Application of polydimethylsiloxane (PDMS) polymers as structural adhesives, sealants, and high-performance functional coatings

• Autorzy: Gutowski Wojciech Stanisław , Wolf Andreas , Deng Pengyang , Zhang Yifan , Yin Yuan

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie polimerów na bazie polydimethylsiloxanu (PDMS) jako wysoko wydajnych powłok uszczelniających

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This work presents the outcome of our research on the application of polydimethylsiloxanes (PDMS) as base materials for the formulation of high-performance structural adhesives, sealants, and multifunctional coatings. The unique properties of these polymers, such as (i) the excellent adhesion to various materials used by automotive, aerospace, construction and maritime industries, (ii) inherent chemical inertness of cross-linked polymers, (iii) outstanding long-term durability, (iv) in-built hydrophobicity and icephobicity, and (v) flexibility and in some systems, self-healing ability, present PDMS resins as an attractive high-performance material offering versatility in a broad spectrum of engineering applications, e.g., from structural bonding and joint sealing to self-cleaning and icephobic coatings applicable to surfaces of structures exposed to sub-zero service temperatures, where potential ice accretion imposes severe danger to reliable and safe performance of engineering structures, through to antifouling and biomedical applications.

PL

Przedstawiono wyniki badań nad zastosowaniem polidimetylosiloksanów (PDMS) jako materiałów wyjściowych do formułowania wysokiej jakości klejów strukturalnych, uszczelniaczy i powłok wielofunkcyjnych. Unikalne właściwości tych polimerów takie jak: (i) doskonała adhezja do różnych materiałów stosowanych w przemyśle motoryzacyjnym, lotniczym, budowlanym i okrętowym, (ii) naturalna obojętność chemiczna usieciowanego polimeru, (iii) wyjątkowa długowieczność, (iv) wbudowana hydrofobowość i lodofobowość (własności przeciwoblodzeniowe), (v) elastyczność i w przypadku niektórych systemów samonaprawialność, prezentują żywice PDMS jako atrakcyjny materiał o wysokiej jakości, oferujący wszechstronność w szerokim spektrum zastosowań inżynieryjnych: od klejenia strukturalnego i uszczelniania połączeń po samoczyszczające się i lodofobowe powłoki nakładane na powierzchnie urządzeń i konstrukcji narażonych na użytkowanie w temperaturach ujemnych, w których potencjalne narastanie lodu stwarza poważne zagrożenie dla niezawodnego i bezpiecznego działania konstrukcji inżynierskich, a także dla zastosowań przeciwporostowych i biomedycznych.

Słowa kluczowe

EN

polydimethylsiloxanes; adhesion; adhesives; functional coatings; superhydrophobic; icephobic; durability

PL

polidimetylosiloksany; adhezja; klej; powłoki funkcjonalne; hydrofobowość; lodofobowość; własności przeciwoblodzeniowe; długowieczność

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe Instytutu Technologii Eksploatacji - Państwowego Instytutu Badawczego
• Czasopismo: Journal of Machine Construction and Maintenance - Problemy Eksploatacji
• Rocznik: 2019
• Tom: no. 3
• Strony: 7--17
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Gutowski Wojciech Stanisław

• CSIRO Manufacturing Flagship, Industrial Interfaces Group, Melbourne, Australia

autor

Wolf Andreas

• A&S SciTech Consulting, Hűnstetten, Germany

autor

Deng Pengyang

• CAS Key Laboratory of High-Performace Synthetic Rubber and its Composite Materials, Changchun Institute of Applied Chemistry, Changchun, China

autor

Zhang Yifan

• CAS Key Laboratory of High-Performace Synthetic Rubber and its Composite Materials, Changchun Institute of Applied Chemistry, Changchun, China

autor

Yin Yuan

• CAS Key Laboratory of High-Performace Synthetic Rubber and its Composite Materials, Changchun Institute of Applied Chemistry, Changchun, China

