Сыртта қолдану үшін суға төзімділікті жақсарту үшін PVA желімдерін өзгерту

Стандартты PVA желімдерінің гидрофильді табиғаты мен шектеулерін түсіну

Поливинилацетат (PVA) эмульсиясының ішкі гидрофильді табиғаты

Дәстүрлі PVA желімдері полимер тізбегі бойымен ылғалмен сутектік байланыс түзуді ұнататын гидроксильді топтарды қамтып тұрғандықтан, суға өте сезімтал болады. Полимерлік химия бойынша зерттеулер стандарттық PVA-ның жоғары ылғалдылық жағдайларда өз массасының шамамен 10%-дан, тіпті 15%-на дейінгісін сіңіре алатынын көрсетеді. Жақсы жағы – бұл суды сіңіруге бейім қасиеті олардың ағаш беттері мен қағаз өнімдері сияқты заттарға өте жақсы жабысуына көмектеседі. Бірақ кемшілігі де бар. Егер сыртта немесе ылғалданып, кебіп отыратын орындарда пайдаланылса, уақыт өте келе желім өз қасиетін жақсы сақтай алмайды. Сондықтан көптеген өндірушілер суға төзімділіктің маңызды болатын кейбір қолданыстар үшін PVA құрамын өзгертеді.

Сыртта пайдаланылған кезде стандарттық PVA желімдерінің жиі кездесетін бүліну түрлері

Жаңбыр немесе ылғалдылыққа ұшыраған кезде модификацияланбаған PVA-да үш негізгі бүліну механизмі іске қосылады:

• Пластикациялау : Су желім қабатына енеді және оның құрылымын жұмсартады
• Ұлғаю нәтижесінде пайда болатын кернеу : 3–5% көлемдік ұлғаюы жабыстырғыш интерфейстерде ішкі кернеулер туғызады
• Полимер тізбегінің гидролизі : Ылғал винил сірке мономерлері арасындағы ковалентті байланыстарды үзеді

Бұл әсерлер жүктеме астындағы желімдің созылуына, интерфейстің бөлінуіне және ылғалды орындарда ұзақ уақыт пайдаланғаннан кейін байланыстың бұзылуына әкеледі.

Өнімділіктің төмендеуі туралы деректер: ылғалдылықты сіңіру жылдамдығы мен желімдеу беріктігінің жоғалуы

Салыстырмалы сынақтар стандарттық PVA желімдерінің бастапқы желімдеу беріктігінің 50–70% дейін жоғалатынын көрсетеді, 85% салыстырмалы ылғалдылықта 30 күн өткеннен кейін. Ылғалдылықты сіңіру өнімділіктің төмендеуімен тікелей байланысты:

PVA желімдерінің суға төзімділігін арттыру үшін химиялық өзгерту стратегиялары

PVA желім құрамына гидрофобты функционалды топтар енгізу

Өндірушілер поливинилацетат полимер тізбегіне алкил немесе ароматикалық топтар сияқты гидрофобты элементтерді қосу арқылы суға сезімталдық мәселелерін шешеді. Мұны істегенде, материалмен байланысуға тырысатын су молекуларына кедергі жасайтын стерикалық бөгет деп аталатын зат пайда болады. 2012 жылы European Polymer Journal журналында жарияланған зерттеулерге сәйкес, бұл тәсіл нәмділіктің сіңіп алуын шамамен 40% дейін азайтуға мүмкіндік береді. Бұл өзгерістердің шынайы маңызы мынада: барлық осындай өзгерістерге қарамастан, материалдар жақсы жабысу практикалық қолданымдар үшін ең маңызды болып табылатын ағаш беті мен қағаз өнімдері сияқты заттарға әлі де жақсы жабысады.

Эстерификациялау және ацеталдану реакциялары арқылы судың сезімталдығын азайту

ПВА-дағы гидроксил топтарын карбон қышқылдары немесе олардың ангидриділерімен эфир байланыстарына ауыстыру арқылы этерификация процесі жүреді. Бұл химиялық өзгерту ылғалға сезімталдықты шамамен 65-тен 80 пайызға дейін, жағдайларға байланысты төмендетеді. Содан кейін формальдегид сияқты альдегидтермен материалдар реакцияға түскенде ацеталдану болады. Бұл су енуін тікелей блоктауға арналған циклдық эфирлі құрылымдар түзілуіне әкеледі. Шынымен де қатты әсер қалдырады, себебі бастапқы байланыс беріктігінің 85-тен 90 пайызына жуық сақталуын қамтамасыз етеді. Екеуі де материалды әлдеқайда қатты етеді, сондықтан өндірушілер өңдеу кезінде материалдың өңделуін сақтай отырып, өнімнің өнімділігін төмендетпей, стехиометрияны дәл орнатуы керек.

