Silikoonõli{0}}sisaldava vesiniku struktuur ja valik

Lisaks -kõvastuvatele vedelatele silikoonkummi (LSR/RTV-2) koostistele määrab vinüülsilikoonõli "aluse iseloomu", samas kui vesinik-sisaldav silikoonõli määrab "ristsiduva karkassi". Õige vesinikusisaldusega silikoonõli valimine on pool võitu eduka toote koostamisel.

Üks. Vesinikku-sisaldav silikoonõli: silikooni lisamise-arhitekt.

Kui võrrelda silikoonist ristsidumise võrku hoonega:

• Vinüülsilikoonõli=terasskelett (annab peamise keti struktuuri)

• Vesinikku{0}}sisaldavad silikoonõli=betoonvuugid (pakkub ristsiduvaid ühenduspunkte)

• Plaatinakatalüsaatori=ehitusjuhised (juhib reaktsiooni initsiatsiooni)

Vesinikku{0}}sisaldava silikoonõli struktuuri tüüp, vesinikusisaldus ja molekulmass määravad otseselt selle "hoone" tiheduse, tugevuse ja paindlikkuse.

Kaks. Silikoonõlisid sisaldavate vesiniku struktuur ja klassifikatsioon{1}

2.1Keemiline põhistruktuur Vesinikku{0}}sisaldava silikoonõli keemiline nimetus on polümetüülvesiniksiloksaan (PMHS) ja selle põhiline struktuuriüksus on:

Kus:

• M-ühik: trimetüülsiloksü (CH3)₃SiO [1/2] – lõpp-katterühm

• Mᴴ ühik: dimetüülhüdrosiloksü (CH₃)₂HSiO [1/2] – vesinik-sisaldav otsa-kork

• D-ühik: dimetüülsiloksü (CH3)₂SiO [2/2] – põhiahela korduv üksus

• Dᴴ-ühik: metüülhüdrosiloksü (CH₃)HSiO [2/2] – vesinikku-sisaldav põhiahela üksus

2.2 Kolm peamist struktuuritüüpi Si-H-sidemete jaotumise põhjal molekulaarahelas võib vesinik-sisaldavad silikoonõlid jagada kolme kategooriasse:

lõpp-vesiniksilikoonõlidLõpp--vesiniksilikoonõlide ristsidumise reaktsioon toimub peamiselt molekulaarsete ahelate otstes, mille tulemusena tekib ristseotud võrgustikus pikem ahela segment. Seetõttu: • Madalam ristsidumise tihedus • Vulkanisaadi madalam kõvadus • Suurem pikenemine • Üldiselt parem läbipaistvus (vähem ristsidumise punkte, väiksem mikroskoopiline ebahomogeensus)

Külg{0}}vesiniksilikoonõlidPeaahelas on jaotunud Si-H, kusjuures iga molekul osaleb mitmes ristsidumise punktis: • Kõrge ristsidumise tihedus • Vulkanisaadi kõrge kõvadus • Hea tõmbe- ja rebenemistugevus • Kuid liigne kasutamine võib kergesti põhjustada ühendi haprust.

Lõpp- ja külg-vesiniksilikoonõlidon viimastel aastatel näinud kiiret ja pidevat kasvu. Reguleerides lõpprühmade/külgrühmade vesinikusisalduse suhet, saab ristseotud võrgustruktuuri juhtida laias vahemikus, et vastata erinevate rakendusstsenaariumide vajadustele.

2.3 Peamine erinevus hüdroksüülsilikooniõli ja vesinikku{0}}sisaldava silikoonõli vahel. Algajate seas levinud eksiarvamus:

vesinik{0}}sisaldava silikoonõli ja hüdroksüülsilikooniõli segamine.

• Vesinikku{0}}sisaldav silikoonõli (Si-H): kasutatakse -tüüpi silikoonõli lisamiseks, see ristsidestab vinüülrühmadega ega vaja vett.

• Hüdroksüülsilikoonõli (Si-OH): kasutatakse kondensatsiooni--tüüpi silikoonõli jaoks, see kondenseerub ja dehüdreerub ristsiduvate ainetega (nt tetraetüülortosilikaat).

Neil kahel on täiesti erinevad keemilised omadused ja neid ei tohiks kunagi segada.

Kolm. Vesinikusisaldus: ristsidumise tiheduse "nupp".

