Правильный выбор наполнителя экономит половину усилий Сравнение пирогенного кремнезема и бентонита в полиуретановых клеях 

В области современных промышленных клеев, особенно при применении высокоэффективных полиуретановых клеев, выбор наполнителей играет решающую роль в определении характеристик конечного продукта. Среди них пирогенный диоксид кремния (обычно известный как «пирогенный кремнезем») и бентонит, как два распространенных загущающих и армирующих наполнителя, демонстрируют значительные различия в практическом применении из-за своих отличительных физико-химических свойств. Научные сотрудникиАО Хубэй Хуэйфу Наноматериалы провели углубленное исследование различий в применении пирогенного кремнезема и бентонита в полиуретановых клеях, изучив множество аспектов, включая свойства материалов, экспериментальные данные и комплексные характеристики. Анализ сосредоточен, в частности, на их влиянии на тиксотропность и механические свойства.

Пирогенный кремнезем — это наноразмерный аморфный кремнезем, получаемый путем высокотемпературного гидролиза тетрахлорида кремния в водородно-кислородном пламени. Размер его частиц чрезвычайно мал (обычно 7–40 нанометров), он обладает большой удельной поверхностью, а его поверхность богата силанольными группами, что придает ему исключительную адсорбционную способность и реакционную активность. В составе клеев пирогенный кремнезем образует трехмерную сетевую структуру за счет водородных связей, придавая системе отличную тиксотропность и загущающий эффект без ущерба для ее прозрачности или свойств отверждения.

Бентонит — это природный слоистый силикатный минерал, состоящий в основном из монтмориллонита. Его прослойки могут адсорбировать молекулы воды или органические молекулы, вызывая расширение. После модификации он может использоваться в клеях в качестве загущающего тиксотропного агента. Бентонит образует «структуру Каку» посредством межслойных зарядовых взаимодействий с полярными молекулами, придавая системе вязкость и тиксотропность. Однако его диспергируемость и стабильность, как правило, уступают характеристикам пирогенного кремнезема.

Тиксотропность обозначает склонность материала к снижению вязкости под действием сдвига и восстановлению вязкости в состоянии покоя, что имеет решающее значение для вертикального нанесения и предотвращения провисания. Представленные данные иллюстрируют тиксотропное поведение и характеристики вязкости обоих материалов в составе полиуретанового клея A.

Рисунок 1

Как показано на рисунке 1, пирогенный диоксид кремния (HB-139) имеет вязкость около 14 600 сП при 12 об/мин и тиксотропный коэффициент около 3,2, что свидетельствует о его исключительной способности к загущению и превосходной тиксотропии.
Бентонит, напротив, имеет вязкость всего 6200 сП и тиксотропный коэффициент около 1,6, что значительно ниже, чем у пирогенного диоксида кремния.
Благодаря наноразмеру частиц и поверхностной активности, пирогенный диоксид кремния быстро образует стабильную трехмерную сеть в системе, обеспечивая высокую вязкость и высокий тиксотропный индекс. Хотя бентонит также может повышать вязкость, его слоистая структура подвержена разрушению под действием сдвигового напряжения, демонстрируя плохую восстанавливаемость и ограниченный тиксотропный эффект. Следовательно, пирогенный диоксид кремния имеет больше преимуществ в применениях, требующих превосходной обрабатываемости и устойчивости к провисанию.
Относительное удлинение при разрыве служит важным механическим показателем для оценки гибкости и сопротивления деформации полиуретановых клеев.

Рисунок 2

Как показано на рисунке 2, клей, содержащий пирогенный диоксид кремния (HB-139), демонстрирует удлинение при разрыве, приближающееся к 450%, что свидетельствует о его исключительной прочности. В отличие от этого, образец с использованием бентонита достиг удлинения при разрыве только около 250%, что значительно ниже, чем у первого.
Равномерно распределенный пирогенный кремнезем в системе образует физические точки сшивки с молекулярными цепями полиуретана. Это не только повышает прочность системы, но и сохраняет подвижность молекулярных цепей, тем самым увеличивая удлинение при разрыве. Бентонит, благодаря своей жесткой слоистой структуре и плохой совместимости с матрицей, легко создает точки концентрации напряжений. Это приводит к хрупкости клеевого слоя и значительному снижению удлинения при разрыве.
Вышеприведенное сравнение показывает, что пирогенный диоксид кремния по всем параметрам превосходит бентонит по тиксотропии, эффективности загущения и механическому армированию. Он особенно подходит для высококачественных полиуретановых клеев, требующих высокой прозрачности, высокой прочности и вертикального нанесения. Бентонит, однако, сохраняет ценность для применения в некоторых сценариях среднего и низкого уровня с менее строгими требованиями к характеристикам благодаря своей более низкой стоимости.
При разработке рецептуры полиуретановых клеев выбор тиксотропных агентов и армирующих наполнителей напрямую влияет на опыт применения и эксплуатационные характеристики конечного продукта. Благодаря своим наноэффектам и поверхностным характеристикам, пирогенный диоксид кремния демонстрирует значительные преимущества в улучшении тиксотропных свойств и механических характеристик, что делает его особенно подходящим для современных промышленных требований к высокоэффективным и надежным клеям. Хотя бентонит предлагает более низкую стоимость, он оказывается неадекватным в сценариях с высокими требованиями.
В перспективе прогресс в области нанотехнологий и обработки композиционных материалов сделает функциональную модификацию пирогенного кремнезема и регулирование его взаимодействия с полимерами ключевыми областями исследований. Мы ожидаем, что постоянные инновации в области материаловедения будут способствовать повышению эффективности, экологической устойчивости и интеллектуальной функциональности полиуретановых клеев.