W oknach szyby łączą się ze sobą i z ramami okiennymi przy pomocy szczeliw, tworząc szyby zespolone. Szczeliwa mogą być różnego rodzaju. W Europie, w szybach zespolonych, przyjęto stosować jednocześnie dwa rodzaje szczeliw: pierwotne, doskonale izolujące od pary wodnej i gazów oraz wtórne, nadające połączeniom szczeliwowym wytrzymałość mechaniczną.

 

O szczeliwach ogólnie

Szczeliwo składa się z polimeru, wypełniacza, ew. plastyfikatora, katalizatora, środka powierzchniowo czynnego (SPC), stabilizatora i innych środków pomocniczych.


Głównym składnikiem szczeliwa jest polimer, stanowiący materiał wiążący, nadający szczeliwu przyczepność do różnych materiałów (aluminium, stal, drewno, tworzywa sztuczne), wytrzymałość i zapewniający małą przepuszczalność pary wodnej i gazów (PPWiG). PPWiG jest tym mniejsza im mniej polarny jest polimer. Najmniej polarne wśród polimerów są poliwęglowodory a wśród nich te, które zawierają więcej wiązań węgiel-wodór (C-H), a więc poliwęglowodory nasycone. Szczeliwo powinno być elastyczne, a więc polimery wiążące powinny być elastomerami poliwęglowodorowymi (wydłużenie odwracalne przy zerwaniu >200%), nie może to być sztywny polietylen lub polipropylen.


Polimery do szczeliw dzielą się na termoplastyczne (np. poliizobutylen) i utwardzalne (polisiarczek, poliuretan, silikon, kauczuk butylowy) [1].


Do elastomerów poliwęglowodorowych należą: polibutadien (PB), poliizopren (PI), kauczuk budienowo-styrenowy (KBS), poliizobutylen (PIB), kopolimer PIB ze związkami wielonienasyconymi czyli kauczuk butylowy (tzw. butyl), kauczuk etylenowo-propylenowy (KEP), kopolimer etylenu-propylenu z dienem (EPDM) i inne kopolimery monomerów mononienasyconych z wielonienasyconowymi.


Otrzymywanie szczeliw dzieli się na kilka etapów:
1. Przygotowanie surowców
2. Przygotowanie aparatury produkcyjnej
3. Otrzymywanie szczeliw
4. Przetwórstwo szczeliw
5. Metody oceny
5.1 Surowców
5.2. Wytwarzania szczeliw
5.3. Przetwórstwa szczeliw
5.4. Właściwości szczeliw
5.4.1 Szybkie metody bieżącej oceny właściwości
5.4.2. Szczegółowe metody oceny szczeliw
6. Normalizacja


W niniejszym opracowaniu zajęto się przede wszystkim otrzymywaniem (p. 3) i właściwościami szczeliw (p. 5.4). Szczeliwa bowiem decydują o właściwościach izolacyjnych okien i szyb zespolonych oraz o trwałości tych właściwości. Za główne kryterium oceny przyjęto uzyskanie jak największej izolacyjności termicznej szyb zespolonych, przy zadowalających pozostałych właściwościach.

 


Celem jest otrzymanie uniwersalnego, możliwie taniego szczeliwa, formowanego i sieciującego w temperaturze pokojowej, na produkt o optymalnych właściwościach.


Przez „optymalne właściwości szczeliwa” rozumie się: dobrą adhezję do podłoży (większą niż kohezja), dobre właściwości mechaniczne (wytrzymałość i elastyczność), odporność na działanie wody, światło i starzenie, a przede wszystkim jak najmniejszą przepuszczalność par wody i gazów. Gaz pomiędzy szybami powinien być suchy, dobrze, jeśli jest to gaz obojętny. Wilgoć zwiększa przewodnictwo cieplne gazu w przestrzeni międzyszybowej a gaz obojętny (np. argon) przewodnictwo to zmniejsza (w stosunku do powietrza). Małe PPWiG zapewnia nieprzenikanie par wody do, a gazu obojętnego z przestrzeni międzyszybowej.


