cơ chế đóng rắn của chất trám kín đàn hồi silicone
Hình 1. Cơ chế đóng rắn của chất trám kín silicone.
Khi sử dụng chất trám kín silicone, tiền polymer phản ứng với một lượng nhỏ hơi ẩm trong không khí rồi đông cứng hoặc lưu hóa dưới tác dụng của chất xúc tác. Sản phẩm phụ là các chất phân tử nhỏ. Cơ chế được thể hiện trong Hình 1. Dựa trên các chất phân tử nhỏ khác nhau được giải phóng trong quá trình đóng rắn, chất trám kín silicone cũng có thể được chia thành loại khử axit, loại khử ketoxime và loại khử cồn. Ưu điểm và nhược điểm của các loại keo silicone này được tóm tắt trong Bảng 1.
Bảng 1. So sánh ưu điểm và nhược điểm của một số loại keo silicone.
1.2 Cơ chế đóng rắn của chất trám kín đàn hồi polyurethane
Keo polyurethane một thành phần (PU) là một loại polymer chứa các đoạn urethane lặp lại (-NHCOO-) trong chuỗi chính của phân tử. Cơ chế đóng rắn là isocyanate phản ứng với nước tạo thành chất trung gian carbamate không bền, sau đó chất này nhanh chóng phân hủy tạo ra CO2 và amin, rồi amin phản ứng với lượng isocyanate dư thừa trong hệ thống, cuối cùng tạo thành chất đàn hồi có cấu trúc mạng lưới. Công thức phản ứng đóng rắn của nó như sau:
Hình 1. Cơ chế phản ứng đóng rắn của chất trám kín polyurethane.
1.3 Cơ chế đóng rắn của chất trám kín polyurethane biến tính silan
Hình 3. Cơ chế phản ứng đóng rắn của chất trám kín polyurethane biến tính silan.
Nhận thấy một số nhược điểm của chất trám polyurethane, gần đây polyurethane đã được biến tính bằng silane để chế tạo chất kết dính, tạo thành một loại chất kết dính trám kín mới với chuỗi chính có cấu trúc polyurethane và nhóm cuối là alkoxysilane, được gọi là chất trám polyurethane biến tính silane (SPU). Phản ứng đóng rắn của loại chất trám này tương tự như của silicone, nghĩa là các nhóm alkoxy phản ứng với độ ẩm để trải qua quá trình thủy phân và trùng hợp tạo thành cấu trúc mạng ba chiều Si-O-Si ổn định (Hình 3). Các điểm liên kết chéo của mạng và giữa các điểm liên kết chéo là các cấu trúc phân đoạn linh hoạt của polyurethane.
1.4 Cơ chế đóng rắn của chất trám kín polyete kết thúc bằng nhóm silyl
Keo polyete kết thúc bằng nhóm silyl (MS) là chất kết dính đàn hồi một thành phần dựa trên sự biến tính silan. Sản phẩm này kết hợp những ưu điểm của cả polyurethane và silicone, là thế hệ sản phẩm keo dán mới, không chứa PVC, dầu silicone, isocyanate và dung môi. Keo MS phản ứng với hơi ẩm trong không khí ở nhiệt độ phòng, làm cho polyme silan hóa với cấu trúc -Si(OR) hoặc -SIR(OR)- bị thủy phân ở đầu chuỗi và liên kết chéo thành chất đàn hồi với cấu trúc mạng Si-O-Si để đạt được hiệu quả bịt kín và liên kết. Quá trình phản ứng đóng rắn như sau:
Hình 4. Cơ chế đóng rắn của chất trám kín polyete kết thúc bằng nhóm silyl.
2. So sánh ưu điểm và nhược điểm của các loại chất trám kín đàn hồi phản ứng một thành phần thông dụng
2.1 Ưu điểm và nhược điểm của chất trám kín silicone
⑴Ưu điểm của chất trám kín silicone:
① Khả năng chống chịu thời tiết, chống oxy hóa, chống ozone và chống tia cực tím tuyệt vời; ② Độ dẻo dai tốt ở nhiệt độ thấp.
