درزگیرهای سیلیکونی در مقابل پلی یورتان
انتخاب درزگیر مناسب برای یک پروژه ساختمانی یا تعمیراتی، تصمیمی حیاتی است که بر دوام، عملکرد و زیباییشناسی نهایی کار تاثیر بسزایی میگذارد. در میان گزینههای متعدد موجود، درزگیرهای سیلیکونی و پلی یورتانی به دلیل خواص منحصربهفرد و کاربردهای گسترده، از جایگاه ویژهای برخوردارند.
پایداری و انعطافپذیری در مواجهه با عوامل محیطی
درزگیرهای سیلیکونی بر پایه پلیمرهای سیلیکونی (پلیسیلوکسانها) ساخته میشوند. ساختار شیمیایی منحصربهفرد آنها، متشکل از زنجیرههای سیلیسیم-اکسیژن (-Si-O-)، باعث ایجاد خواص ویژهای از جمله مقاومت بالا در برابر اشعه ماوراء بنفش (UV)، انعطافپذیری عالی در گستره دمایی وسیع و پایداری شیمیایی قابل توجه میشود.
صنعت ساختمان و ساختوساز، به دلیل برخورداری از ترکیبی منحصر به فرد از پایداری ذاتی و انعطافپذیری دینامیک، جایگاه ویژهای یافتهاند. این ویژگیها به آنها اجازه میدهد تا عملکرد قابل اعتمادی را در مواجهه با طیف گستردهای از عوامل محیطی از خود نشان دهند. برای درک عمیقتر این موضوع، لازم است به بررسی دقیقتر ساختار شیمیایی، خواص فیزیکی و مکانیسمهای عملکردی این دسته از مواد بپردازیم، با تمرکز ویژه بر اجتناب از کلیگویی و ارائه جزئیات فنی.
مبانی شیمیایی پایداری سیلیکون
پایداری فوقالعاده درزگیرهای سیلیکونی ریشه در ساختار شیمیایی منحصر به فرد آنها دارد. زنجیرههای تکرارشونده سیلوکسان (-Si-O-Si-). پیوند سیلیسیم-اکسیژن دارای انرژی تفکیک پیوند بسیار بالایی (حدود 452 کیلوژول بر مول) است، به مراتب بیشتر از پیوندهای کربن-کربن که در بسیاری از پلیمرهای آلی وجود دارد. این انرژی بالای پیوند، مقاومت قابل توجهی در برابر تجزیه حرارتی و شیمیایی به سیلیکونها میبخشد. به عبارت دیگر، برای شکستن پیوند Si-O و تخریب ساختار مولکولی سیلیکون، انرژی بسیار زیادی مورد نیاز است.
علاوه بر این، اتم سیلیسیم به دلیل الکترونگاتیویته کمتر نسبت به اکسیژن، بار مثبت جزئی قابل توجهی را حمل میکند. این قطبیت پیوند Si-O، منجر به ایجاد برهمکنشهای بین مولکولی قویتری در مقایسه با بسیاری از پلیمرهای آلی غیرقطبی میشود. این برهمکنشهای قویتر، به پایداری حرارتی و شیمیایی بیشتر ماده کمک میکنند.
مکانیسم انعطافپذیری در گستره دمایی وسیع
انعطافپذیری چشمگیر درزگیرهای سیلیکونی، حتی در دماهای بسیار پایین، ناشی از ساختار مولکولی خاص و ویژگیهای پیوندهای آن است. زاویه پیوند Si-O-Si حدود 140-150 درجه است که در مقایسه با زاویه پیوند C-O-C در پلیمرهای آلی (حدود 110 درجه) بزرگتر است. Si-O را تسهیل میکند.