Aby szczeliwa można było otrzymywać i stosować w temperaturze pokojowej wyjściowy polimer powinien być ciekły. Warunek płynności w temperaturze pokojowej eliminuje większość polimerów węglowodorowych, które w temperaturze pokojowej przyjmują stan stały (polietylen, polipropylen itp.). Ciekłe mogą być jednak odpowiednie oligomery. Gotowy polimer w szczeliwie powinien być elastomerem.


Ciekłe oligomery, korzystnie węglowodorowe, nie zapewniają jednak szczeliwu trwałej wytrzymałości w temperaturze pokojowej i dlatego powinny zawierać grupy reaktywne, zapewniające oligomerom przedłużenie i usieciowanie. Korzystnie jest, jeśli na końcach cząsteczek oligomeru znajdują się co najmniej dwie grupy reaktywne.


Wielkość cząsteczek ciekłego „prepolimeru” (oligomeru) przed sieciowaniem powinna być na tyle mała, aby oligomer był ciekły w temperaturze pokojowej, a jednocześnie na tyle duża aby prężność jego par była niezauważalna. Płynność (lepkość) oligomeru, przy tej samej wielkości cząsteczki, jest tym mniejsza im mniej są polarne, to znaczy im słabiej oddziaływają ze sobą ich cząsteczki. Najmniej polarne są węglowodory alifatyczne. Większość grup polarnych: -CO, -COO-, -OH, związki azotowe, pierścienie (zwłaszcza aromatyczne), zwiększa lepkość i temperaturę topnienia polimerów, w tym oligomerów. Jedynie grupy eterowe – O- – mogą zwiększać płynność polimerów, jednakże wiązania te zwiększają hydrofilowość i przepuszczalność par i gazów.

 

43-fot1

Rys. 1. Schemat szyby zespolonej 

 

Po uformowaniu szczeliwa, ciekłe oligomery należy sieciować poprzez obecne w nich grupy reaktywne aby nadać szczeliwu trwałą wytrzymałość. Większość grup reaktywnych jest polarna. Najmniej polarnymi grupami reaktywnymi są wiązania podwójne (lub potrójne) węgiel-węgiel. Dlatego najbardziej korzystnych właściwości (najmniejszej PPWiG) należy oczekiwać wśród oligowęglowodorów zakończonych grupami wielokrotnymi węgiel-węgiel.


Sieciowanie ciekłych oligomerów w temperaturze pokojowej wymaga: 
- zapewnienia dostatecznej reaktywności grup reaktywnych i szybkości sieciowania oligomeru w temperaturze pokojowej, osiąganej zwykle przez dobór odpowiedniego katalizatora, 

- ustalenia wpływu grup reaktywnych na właściwości usieciowanego polimeru i szczeliwa, zależnego od rodzaju środka sieciującego i katalizatora sieciowania. 

 
Aktualnie znamy kilka rodzajów handlowych elastomerów poliwęglowodorowych:
a) kopolimery IB z węglowodorami zawierającymi co najmniej dwa wiązania podwójne, zwane kauczukami butylowymi, w skrócie „butylami” *) 
b) terpolimery etylen-propylen-dien, w skrócie EPDM.
c) kauczuki dienowe (np. polimery i kopolimery butadienu, izoprenu).

 

*) Należy rozróżnić nazwę „butyl(e)” popularnie nadawaną termoplastycznym PIB od sieciowalnych kauczuków butylowych, również nazywanych „butylami”.


Znane są również inne elastomery węglowodorowe ale o mniejszym znaczeniu. 
Polimery etylenu (polietylen – PE) i propylenu (polipropylen – PP) są sztywne (krystalizują) w temperaturze pokojowej. Kopolimery etylenu z propylenem są elastomerami ale dopiero mały dodatek dienu nadaje im zdolność sieciowania.


Reaktywność w ciekłych oligomerach może pochodzić bezpośrednio z wiązań nienasyconych (najlepiej końcowych) lub powstawać pośrednio w wyniku  reakcji tych wiązań ze związkami pośrednimi, wbudowującymi do oligomeru grupy reaktywne. Takimi związkami pośrednimi mogą być: pochodne silanowe, z grupami tri(alkoksy)silanowymi, np. tri(metoksy) alkilo-tiosilany, (met)akrylotri(metoksy)alkilosilan oraz izocyjaniany i niektóre ich pochodne.


