Struktura a výběr vodíku-obsahujícího silikonový olej

Kromě -vytvrzení tekutého silikonového kaučuku (LSR/RTV-2) formulací určuje „základní charakter“ vinylový silikonový olej, zatímco silikonový olej-obsahující vodík určuje „zesíťující kostru“. Výběr správného silikonového oleje s obsahem vodíku je polovina vyhrané bitvy při formulování úspěšného produktu.

Jeden. Silikonový olej-obsahující vodík: „architekt“ přídavku-vytvrzovacího silikonu.

Pokud porovnáme silikonovou síťovací síť s budovou:

• Vinyl silikonový olej=ocelová kostra (poskytuje hlavní strukturu řetězu)

• Betonové spoje-obsahující silikonový olej= (poskytují zesíťující spojovací body)

• Pokyny ke konstrukci platinového katalyzátoru=(řídí iniciaci reakce)

Typ struktury, obsah vodíku a molekulová hmotnost silikonového oleje-obsahujícího vodík přímo určují hustotu, pevnost a pružnost této „budovy“.

Dva. Struktura a klasifikace vodíkových-silikonových olejů

2.1Základní chemická struktura Chemický název silikonového oleje obsahujícího vodík- je polymethylhydrogensiloxan (PMHS) a jeho základní strukturní jednotkou je:

kde:

• Jednotka M: Trimethylsiloxy (CH₃)₃SiO [1/2] – koncová-skupina

• Jednotka Mᴴ: Dimethylhydrosiloxy (CH₃)₂HSiO [1/2] – Koncová-uzávěrka-obsahující vodík

• Jednotka D: Dimethylsiloxy (CH₃)₂SiO [2/2] – Opakující se jednotka hlavního řetězce

• Jednotka Dᴴ: Methylhydrosiloxy (CH₃)HSiO [2/2] – hlavní řetězec obsahující vodík-

2.2 Tři hlavní strukturní typy Na základě distribuce vazeb Si-H na molekulárním řetězci lze silikonové oleje obsahující vodík- rozdělit do tří kategorií:

koncové-vodíkové silikonové olejeK zesíťovací reakci koncových-vodíkových silikonových olejů dochází hlavně na koncích molekulárních řetězců, což vede k delšímu segmentu řetězce v zesíťované síti. Proto: • Nižší hustota síťování • Nižší tvrdost vulkanizátu • Vyšší tažnost • Obecně lepší průhlednost (méně bodů síťování, nižší mikroskopická nehomogenita)

Postranní-vodíkové silikonové olejemají Si-H distribuovaný na hlavním řetězci, přičemž každá molekula se účastní více bodů zesítění: • Vysoká hustota zesítění • Vysoká tvrdost vulkanizátu • Dobrá pevnost v tahu a roztržení • Nadměrné používání však může snadno vést ke zkřehnutí sloučeniny.

Koncové- a boční-vodíkové silikonové olejev posledních letech zaznamenaly rychlý a nepřetržitý nárůst používání. Úpravou poměru obsahu vodíku koncových skupin/postranních skupin může být síťová struktura řízena v širokém rozsahu, aby vyhovovala potřebám různých aplikačních scénářů.

2.3 Zásadní rozdíl mezi hydroxylovým silikonovým olejem a silikonovým olejem obsahujícím vodík-. Běžná mylná představa mezi začátečníky:

matoucí vodík-obsahující silikonový olej a hydroxylový silikonový olej.

• Silikonový olej-obsahující vodík (Si-H): Používá se pro aditivní-silikonový olej, síťuje se s vinylovými skupinami a nevyžaduje vodu.

• Hydroxylový silikonový olej (Si-OH): Používá se pro kondenzační-silikonový olej, kondenzuje a dehydratuje se síťovacími činidly (jako je tetraethylorthosilikát).

Oba mají zcela odlišné chemické vlastnosti a nikdy by se neměly míchat.

Tři. Obsah vodíku: "Knoflík" hustoty síťování

3.1 Definice a měření obsahu vodíku Obsah vodíku se vztahuje k množství Si-H vazeb v silikonovém oleji obsahujícím vodík-a je obvykle vyjádřen ve dvou jednotkách:

Jednotka: Definice: Typický rozsah:

% hmotn. Procento hmotnosti H ve vazbě Si-H vzhledem k celkové hmotnosti 0,05 %~1,6 %

mol% Molové procento jednotek D^H vzhledem ke všem jednotkám D 5%~100%

V průmyslu se obsah vodíku běžně určuje chemickými metodami (reakce s přebytkem alkálie za účelem měření objemu vodíku) nebo infračervenou spektroskopií (charakteristický absorpční pík Si-H při 2160 cm⁻¹).