⑵Nhược điểm của chất trám kín silicone:
① Khả năng trang trí lại kém và không thể sơn phủ; ② Độ bền xé thấp; ③ Khả năng chống dầu không đủ; ④ Không chống thủng; ⑤ Lớp keo dễ tiết ra chất dầu gây ô nhiễm bê tông, đá và các bề mặt rời khác.
2.2 Ưu điểm và nhược điểm của chất trám kín polyurethane
⑴Ưu điểm của chất trám kín polyurethane:
① Độ bám dính tốt với nhiều loại bề mặt; ② Độ dẻo dai tuyệt vời ở nhiệt độ thấp; ③ Độ đàn hồi tốt và khả năng phục hồi tuyệt vời, thích hợp cho các mối nối động; ④ Độ bền cơ học cao, khả năng chống mài mòn, chống dầu và chống lão hóa sinh học tuyệt vời; ⑤ Hầu hết các chất trám kín polyurethane một thành phần đóng rắn bằng độ ẩm đều không chứa dung môi và không gây ô nhiễm cho bề mặt và môi trường; ⑥ Bề mặt chất trám kín có thể sơn phủ và dễ sử dụng.
⑵Nhược điểm của chất trám kín polyurethane:
① Khi đóng rắn trong môi trường nhiệt độ và độ ẩm cao với tốc độ tương đối nhanh, dễ tạo ra bọt khí, ảnh hưởng đến hiệu suất của chất trám; ② Khi dán và bịt kín các bộ phận của chất nền không xốp (như thủy tinh, kim loại, v.v.), thường cần phải có lớp sơn lót; ③ Công thức màu nhạt dễ bị lão hóa do tia UV, và độ ổn định khi bảo quản của keo bị ảnh hưởng rất nhiều bởi bao bì và điều kiện bên ngoài; ④ Khả năng chịu nhiệt và chống lão hóa hơi kém.
2.3 Ưu điểm và nhược điểm của chất trám kín polyurethane biến tính silan
⑴Ưu điểm của chất trám kín polyurethane biến tính silane:
① Quá trình đóng rắn không tạo bọt khí; ② Có độ dẻo dai tốt, khả năng chống thủy phân và ổn định kháng hóa chất; ③ Khả năng chống chịu thời tiết, chịu nhiệt, chống lão hóa tuyệt vời, độ ổn định khi bảo quản sản phẩm; ④ Khả năng thích ứng rộng với nhiều loại bề mặt, khi dán thường không cần lớp sơn lót; ⑤ Bề mặt có thể sơn phủ.
⑵Nhược điểm của chất trám kín polyurethane biến tính silane:
① Khả năng chống tia cực tím không tốt bằng chất trám kín silicone; ② Khả năng chống rách kém hơn một chút so với chất trám kín polyurethane.
2.4 Ưu điểm và nhược điểm của chất bịt kín polyete kết thúc bằng nhóm silyl
⑴Ưu điểm của chất bịt kín polyete kết thúc bằng nhóm silyl:
① Có đặc tính bám dính tuyệt vời với hầu hết các chất nền và có thể đạt được liên kết kích hoạt không cần lớp sơn lót; ② Có khả năng chịu nhiệt và chống lão hóa do tia UV tốt hơn so với polyurethane thông thường; ③ Có thể sơn phủ lên bề mặt.
⑵Nhược điểm của chất bịt kín polyete kết thúc bằng nhóm silyl:
① Khả năng chống chịu thời tiết không tốt bằng silicone, và xuất hiện các vết nứt trên bề mặt sau một thời gian sử dụng; ② Độ bám dính với kính kém.
Qua phần giới thiệu trên, chúng ta đã có hiểu biết sơ bộ về cơ chế đóng rắn của một số loại keo dán đàn hồi phản ứng một thành phần thông dụng, và bằng cách so sánh ưu nhược điểm của chúng, chúng ta có thể hiểu tổng thể về từng sản phẩm. Trong ứng dụng thực tế, có thể lựa chọn keo dán phù hợp với điều kiện ứng dụng thực tế của bộ phận cần dán để đạt được hiệu quả bịt kín hoặc liên kết tốt cho bộ phận đó.
Thời gian đăng bài: 15 tháng 11 năm 2023