Im mniej polarne są grupy reaktywne, tym mniejszy jest współczynnik dyfuzji pary wodnej i gazów obojętnych. Polimery węglowodorowe należą do najbardziej hydrofobowych, a jednocześnie mało lepkich i najtańszych. Polimetylosiloksany są, co prawda, również hydrofobowe ale polarne i stosunkowo dobrze przepuszczają gazy i parę wodną. 


W pierwszej kolejności otrzymuje się ciekłe w temperaturze pokojowej, reaktywne oligomery, korzystnie węglowodorowe (np. poliizobutylenowe), zawierające w cząsteczkach, korzystnie na ich końcach, co najmniej po dwie grupy reaktywne.


Następnym etapem produkcji (p. 4) jest otrzymanie szczeliwa, składającego się z ciekłego, reaktywnego oligomeru, napełniacza – korzystnie reaktywnego lub przyjmującego regularną strukturę, ew. plastyfikatora, katalizatora, inhibitora, SPC i innych środków pomocniczych.


Etap końcowy (p. 4) – to formowanie i sieciowanie szczeliw.

 

Tabela 1. Skład i właściwości węglowodorów alifatycznych (alkanów)

 43-fot4


Omówienie szczegółowe
1.Polimery wiążące
Głównymi monomerami nienasyconymi, z których otrzymuje się elastomery węglowodorowe do szczeliw są: etylen (E) i propylen (P), izobutylen (IB) oraz inne alkieny. Poniżej elastomery te omówiono bardziej szczegółowo.

 

43-fot3


Rys. 5. Wzór poliizobutylenu

 

Poliizobutylen (PIB)
ma budowę liniową [C(CH3)2CH2]n [2]. Otrzymuje się go przez polimeryzację izobutylenu, rodnikową [3], radiacyjną [4], kationową [5, 5a,5b], anionową i koordynacyjną. Istnieją 3 rodzaje izobutylenów: 1,1-dimetyloetylen, 1,2-dimetyloetylen i etyloetylen [6,7].


Tu omówimy bliżej poli(1,1-dimetyloetylen), w skrócie IB, i jego polimer PIB. Właściwości PIB zależą od jego ciężaru cząsteczkowego (c.cz.) Wielkocząsteczkowy PIB ma właściwości wiskoelastyczne.


PIB, stosowany jako szczeliwo pierwszego rzutu, ma najmniejszy współczynnik dyfuzji par wody i gazów ze wszystkich polimerów i dlatego jest stosowany w szczeliwach jako pierwsza warstwa uszczelniająca (uszczelnienie pierwotne).


Współczynnik dyfuzji pary wodnej PIB jest bardzo mały [8] i wynosi 0,05 g.min/m2.d.bar [9-11]. Użycie PIB jako szczeliwa zmniejsza do minimum dyfuzję pary wodnej do oraz dyfuzję gazów obojętnych z wnętrza szyb zespolonych, zapewniając maksymalną i trwałą izolację szyb. PIB jest jednak trwale termoplastyczny i nie zapewnia szczeliwom trwałej wytrzymałości mechanicznej. Trwałą wytrzymałość zapewnia mu dopiero usieciowanie polimeru. Aby utrzymać szczeliwo o właściwościach konstrukcyjnych i najmniejszym współczynniku dyfuzji par wody i gazów należy użyć sieciujący PIB. W tym celu należy PIB odpowiednio zmodyfikować. Użycie sieciującego PIB eliminuje konieczność użycia drugiej, sieciującej, warstwy szczeliwa, (np. poliuretanu lub polisiarczku).


Zmniejsza się przy tym pracochłonność i zużycie materiału, zmniejsza koszt produkcji. Najkorzystniejsze dla elastyczności polimeru jest wprowadzanie grup reaktywnych na końcach cząsteczek PIB. Przez żyjącą polimeryzację kationową (np. izobutylenu) w roztworze, otrzymuje się dobrze zdefiniowane polimery, zakończone pożądanymi reaktywnymi grupami końcowymi.

 

43-fot2

Rys. 4. Rodzaje węglowodorów

 

 

Jednym ze znanych sieciujących PIB jest kauczuk butylowy [27], kopolimer izobutylenu (IB) z 0,5-5% wag. izoprenu [12-18], butadienu [19], dicyklopentadienu [20, 22] lub innych związków zawierających co najmniej dwa wiązania podwójne [20, 21, 22, 23, 27].