3.2Vliv obsahu vodíku na hustotu síťování

Vztah mezi hustotou zesítění a obsahem vodíku a obsahem vinylu lze odvodit z klasické teorie elasticity kaučuku.

Klíčové závěry:

• Když je obsah vodíku pod stechiometrií, hustota zesítění roste lineárně se zvyšujícím se obsahem vodíku.

• Když obsah vodíku překročí stechiometrii, hustota zesítění má tendenci se nasytit (omezeno obsahem vinylu).

• Nadměrný{0}}silikonový olej obsahující vodík je nejen nehospodárný, ale také zavádí nezreagované zbytky Si-H, což vede ke snížení tepelné odolnosti.

3.3 Vliv obsahu vodíku na tvrdost Tvrdost (Shore A) přímo souvisí s hustotou síťování.

Experimentální data ukazují, že:

Poznámka: Údaje jsou založeny na koncovém-vodíku-obsahujícím silikonový olej (viskozita 200 mPa·s), vinylový silikonový olej s obsahem vinylu 0,5 mol% a platinový katalyzátor s 10 ppm.

Vzor: Tvrdost se zvyšuje přibližně lineárně, jak se obsah vodíku zvyšuje z 0,05 % na 0,30 %; nad 0,50% se nárůst tvrdosti zpomalí, ale výrazně se zvýší křehkost.

3.4 Vliv obsahu vodíku na mechanické vlastnosti:

Pevnost v tahu a pevnost v roztržení

Vliv obsahu vodíku na pevnost v tahu sleduje křivku ve tvaru obráceného U-:

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

• Střední obsah vodíku (0,15~0,35%): Střední hustota zesítění, segmenty řetězce mohou odolat namáhání a mají určitý prostor pro skluz, což vede k nejvyšší pevnosti v tahu (5~8 MPa)

• High hydrogen content (>0,50 %): Nadměrné zesíťování, omezený pohyb segmentu řetězu, koncentrace napětí snadno vede k prasknutí, pevnost v tahu klesá.

Pevnost v přetržení má podobný vzorec, s optimálním rozsahem obsahu vodíku mírně nižším, než je optimální hodnota pevnosti v tahu.

Pro aplikace vyžadující vysokou flexibilitu (jako jsou figuríny a flexibilní formy) se doporučuje přípravek s nízkým obsahem -vodíku-; pro konstrukční součásti lze použít formulaci s vysokým -vodíkem-.

3.5Vliv obsahu vodíku na průhlednost Průhlednost přidaného -vytvrzovacího silikonu je omezena dvěma faktory:

• Disperze plniva (doplňkové{0}}vytvrzovací systémy obvykle neobsahují žádné nebo jen minimální plnivo, takže to není primární faktor)

• Mikroskopická uniformita zesíťované{0}}sítě Mechanismus vlivu obsahu vodíku na průhlednost:

• Nízký obsah vodíku: řídké křížové-body, nerovnoměrné místní-síťování, které může vést k mikroskopické separaci fází → Mírný zákal

• Střední obsah vodíku: Jednotné křížové{0}}propojení, běžná síť → Optimální průhlednost (propustnost > 90 %)

• Vysoký obsah vodíku: Příliš rychlé křížové{0}}síťování, vytváření lokalizovaných mikro-oblastí s vysokou hustotou-→ Rozdíly v mikroskopické koncentraci napětí a indexu lomu → Snížená průhlednost

U silikonu optické kvality (zapouzdření LED, optické čočky) se doporučuje řídit obsah vodíku v rozsahu 0,15~0,25 % hmotn.

3.6 Vliv obsahu vodíku na tepelnou odolnost Tepelnou odolnost silikonového kaučuku ovlivňují především následující faktory:

• Tepelná oxidační stabilita hlavního řetězce (vysoká energie vazby Si{0}}O, dobrá základní tepelná odolnost)

• Tepelná stabilita zesíťovacích bodů

• Tepelná oxidace zbytkového Si-H Vliv obsahu vodíku na tepelnou odolnost:

• Vhodný obsah vodíku: vytváří stabilní Si-C{1}}C-Si příčné vazby, vynikající tepelná odolnost (dlouhodobé-používání při 200 stupních)

• Nadměrný obsah vodíku: zbytkový Si{0}}H se při vysokých teplotách snadno oxiduje, což vede k přetržení hlavního řetězce a degradaci síťovací sítě, což se projevuje měknutím, lepivostí a sníženými mechanickými vlastnostmi při vysokých teplotách.

