Силиконовые герметики

Силиконовые герметики — это пастообразные композиции на основе низкомолекулярных кремнийорганических каучуков (силиконов), отверждающиеся при комнатной температуре и предназначенные для герметизации швов, стыков и соединений, а также для склеивания различных материалов. Относятся к классу эластичных герметиков, отличаются высокой стойкостью к атмосферным воздействиям, ультрафиолетовому излучению и широким диапазоном рабочих температур.

История

Первые силиконовые герметики были разработаны в середине XX века, вскоре после начала промышленного выпуска кремнийорганических полимеров. В 1940-х годах компания Dow Corning (США) начала производство силиконовых каучуков, а в 1950-х — создала первые однокомпонентные герметики, отверждающиеся влагой воздуха. В СССР разработки в этой области велись в Государственном институте химии и технологии элементоорганических соединений (ГНИИХТЭОС) и на предприятиях химической промышленности. К 1980-м годам силиконовые герметики стали широко применяться в строительстве, автомобилестроении и электронике, вытесняя менее долговечные материалы на основе полисульфидов и полиуретанов.

Состав и механизм отверждения

Основу силиконового герметика составляет полидиметилсилоксан (ПДМС) — линейный полимер с силоксановой связью Si-O-Si. В состав также входят:

• Отвердитель (сшивающий агент) — чаще всего алкоксисиланы (метилтриметоксисилан, этилтриметоксисилан) или ацилоксисиланы (метилтриацетоксисилан).
• Наполнители — аморфный диоксид кремния (аэросил) для придания тиксотропности, а также карбонат кальция, тальк, кварцевая мука для регулирования вязкости и прочности.
• Пластификаторы — силиконовые масла для улучшения эластичности.
• Пигменты — оксиды металлов (TiO₂, Fe₂O₃, Cr₂O₃) для окрашивания.
• Адгезионные добавки — силаны (γ-аминопропилтриэтоксисилан) для улучшения сцепления с различными поверхностями.
• Фунгициды — в санитарных герметиках для предотвращения роста плесени.

Механизм отверждения основан на реакции гидролиза и конденсации. При контакте с влагой воздуха (содержащейся в атмосфере) алкокси- или ацилоксигруппы сшивающего агента гидролизуются, образуя силанолы. Затем происходит конденсация с образованием трёхмерной силоксановой сетки. Скорость отверждения зависит от влажности (оптимально 40–70 %) и температуры. Полная полимеризация занимает от 24 до 72 часов.

Классификация

Силиконовые герметики классифицируют по нескольким признакам.

По типу отвердителя

• Уксусные (ацетатные) — выделяют уксусную кислоту при отверждении. Отличаются резким запахом, но обеспечивают высокую адгезию к гладким поверхностям. Не рекомендуется применять на металлах (возможна коррозия) и цементных основаниях.
• Нейтральные — выделяют спирт (оксимные) или другие нейтральные вещества. Не вызывают коррозии, подходят для всех материалов, включая металлы, зеркала и акрил. Более дорогие, чем уксусные.

По химической основе

• Кислотные (ацетатные) — отверждаются с выделением уксусной кислоты.
• Нейтральные (оксимные, спиртовые, амидные) — без выделения кислот.
• Щелочные (аминовые) — выделяют аммиак, используются редко, в основном в промышленности.

По назначению

• Строительные (общестроительные) — для герметизации швов в фасадах, окнах, дверях, кровлях. Обычно нейтральные или уксусные.
• Санитарные (сантехнические) — содержат фунгициды, применяются в ванных комнатах, кухнях, бассейнах. Устойчивы к плесени, но не к механическим нагрузкам.
• Автомобильные — высокотемпературные (до +300 °C), используются для герметизации прокладок, двигателей, систем охлаждения.
• Электротехнические — диэлектрические, устойчивы к высокому напряжению, применяются для заливки и изоляции соединений.
• Пищевые (нейтральные) — не содержат токсичных компонентов, используются для герметизации оборудования в пищевой промышленности (например, холодильников, трубопроводов).
• Высокотемпературные — выдерживают до +300–350 °C, применяются в печах, котлах, выхлопных системах.
• Оптические (прозрачные) — с высокой светопропускаемостью, используются в аквариумистике, светотехнике, для склеивания стекла.

Характеристики и свойства

Основные технические характеристики силиконовых герметиков:

• Твёрдость по Шору A — от 15 до 60 единиц (чем выше, тем жёстче).
• Относительное удлинение при разрыве — от 200 до 800 %.
• Прочность на разрыв — от 0,5 до 2,5 МПа.
• Модуль упругости — низкий (эластичные) или средний.
• Термостойкость — от –60 до +200 °C (стандартные), до +350 °C (высокотемпературные).
• Устойчивость к УФ — высокая, силиконы не желтеют и не разрушаются под солнцем.
• Водостойкость — полная, герметики не набухают в воде.
• Паропроницаемость — низкая (для большинства типов), но существуют «дышащие» составы.

