| Автор: по материалам редакции Дата: 16.07.2013 «СтройПРОФИ» № 14 Рубрика: Строительная химия |
Органофункциональные силаны от WACKER
Органофункциональные силаны являются важными компонентами многих продуктов, от красок и покрытий до клеевых составов и изделий из пластмассы и резины.
Несмотря на то, что они сопровождают нас в повседневной жизни уже много лет, большинство их характеристик можно еще улучшить. Новые альфа-силаны могут найти применение в некоторых представляющих наибольший интерес областях, где до сих пор использовались традиционные органофункциональные силаны.
Органофункциональные силаны представляют собой соединения кремния, содержащие органическую группу, например амино- или эпоксигруппу, серу или метакрилат, которая связана через углеводородную цепочку с алкокси-силанольной группой. Эти продукты, выпускаемые компанией WACKER под торговой маркой GENIOSIL®, являются гибридными соединениями, которые способны выступать в качестве молекулярного мостика между органическим полимерами и неорганическим материалом. За эту инновацию компания WACKER в 2011 г. получила премию Frost & Sullivan.
Благодаря своим возможностям органофункциональные силаны могут стать важными компонентами в следующих областях применения:
- в качестве активаторов адгезии в составе красок, покрытий, адгезивов и герметиков;
- в качестве модификаторов поверхности, например сшивающих агентов в армированных пластмассах;
- в качестве сшивающих агентов полимеров, например полиэтилена, полиакрилатов, полиэфиров или полисилоксанов.
С химической точки зрения, органофункциональные силаны обладают тремя структурными характеристиками. Во-первых, гидролизуемыми функциональными группами, такими как метокси- или этокси-, которые позволяют силанам встраиваться в неорганические или минеральные поверхности (активация адгезии, реакция сшивки) или отверждаться за счет формирования мостиков Si-O-Si.
Во-вторых, органофункциональные группы позволяют силанам взаимодействовать с органическими полимерами и связываться с ними. В-третьих, углеводородная цепь действует в качестве спейсера между функциональной группой и связанной через кремний алкоксигруппой. Длина этой цепи является важным фактором активности силанов (рис. 1).
Рис. 1. Органофункциональные силаны обладают тремя структурными характеристиками: во-первых, гидролизуемыми функциональными группами, которые позволяют силанам встраиваться в неорганические или минеральные поверхности или отверждаться за счет формирования мостиков Si-O-Si; во-вторых, органофункциональные группы позволяют силанам взаимодействовать с органическими полимерами и связываться с ними; в-третьих, углеводородная цепь действует в качестве спейсера между функциональной группой и связанной через кремний алкоксигруппой
«Турбозаряженные» силаны
Большинство традиционных силанов содержат в качестве спейсера между атомом кремния и функциональной группой пропиленовую группу. Однако в специальных силанах, разработанных компанией WACKER, традиционный пропиленовый мостик заменен метиленом (рис. 2). Получаемые таким образом альфа-силаны отличаются особенно высокой активностью. Это обусловлено тем, что алкокси-группы при атомах кремния активируются вследствие близости электроотрицательного донора — азота или кислорода — в альфа-положении (рис. 3).
Рис. 2. В специальных силанах, разработанных компанией WACKER, традиционный пропиленовый мостик (рисунок слева) заменен метиленом (рисунок справа)
Рис. 3. Альфа-силаны характеризуются чрезвычайно высокой активностью. Это обусловлено тем, что алкокси-группы при атомах кремния активируются вследствие близости электроотрицательного донора — азота или кислорода — при альфа-атоме углерода
Такие силаны являются более активными в отношении нуклеофилов, т. е. отрицательно поляризованных молекул. Например, они гидролизуются гораздо быстрее под воздействием воды — часто в 100 или более раз. Ускоряется также последующая конденсация силанольных групп, образовавшихся в результате гидролиза, при удлинении силоксановой сети. Таким образом, силан выполняет функцию не только эффективного осушителя, но и быстродействующего сшивающего агента.
GENIOSIL®: новые горизонты эластичных адгезивов
Альфа-эффект можно использовать для получения совершенно новых быстро отверждаемых адгезивов. Они могут отверждаться так же быстро, как типичные суперклеи. Идеальной полимерной основой служат высокомолекулярные полипропиленгликоли, модифицированные высокоактивными изоцианатосиланами для получения сшиваемых силановых групп. В этом отношении особо важное значение имеет льфа-изоцианатодиметоксиметилсилан. Для его производства компания WACKER разработала совершенно новый производственный процесс.