3.1 Vesinikusisalduse määratlus ja mõõtmine Vesinikusisaldus viitab Si{0}}H-sidemete kogusele vesinik-sisaldavas silikoonõlis ja seda väljendatakse tavaliselt kahes ühikus:

Ühik: määratlus: tüüpiline vahemik:

massiprotsent Si-H sideme H massi protsent kogumassist 0,05–1,6%

mol% D^H ühikute mooliprotsent kõigi D ühikute suhtes 5% ~ 100%

Tööstuses määratakse vesinikusisaldus tavaliselt keemiliste meetoditega (vesiniku ruumala mõõtmiseks reageerides liigse leelisega) või infrapunaspektroskoopiaga (Si{0}}H iseloomulik neeldumispiik 2160 cm⁻¹ juures).

3.2Vesinikusisalduse mõju ristsidumise tihedusele

Ristsidemete tiheduse ja vesinikusisalduse ning vinüülisisalduse vahelise seose saab tuletada klassikalisest kummi elastsuse teooriast.

Peamised järeldused:

• Kui vesiniku sisaldus on alla stöhhiomeetria, suureneb ristsidemete tihedus lineaarselt vesiniku sisalduse suurenemisega.

• Kui vesiniku sisaldus ületab stöhhiomeetria, kipub ristsidemete tihedus küllastuma (piiratud vinüülisisaldusega).

• Liigne vesinik{0}}sisaldav silikoonõli ei ole mitte ainult raiskav, vaid tekitab ka reageerimata Si-H jääke, mis vähendab kuumakindlust.

3.3 Vesinikusisalduse mõju kõvadusele Kõvadus (Shore A) on otseselt seotud ristsidumise tihedusega.

Eksperimentaalsed andmed näitavad, et:

Märkus. Andmed põhinevad otsa{0}}poolsel vesinikku-sisaldaval silikoonõlil (viskoossus 200 mPa·s), vinüülsilikoonõlil 0,5 mol% vinüülisisaldusega ja plaatina katalüsaatoril 10 ppm.

Muster: kõvadus suureneb ligikaudu lineaarselt, kui vesinikusisaldus suureneb 0,05%-lt 0,30%-le; üle 0,50%, kõvaduse kasv aeglustub, kuid rabedus suureneb oluliselt.

3.4 Vesinikusisalduse mõju mehaanilistele omadustele:

Tõmbetugevus ja rebenemistugevus

Vesinikusisalduse mõju tõmbetugevusele järgib ümberpööratud U{0}}kujulist kõverat:

• Madal vesinikusisaldus (<0.10%): Insufficient crosslinking density, large slip space between molecular chains, low tensile strength (<3 MPa) 

• Mõõdukas vesinikusisaldus (0,15–0,35%): mõõdukas ristsidumise tihedus, ketisegmendid taluvad pinget ja neil on teatud libisemisruum, mille tulemuseks on suurim tõmbetugevus (5–8 MPa)

• High hydrogen content (>0,50%): liigne ristsidumine, piiratud ketisegmendi liikumine, pinge kontsentratsioon viib kergesti purunemiseni, tõmbetugevus väheneb.

Rebimistugevus järgib sarnast mustrit, kusjuures optimaalne vesinikusisaldus on veidi madalam kui optimaalne tõmbetugevus.

Suurt paindlikkust nõudvate rakenduste jaoks (nagu mannekeenid ja painduvad vormid) on soovitatav kasutada madala -vesiniku-sisaldusega koostist; struktuursete komponentide puhul võib kasutada suure -vesiniku-sisaldusega koostist.

3.5Vesinikusisalduse mõju läbipaistvusele-Kõvastuva silikooni lisamise läbipaistvust piiravad kaks tegurit.

• Täiteaine dispersioon (lisa{0}}kõvastumise süsteemid sisaldavad tavaliselt täiteainet või seda on minimaalselt, seega pole see peamine tegur)

• Ristseotud võrgu mikroskoopiline ühtlus{0}} Vesinikusisalduse mõju läbipaistvusele:

• Madal vesinikusisaldus: hõredad rist{0}}sidumispunktid, ebaühtlane lokaalne ristsidumine-, mis võib viia faaside mikroskoopilise eraldumiseni → kerge udu

• Mõõdukas vesinikusisaldus: ühtlane ristsidumine-, tavaline võrk → Optimaalne läbipaistvus (läbilaskvus > 90%)

• Kõrge vesinikusisaldus: liiga kiire ristsidumine-, moodustades lokaliseeritud suure-tihedusega mikro-piirkondi → Mikroskoopilised pingekontsentratsioonid ja murdumisnäitaja erinevused → Läbipaistvuse vähenemine

Optilise kvaliteediga silikooni (LED-kapseldus, optilised läätsed) puhul on soovitatav vesinikusisaldust reguleerida vahemikus 0,15–0,25 massiprotsenti.