Węglowodorowy składnik reaktywny zapewnia polimerowi najmniejszą lepkość i najmniejszą przepuszczalność gazów [17, 71] i pary wodnej.


PIB można wulkanizować siarką lub wielofunkcyjnymi związkami nitrozowymi [24]. Kauczuk butylowy jest jednak stały i aby go formować należy go ogrzać i stopić (tzw. „hot melt”). „Hot meltami” są również inne termoplasty o stosunkowo wysokiej temperaturze topnienia. Szczeliwa natomiast korzystniej jest formować w temperaturze pokojowej, powinny więc w tej temperaturze być ciekłe. Lepkość i konsystencja PIB zależy od jego ciężaru cząsteczkowego. Oligomery izobutylenu są ciekłe, wyższe polimery – stałe. 


Do otrzymywania szczeliw należy więc użyć ciekłych oligomerów IB, tak zmodyfikowanych, aby miały zdolność sieciowania w temperaturze pokojowej.

 

Modyfikacja oligoizobutylenu (OIB) nie powinna nadmiernie zwiększać lepkości oligomeru, ani tym bardziej nadawać mu konsystencji stałej. Lepkość najbardziej zwiększają składniki polarne.


Najmniejszą lepkość (przy tym samym ciężarze cząsteczkowym) mają reaktywne oligomery zawierające niepolarne wiązania podwójne [24], a w perspektywie – potrójne [25], węgiel-węgiel [24].


Małocząsteczkowy PIB o c.cz. 300-5000 otrzymuje się z IB wobec dietylochloroglinu [26] lub trietyloglinu. PIB [53] o c.cz. 300 ma w temp. 100oC lepkość 3-5 cSt a PIB o c.cz. 1000 – 220-270 cSt [27]. PIB o c. cz. 700-1500 ma w temp. pokojowej lepkość 10-1000 cSt [28].


PIB o c.cz. 25-35 tys. mają lepkość 68-80 Pa.s w 38oC a PIB o c.cz. 47-55000 ma w temp. pokojowej lepkość 480 Pa.s. Nienasycone oligoizobutyleny (OIB) można sieciować w temp. pokojowej przez polimeryzację rodnikową, kationową, wobec związków metaloorganicznych albo siarką lub jej pochodnymi – w temp. podwyższonej (jak w gumie).


Zdolność do sieciowania w temp. pokojowej pod wpływem wilgoci powietrza [29] nadaje się OIB również przez wprowadzenie do nich grup tri(alkoksy) silanowych lub izocyjanianowych, np.:

-CH=CH- + HS(CH2)3Si(OCH3)3 -> -CH2-CHS(CH2)3Si-(OCH3)3
–CH=CH- + CH2=CH(CH2)3Si(OCH3)3 -> -CH-CH-CH2-CH(CH3)3Si(OCH3)3
lub –CH=CH- + CH2=C(CH3)C6H4-C(CH3)2NCO -> -CH-CH-C(CH3)2C6H4-C(CH3)2NCO

 

EPDM

EPDM jest elastomerem węglowodorowym, terpolimerem etylenu-propylenu i dienu, o twardości 40-90 Shore A. W temperaturze pokojowej jest zwykle polimerem stałym (np.w postaci granulatu), który sieciuje po stopieniu i uformowaniu [30, 72b]. Dienem terpolimeru może być butadien [4], izopren, cyklopentadien, metylocyklopentadien [31], dicyklopentadien (DCPD) [30, 32, 33], etylidenonorbornen, winylonorbornen [34]. EPDM jest bezpostaciowy, jego wiązania nienasycone sieciują wobec nadtlenków jako inicjatorów lub wobec donorów siarki – jako koagentów. EPDM może być stały [72b] lub ciekły [72a].


Stały EPDM zawiera od 45 do 75% etylenu i od 2,5 do 12% wag. dienu [11], kosztuje 4600-4700 USD/t [31]. W handlu, obok setek (>266 producentów) rodzajów EPDM znajduje się również wiele rodzajów ciekłego EPDM [27a, 32, 35-42, 72a].


