Резинка - Silicone rubber

Резинка является эластомер (резиноподобный материал) состоит из силикон - себя полимер —Содержащий кремний вместе с углерод, водород, и кислород. Силиконовые каучуки широко используются в промышленности и имеют множество составов. Силиконовые каучуки часто представляют собой одно- или двухкомпонентные полимеры и могут содержать наполнители для улучшения свойств или снижения стоимости. Силиконовый каучук обычно нереактивен, стабилен и устойчив к экстремальным условиям окружающей среды и температурам от -55 до 300 ° C (-67 до 572 ° F), сохраняя при этом свои полезные свойства. Благодаря этим свойствам и простоте изготовления и формования силиконовый каучук можно найти в широком спектре продуктов, включая: изоляторы линий напряжения, автомобильные приложения; продукты для приготовления, выпечки и хранения продуктов; одежда, такая как нижнее белье, спортивная одежда и обувь; электроника; медицинские приборы и имплантаты; и в домашнем ремонте и оборудовании с такими продуктами, как силиконовые герметики.

Лечение

В неотвержденном состоянии силиконовый каучук представляет собой гель или жидкость с высокой адгезией. Чтобы преобразовать в твердое тело, он должен быть вылечил, вулканизированный, или же катализированный. Обычно это выполняется в виде двухэтапного процесса на этапе производства для придания желаемой формы, а затем в ходе длительного процесса постотверждения. Это также может быть литье под давлением.

Силиконовый каучук можно отвердить платина -каталитическая система вулканизации, система конденсационной вулканизации, перекись система лечения, или оксим система лечения. Для системы отверждения, катализируемой платиной, процесс отверждения можно ускорить за счет добавления тепла или давления.

Система лечения на основе платины

В системе отверждения силикона на основе платины, также называемой добавление системы (поскольку ключевой полимер, вызывающий реакцию, является реакция присоединения ), а гидрид - и винил -функциональный силоксан полимер реагирует в присутствии платины сложный катализатор, создавая этил мост между ними.[1] В реакции нет побочных продуктов. Такие силиконовые каучуки быстро отверждаются, хотя скорость или даже способность отверждения легко замедляется в присутствии элементарных частиц. банка, сера, и много амин соединения.[2]

Система конденсационного отверждения

Отверждение конденсацией системы могут быть одна часть или двухчастный системы.[3] В одной части или RTV (вулканизация при комнатной температуре), а сшивающий агент подвергается воздействию окружающей влажности (например, воды) гидролиз шаг и остается с гидроксил или силанол группа. Силанол далее конденсируется с другой гидролизуемой группой на полимере или сшивающем агенте и продолжается до полного отверждения системы. Такая система отверждается сама по себе при комнатной температуре и (в отличие от системы аддитивного отверждения на основе платины) ее нелегко подавить при контакте с другими химическими веществами, хотя на процесс может повлиять контакт с некоторыми пластиками или металлами и может не произойти. вообще при контакте с уже затвердевшими силиконовыми компаундами. Сшивающие агенты, используемые в системах отверждения конденсацией, обычно представляют собой алкокси, ацетокси, сложноэфирные, енокси или оксимсиланы, такие как метилтриметоксисилан для систем отверждения алкокси и метилтриацетоксисилан для систем отверждения ацетокси. Во многих случаях добавляется дополнительный катализатор конденсации, чтобы полностью отвердить систему RTV и получить нелипкую поверхность. Органотитанатные катализаторы, такие как тетраалкоксититанаты или хелатные титанаты, используются в системах, отвержденных алкоксигруппой. Оловянные катализаторы, такие как дибутилоловодилаурат (DBTDL), могут использоваться в системах, отвержденных оксимом и ацетоксигруппой. Ацетокси оловянный конденсат - один из старейших химикатов отверждения силиконовой резины, применяемый в бытовых ванных комнатах. замазывать. В зависимости от типа оторванной молекулы силиконовые системы можно разделить на кислотные, нейтральные или щелочные.[4]

Обзор наиболее часто используемых силиконовых систем

Двухкомпонентные системы конденсации объединяют сшивающий агент и катализатор конденсации в одну часть, в то время как полимер и любые наполнители или пигменты находятся во второй части. Смешивание двух частей вызывает отверждение.

После полного отверждения системы конденсации эффективны в качестве герметиков и герметиков в сантехнике и строительстве, а также в качестве форм для литья полиуретана, эпоксидных и полиэфирных смол, парафина, гипса и металлов с низкой температурой плавления, таких как свинец. Обычно они очень гибкие и обладают высокой прочностью на разрыв. Они не требуют использования разделительного агента, поскольку силиконы обладают антипригарными свойствами.

