SMP W KLEJACH: NOWOCZESNA ALTERNATYWA DLA POLIURETANÓW

mgr inż. Wiktoria Długosz
Technolog chemiczny

Wprowadzenie

SMP (ang. Silyl-Modified Polymers), znane potocznie jako MS-polimery, to hybrydowe polimery końcowo modyfikowane grupami silanowymi, które coraz powszechniej znajdują zastosowanie w nowoczesnych technologiach klejenia i uszczelniania. Te nowoczesne systemy stanowią odpowiedź na liczne ograniczenia tradycyjnych klejów poliuretanowych (PU), oferując unikalne połączenie elastyczności, trwałości oraz bezpieczeństwa aplikacyjnego. Artykuł ten omawia budowę, właściwości, zastosowania oraz przewagi SMP nad konwencjonalnymi rozwiązaniami klejowymi.

Budowa chemiczna SMP

SMP należą do grupy hybrydowych elastomerów reaktywnych, których główny łańcuch składa się zwykle z segmentów polieterowych, zakończonych grupami silanowymi. To właśnie obecność tych terminalnych grup silanowych sprawia, że SMP reagują z wilgocią atmosferyczną, tworząc silnie usieciowaną, elastyczną i trwałą strukturę.

• Zakończenia funkcyjne – dwu- i trójfunkcyjne układy

Łańcuchy SMP mogą być zakończone dwoma lub trzema grupami silanowymi. Liczba grup funkcyjnych wpływa bezpośrednio na stopień usieciowania polimeru po utwardzeniu. 

1. DMS:

2. TMS:

• Morfologia łańcuchów – struktury liniowe i rozgałęzione

Kolejnym czynnikiem wpływającym na właściwości klejów MS jest morfologia łańcuchów głównych. Wyróżniamy łańcuchy krótkie, długie, rozgałęzione oraz liniowe. Różnice między nimi wpływają bezpośrednio na właściwości użytkowe końcowego produktu. 

• Krótkie łańcuchy – niższa lepkość, małe wydłużenie, twarde,
• Długie łańcuchy – wysoka lepkość, duże wydłużenie, miękkie,
• Liniowe – duże wydłużenie,
• Rozgałęzione – twardsze, mocniejsze, sztywniejsze, szybciej się utwardzają;

Selekcja właściwego typu polimeru lub synergiczne połączenie polimerów o odmiennych strukturach stanowi kluczowy element kształtowania właściwości materiału, ściśle dostosowanych do specyficznych potrzeb danego zastosowania.

• Modyfikacje MS polimerów: hybrydyzacja z akrylami

W celu rozszerzenia zakresu właściwości, SMP coraz częściej podlegają modyfikacjom — np. poprzez wprowadzenie segmentów akrylowych. Takie SMP-akrylowe hybrydy (opracowywane m.in. przez firmę Kaneka) łączą zalety MS polimerów (elastyczność, brak izocyjanianów, dobra adhezja) z właściwościami typowymi dla klejów akrylowych.

Korzyści z modyfikacji akrylowej:

• Zwiększona odporność na warunki atmosferyczne, w tym UV, ozon i wilgoć,
• Większa wytrzymałość mechaniczna — szczególnie na ścinanie i rozciąganie,
• Dłuższy czas otwarty i lepsze własności wstępne (tack),
• Poprawiona stabilność barwy i twardość końcowa;

Porównanie SMP z klejami poliuretanowymi (PU)

• Mechanizm utwardzania

Kleje poliuretanowe powstają w wyniku reakcji izocyjanianów z poliolami. W systemach dwuskładnikowych (2K) obydwa komponenty mieszane są bezpośrednio przed aplikacją. W popularnych systemach jednoskładnikowych (1K), izocyjaniany reagują z wilgocią z otoczenia, a utwardzanie zachodzi z wydzieleniem CO₂. To może prowadzić do powstawania pęcherzyków gazu, szczególnie przy aplikacjach o dużej grubości warstwy.