علاوه بر این، پیوند Si-O دارای طول پیوند نسبتاً بلندی (حدود 0.16 نانومتر) است که امکان تغییر طول پیوند را بدون نیاز به انرژی زیاد فراهم میکند. ترکیب این دو عامل (زاویه پیوند بزرگتر و طول پیوند بلندتر) منجر به انعطافپذیری بالای زنجیرههای پلیمری سیلیکون میشود.
یکی دیگر از عوامل کلیدی، دمای انتقال شیشه (Tg) بسیار پایین درزگیرهای سیلیکونی است. Tg دمایی است که در آن پلیمر از حالت لاستیکی (انعطافپذیر) به حالت شیشهای (سخت و شکننده) تغییر فاز میدهد. Tg پایین سیلیکونها (معمولاً بین -100 تا -120 درجه سانتیگراد) به این معنی است که آنها حتی در دماهای بسیار پایین نیز حالت لاستیکی خود را حفظ کرده و انعطافپذیر باقی میمانند. این ویژگی آنها را برای کاربردهایی در مناطق سردسیر بسیار مناسب میسازد.
مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش (UV)
حفاظت از پیوندهای سیلیسیم-اکسیژن
یکی از بزرگترین مزایای درزگیرهای سیلیکونی، مقاومت فوقالعاده آنها در برابر تخریب ناشی از اشعه ماوراء بنفش است. اشعه UV میتواند پیوندهای شیمیایی در بسیاری از پلیمرهای آلی را شکسته و منجر به تخریب زنجیره پلیمری، زرد شدن، ترک خوردگی و از دست دادن خواص مکانیکی شود. با این حال، پیوند Si-O در برابر انرژی بالای اشعه UV بسیار مقاوم است و به راحتی شکسته نمیشود.
انرژی فوتونهای UV در محدوده 3 تا 4 الکترون ولت است، در حالی که انرژی پیوند Si-O حدود 8.3 الکترون ولت است. این اختلاف قابل توجه در انرژی به این معنی است که فوتونهای UV انرژی کافی برای شکستن پیوند Si-O را ندارند. به همین دلیل، درزگیرهای سیلیکونی در معرض تابش طولانی مدت نور خورشید، پایداری رنگ و خواص مکانیکی خود را حفظ میکنند. این ویژگی آنها را به گزینهای ایدهآل برای کاربردهای بیرونی که در معرض نور مستقیم خورشید قرار دارند، تبدیل میکند.
پایداری حرارتی
حفظ خواص در دماهای شدید
درزگیرهای سیلیکونی پایداری حرارتی قابل توجهی از خود نشان میدهند. پیوند Si-O نه تنها در برابر اشعه UV مقاوم است، بلکه در برابر حرارت نیز بسیار پایدار است. انرژی بالای پیوند Si-O باعث میشود تا در دماهای بالا نیز به راحتی تجزیه نشود. بسیاری از سیلیکونها میتوانند به طور مداوم در دماهای بین -60 درجه سانتیگراد تا +200 درجه سانتیگراد (و در برخی موارد خاص بالاتر) بدون تغییر قابل توجه در خواصشان عمل کنند.
این پایداری حرارتی ناشی از ماهیت غیرآلی پیوند Si-O. پلیمرهای آلی مبتنی بر کربن در دماهای بالا مستعد اکسیداسیون و تجزیه حرارتی هستند. با این حال، پیوند Si-O در برابر اکسیداسیون مقاومتر است. این ویژگی، درزگیرهای سیلیکونی را برای کاربردهایی که در معرض نوسانات شدید دما قرار دارند، مانند نمای ساختمانها، سیستمهای تهویه و سقفهای فلزی، مناسب میسازد.
مقاومت در برابر آب و رطوبت: ماهیت آبگریز سیلیکون
درزگیرهای سیلیکونی به طور ذاتی آبگریز هستند، به این معنی که آب را دفع میکنند. این خاصیت به دلیل وجود گروههای متیل CH3) متصل به اتمهای سیلیسیم در زنجیره پلیمری است. گروههای متیل غیرقطبی هستند و تمایل کمی به برهمکنش با مولکولهای قطبی آب دارند.