Система отверждения перекисью

Отверждение перекисью широко используется для отверждения силиконового каучука. В процессе отверждения остаются побочные продукты, которые могут быть проблемой при контакте с пищевыми продуктами и в медицинских целях. Однако эти продукты обычно обрабатывают в печи постотверждения, которая значительно снижает содержание продуктов разложения пероксида. Один из двух основных органические пероксиды использованный, дикумилпероксид (сравните гидропероксид кумола ), имеет основные продукты распада ацетофенон и фенил-2-пропанол. Другой - дихлорбензоилпероксид, основными продуктами распада которого являются дихлорбензойная кислота и дихлорбензол.[5]

Сшивание органическими пероксидами

История

Первый силикон эластомеры были разработаны в поисках лучших изоляционных материалов для электродвигателей и генераторов. Стекловолокно, пропитанное смолой, было в то время самым современным материалом. Стекло было очень термостойким, но фенольные смолы не выдерживали более высоких температур, которые встречаются в новых электродвигателях меньшего размера. Химики на Corning Glass и General Electric исследовали термостойкие материалы для использования в качестве смолистых связующих, когда они синтезировали первые силиконовые полимеры, продемонстрировали, что они хорошо работают, и нашли способ их коммерческого производства.

Термин «силикон» на самом деле неправильный. Суффикс -один используется химиками для обозначения вещества с атомом кислорода с двойной связью в его позвоночник. Когда впервые было обнаружено, что силикон ошибочно считал, что атомы кислорода связаны таким образом. Технически правильным термином для различных силиконовых каучуков является полисилоксаны или полидиметилсилоксаны.[2]

Corning Glass в совместном предприятии с Dow Chemical сформированный Dow Corning в 1943 году для производства этого нового класса материалов. По мере того как уникальные свойства новых силиконовых продуктов были изучены более подробно, предполагался их потенциал для более широкого использования, и GE открыла свой собственный завод по производству силиконов в 1947 году. GE Silicones была продана компании Материалы Momentive Performance в 2006 г.[6]. Wacker Chemie также в 1947 году начала производство силиконов в Европе. Японская компания Shin-Etsu Chemical начала массовое производство силикона в 1953 году.

Характеристики

Силиконовый каучук обладает хорошей устойчивостью к экстремальным температурам и может нормально работать от -100 до 300 ° C (от -148 до 572 ° F). Силиконовый каучук имеет низкую прочность на разрыв, плохие свойства износостойкости.[7] Некоторые свойства, такие как удлинение, ползать, циклическое изгибание, прочность на разрыв, набор для сжатия, диэлектрическая прочность (при высоком напряжении), теплопроводность, огнестойкость а в некоторых случаях предел прочности при экстремальных температурах они могут быть намного лучше органических каучуков в целом, хотя некоторые из этих свойств все еще ниже, чем у некоторых специальных материалов. Силиконовый каучук является предпочтительным материалом в промышленности, когда требуется сохранение первоначальной формы и механической прочности при высоких тепловых нагрузках или отрицательных температурах.[8][9][10] Органический каучук имеет основу углерод-углерод, что может сделать его восприимчивым к озон, УФ, высокая температура и другие факторы старения, которые силиконовая резина может хорошо противостоять. Это делает силиконовый каучук одним из лучших эластомеров во многих экстремальных условиях. Силикон значительно больше проницаемый к газам, чем большинство других каучуков, что ограничивает его использование в некоторых областях.

Силиконовый каучук очень инертен и не вступает в реакцию с большинством химикатов и не может участвовать в биологических процессах, что позволяет использовать его во многих медицинских приложениях, включая медицинские имплантаты.Это биосовместимый, гипоаллергенный, что делает его пригодным для ухода за детьми и контакта с пищевыми продуктами в целом. Силиконовая резина - надежное решение (в отличие от резины и термопластичные эластомеры ) для проблем миграции или взаимодействия между основными активными ингредиентами. Его химическая стабильность предотвращает воздействие на любой субстрат, с которым он контактирует (кожа, вода, кровь, активные ингредиенты и т. Д.).[11]

СвойствоЦенить
Внешность
Твердость, Берег А25–90
Напряжение разрушения при растяжении, предельное1,400–10,300 кПа (200–1,500 фунтов на кв. Дюйм)
Относительное удлинение после разрушения в%≥ 700% максимум
ПлотностьМожет смешиваться от 0,95 до более 1,20 г / см3

Производство

Чтобы сделать силикон, атомы кремния должны быть изолированы от соединения диоксида кремния. кремнезем. Это достигается путем нагревания больших объемов кварцевого песка до чрезвычайно высоких температур, часто до 1800 ° C. Отсюда есть несколько процессов, в которых кремний соединяется с хлористым метилом и нагревается. Затем он перегоняется в полимеризованный силоксан, известный как полидиметилсилоксан. Затем полидиметилсилоксан может быть полимеризованный. Это делается с использованием различных методов в зависимости от использования конечного продукта.[12] Затем необработанный силиконовый компаунд часто объединяют с пигментами, любыми необходимыми добавками и объединяют с катализатором для получения литье под давлением или экструзия. Отверждение - заключительный этап производственного процесса.