Polimery SMP utwardzają się pod wpływem wilgoci (zwykle z powietrza lub podłoża) w wyniku hydrolizy grup alkoksysilanowych, a następnie ich kondensacji do mostków Si-O-Si. Proces ten nie emituje gazów, co eliminuje ryzyko powstawania pęcherzy i zapewnia bardzo dobrą kontrolę nad jakością spoiny.

• Bezpieczeństwo i ekologia

PU zawierają izocyjaniany – substancje toksyczne i szkodliwe dla zdrowia, które wymagają szczególnych środków ostrożności przy aplikacji i przechowywaniu. SMP nie zawierają izocyjanianów ani rozpuszczalników, dzięki czemu są znacznie bezpieczniejsze dla użytkownika oraz środowiska.

• Odporność chemiczna i starzeniowa

Choć kleje PU często oferują nieco wyższą odporność chemiczną w skrajnych warunkach, SMP wykazują znacznie lepszą odporność na UV i hydrolizę, co predestynuje je do zastosowań zewnętrznych i w środowiskach o dużej wilgotności.

• Przyczepność do różnych podłoży

SMP oferują bardzo dobrą przyczepność do szerokiego spektrum materiałów – w tym szkła, metali, betonu, drewna, ceramiki oraz wielu tworzyw sztucznych – bez potrzeby stosowania primera. W przypadku PU, uzyskanie trwałej przyczepności do niektórych podłoży może wymagać wcześniejszego gruntowania.

Przewagi aplikacyjne i użytkowe SMP

Zastosowania SMP, ze szczególnym uwzględnieniem budownictwa

SMP znajdują szerokie zastosowanie w wielu sektorach – zarówno przemysłowych, jak i konsumenckich. Ich największy udział notuje się w nowoczesnym budownictwie, gdzie wymagania dotyczące trwałości, estetyki i bezpieczeństwa rosną z roku na rok.

• Budownictwo – kluczowe zastosowania:
  • Elastyczne spoiny dylatacyjne w posadzkach i elewacjach – wysoka odporność SMP na UV, ozon i zmienne warunki klimatyczne zapewnia długą żywotność spoin.
  • Klejenie elementów fasadowych i konstrukcyjnych – SMP dobrze przylegają do materiałów mineralnych, metali, drewna i tworzyw sztucznych.
  • Uszczelnianie stolarki okiennej i drzwiowej – elastyczność zachowana w szerokim zakresie temperatur, kompatybilność z powłokami malarskimi.
  • Prefabrykacja – klejenie i uszczelnianie elementów betonowych i stalowych, bez ryzyka powstawania porów.
  • Hydroizolacje dachowe i tarasowe – niektóre formuły pełnią funkcję elastycznych powłok ochronnych o podwyższonej odporności na warunki zewnętrzne.
• Inne branże:
  • Motoryzacja i transport – elastyczne uszczelnienia kabin, klejenie osłon i paneli.
  • Budowa jednostek pływających – odporność SMP na słoną wodę i UV sprawia, że są idealne dla przemysłu stoczniowego.
  • AGD i elektronika – trwałe i elastyczne połączenia odporne na ciepło i środki czyszczące.

Podsumowanie

SMP to nowoczesne rozwiązanie, które łączy w sobie najważniejsze cechy użytkowe wymagane od nowoczesnych systemów klejąco-uszczelniających: elastyczność, trwałość, bezpieczeństwo i uniwersalność zastosowań. W porównaniu do klasycznych klejów poliuretanowych oferują znaczące korzyści technologiczne i środowiskowe. Dodatkowe możliwości modyfikacji – np. poprzez dodatek segmentów akrylowych – czynią je platformą elastyczną, możliwą do dalszego rozwoju w kierunku specjalistycznych aplikacji.

SMP nie tylko odpowiadają na potrzeby dzisiejszego rynku, ale także stanowią przyszłość technologii klejenia – zwłaszcza w kontekście rosnących wymagań środowiskowych i bezpieczeństwa pracy.

Źródła

• Kaneka brochure
• “Handbook of adhesives and sealants”, 3^rd Edition: Petrie, Edward M.