Хотя на первый взгляд может показаться, что реакция альфа-силанов с полиэфиром не является проблемной, именно она представляла наибольшую трудность. Полимеры с силановыми концевыми группами, выпускаемые на рынок компанией WACKER под торговой маркой GENIOSIL® STP-E, являются высокоактивными благодаря альфа-эффекту, однако они остаются стабильными на воздухе и обеспечивают легкость обработки для производителей адгезивов.
Решить эту проблему позволила разработка нового запатентованного производственного процесса. Полимеры GENIOSIL® STP-E на основе альфа-силанов могут служить для получения однокомпонентных адгезивов, которые быстро отверждаются и обладают превосходными механическими и эластическими свойствами, непревзойденными в сравнении с прежними силан-модифицированными полимерами (рис. 4).
Рис. 4. Основанные на альфа-силанах полимеры линии GENIOSIL® STP-E перекрывают разрыв между силиконами и полиуретанами
Компания WACKER также использует полимеры GENIOSIL® STP-E для производства новой линии адгезивов и герметиков, выпускаемых на рынок под названием GENIOSIL® N. Эта линия включает высокоэластичный герметик (GENIOSIL® N35), универсальный эластичный адгезив (GENIOSIL® N45) и прочный, не содержащий плас-тификатора адгезив GENIOSIL® N70.
WACKER производит также специальные составы, такие как кристально-прозрачный адгезив и герметик GENIOSIL® N35C или GENIOSIL® N70 HT, характеризующиеся отличной адгезией к влажным поверхностям. Эти продукты незаменимы там, где требуется прозрачный клеевой состав или, в случае GENIOSIL® N70 HT, клеевой состав, не требующий дополнительной фиксации (рис. 5 и 6).
Рис. 5, 6. Альфа-силаны линии GENIOSIL® компании WACKER награждены в 2011 г. премией Frost & Sullivan за инновационный продукт. Спектр применений продуктов линии GENIOSIL® включает составы высокоэффективных адгезивов и герметиков
Строительные пены на основе технологии альфа-силанов
Химия альфа-силанов вносит свой вклад также в производство инновационных строительных пен (рис. 7). Все больше и больше пользователей задумываются над защитой окружающей среды и вопросами безопасности. Поскольку в строительной индустрии устойчивое развитие и сохранение ценности являются приоритетом, владельцы недвижимости нуждаются в продуктах, сочетающих отличные характеристики с экологичностью. Этим требованиям отвечают новые строительные пены на основе альфа-технологии.
Рис. 7. Применение Альфа-силанов также вносит вклад в развитие инновационных монтажных пен
Исходным материалом для этих не содержащих изоцианатов пен служат полимеры с альфа-силановыми концевыми группами. При отверждении силанольные группы отдельных цепей реагируют друг с другом. Процесс инициируется под воздействием влажности атмосферного воздуха. Важной задачей химиков WACKER было сохранение характеристик традиционных полиуретановых пен. Традиционные гамма-силаны либо не отверждаются достаточно быстро, либо недостаточно эффективны.
Поэтому разработанная компанией WACKER новая технология получения пен при отсутствии растворителей и изоцианатов основана на альфа-силанах. Эти строительные пены характеризуются теми же свойствами, что и традиционные полиуретановые пены. Они прилегают ко всем основным типам поверхностей, и их можно красить. Благодаря альфа-эффекту они также быстрее отверждаются и характеризуются длительными сроками хранения. Уже через час они становятся стабильными, прочными и более не расширяются. Остатки пены легко удаляются с кожи, что является еще одним преимуществом для конечного пользователя (рис. 8).
Рис. 8. Новые строительные пены на основе альфа-силанов обладают такими же свойствами, как и традиционные полиуретановые пены. Они прилегают ко всем основным типам поверхностей, и их можно красить. Пены, в которых отсутствуют растворители и изоцианаты, являются экологичными и характеризуются повышенной безопас-ностью для конечых пользователей
Заключение
В связи с потребностью в разнообразных адгезивах и герметиках, а также необходимостью соответствия требованиям экологичности, химия альфа-силанов позволяет решить некоторые из основных проблем индустрии адгезивов. Отверждаемые под воздействием влажности полимеры на основе запатентованной технологии альфа-силанов уже зарекомендовали себя в качестве идеального выбора для адгезивов и герметиков. Они быстро отверждаются и обеспечивают особо прочное связывание. Благодаря их универсальности существует возможность разработки составов герметиков с модулем эластичности от низкого до высокого при стабильно высокой прочности связывания. Технология альфа-силанов также сделала возможной разработку инновационных строительных пен, не содержащих изоцианатов. И еще многое предстоит сделать в этой области.