Разработка отечественного бутилового герметика для производства стеклопакетов

Хайруллин И. Харо О. Поманская М. Хайруллин И Разработка отечественного бутилового герметика для производства стеклопакетов // Строительные материалы. 2003 . №12. C. 24-26

В последние годы в России производство стеклопакетов и современных энергоэффективных окон с использованием стеклопакетов превратилось в бурно развивающуюся отрасль строительной индустрии. В настоящее время в Российской Федерации более 250 крупных и малых предприятий, в том числе около 100 предприятий в Москве и Московской области, занимаются производством стеклопакетов, окон со стеклопакетами, комплектующих деталей к ним и их монтажом на строительных объектах. При этом ориентировочный объем производства окон со стеклопакетами составляет 6?7 млн м2 в год. Для сравнения, годовой объем производства окон со стекло па кета ми в Германии и Великобритании составляет 32 и 18 млн м2 соответственно.

Расширение масштабов выпуска окон со стекло-пакетами не только позволяет улучшить жилищные условия, ной способствует экономии энергоносителей, охране окружающей среды. Эта проблема особенно актуальна для России, где согласно данным ВНИИЭСМ насчитывается 1,2-1,3 млрд простых окон с двумя стеклами общей площадью 1,6?1,7 млрд м2. Замена таких окон на окна со стеклопакетами позволила бы сэкономить 24?30 млрд л усл. топлива в год, расходуемого на отопление этих помещений.

Подавляющее большинство комплектующих изделий при производстве стеклопакетов и окон на их основе, в том числе герметиков, поступает в Россию из-за рубежа. Поэтому разработка и производство отечественных аналогов герметиков и комплектующих изделий является важной государственной задачей, имеющей большое социально-экономическое значение с точки зрения снижения ценовых характеристик стеклопакетов и изделий на их основе, а следовательно, и более широкого внедрения энергоэффективных окон по всей территории России. Это обеспечило бы большое количество хорошо оплачиваемых рабочих мест по регионам.

Существует широкий ассортимент материалов для герметизации межстекольного пространства. При этом для непосредственного скрепления листов стекла с металлическим профилем, то есть в качестве герметика для первой зоны герметизации стеклопакетов, как правило, благодаря своей уникальной влагонепроницаемости применяются нетвердеющие бутиловые герметики. Окончательная фиксация и придание пакету механической прочности достигается за счет применения химически отверждающихся двухкомпонентных тиоколовых герметиков. Указанная двухзонная схема герметизации бутил ? тиокол в настоящее время стала классической и никакая другая во всем мире система не обладает таким же широким, более чем 30-летним положительным опытом применения. Так, согласно данным немецкой фирмы Chemetall, сегодня в Европе свыше 80% всех стеклопакетов, а в мире около 70% производятся по схеме двухзонной герметизации бутил ? тиокол. По данным фирмы Kommerling, эти цифры даже несколько выше.

Из других материалов, использующихся при герметизации стеклопакетов, следует выделить одно- и двухкомпонентные силиконовые герметики в виде вязких паст или готовых к применению экструдированных лент, а также одно- и двухкомпонентные уретановые герметики, включая отверждаемые под действием влаги воздуха уретановые герметики на основе MS-полимеров, представляющих собой композицию на основе уретанового полимера с концевыми алкоксисилоксановыми группами. За последние годы в Европе появились новые конструкции клееных стеклопакетов типа бутил-бутил, где в качестве герметика второй зоны герметизации используется бутил горячего расплава ? так называемый ?Хот-мельт? (Hot-Melt), что значительно упрощает технологию производства стеклопакетов.

Однако без преувеличения можно утверждать, что первая зона герметизации стеклопакетов является наиболее важной, ответственной за качество межстекольного пространства в стеклопакете, и кроме того, первичный герметик играет роль конструкционного материала, первоначально скрепляющего в одно целое стеклопакет в технологическом процессе его производства: два-три листа стекла с одной-двумя металлическими рамками.

Потребление бутилового герметика для первой зоны герметизации составляет 300?400 т в год по России, в том числе до 150 т в год для строительного комплекса Москвы и Московской области. Указанная потребность полностью удовлетворяется закупками по импорту. Основными поставщиками бутилового герметика на российский рынок являются фирмы Chemetall (Германия), Kommerling (Германия), Fеnzi (Италия), Tremco (США).

Первый отечественный бутиловый герметик для стеклопакетов был разработан авторами статьи в 1977 г. и под маркой ?Бутэпрол-КС? более 10 лет применялся на крупнейших стекольных заводах Советского Союза ? Саратовском, Борском, Салаватском. Стеклопакеты с использованием герметика ?Бутэпрол-КС? успешно эксплуатировались во всех климатических зонах нашей страны. В 1995 г. был разработан новый состав бутилового герметика под маркой ?Гермус?, обеспечивающий комплекс физико-механических и эксплуатационных характеристик стеклопакетов, прежде всего влагонепроницаемость и герметичность. Однако более широкая проверка показала, что герметик ?Гермус? характеризуется недостаточной технологичностью на появившихся за последние годы современных высокоскоростных поточных линиях производства стеклопакетов из-за обнаруженных нежелательных явлений, таких как нитеобразование, разрывы при нанесении герметика на распорную (дистанционную) рамку, несколько повышенная текучесть и др.

Стояла задача разработки более доступного по цене импортозаменяющего усовершенствованного состава герметика, не уступающего по своим характеристикам зарубежным аналогам.

Герметик для первой зоны ? многокомпонентная система, содержащая бутилкаучук и другие каучуки бутиленового ряда, смолы, обеспечивающие композиции быструю и надежную адгезию к распорной рамке при температуре свыше 100?С, снятие поверхностной липкости при более низких температурах, а также низколетучие пластификаторы, активные и неактивные наполнители, стабилизаторы и другие целевые добавки.