Wytrzymałość na rozciąganie kleju EPDM wynosi 8,6-25 MPa a wydłużenie przy zerwaniu 240-420% (niektórych rodzajów nawet <1000%), twardość od 40 do 90° Shore’a A [43]. EPDM wytrzymuje maksymalnie temperaturę 90-150°C [20] a pozostaje elastyczny jeszcze w temp. do -50°C [4].


Folia EPDM o grubości 0,5-2,5 mm jest wodoszczelna, chociaż niektóre rodzaje EPDM przepuszczają parę wodną [44], jest odporna na wodę, ozon, UV, kwasy, zmiany temperatury, ma dużą stałą dielektryczną, ma doskonałe właściwości barierowe [45] względem par wody i gazów[ 46] oraz ma doskonałą odporność na starzenie. Współczynnik rozszerzalności liniowej wynosi 160 nm/m·K [45]. EPDM można plastyfikować bitumami [22].


EPDM produkują m.in. firmy: DOW CHEMICAL (Rondel), POLIMERI (Dural), LAXNESS (Buna EP, Kelta), EXXON (Vistalon) [47], PHOENIX DISCHTUNGTECHNIK GmbH (Resitrix) [48].


EPDM stosuje się do różnych celów, jednym z nich są szczeliwa[43], często izolacja dachów [38] i wykładzina zbiorników wodnych. Folia EPDM jest samoklejąca i samowulkanizująca się. Opracowano lekki, spieniony EPDM „Aerosol” o zamkniętych komórkach, o gęstości pozornej 48-80 kg/m3 i przewodnictwie cieplnym 0,034 w 0°C, który może być wytwarzany również w postaci taśm i płyt samoprzyczepnych i używany w temp. od -57 do + 125°C [140]. Handlowy EPDM może być ciekły [32, 35, 50, 51, 51a, 72a] albo dlatego, że zawiera rozcieńczalnik rozpuszczający stały polimer albo dlatego, że ma dostatecznie małą masę cząsteczkową [24].


W szczeliwach wygodniejsze jest użycie ciekłego, 100% EPDM o małej m.cz. Rozpuszczalnik nadający płynność stałemu lub zmniejszający lepkość ciekłemu EPDM (np.zawierającemu 83,5% części nielotnych [52]) musi być mało lotny (low v.c.)[36].


Ciekły EPDM o c.cz 1000 (HRD-10 H) ma lepkość 220 cSt w 100° C i zawiera >60 % alfaolefin [49] a o c.cz. 300 (HRD LHW) – ma lepkość 3 cSt w 100°C [49]. Produkuje je firma HYPERSEAL PROTECTIVE COATING [20], PROGUARD COATING [49], BUYLIQUIROOF [53]. Firma daje gwarancję trwałości na EPDM od 40-60 [13] do 80 [49] lat, a ciekłego EPDM na co najmniej 20 lat.


Małocząsteczkowy, ciekły EPDM sieciuje rodnikowo (nadtlenkami [35]), do pyłosuchości w ciągu 1-2 dób w temp. 13 -21°C, a całkowicie w ciągu 7 dób [27, 53]. Jego czas obróbki (pot life) może wynosić od 1-2 h [37] do 4-10 h [32].


Otrzymanie mieszanin ciekłego i stałego EPDM jest przedmiotem kilku patentów [54-56]. Ciekły EPDM o c.cz. 2000-10 000 plastyfikuje stały EPDM i zwiększa jego przyczepność do podłoża. Ciekły EPDM nie wymaga klejenia – jest samoprzyczepny [27a].


Ciekły PIB o c.cz ok. 5000, zakończony wiązaniami podwójnymi, reaguje z tiosilanami, np. HS(CH2)3SiCH3(OCH3)3. na modyfikowany PIB, utwardzający się w temp. pokojowej na polimery o małej przepuszczalności par wody i gazów [57]. Produkcja BioEPDM, otrzymywanego z bioetylenu z trzciny cukrowej, zostaje uruchomiana w Brazylii [58]. a z kolb kukurydzy poprzez izobutan w USA. Ciekły EPDM [53, 54] jest oferowany w cenie od bardzo niskiej (zbyt niskiej by oferować do sprzedaży tylko 1 galon) [55], poprzez 2 USD/l [59], 4,6-4,7 tys USD/tona [3] do 24 USD/kg [2]. Granulowany, stały EPDM oferowany jest nawet po 5,6 zł/kg. Największy na świecie zakład produkcji EPDM (160 tys. ton/rok) buduje się obecnie w Chinach [60]. Opatentowano również ciekły oligoizopren [61].