3.6 Vesinikusisalduse mõju kuumakindlusele Silikoonkummi kuumakindlust mõjutavad peamiselt järgmised tegurid:

• Peaahela termiline oksüdatsioonistabiilsus (kõrge Si{0}}O sideenergia, hea põhiline kuumakindlus)

• Ristsidumispunktide termiline stabiilsus

• Jääk-Si{0}}H termiline oksüdatsioon Vesinikusisalduse mõju kuumakindlusele:

• Sobiv vesinikusisaldus: moodustab stabiilsed Si-C-C-Si ristsidemed, suurepärane kuumakindlus (pikaajaline kasutamine 200 kraadi juures)

• Liigne vesinikusisaldus: jääk-Si-H oksüdeerub kergesti kõrgel temperatuuril, mis põhjustab peaahela katkemist ja ristsidumise võrgu lagunemist, mis väljendub pehmenemises, kleepumises ja mehaaniliste omaduste vähenemisena kõrgel temperatuuril.

Tööstuslik kogemus: vesinikusisaldust tuleks lisada 90–95% stöhhiomeetrilisest suhtest, et tagada piisav ristsidumine, vältides samal ajal Si-H jääke.

For high-temperature applications (>200 kraadi), on soovitatav kasutada lõpp-vesinikku või madala-vesinikusisaldusega preparaate.

3.7Vesinikusisalduse mõju protsessi jõudlusele Kasutusaeg: Vesinikusisaldus ise mõjutab kasutusaega vähe (kasutusaega reguleerib peamiselt plaatina katalüsaatori ja inhibiitorite kogus).

Kuid suure vesinikusisaldusega koostistel on sageli järgmised protsessiprobleemid:

• Kontsentreeritum eksotermiline reaktsioon (reaktsioonis osaleb rohkem Si-H ruumalaühiku kohta), mis viib kohaliku temperatuuri tõusuni ja lühendab kaudselt kasutusaega.

• Tundlikum katalüsaatorite suhtes; isegi mikrolisandid võivad vallandada "plahvatusohtliku polümerisatsiooni". Kõvenemiskiirus: Sama katalüsaatoriannuse korral:

• Suurem vesinikusisaldus tagab kiirema kõvenemiskiiruse (rohkem reaktsioonikohti).

• Tegelik kõvenemiskiirus sõltub aga rohkem Si-H/Si-Vi sobitussuhtest ja katalüsaatori kontsentratsioonist.

Lammutusomadused: Suure vesinikusisaldusega preparaatidel on kõrge ristsidumise tihedus, veidi suurem vulkanisaadi kokkutõmbumine ja keeruline nakkumine vormidega. Vabastusaine kogust tuleb kohandada vastavalt konkreetsele vormimaterjalile.

Neli. Molekulmass: "regulaator" võrgu skaalal

4.1 Molekulmassi ja viskoossuse vaheline seos Vesinikku{1}}sisaldava silikoonõli molekulmassi tavaliselt otseselt ei mõõdeta, vaid seda iseloomustab kinemaatiline viskoossus (mm²/s või mPa·s, 25 kraadi).

Tööstuses kasutatavate vesinikku{0}}sisaldavate silikoonõlide levinumad viskoossuse vahemikud:

4.2 Molekulmassi mõju ristsidevõrgu struktuurile Vesinikku-sisaldava silikoonõli molekulmass määrab ristsidemete vahelise molekulmassi (Molecular Weight Between Crosslinks, Mc): madala molekulmassiga vesinik-silikooniõli:

• Lühikesed molekulaarahelad, väike vahe ristsidemete vahel

• Tihe ristsidevõrk, kuid lühikesed ahelasegmendid

• Vulkanisaadi kõrge kõvadus ja kõrge moodul

• Väike venivus ja nõrk vastupidavus

• Struktuur sarnaneb "lühikeste terasvarraste + tihedate sõlmedega" suure molekulmassiga vesinik{1}}sisaldava silikoonõliga:

• Pikad molekulaarsed ahelad, suur vahe ristsidemete vahel

• Hõre ristsidevõrk, kuid pikad ahelasegmendid

• Madala mooduliga pehme vulkaniseerimine

• Suur venivus ja hea vastupidavus

• Struktuur sarnaneb "pikade terasvarraste + hõredate sõlmedega"

4.3Molekulmassi mõju mehaanilistele omadustele

Mehhanism: ristseotud võrgustikus, mille moodustab suure molekulmassiga vesinik-sisaldav silikoonõli, võivad pika ahela segmendid orienteeruda ja ulatuda pinge all, neelates rohkem energiat, mille tulemuseks on suurem tõmbe- ja rebenemistugevus. Madala molekulmassiga vesinikku{3}}sisaldav silikoonõli moodustab liiga jäiga võrgustiku, mis põhjustab stressi kontsentratsiooni ja enneaegset purunemist.