Шектесу бетінің тұрақтылығын жақсарту үшін силан байланыстырушы агенттерді қосу

Силанмен модификацияланған ПВАлар гидроксилге бай беттермен коваленттік байланыстар түзу арқылы ылғалды жағдайларда төзімділікті едәуір арттырады. Мысалы, γ-глицидоксипропилтриметоксисилан (GPTMS) молекулалық көпір ретінде әрекет етіп, шыныға, металдарға және өңделген ағаштарға жабысуын жақсартады. Гибридтік жүйелерге силандарды қосу салыстырмалы ылғалдылық 85% болғанда шектік кернеу беріктігі 8 МПа-дан асады.

Химиялық модификациядан кейінгі икемділік пен суға төзімділік арасындағы компромисстер

Жоғары өнімді ПВА желімдері үшін баспалдақтандыру мен кополимеризация әдістері

Альдегид негізіндегі және металл иондары баспалдақтандырғыштары: ылғал ортада когезиялық беріктікті арттыру

Химиялық кросслинкинг PVA-ны ылғалға төзімді үш өлшемді желіге айналдырады. Формальдегид негізіндегі жүйелер кросссіз PVA-мен салыстырғанда ылғалдың ысыру беріктігін 35–45% арттырады (Журнал of Adhesion Science, 2023), ал алюминий иондары ылғалды ортада гидролизге төзімділікті жақсартады. Тиімді күйреу алдын ала гелеуін болдырмау үшін дәл pH бақылауды (4,5–5,5) талап етеді.

Изоцианат және борат кросслинкерлер: Беріктік пен улылықты теңестіру

Егершіндер PVA матрицаларында қолданылған кезде олар су құрамын 50% шамасында төмендететін, ылғалдылықпен қатаятын уретан байланыстарын жасайды. Бірақ мұның да өзіндік кемшілігі бар — бұл материалдар ауаға УЛС (ұшпалы органикалық қосылыстар) бөледі, сондықтан қолдану кезінде жақсы желдету қажет. Қауіпсіздікті іздейтіндер үшін борат аралық байланыс заттары қарастырылуы мүмкін. Олар PVA-дегі гидроксиль топтарымен уақыт өте байланысып, улылық мәселелерінсіз тұрақты байланыстар түзеді. 2023 жылғы соңғы зерттеулер де қызықты нәтижелер көрсетті. Боратпен өңделген желімдер бір ай бойы суға малынып тұрғаннан кейін де өзінің желімдеу қабілетінің 82% шамасын сақтап қалды. Дәстүрлі егершін жүйелеріне ұқсас жағдайларда шамамен 94% беріктікті сақтай алатын болса, бұл нәтиже мүлдем нашар емес.

Максималды көлденең байланыс тығыздығы үшін оптималды дозалау мен қату шарттары

Кросслинкердің 8%-дан аса болуы сынғыштыққа әкеледі, бұл сырып алу беріктігін 25–30%-ға дейін төмендетеді (Polymer Engineering Reports, 2023).

Ылғалға төзімділікті арттыру үшін винил-ацетат этилен (VAE) со-полимерлері

VAE со-полимерлері 500 ылғалдық циклінен кейін (0–100% RH) байланыс беріктігінің 92%-ын сақтайды, бұл үш есе PVA-ның негізгі көрсеткішінен озып тұрады. Этилен фрагменттері сумен жұмсаруды басқаратын гидрофобты домендер түзеді және үзілуге дейінгі созылуын 300%-дан жоғары деңгейде сақтайды — бұл сыртқы қолдануларда термиялық ұлғаюды басқарудың маңызды артықшылығы.