Структура

Цепочка из силиконовой резины

Полисилоксаны отличаются от других полимеров тем, что их основные цепи состоят из единиц Si – O – Si, в отличие от многих других полимеров, содержащих углеродные основные цепи. Полисилоксан очень гибок из-за больших углов связи и длины связи по сравнению с теми, которые содержатся в более основных полимерах, таких как полиэтилен. Например, основной блок C – C имеет длина облигации 1,54 Å и угол связи 112 °, тогда как силоксановая основная цепь Si – O имеет длину связи 1,63 Å и валентный угол 130 °.

Повторять блок из силиконовой резины

Силоксановая основная цепь является более гибким полимером, чем основная углеродная цепь, потому что боковые группы расположены дальше друг от друга. Полимерные сегменты могут двигаться дальше и легко менять форму, что делает материал гибким. Полисилоксаны, как правило, более стабильны и менее химически активны, потому что для разрыва связи кремний-кислород требуется больше энергии. Хотя кремний - это конгенер Из углерода, имеющего такую ​​же конфигурацию электронных связей, кремниевые аналоги углеродных соединений обычно проявляют разные свойства. Разница в общем заряде и массе углерода с 6 протонами и 6 нейтронами и кремнием с 14 протонами и 14 нейтронами вызывает дополнительный слой электронов, и их экранирующий эффект изменяет электроотрицательность между двумя элементами. Например, связь кремний-кислород в полисилоксанах значительно более стабильна, чем связь углерод-кислород в полиоксиметилен, структурно подобный полимер. Отчасти разница связана с более высоким энергия связи, энергия, необходимая для разрыва связи Si-O, а также потому, что полиоксиметилен разлагает формальдегид, который является летучим и ускользает от ускорения разложения, но Si-содержащие продукты разложения силикона менее летучие.[13]

Механические свойства(Polymax 2005)[нужна цитата ]
Твердость по шкале А10–90
Предел прочности11 Н / мм2
Относительное удлинение при разрыве100–1100 %
Максимальная температура300 ° С
Минимальная температура-120 ° С

Особые сорта

Существует много специальных марок и форм силиконового каучука, в том числе: пар прочный, обнаруживаемый металл, высокая прочность на разрыв, экстремально высокая температура, экстремально низкая температура, электропроводящий, химически / маслостойкий / кислотный / газовый, с низким уровнем дымообразования и огнестойкий. В силиконовой резине могут использоваться самые разные наполнители, хотя большинство из них не армируют и снижают предел прочности.

Силиконовый каучук доступен с различными уровнями твердости, выраженными как Берег А или IRHD от 10 до 100, причем большее число означает более твердое соединение. Он также доступен практически в любом цвете и может быть подобран по цвету.

Жидкая силиконовая резина

Приложения

Кисть для кондитерских изделий из силиконовой резины.

После смешивания и окрашивания силиконовый каучук можно экструдировать в трубки, полосы, твердый шнур или нестандартные профили в соответствии с размерами, указанными производителем. Шнур можно соединить, чтобы сделать Уплотнительные кольца а экструдированные профили можно соединять для создания уплотнений. Из силиконового каучука можно придать индивидуальные формы и дизайн. Производители работают над установлением отраслевых допусков при экструзии, резке или соединении профилей из силиконовой резины. В Великобритании это BS 3734, самый плотный уровень для экструзии - E1, а самый широкий - E3.

Силиконовый каучук используется в автомобилестроении, во многих продуктах для приготовления пищи, выпечки и хранения пищевых продуктов, в одежде, включая нижнее белье, спортивную одежду и обувь, в электронике, в домашнем ремонте и оборудовании, а также во многих других сферах применения.

Жидкая силиконовая резина также производится для наука о жизни аппликаций (поршни шприцев, крышка для дозирующей системы, прокладки для регулятора потока внутривенного введения, респираторные маски, имплантируемые камеры для внутривенного введения), косметические продукты (кисть для туши, упаковка для макияжа, аппликатор для макияжа и формы для губной помады) и оптические изделия (круговые объектив коллиматоры, Линзы Френеля и линзы произвольной формы ).[14]

Морозостойкие солнечные водонагревательные панели используют эластичность силикона, чтобы многократно выдерживать расширение воды при замерзании, в то время как его экстремальная устойчивость к температуре сохраняет отсутствие хрупкости ниже точки замерзания и отличную устойчивость к температурам, превышающим 150 ° C (302 ° F ). Его свойство не иметь углеродного скелета, а вместо него химически стойкий кремний, снижает его потенциал в качестве источника пищи для опасных бактерий, передающихся через воду, таких как Легионелла.