4.4 Molekulmassi mõju lenduvale ainele See on sageli tähelepanuta jäetud, kuid ülioluline tegur:

• Madala molekulmassiga vesinikku{0}}sisaldav silikoonõli (<200 mPa·s): Contains more oligomers, resulting in high volatile matter (>1%)

• High molecular weight hydrogen-containing silicone oil (>1000 mPa·s): vähe lenduvaid aineid (<0.5%) Hazards of excessively high volatile matter:

• Madala molekulmassiga ühendid lenduvad vulkaniseerimise ajal, moodustades toote pinnale õliudu või udu{0}}taolisi sadestusi

• Elektroonilistes pakkimisrakendustes saastavad lenduvad ained komponente.
• Kõrge{0}}temperatuuriga rakendustes põhjustavad lenduvad ained mullid ja tühimikud.

• Optilistes rakendustes kondenseeruvad lenduvad ained läätse pinnale, mõjutades valguse läbilaskvust.

Valiku põhimõtted:

• Electronic/Optical Grade Applications: Select high viscosity (>1000 mPa·s) või madala lenduvusega rafineeritud vesinik{1}}sisaldav silikoonõli.

• Üldised tööstuslikud rakendused: Piisab keskmisest viskoossusest (100–500 mPa·s).

• Tööstuslikud vormid, mis vajavad kiiret vormimist: madal viskoossus on vastuvõetav, kuid tagab piisava vulkaniseerimise.

4.5Molekulmassi mõju segamisprotsessile

Vesinikku{0}}sisaldav silikoonõli tuleb ühtlaselt segada vinüülsilikooniõli, täiteainete ja lisanditega:

• Madala viskoossusega vesinik{0}}sisaldav silikoonõli: kergesti dispergeeritav ja madal segamisenergiakulu, kuid see kipub täitepinnal "roomama", mille tulemuseks on ebaühtlane jaotus.

• Kõrge viskoossusega vesinik{0}}sisaldav silikoonõli: raskesti segatav, vajab pikemat segamisaega või suuremat nihkejõudu, kuid kui see on ühtlaselt hajutatud, on sellel parem säilivusstabiilsus.

Tegelikes koostistes kasutatakse töödeldavuse ja jõudluse tasakaalustamiseks sageli kõrge ja madala viskoossuse kombineerimise strateegiat.

Viis. Vesiniku valikupõhimõtted-, mis sisaldavad silikoonõli: teooriast praktikani

Vesinik{0}}silikooniõli valiku otsus

Sobiva vesiniku{0}}sisaldava silikoonõli tüübi sobitamine kasutusstsenaariumide alusel

Rakenduse stsenaariumid:
Elektroonika/elekter: madal lenduvus, kõrge puhtusaste, vesinikusisaldus 0,5-1,0%
Vormimine/tööstuslik: keskmine viskoossus, tasakaalustatud jõudlus, vesinikusisaldus 0,3-0,8%
Meditsiiniline/toit: kõrge ohutus, madala jäägisisaldusega, kloorisisaldus 0,2-0,5%
Ristsidumise tiheduse ja vulkaniseerimise tingimuste kontrollimine

5.1Otsustusmaatriksi valik

5.2 Põhimõtete sobitamine vinüülsilikooniõlidega

vesinik{0}}sisaldavate silikoonõlide valikut tuleb vaadelda koos vinüülsilikooniõlidega.

Stöhhiomeetriline suhe: Ideaalne reaktsiooni molaarsuhe: Si-H / Si-Vi=1.0 moolid=1.0 Empiiriline suhe tööstuslikus praktikas: R=Si-H moolid / Si-Vi moolid • R < 1,0: liigne vinüül, ebapiisav ristsidumine,{{7}Si ebapiisav vulkaniseerida pind • R=1.0~2,0: ideaalne ulatus, piisav ristsidumine, tasakaalustatud jõudlus • R > 2,0: liigne Si-H, kõrge jääkSi-H, vähenenud kuumakindlus, halb pikaajaline töökindlus.