Силиконовые герметики обладают отличной эластичностью, сохраняют свойства при циклических деформациях, не растрескиваются и не отслаиваются при усадке или расширении материалов.

Применение

Силиконовые герметики широко используются в различных отраслях:

• Строительство — герметизация оконных и дверных блоков, швов фасадов, кровельных соединений, вентиляционных каналов, деформационных швов. В России распространены марки «Момент Гермент», «Soudal», «Makroflex», «Tytan».
• Сантехника — уплотнение стыков ванн, раковин, душевых кабин, унитазов, а также вокруг труб и сифонов. Санитарные герметики предотвращают протечки и образование плесени.
• Автомобилестроение — герметизация прокладок двигателя, коробки передач, радиаторов, фар, кузовных швов. Высокотемпературные составы применяются для уплотнения выхлопных систем.
• Электроника и электротехника — заливка печатных плат, изоляция соединений, герметизация корпусов приборов, защита от влаги и пыли.
• Промышленность — в производстве бытовой техники, холодильного оборудования, кондиционеров, солнечных батарей, светильников.
• Аквариумистика — склеивание стеклянных аквариумов (только нейтральные герметики, так как уксусные токсичны для рыб).
• Пищевая промышленность — герметизация оборудования, контактирующего с продуктами (при наличии сертификата).

Преимущества и недостатки

Преимущества:

• Высокая эластичность (до 800 % удлинения).
• Широкий диапазон рабочих температур.
• Устойчивость к УФ-излучению, озону, атмосферным воздействиям.
• Водостойкость и химическая стойкость (к слабым кислотам, щелочам, маслам).
• Долговечность (срок службы до 20–30 лет).
• Хорошая адгезия к большинству материалов (стекло, керамика, металл, пластик, дерево, бетон).

Недостатки:

• Невозможность окрашивания (большинство силиконов не принимают краску).
• Низкая паропроницаемость (может препятствовать «дыханию» стен).
• Выделение уксусной кислоты (уксусные герметики) — неприятный запах и риск коррозии.
• Ограниченная адгезия к некоторым пластикам (полиэтилен, полипропилен, фторопласт).
• Необходимость предварительной подготовки поверхности (очистка, обезжиривание).
• Относительно высокая цена по сравнению с акриловыми герметиками.

Интересные факты

• Силиконовые герметики могут быть прозрачными, белыми, чёрными, серыми, коричневыми, бежевыми и других цветов. Прозрачные составы со временем могут мутнеть из-за накопления пыли.
• В космической технике используются специальные силиконовые герметики, выдерживающие вакуум, радиацию и перепады температур от –150 до +200 °C.
• В медицине силиконовые герметики применяются для изготовления протезов и имплантатов, а также для герметизации хирургических инструментов.
• В России производство силиконовых герметиков налажено на предприятиях «Пента-91» (Санкт-Петербург), «Эласт-Силикон» (Москва), «Химик-Сервис» (Нижний Новгород).

Критика

Основные претензии к силиконовым герметикам связаны с их экологической безопасностью. При отверждении уксусные герметики выделяют уксусную кислоту, которая может вызывать раздражение дыхательных путей и глаз. Нейтральные герметики выделяют спирты, но в меньших количествах. Кроме того, силиконовые герметики не подлежат биологическому разложению и могут накапливаться в окружающей среде. В ряде стран (например, в странах ЕС) введены ограничения на содержание летучих органических соединений (ЛОС) в герметиках, что стимулирует разработку более экологичных составов.

Также отмечается, что силиконовые герметики не всегда обеспечивают достаточную прочность при механических нагрузках — для ответственных конструкций (например, несущих швов) рекомендуется использовать полиуретановые герметики. В России в строительстве часто применяются силиконовые герметики, не соответствующие заявленным характеристикам из-за использования дешёвых наполнителей и пластификаторов, что приводит к растрескиванию и потере эластичности через 2–3 года.

Источники

• ГОСТ 25645.302-83 «Герметики силиконовые. Технические условия».
• Рекомендации по применению силиконовых герметиков в строительстве (НИИСФ РААСН, 2015).
• Каталоги производителей: «Soudal», «Makroflex», «Момент», «Tytan», «Пента-91».
• Справочник «Полимерные герметики» под ред. А. А. Берлина, М.: Химия, 1986.
• Материалы конференции «Современные герметизирующие материалы» (Москва, 2020).