Derzeit sind viele gängige einkomponentige reaktive elastische Dichtstoffe auf dem Markt erhältlich, hauptsächlich Silikon- und Polyurethan-Dichtstoffe. Unterschiedliche Dichtstoffe unterscheiden sich in ihren aktiven funktionellen Gruppen und der Struktur der ausgehärteten Hauptkette. Dies führt zu Einschränkungen hinsichtlich ihrer Anwendungsbereiche. In diesem Artikel werden die Aushärtungsmechanismen einiger gängiger einkomponentiger reaktiver elastischer Dichtstoffe erläutert und die Vor- und Nachteile verschiedener Dichtstofftypen verglichen, um ein tieferes Verständnis zu ermöglichen und die richtige Wahl für die praktische Anwendung zu treffen.
1. Gemeinsamer Aushärtungsmechanismus von einkomponentigen reaktiven elastischen Dichtstoffen
Zu den gängigen einkomponentigen reaktiven elastischen Dichtstoffen gehören hauptsächlich: Silikon (SR), Polyurethan (PU), silylterminiertes modifiziertes Polyurethan (SPU), silylterminiertes Polyether (MS). Das Präpolymer verfügt über verschiedene aktive funktionelle Gruppen und unterschiedliche Aushärtungsreaktionsmechanismen.
1.1Aushärtungsmechanismus von Silikonelastomer-Dichtstoffen
Abbildung 1. Aushärtungsmechanismus von Silikondichtstoff
Bei der Verwendung von Silikondichtstoffen reagiert das Präpolymer mit Spuren von Luftfeuchtigkeit und härtet anschließend unter Einwirkung eines Katalysators aus bzw. vulkanisiert. Als Nebenprodukte entstehen niedermolekulare Substanzen. Der Mechanismus ist in Abbildung 1 dargestellt. Je nach den während der Aushärtung freigesetzten niedermolekularen Substanzen lassen sich Silikondichtstoffe in drei Typen einteilen: den Entsäuerungs-, den Entketoximierungs- und den Entalkoholisierungstyp. Die Vor- und Nachteile dieser Silikonklebertypen sind in Tabelle 1 zusammengefasst.
Tabelle 1. Vergleich der Vor- und Nachteile verschiedener Arten von Silikonklebstoffen
1.2 Aushärtungsmechanismus von elastischem Polyurethan-Dichtstoff
Einkomponentiger Polyurethan-Dichtstoff (PU) ist ein Polymer, dessen Hauptkette aus sich wiederholenden Urethansegmenten (-NHCOO-) besteht. Der Aushärtungsmechanismus beruht darauf, dass Isocyanat mit Wasser zu einem instabilen Carbamat-Zwischenprodukt reagiert, welches sich rasch zersetzt und dabei CO₂ und Amin freisetzt. Das Amin reagiert anschließend mit überschüssigem Isocyanat im System und bildet schließlich ein Elastomer mit Netzwerkstruktur. Die Aushärtungsreaktionsformel lautet wie folgt:
Abbildung 1. Aushärtungsreaktionsmechanismus von Polyurethan-Dichtstoff
1.3 Aushärtungsmechanismus von silanmodifiziertem Polyurethan-Dichtstoff
Abbildung 3. Aushärtungsreaktionsmechanismus von silanmodifiziertem Polyurethan-Dichtstoff
Aufgrund einiger Nachteile von Polyurethan-Dichtstoffen wurde Polyurethan in jüngster Zeit durch Silanisierung zu Klebstoffen modifiziert. So entstand ein neuer Dichtstofftyp mit einer Polyurethan-Hauptkette und einer Alkoxysilan-Endgruppe, der als silanmodifizierter Polyurethan-Dichtstoff (SPU) bezeichnet wird. Die Aushärtungsreaktion dieses Dichtstoffs ähnelt der von Silikon: Die Alkoxygruppen reagieren mit Feuchtigkeit unter Hydrolyse und Polykondensation und bilden so ein stabiles dreidimensionales Si-O-Si-Netzwerk (Abbildung 3). Die Vernetzungspunkte des Netzwerks und die Bereiche zwischen den Vernetzungspunkten bestehen aus flexiblen Polyurethan-Segmenten.
1.4 Aushärtungsmechanismus von silylterminierten Polyetherdichtstoffen
Silylterminiertes Polyether-Dichtmittel (MS) ist ein einkomponentiger, elastischer Klebstoff auf Silanbasis. Es vereint die Vorteile von Polyurethan und Silikon und stellt eine neue Generation von Dichtstoffen dar, die frei von PVC, Silikonöl, Isocyanaten und Lösungsmitteln sind. MS-Klebstoff reagiert bei Raumtemperatur mit der Luftfeuchtigkeit. Dabei hydrolysiert das silanisierte Polymer mit -Si(OR)- oder -SIR(OR)-Struktur an den Kettenenden und vernetzt sich zu einem Elastomer mit Si-O-Si-Netzwerkstruktur, wodurch eine Dichtungs- und Klebewirkung erzielt wird. Der Aushärtungsprozess verläuft wie folgt:
Abbildung 4. Aushärtungsmechanismus von silylterminiertem Polyether-Dichtstoff
2. Vergleich der Vor- und Nachteile gängiger einkomponentiger reaktiver elastischer Dichtstoffe
2.1 Vor- und Nachteile von Silikondichtstoffen
⑴Vorteile von Silikondichtstoff:
① Ausgezeichnete Witterungsbeständigkeit, Sauerstoffbeständigkeit, Ozonbeständigkeit und UV-Beständigkeit; ② Gute Flexibilität bei niedrigen Temperaturen.