Показатели

Норма для мастик в соответствии с ТУ 5770-102-0028-4718-95

Результаты испытаний

?Гермус?

?Гермус-М - герметик бутиловый?

Импортный аналог ?Butylver?

Мастика ?Гермус-М - герметик бутиловый?

Плотность, г/см3

Не нормируется

1,1-1,4

1,1

1,2

Предел прочности при растяжении, МПа

Не менее 0,02

Не менее 0,10

0,10

0,29

Относительное удлинение при максимальной нагрузке, %

Не менее 20

Не нормируется

-

-

Относительное удлинение при температуре -40?С, %

Не менее 10

То же

-

-

Характер разрушения

Когезионный

То же

-

-

Прочность при сдвиге, МПа

Не нормируется

Не менее 0,10

0,12

0,10

Сопротивление текучести, мм

Не более 1

Не более 1

0

0

Пенетрация, мм

3-7

2-5

2,8

3,5

Гибкость на брусе с закругленным радиусом 5 мм при температуре -50?С

Не нормируется

Отсутствие трещин на поверхности образца

Отсутствие трещин

Отсутствие трещин

Паропроницаемость, кг/(мс-Па), не более

То же

0,02х10-12

0,004x10-12

0,001х10-12

Основа герметика ? синтетические каучуки полиизобутилен и бутилкаучук в сочетании с другими синтетическими каучуками различной молекулярной массы играют доминирующую роль в формировании необходимых прочностных, эластических, адгезионных свойств герметика, придании ему влагостойкости, паронепроницаемости, технологичности при нанесении.

Обеспечение требуемой технологичности нанесения разрабатываемого герметика достигалось за счет ввода в состав термопластичных полимеров, обратимо переходящих при нагревании в пластическое или вязкотекучее состояние в результате плавления кристаллической и (или) размягчения аморфной (стеклообразной) фаз. При этом необходимо было достичь эффекта, при котором повышение когезионной прочности не сопровождалось бы снижением адгезионных характеристик герметика, как это часто бывает.

Одним из важных требований к качеству бутилового герметика является высокая степень однородности распределения ингредиентов герметика и непромешанных частиц наполнителя.

С целью исключения инородных примесей и более крупных агрегатов наполнители подвергались предварительному рассеву. Сажа в состав вводилась в пластификаторе в виде пасты после смешивания в смесителе и перетира в краскотерке.

Развальцовка синтетических каучуков проводилась на резиносмесительных вальцах ВВП-1530 при температуре 100-120?С в течение 10-15 мин при минимальном зазоре.

Основные операции по гомогенизации состава, вводу компонентов и вакуумирование смеси проводились в смесителе типа ЗШ при температуре 100?120?С и остаточном давлении не более 0,013 МПа. Общее время цикла изготовления герметика ? 120 мин.

При оценке качества и разработке технических условий на усовершенствованный состав отечественного бутилового герметика был использован положительный опыт производства и применения мастики ?Гермус? на различных предприятиях России и стран СНГ ? ОАО ?Салаватстекло?, ООО ?Стеклоконструкция?, Ташкентский завод стеклозащитных устройств и др., а также результаты исследований зарубежных аналогов бутилового герметика фирм Kommerlirig, Chemetall, Fenzi и других.

С целью более успешного продвижения разработанного герметика на рынок было решено сохранить в названии герметика сочетание ?мастика ?Гермус?, дополнив его буквой ?М? (модифицированный) и словами ?герметик бутиловый?.

Были существенно изменены качественные показатели разработанной мастики и введены новые показатели:

? паропроницаемость - для оценки надежности герметизации межстекольного пространства;

? прочность при сдвиге как важный технологический показатель адгезии герметика к стеклу и алюминиевому профилю;

? гибкость на брусе при температуре -50?С взамен показателя относительного удлинения при температуре -40?С;

? плотность герметика.

В технических условиях предусмотрены более высокие требования по показателю предела прочности при растяжении.

Показатели физико-химических свойств мастики в соответствии с извещением № 2 об изменении и введении в ТУ 5770-102-00284718-95 новой марки мастики ?Гермус-М - герметик бутиловый? представлены в таблице.

На основании санитарно-гигиенических исследований мастики ?Гермус-М ? герметик бутиловый? получено санитарно-эпидемиологическое заключение № 50.99.16.577.П.03526.03.2 от 15.03.02. Свойства разработанной мастики подтверждены сертификатом Госстроя РФ №0169202.

Отработка технологического процесса производства мастики и организация ее опытно-промышленного производства проводились применительно к технологическому процессу и оборудованию ЗАО ?Научно-производственное предприятие ?Гепол? при хлюпинском заводе ?Стройполимер? Московской области. Разработан технологический регламент на опытно-промышленное производство мастики ?Гермус-М - герметик бутиловый?.

Мощность производства мастики ?Гермус-М - герметик бутиловый? составляет 300 т в год с последующей возможностью доведения ее до 400?500 т в год без существенных капитальных затрат. Цена разработанной мастики в среднем в два раза ниже, чем у зарубежных аналогов.

Исследование физико-механических и эксплуатационных свойств мастики проводилось на опытных и опытно-промышленных партиях. Испытание образцов мастик проводилось в специализированной лаборатории ГУП ?НИИМосстрой?.

Результаты проведенных испытаний и сравнительный анализ разрабатываемого и импортного герметика позволяют сделать вывод, что мастика ?Гермус-М ? герметик бутиловый? соответствует требованиям технического задания