Пленка түзілуін және судан қорғауды жақсарту үшін акрил мономерлерін қосу

Акрилат эфирлерінің 15–20% (мысалы, бутил акрилат, метил метакрилат) қосу суға сіңіруін үш механизм арқылы 40%-ға дейін төмендетеді:

1. Гидрофобты боковые тізбектердің түзілуі
2. Негізге жақсы жабысу (бұрыш 75°-дан 52°-қа дейін төмендейді)
3. 10°С-тан төмен температурада пленканың жақсы бірігуі
   Бұл жүйелер 15 минуттан астам уақыт ашық тұруын сақтай отырып, 20 минут суға төзімділік үшін EN 204 D3 стандартын қанағаттандырады.

Салыстырмалы өнімділік: Модификацияланған PVA мен Полиуретан (PUR) желімдері

Суға төзімділік критерийлері: Модификацияланған PVA мен PUR желімдері

Көптеген химиялық модификацияланған PVA құрамдары кросслинкинг технологиясы арқасында жақсы суға төзімділік көрсетеді. Бұл өнімдер үш күн бойы суға толық батып тұрғаннан кейін де өзінің бастапқы беріктігінің 85%-дан астамын сақтайды. Ал полиуретандарды қарастырсақ, олар ылғалдың әсерінен қатаятын ерекше желілер түзеді және олар да өте жақсы төзімділік көрсетеді. Зертханалық сынақтар ASTM стандарттары бойынша шамамен 500 сағат ылғалды ортада болғаннан кейін PUR желімдері өзінің беріктігінің шамамен 85% және одан да көбін сақтап қалатынын көрсетті. Әрине, полиуретандар ұзақ мерзімді су зақымдануына қарсы тұруда жеңіп шығады. Бірақ қызықтысы, соңғы шығарылым PVA нұсқалары сыртқы құрылыс жұмыстары үшін маңызды болып табылатын тез циклды сынақтарда өздерін жақсы көрсетуде.

Жоғары өнімді PVA мен PUR жүйелерінің құны мен пайдасын талдау

Полиуретан (PUR) желімдері әдетте модификацияланған PVA нұсқаларына қарағанда литріне 2,5-3 есе қымбат болып келеді, сонымен қатар оларға әдетте арнайы дозалау құрылғылары мен қатайту үшін бақыланатын орта қажет болады. Өткен жылы жасалған кейбір зерттеулерге сәйкес, сыртқы жиһаз жасауда толық су өткізбейтін қасиет әрдайым қажет болмайтындықтан, модификацияланған PVA шынында да жалпы шығындарды шамамен 18-22 пайызға дейін төмендетеді. Дегенмен, PUR қосылымдары қайық жасау мен басқа да теңіз қолданыстары үшін тиімді, себебі бұл желімдер PVA өнімдерінің 4-7 жылға қарсы 8-12 жылға дейін қызмет ете алады. Қосымша алға қарай шығындалу тұзды су ортасында ұзақ қызмет ету маңызды болатын жағдайларда тиімділігін көрсетеді.

Абсолюттік төзімділіктің төмен болуына қарамастан, модификацияланған PVA неліктен көптеген сыртқы қолданыстарда қолданыла береді

Модификацияланған PVA бөлмеден тыс ағаш композитін желімдеу қолданыстарының шамамен 63 пайызында алдыңғы орында, себебі ол аз улықтырғыш буды бөліп шығарады, тазалау оңай және минус 40 градус Цельсийден 90 градусқа дейінгі температурада жақсы жұмыс істейді. Кәдімгі PUR желімдері жылулық қозғалыс кезінде негізгі материалдарды жарықтап жібереді, бірақ PVA-ның серпімді қасиеттері терраса тақтайлары мен қоршаулар сияқты заттарда кеңею мен сығылуды мүмкіндік бермейді. Сала бойынша зерттеулерге сәйкес, көбінесе контрактшылар ылғалдыққа төзімділіктен гөрі зақымдануды болдырмауға көбірек маңыздылық береді, соның ішінде температура өзгерістеріне төзімділікті бағалауда әрбір төрттен үш кәсіби маман максималды суға төзімділіктен жоғары баға береді.