⑵ Nachteile von Silikondichtstoffen:
①Schlechte Überstreichbarkeit und nicht überstreichbar; ②Geringe Reißfestigkeit; ③Unzureichende Ölbeständigkeit; ④Nicht durchstoßfest; ⑤Die Klebstoffschicht produziert leicht öliges Sickerwasser, das Beton, Stein und andere lose Untergründe verunreinigt.
2.2 Vorteile und Nachteile von Polyurethan-Dichtstoffen
⑴Vorteile von Polyurethan-Dichtstoffen:
① Gute Haftung auf verschiedenen Untergründen; ② Ausgezeichnete Flexibilität bei niedrigen Temperaturen; ③ Gute Elastizität und ausgezeichnete Rückstelleigenschaften, geeignet für dynamische Verbindungen; ④ Hohe mechanische Festigkeit, ausgezeichnete Verschleißfestigkeit, Ölbeständigkeit und Beständigkeit gegen biologische Alterung; ⑤ Die meisten einkomponentigen, feuchtigkeitshärtenden Polyurethan-Dichtstoffe sind lösungsmittelfrei und belasten weder den Untergrund noch die Umwelt; ⑥ Die Oberfläche des Dichtstoffs ist überstreichbar und einfach zu verarbeiten.
⑵Nachteile von Polyurethan-Dichtstoffen:
① Bei schneller Aushärtung in Umgebungen mit hoher Temperatur und hoher Luftfeuchtigkeit bilden sich leicht Blasen, was die Dichtleistung beeinträchtigt; ② Beim Verkleben und Abdichten von Bauteilen auf nicht porösen Untergründen (wie Glas, Metall usw.) ist in der Regel eine Grundierung erforderlich; ③ Die Farbformel ist anfällig für UV-Alterung, und die Lagerstabilität des Klebstoffs wird stark von der Verpackung und äußeren Bedingungen beeinflusst; ④ Die Hitzebeständigkeit und Alterungsbeständigkeit sind etwas unzureichend.
2.3 Vor- und Nachteile von silanmodifizierten Polyurethan-Dichtstoffen
⑴Vorteile von silanmodifiziertem Polyurethan-Dichtstoff:
① Die Aushärtung erfolgt blasenfrei; ② Gute Flexibilität, Hydrolysebeständigkeit und chemische Beständigkeit; ③ Ausgezeichnete Witterungsbeständigkeit, Hitzebeständigkeit, Alterungsbeständigkeit und Lagerstabilität; ④ Breites Anwendungsspektrum, in der Regel ist beim Verkleben keine Grundierung erforderlich; ⑤ Die Oberfläche kann lackiert werden.
⑵Nachteile von silanmodifiziertem Polyurethan-Dichtstoff:
① Die UV-Beständigkeit ist nicht so gut wie die von Silikondichtstoffen; ② Die Reißfestigkeit ist etwas schlechter als die von Polyurethandichtstoffen.
2.4 Vor- und Nachteile von silylterminierten Polyether-Dichtstoffen
⑴Vorteile von silylterminierten Polyetherdichtstoffen:
① Es besitzt ausgezeichnete Haftungseigenschaften auf den meisten Untergründen und ermöglicht eine primerfreie Aktivierungshaftung; ② Es weist eine bessere Hitzebeständigkeit und UV-Alterungsbeständigkeit als gewöhnliches Polyurethan auf; ③ Es kann auf seiner Oberfläche lackiert werden.
⑵Nachteile von silylterminierten Polyetherdichtstoffen:
① Die Witterungsbeständigkeit ist nicht so gut wie die von Silikon, und nach einiger Zeit bilden sich Risse an der Oberfläche; ② Die Haftung auf Glas ist schlecht.
Durch die obige Einleitung haben wir ein grundlegendes Verständnis der Aushärtungsmechanismen einiger gängiger einkomponentiger reaktiver elastischer Dichtstoffe erlangt. Der Vergleich ihrer Vor- und Nachteile ermöglicht uns ein umfassendes Verständnis der einzelnen Produkte. In der Praxis kann der Dichtstoff entsprechend den konkreten Anwendungsbedingungen des zu verklebenden Bauteils ausgewählt werden, um eine optimale Abdichtung oder Verklebung zu gewährleisten.
Veröffentlichungsdatum: 15. November 2023