5.3Levinud väärarusaamad valikus

1. eksiarvamus: suurem vesinikusisaldus tähendab kiiremat kõvenemist. Õige vastus: kõvenemise kiirus sõltub peamiselt plaatina katalüsaatori kontsentratsioonist ja aktiivsusest; vesinikusisaldusel on sekundaarne mõju. Liigne vesinikusisaldus võib lokaalse üle-ristsidumise tõttu põhjustada ebaühtlase kõvenemise.

2. eksiarvamus: madala-viskoossusega vesinik-sisaldavat silikoonõli on alati lihtsam segada.

Õige vastus: kuigi madalat viskoossust on tõepoolest lihtsam segada, on sellel suurem volatiilsus ja see kaldub süsteemi sees "migreerima", mis võib pärast pikaajalist{0}}hoidmist põhjustada kihistumist ja ebaühtlast jõudlust.

3. eksiarvamus: vesinikku-sisaldav lõpp-sisaldab silikoonõli halvemini kui külg-vesinikku-sisaldav silikoonõli.

Õige vastus: need kaks sobivad erinevateks rakendusteks. Vesinikku-sisaldav silikoonõli lõpp- edestab sageli külg-vesinikku-sisaldavat silikoonõli läbipaistvuse ja paindlikkuse poolest, mistõttu on see eelistatud valik optiliste ja paindlike rakenduste jaoks.

4. eksiarvamus: vesinik{1}}sisaldavat silikoonõli võib pikemat aega avatult säilitada.

Õige vastus: Si{0}}H-sidemed on tundlikud niiskuse ja hapniku suhtes. Pikaajaline kokkupuude õhuga põhjustab aeglast hüdrolüüsi ja oksüdatsiooni, mis viib vesinikusisalduse vähenemiseni, viskoossuse muutumiseni ja vesinikumullide tekkeni. Seda tuleb hoida suletud, valguskindlas-ja kuivas keskkonnas.

5.4 DeepSea Technology tehnilised soovitused

Ülaltoodud analüüsi põhjal soovitab Shanghai Silicon Power Materials Co., Ltd. järgmist.

• Esmalt määrake jõudluseesmärgid, seejärel valige vesinik{0}}sisaldavad silikoonõlid. Enne valiku tegemist seadke esikohale kõvadus, pikenemine, läbipaistvus ja temperatuuritaluvus.

• Alustage väikesemahulise{0}}testimisega: teoreetilised arvutused peaksid andma esialgse sõnastuse. Määrake optimaalsed parameetrid väikese-mahuga testimise teel (soovitatav on vähemalt 3 vesinikusisalduse gradienti).

• Pöörake tähelepanu säilitamise stabiilsusele: partiide -to{4}} jõudluse kõikumiste vältimiseks valige madala-lenduvad, kõrge-puhtusastmega vesinik-sisaldavad silikoonõlid.

• Kaaluge Si{0}}H/Si-Vi paarikaupa: ärge valige vesinik-sisaldavaid silikoonõlisid eraldi; need peavad olema konstrueeritud koos vinüülsilikooniõlidega.

• Suvised preparaadid nõuavad täiendavat valideerimist: Reaktiivsuse muutused kõrgel temperatuuril võivad põhjustada talvise valideerimise läbinud koostiste liiga lühikesi tööperioode või ebatavalist kõvenemist suvel.

Kuus. Kokkuvõte Vesinikku-sisaldava silikoonõli valimine on kompromisside kunst.

• Kõvadus või painduvus? → Reguleerige vesiniku sisaldust

• Tugevus või venivus? → Reguleerige molekulmassi

• Läbipaistvus või temperatuuritaluvus? → Reguleerige struktuuri tüüpi

• Kiire kõvenemine või pikk tööaeg? → Reguleerige katalüsaatorit ja inhibiitorit. Pole olemas "parimat" vesinik{1}}sisaldavat silikoonõli, on ainult "sobivaim".

Struktuuri, parameetrite ja jõudluse vahelise olemusliku seose mõistmine on kindla koostise kujundamise jaoks ülioluline, selle asemel, et tulemuseni jõudmiseks toetuda katse-eksituse meetodile.

Süvamere tehnoloogia kohta:

Jiujiang Deepsea Technology Development Co., Ltd. on aastaid olnud räniorgaaniliste erikemikaalide valdkonnas sügavalt seotud, pakkudes kõiki vesinik-sisaldavaid silikoonõlitooteid (ots-sisaldab, külg-sisaldab, lõpp{5}}külg-sisaldab vesinikku, viskoossus on 0-20 m² 0,05–1,6 massiprotsenti ja võib pakkuda kohandatud koostise soovitusi vastavalt klientide konkreetsetele rakendustele.