Суға төзімді PVA желімдерінің сыртқы және ғимарат материалдарындағы нақты қолданыстары

Жылулық изоляциялық тақталардағы модификацияланған PVA: Циклді ылғалдықтағы өнімділік

Ылғалдылық деңгейі қатты тербелетін жылу оқшаулау жүйелерінде суға төзімді PVA желімдері жақсы жұмыс істейді. Сыртта шамамен бес жылдан кейін болатын процесті модельдеу бойынша кейбір үдеулі старение тестері қызықты нәтижелер көрсетті. 2023 жылғы Құрылыс Материалдарының Белгілілік Дәлеліне сәйкес, модификацияланған PVA желімделген кеңейтілген полистирол немесе EPS тақталар уақыт өте келе өз байланыс беріктігінің шамамен 92 пайызын сақтап, ал қарапайым PVA тек 67 пайызға жетті. Бұл мүмкіндіктің болуы модификацияланған нұсқаларда кездесетін гидрофобты көлденең байланыстар арқасында. Олар ылғалдан туындайтын пластиктену проблемаларымен күресуге көмектеседі, яғни бұл материалдар ұзақ уақыт бойы салыстырмалы ылғалдылық 85% сияқты жоғары ылғалды жағдайларға ұшыраған кезде де құрылымдық бүтіндігін сақтай алады.

Сыртқы қағаз өнімдері мен ыдыстарда қолдану: Суға төзімді PVA арқылы беріктікті арттыру

Жабын саласы химиялық түрде өзгертілген PVA желімдерін атмосфералық жағдайға төзімді фальцовкаланған тақталар мен жапсырмаларды шығару үшін пайдаланады. 2024 жылғы өмірлік цикл талдауы бұл құрамдардың қайта өңделетін жабындарда дәстүрлі крахмал негізіндегі желімдерге қарағанда қабаттардың бөліну қателерін 41% азайтатынын көрсетті. Негізгі инновацияларға мыналар жатады:

• 72 сағат суға батыруға төзімді силанды өзгертілген PVA
• 18 тоңазыту-балқу циклын кешіруге төзімді акрил-кополимермен күшейтілген нұсқалар
• Тауыттың сыртқы бетіне алты ай бойы әсер еткеннен кейін де сырып алу беріктігін 1,5 Н/мм² жоғары ұстайтын УК-стабилизацияланған түрлері

Құрылыс пен өнеркәсіптегі жағдайлар бойынша ұзақ мерзімді жұмыс істеу деректері

Модификацияланған PVA желімдерін қолданатын коммерциялық құрылыс жобаларының 84%-ден астамы сыртқы қолданыста жеті жылдан астам уақыт бойы қанағаттанарлық орындалу туралы хабарлайды. Ерекше жүзеге асыруларға мыналар жатады:

Еуропаның 12 инфрақұрылымдық жобасынан (2018–2023) алынған деректер модификацияланған PVA желімдерінің полиуретан жүйелеріне қарағанда материалдық шығындарды 34% төмендетіп, уақыт төзімділігін сақтайтынын растайды және оларды экологиялық сертификаттау үшін идеалды қылады.

ЖИІ ҚОЙЫЛАТЫН СҰРАҚТАР

1. Химиялық түрде модификацияланған PVA желімдерін қолданудың артықшылықтары қандай?

Химиялық түрде модификацияланған PVA желімдері ашық аспан астында және ылғалдылығы жоғары орындарда судың әсеріне төзімділікті, бекітілу беріктігін және ұзақтылықты арттырады. Сонымен қатар, олар ауаға одан да аз ұшпалы органикалық қоспаларды бөледі, яғни экологияға бағдарланған болып табылады.

2. PVA желімдері өнімділік пен құны бойынша полиуретан (PUR) желімдерімен қалай салыстырылады?

Әрине, PUR желімдері ұзақ мерзімді суға төзімділік көрсетеді, бірақ модификацияланған PVA желімдері құны жағынан тиімдірек және абсолюттік су өткізбейтін қасиет керек емес көптеген сыртқы қолданыстар үшін жеткілікті.

3. Модификацияланған PVA желімдерінде икемділік пен суға төзімділік арасында теңгерім бар ма?

Иә, химиялық модификациялар суға төзімділікті арттырса да, икемділікті төмендетуі мүмкін. Өндірушілер со-полимерлеу арқылы эластомерлі мономерлерді енгізу арқылы осы мәселені шешеді.

4. Модификацияланған PVA желімдерінің кең таралған қолданылуы қандай?

Модификацияланған PVA желімдері жылу оқшаулау тақталарында, ашық аспанда қағаз өнімдерінде, ыдырауда және ылғалдық пен температура өзгерістеріне төзімділік талап ететін әртүрлі құрылыс қолданыстарында кеңінен қолданылады.