Ciekłymi elastomerami mogą też być oligomery dienów (np. butadienu i izoprenu oraz ich kopolimery, np. oligobutadien-styren. Kauczuk etylenowo-propylenowy (KEP) jest nasyconym elastoplastem, płynie pod ciśnieniem na gorąco a zestala się po ochłodzeniu. Jako polimer nasycony sieciuje z trudem. Przez kationowo- anionową polimeryzację IB wobec tiofenu otrzymano PIB zakończony grupami hydroksylowymi [54].

 

43-fot5

Rys. 6. Schemat produkcji EPDM (Hydrocarbon Processing)

 


Hot Melty
Masy typu „Hot Melt” z natury są stałe w temp. pokojowej. Nanosi się je po ogrzaniu i stopieniu, a po naniesieniu i ochłodzeniu – zestalają się ponownie.


Znamy dwa typy mas uszczelniających typu Hot Melt [2]:
a) termoplastyczne masy typu hot-melt, zwykle PIB, stosowane jako pierwsza warstwa szczeliwa dwuwarstwowego (uszczelnienie pierwotne). Jeśli zawierają grupy polarne (np.poliestry lub poliamidy), to mogą być trwale wytrzymałe w temp. pokojowej;
b) masy utwardzalne, zawierające grupy reaktywne, sieciujące po uformowaniu, mogą przenosić naprężenia wewnętrzne i mogą być stosowane jako szczeliwa jednowarstwowe [3]


Ujemną stroną „hot meltów” jest ich skurcz po ochłodzeniu od temperatury naniesienia do temp. pokojowej i związany z tym kłopot z utrzymaniem tolerancji wymiarowych [40].


2. Napełniacze [62]
Napełniacze są zwykle najtańszymi (rzędu 2 zł/ kg) [63] składnikami szczeliw, dlatego występuje tendencja do zwiększania ich zawartości w szczeliwie.


Mają istotny wpływ na właściwości szczeliwa. Zmniejszają (w sposób mechaniczny, wskutek tzw. „efektu labiryntu”) przepuszczalność par i gazów, zmniejszają płynność (zwiększają konsystencję i lepkość), zmniejszają (zwykle) koszt szczeliwa.


Jako napełniacze stosuje się substancje nieorganiczne i organiczne. Nieorganiczne są zwykle tańsze niż organiczne, należą do nich węglan wapnia, dolomit, glinokrzemiany, skaleń, kaolin, mika, talk, wollastonit [63], montmorylonit [64], ziemia okrzemkowa, siarczan baru, wodorotlenek glinu, tuf, mikrosfery i inne [65, 66]. Modyfikowana glinka o strukturze warstwowej bardzo zmniejsza przepuszczalność napełnionych nią poliwęglowodorów [67]. Do napełniaczy organicznych należą przede wszystkim różnego rodzaju sadze oraz produkty celulozowe. Sadza w gumie bywa aktywnym napełniaczem. Napełniacze organiczne są zwykle lżejsze od nieorganicznych.


Jako napełniacz szczeliw najczęściej stosuje się minerał nieorganiczny – np. węglan wapnia, CaCO3. Może on mieć różną strukturę, stopień rozdrobnienia, może być modyfikowany powierzchniowo (np. kwasem tłuszczowym – KT). Węglan wapnia (CaCO3) ma charakter hydrofilowy. Modyfikowany powierzchniowo KT ma charakter hydrofobowy [68a, 68b, 68c], jest śliski i napełniana nim masa łatwiej płynie, jest jednak droższy niż nie modyfikowany.


Tani minerał włóknisty – wollastonit [69] – jest bardzo porowaty i hydrofilowy, można mu jednak nadać właściwości hydrofobowe. Montmorylonit [70] jest minerałem warstwowym, hydrofilowym, o b. małej przepuszczalności gazu. Dwuprocentowy dodatek tego minerału zmniejsza 10-krotnie przepuszczalność gazów [69, 70]. Kosztuje 8-10 E/kg.