علاوه بر این، درزگیرهای سیلیکونی دارای کشش سطحی پایینی هستند. کشش سطحی نیرویی است که باعث میشود سطح یک مایع مانند یک پوست کشیده رفتار کند. مایعات با کشش سطحی پایین، تمایل کمتری به تشکیل قطره دارند و به راحتی روی سطوح پخش میشوند. این ویژگی باعث میشود تا آب به صورت قطرات روی سطح سیلیکون جمع نشود و به جای آن پخش شود، که احتمال نفوذ آب به درز را کاهش میدهد.
این مقاومت در برابر آب و رطوبت، درزگیرهای سیلیکونی را به گزینهای ایدهآل برای کاربردهای آببندی در محیطهای مرطوب مانند حمامها، آشپزخانهها، استخرها و همچنین برای جلوگیری از نفوذ آب باران به داخل ساختمان تبدیل میکند.
پایداری شیمیایی:
مقاومت در برابر طیف وسیعی از مواد:
درزگیرهای سیلیکونی به طور کلی پایداری شیمیایی خوبی از خود نشان میدهند و در برابر طیف وسیعی از مواد شیمیایی مقاوم هستند. آنها در برابر آب، ازن، اکسیژن، اسیدهای رقیق، بازهای رقیق و محلولهای نمکی نسبتاً بیاثر هستند. با این حال، ممکن است در برابر برخی حلالهای آلی قوی مانند تولوئن و زایلن و همچنین اسیدهای قوی و بازهای غلیظ آسیبپذیر باشند.
مقاومت شیمیایی سیلیکونها به دلیل ماهیت غیرفعال پیوند Si-O و ساختار متراکم زنجیرههای پلیمری است که از نفوذ مولکولهای شیمیایی به داخل ماده جلوگیری میکند. این ویژگی، درزگیرهای سیلیکونی را برای کاربردهایی که در معرض مواد شیمیایی قرار دارند، مانند آزمایشگاهها، کارخانجات شیمیایی و برخی کاربردهای صنعتی، مناسب میسازد.
محدودیتهای چسبندگی و راهکارهای غلبه بر آن:
با وجود تمام مزایای ذکر شده، یکی از محدودیتهای درزگیرهای سیلیکونی، چسبندگی نسبتاً ضعیف آنها به سطوح متخلخل مانند بتن و آجر است. این امر ناشی از انرژی سطح پایین سیلیکون و عدم وجود گروههای قطبی کافی برای ایجاد برهمکنشهای قوی با این سطوح است.
برای غلبه بر این محدودیت، استفاده از پرایمرهای مخصوص سیلیکون توصیه میشود. پرایمرها موادی هستند که قبل از اعمال درزگیر روی سطح مورد نظر قرار میگیرند و با ایجاد یک لایه واسط، چسبندگی درزگیر را به سطح بهبود میبخشند. پرایمرهای سیلیکونی معمولاً حاوی گروههای عاملی هستند که با سطح زیرلایه برهمکنش قوی برقرار میکنند و در عین حال، دارای گروههای عاملی سازگار با سیلیکون نیز هستند.
چالش رنگپذیری و راهکارهای موجود:
یکی دیگر از چالشهای مرتبط با درزگیرهای سیلیکونی، رنگپذیری دشوار آنها است. سطح غیرقطبی و انرژی سطح پایین سیلیکون باعث میشود تا رنگها به خوبی به آن نچسبند و احتمال پوسته پوسته شدن یا ورقه ورقه شدن رنگ وجود دارد.