Bibliografia

• 1. Arkles B.: Silicone, Germanium, Tin and Lead Compounds, Metal Alkoxides, Diketonates and Carboxylates. In: Arkles B. (ed.): A Survey of Properties and Chemistry. Gelest Inc., 2nd Edition, 1998, pp. 434-508.
• 2. Polmanteer K.E., Lentz C.W.: Reinforcement studies - effect of silica structure on properties and crosslink density. Rubber Chemistry and Technology, 1975, 48(5), pp. 795-809.
• 3. Warrick E.L., Pierce O.R., Polmanteer K.E., Saam J.C.: Silicone elastomer developments 1967-1977. Rubber Chemistry and Technology, 1979, 52(3), pp. 437-525.
• 4. Schaefer D., Vu B.T.N., Mark J.E.: The effect of interphase coupling on the structure and mechanical properties of silica-siloxane composites. Rubber Chemistry and Technology, 2003, 75, pp. 795-810.
• 5. Duncan B., Mera R., Leatherdale D., Taylor M., Musgrove R.: Techniques for characterizing the wetting, coating and spreading of adhesives on surfaces. NPL Report DEPC MPR 020. Teddington, UK: National Physical Laboratory, 2005.
• 6. Table adapted from: Kinloch A.J.: Adhesion and Adhesives: Science and Technology. New York, USA: Chapman and Hall, 1987.
• 7. Brady W.P., Chung K., Schmidt R.G., Vincent G.A.: Silicone pressure sensitive adhesives having enhanced adhesion to low energy substrates. US Patent 5, 248, 739, 1993.
• 8. Wagner A., Broker K.: Joining the Pieces Together: A New Weather barrier Sealant to Ensure Energy Retention of Commercial Buildings. In: Building Enclosure Science & Technology Conference, BEST-3 High Performance Buildings - Combining Field Experience with Innovation, Atlanta, April 2-4, 2012. National Institute of Building Sciences, Washington, DC, USA, 2012.
• 9. ASTM International: Standard Test Method for Adhesion-in-Peel of Elastomeric Joint Sealants. [Online]. ASTM C794-10. [Accessed 25 August 2019]. Available from: http://www.astm.org/Standards/C794.htm
• 10. ASTM International: Standard Practice for Operating Fluorescent Ultraviolet (UV) Lamp Apparatus for Exposure of Nonmetallic Materials. [Online]. ASTM G154 - 12a. [Accessed 25 August 2019]. Available from: http://www.astm.org/Standards/G154.htm
• 11. ASTM International: Standard Test Methods for Vulcanized Rubber and Thermoplastic Elastomers - Tension. [Online]. ASTM D412 - 06a (2013). [Accessed 25 August 2019]. Availabe from: http://www.astm.org/Standards/D412.htm
• 12. Wolf A., Gutowski W.: Klebstoffe: Silikonkleber und Haftverbesserungsprozesse für statisches Belastbares Kleben und Substrate mit geringer Oberflächenenergie (Adhesives: Silicone Adhesives and Adhesion Improvement Processes for Bonding Low Surface Energy Substrates). Farbe und Lack (Paints & Coatings), 2014, 6, pp. 58-64.
• 13. Kuys B., Gutowski M., Li S., Gutowski W.S., Cerra A.: Modular design and assembly of automotive and architectural structures: product integration through adhesive bonding. Advances in Manufacturing Science and Technology, 2016, 40(3), pp. 5-27, DOI: 10.2478/amst-2016-0013.
• 14. Gutowski W.S., Li S.: Theoretical and Technological Aspects of Surface Engineering for Adhesion Enhancement of Polymers and Composites. Advances in Manufacturing Science and Technology, 2015, 38(4), pp. 6-21.
• 15. Koch K., Bhushan B., Barthlott W.: Diversity of structure, morphology and wetting of plant surfaces. Soft Matter, 2008, 4, pp. 1943-1963.
• 16. Yin Y., Liu M., Wei W., Zhang Y., Gutowski V., Zhang W., Deng P.: Open-mouth meso-porous hollow micro/nano coatings based on POSS/ PDMS: fabrication, mechanisms, and anti-icing performance. Part. Part. Syst. Char., 2018, 35(12), p. 1800323.
• 17. Gutowski W.(V.), Russell L., Cerra A.: New Tests for Adhesion of Silicone Sealants. In: Klosowski J.(ed.): Science and Technology of Building Seals, Sealants, Glazing, and Waterproofing: Second Volume. West Conshohocken, PA: ASTM International, 1992, pp. 87-104.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).