Tuf jest lekką, silnie porowatą, skałą wulkaniczną i może służyć jako korzystny napełniacz [71, 71b]. Napełniaczami szczeliw mogą by być również mikrosfery (mikropęcherzyki) polimerowe (np.polipropylenowe), a zwłaszcza nieorganiczne [72]. Mikrosfery, składniki popiołów lotnych, stanowią lekki napełniacz, mają ciężar właściwy 0,8 g/cm3, a nasypowy ok. 0,4 g/cm3, doskonałe właściwości termoizolacyjne (0,09-0,11 W/m.K) są dostępne i tanie (2-7 zł/kg, co odpowiada ok. 1,6-5,6 zł/l) [62, 71]. W zamkniętych mikrosferach ciśnienie gazu (CO2, azot) jest mniejsze od atmosferycznego, co dodatkowo zmniejsza ich przewodnictwo.


Mikrosfery mogą być otrzymywane z różnych materiałów (szkło, polietylen i inne polimery), napełniane różnymi gazami i wykończane w różny sposób (np. silanami) [72]. Mikrosfery Expancel firmy AKZO NOBEL mają jednorodne, zamknięte, gazoszczelne otoczki z termoplastu, o pozornym c.wł. nawet 0,03 g/cm3 [73]. Użycie takiego napełniacza, zwłaszcza napełnionego gazem obojętnym może bardzo zmniejszać przewodnictwo szczeliwa.


Coraz szerzej stosuje się nanonapełniacze polimerów [73a]. Niektóre napełniacze nanoglinokrzemianowe mają właściwości barierowe [70].

 

43-fot7

Rys. 7. Arkusze wykładzin EPDM Właściwości wybranych napełniaczy podano w tab. 1.

 

Napełniacz szczeliw jest zwykle składnikiem nie reaktywnym i jako taki nie wpływa aktywnie na właściwości szczeliwa.


Z termolizatów odpadów poliuretanów (PUR) otrzymano nierozpuszczalne i nietopliwe organiczne produkty proszkowe – poliakryloizocyjanurany, zawierające grupy aminowe i hydroksylowe. Produkty te mogą służyć jako reaktywne funkcyjne napełniacze polimerów, zawierających zdolne do reakcji z nimi grupy (grupy hydroksylowe i aminowe do reakcji z izocyjanianami oraz grupy aminowe i iminowe do reakcji z wiązaniami nienasyconymi) [71]. Napełniacze takie zwiększają wytrzymałość napełnianych nimi tworzyw (szczeliw). Efektywność takich napełniaczy jest tym większa, im większy jest stopień ich rozdrobnienia i większa powierzchnia międzyfazowa polimer-napełniacz. Koszt surowca wyjściowego do otrzymywania takich reaktywnych napełniaczy wynosi od 0-1 zł/kg (odpady sztywnych pianek PUR – wydajność napełniacza do 70% wag.) do 1,7-2 zł/ kg [72] (odpady elastycznych pianek PUR – wydajność napełniacza ok 25% wag.).

 

43-fot6

 


Jako swojego rodzaju „napełniacz” mogą być traktowane zamknięte komórki piankowe [72a] spienionego polimeru. Dolnym ograniczeniem gęstości pozornej (145-165 kg/m3) takich szczeliw z poliwęglowodoru jest ich wytrzymałość mechaniczna. W tym aspekcie zwiększenie wytrzymałości polimeru umożliwia zwiększenie właściwości izolacyjnych szczeliwa. W spienionych oligomerach o małej lepkości może zacierać się różnica pomiędzy głównymi składnikami szczeliw: polimerem, napełniaczem i plastyfikatorem. W handlu znajdują się gotowe spienione uszczelki z EPDM [72b].

 

Zygmunt Wirpsza
ECO Innova, Warszawa

Urszula Ogorzałek
ECO Innova, Warszawa

 

 

Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym 

inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne

więcej informacj: Świat Szkła 3/2013

 

 

 

  • Logo - alu
  • Logo aw
  • Logo - fenzi
  • Logo - glass serwis
  • Logo - lisec
  • Logo - mc diam
  • Logo - polflam
  • Logo - saint gobain
  • Logo termo
  • Logo - swiss
  • Logo - guardian
  • Logo - forel
  • vitrintec wall solutions logo

Copyright © Świat Szkła - Wszelkie prawa zastrzeżone.