برای رفع این مشکل، میتوان از رنگهای مخصوص سیلیکون استفاده کرد که حاوی رزینهای سیلیکونی هستند و چسبندگی بهتری به سطح سیلیکون دارند. همچنین، میتوان قبل از رنگآمیزی، سطح سیلیکون را با استفاده از روشهای خاصی مانند ساب زدن یا استفاده از پرایمرهای مخصوص، آمادهسازی کرد. با این حال، به طور کلی، در کاربردهایی که رنگپذیری اولویت بالایی دارد، درزگیرهای پلی یورتانی گزینه مناسبتری هستند.
کاربردهای شاخص بر اساس پایداری و انعطافپذیری:
ترکیب منحصربهفرد پایداری و انعطافپذیری، درزگیرهای سیلیکونی را برای طیف گستردهای از کاربردها ایدهآل میسازد، از جمله:
- آببندی شیشه و نصب شیشهها (Glazing): مقاومت در برابر UV، انعطافپذیری بالا برای تحمل حرکات ناشی از تغییرات دما، و مقاومت در برابر آب، سیلیکون را به انتخابی مناسب برای آببندی شیشهها در نماهای ساختمان، پنجرهها و درها تبدیل کرده است.
- آببندی درزهای پردهای (Curtain Walls): در سیستمهای نمای پردهای، سیلیکونها برای آببندی اتصالات بین پنلهای شیشهای یا فلزی و جلوگیری از نفوذ آب و هوا استفاده میشوند. پایداری در برابر عوامل جوی و انعطافپذیری بالا برای تحمل حرکات سازهای از ویژگیهای کلیدی مورد نیاز در این کاربرد است.
- آببندی اطراف پنجرهها و درها: برای جلوگیری از نفوذ آب باران، هوا و گرد و غبار از درزهای بین قاب پنجره یا در و دیوار، از سیلیکونها به عنوان درزگیر استفاده میشود.
- آببندی سطوح فلزی: به دلیل مقاومت در برابر خوردگی (در انواع خنثی) و آب، سیلیکونها برای آببندی سقفهای فلزی، کانالهای تهویه و سایر سازههای فلزی استفاده میشوند.
- کاربردهای بهداشتی (Sanitary Applications): سیلیکونهای آنتیباکتریال به دلیل مقاومت در برابر رطوبت و قارچ، در حمامها، آشپزخانهها و سایر محیطهای مرطوب برای آببندی اطراف سینکها، وانها و توالتها استفاده میشوند.
درزگیرهای سیلیکونی با بهرهگیری از ساختار شیمیایی منحصر به فرد و ویژگیهای پیوندی خاص، ترکیبی استثنایی از پایداری در برابر عوامل محیطی و انعطافپذیری دینامیک را ارائه میدهند. مقاومت در برابر اشعه UV، حرارت، آب و بسیاری از مواد شیمیایی، در کنار انعطافپذیری بالا در گستره دمایی وسیع، آنها را به گزینهای قابل اعتماد برای طیف گستردهای از کاربردهای آببندی و درزبندی تبدیل کرده است. درک عمیق این ویژگیها و محدودیتهای مرتبط با چسبندگی و رنگپذیری، به مهندسان و متخصصان کمک میکند تا انتخاب آگاهانهتری در استفاده از این مواد ارزشمند داشته باشند.
.
ترکیب شیمیایی و مکانیزم سخت شدن:
درزگیرهای سیلیکونی معمولاً از یک پلیمر سیلیکونی، یک عامل سخت کننده (کاتالیزور)، مواد پرکننده، افزودنیها و در برخی موارد رنگدانهها تشکیل شدهاند. مکانیزم سخت شدن آنها بسته به نوع درزگیر متفاوت است:
- سیلیکونهای استوکسی (Acetoxy): این نوع درزگیرها با رطوبت هوا واکنش داده و اسید استیک (سرکه) آزاد میکنند. به همین دلیل در حین سخت شدن بوی تندی دارند. سیلیکونهای استوکسی معمولاً چسبندگی خوبی به سطوح غیرمتخلخل مانند شیشه و فلزات دارند اما ممکن است باعث خوردگی برخی فلزات شوند.