Неокрашенная лента из силиконовой резины с оксид железа (III) Добавка (придающая ленте красно-оранжевый цвет) широко используется в авиационной и аэрокосмической проводке в качестве соединительной или оберточной ленты из-за ее негорючей природы. Добавка оксида железа увеличивает теплопроводность, но не меняет высокие электроизоляционные свойства силиконового каучука. Этот тип самоклеящаяся лента соединяется или сплавляется между собой, так что при растяжении и обертывании вокруг кабелей, электрических соединений, шлангов и труб он склеивается в прочный бесшовный резиновый электроизоляционный и водонепроницаемый слой, хотя и не клейкий.

С добавлением углерода или другого проводящего вещества в качестве порошкового наполнителя силиконовый каучук можно сделать электропроводящим, сохранив при этом большинство других своих механических свойств. Таким образом, он используется для гибких контактов, которые замыкаются при нажатии, используется во многих устройствах, таких как компьютерные клавиатуры и дистанционное управление телефоны.

Самовосстановление

В 2007 г. силиконовая резина сформировала матрицу первого автономного самовосстанавливающийся эластомер.[15] Материал на основе микрокапсул был способен восстанавливать почти всю первоначальную прочность на разрыв. Кроме того, этот материал имел улучшенные усталостные свойства, что было оценено с помощью испытания на усталость при кручении.[16]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Mazurek, P .; Вудаягири, С .; Сков, А. Л. Как адаптировать гибкие силиконовые эластомеры с механической целостностью: обзор учебного пособия. Chem Soc. Ред. 2019, 48, 1448–1464. https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/cs/c8cs00963e#!divAbstract
  2. ^ а б Ру, Мари Анж (2007). «Переработка фармацевтических полимеров». Фармацевтические полимеры 2007 г.. Смитерс Рапра. п. 28. ISBN  9781847350176.
  3. ^ Миттал, К.Л. и Пицци, А. (ред.), (2009), Справочник по технологии герметиков, CRC Press, стр. 328-332. ISBN  9781420008630.
  4. ^ Манфред Пребстер, Промышленные герметики - основы, выбор и применение, Verlag Moderne Industrie 2004
  5. ^ М. Дж. Форрест, Каучуки для контакта с пищевыми продуктами 2 - Продукты, миграция и регулирование, Rapra Review Reports, vol. 16, No. 2, Smithers Rapra Publishing, 2006 г. ISBN  1859575226.
  6. ^ «О компании GE Silicones». www.siliconeforbuilding.com. Получено 2020-06-23.
  7. ^ Seal & Design Inc. | СИЛИКОНОВЫЕ (VMQ) УПЛОТНИТЕЛЬНЫЕ КОЛЬЦА И СИЛИКОНОВЫЕ ПРОКЛАДКИ
  8. ^ «Характерные свойства смесей силиконового каучука» от Shin-Etsu Co. http://www.silicone.jp/e/catalog/pdf/rubber_e.pdf
  9. ^ Обзор силиконовых резиновых материалов http://www.thefreelibrary.com/An+overview+of+silicone+rubber.-a0105557239
  10. ^ Свойства силиконового каучука http://www.timcorubber.com/rubber-materials/silicone.htm
  11. ^ «Особые свойства ЛСР».
  12. ^ «Новости - Из чего сделан силикон? | Viking Extrusions». www.vikingextrusions.co.uk. Получено 2019-08-13.
  13. ^ «Характерные свойства силиконовой резины -'" (PDF). Силикон Shin-Etsu. Япония: Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., август 2016 г.
  14. ^ "CVA SILICONE | Жидкая силиконовая резина LSR | Ваша отрасль".
  15. ^ Келлер и другие., Самовосстанавливающийся поли (диметилсилоксан) эластомер, Современные функциональные материалы, т. 17, стр. 2399–2404 (2007).
  16. ^ Келлер и другие., Реакция на усталость при кручении самовосстанавливающихся поли (диметилсилоксановых) эластомеров, Полимер, т.49 с. 3136–3145 (2008).

дальнейшее чтение

  • Бридсон, Джон (1999) Пластмассовые материалы, Баттерворт, 9-е изд.
  • Льюис, PR, Рейнольдс, К. и Гагг, К. (2004) Криминалистическая инженерия материалов: примеры из практики, CRC Press