Průmyslové zkušenosti: obsah vodíku by měl být přidáván v 90~95 % stechiometrického poměru, aby se zajistilo dostatečné zesítění a zároveň se zabránilo zbytku Si-H.

For high-temperature applications (>200 stupňů), doporučuje se používat přípravky s koncovým-vodíkem nebo s nízkým-obsahem vodíku.

3.7Vliv obsahu vodíku na výkonnost procesu Doba zpracovatelnosti: Samotný obsah vodíku má malý přímý vliv na dobu zpracovatelnosti (doba zpracovatelnosti je řízena hlavně množstvím platinového katalyzátoru a inhibitorů).

Přípravky s vysokým obsahem vodíku však často mají následující procesní problémy:

• Koncentrovanější exotermická reakce (reakce se účastní více Si-H na jednotku objemu), což vede k místnímu nárůstu teploty a nepřímo zkracuje dobu zpracovatelnosti.

• citlivější na katalyzátory; dokonce i stopové nečistoty mohou spustit „výbušnou polymeraci“. Rychlost vytvrzování: Při stejném dávkování katalyzátoru:

• Vyšší obsah vodíku má za následek rychlejší vytvrzování (více reakčních míst).

• Skutečná rychlost vytvrzování však závisí spíše na přizpůsobovacím poměru Si-H/Si-Vi a koncentraci katalyzátoru.

Deformační vlastnosti: Formulace s vysokým obsahem vodíku mají vysokou hustotu zesítění, mírně větší smrštění vulkanizátu a komplexní adhezi k formám. Množství separačního prostředku je třeba upravit podle konkrétního materiálu formy.

Čtyři. Molekulová hmotnost: "Regulátor" v síťovém měřítku

4.1 Vztah mezi molekulovou hmotností a viskozitou Molekulová hmotnost silikonového oleje obsahujícího vodík-se obvykle neměří přímo, ale je charakterizována kinematickou viskozitou (mm²/s nebo mPa·s, 25 stupňů).

Běžné rozsahy viskozity pro silikonové oleje-obsahující vodík používané v průmyslu:

4.2 Vliv molekulové hmotnosti na strukturu sítě síťových vazeb Molekulová hmotnost silikonového oleje obsahujícího vodík-určuje molekulovou hmotnost mezi zesíťovanými vazbami (Molecular Weight Between Crosslinks, Mc): Nízkomolekulární vodík-obsahující silikonový olej:

• Krátké molekulární řetězce, malé rozestupy mezi příčnými vazbami

• Hustá síť zesítění, ale segmenty krátkého řetězce

• Vysoká tvrdost a vysoký modul vulkanizátu

• Nízká tažnost a špatná odolnost

• Struktura podobná "krátké ocelové tyče + husté uzly" Vysokomolekulární vodík-obsahující silikonový olej:

• Dlouhé molekulární řetězce, velká vzdálenost mezi příčnými vazbami

• Řídká síť síťových vazeb, ale segmenty dlouhého řetězce

• Měkký vulkanizát s nízkým modulem

• Vysoká tažnost a dobrá odolnost

• Struktura podobná "dlouhé ocelové tyče + řídké uzly"

4.3Vliv molekulové hmotnosti na mechanické vlastnosti

Mechanismus: V zesíťované-síti tvořené vodíkem s vysokou molekulovou hmotností-obsahujícím silikonový olej se segmenty dlouhého řetězce mohou pod napětím orientovat a prodlužovat, absorbovat více energie, což vede k vyšší pevnosti v tahu a roztržení. Nízkomolekulární vodík-obsahující silikonový olej tvoří síť, která je příliš tuhá, což vede ke koncentraci napětí a předčasnému rozbití.

4.4 Vliv molekulové hmotnosti na těkavé látky Toto je často přehlížený, ale zásadní faktor:

• Nízkomolekulární vodík-obsahující silikonový olej (<200 mPa·s): Contains more oligomers, resulting in high volatile matter (>1%)

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

• Nízkomolekulární sloučeniny se během vulkanizace vypařují a na povrchu produktu vytvářejí olejovou mlhu nebo mlhu-

• V aplikacích elektronického balení kontaminují součásti těkavé látky.
• V aplikacích s vysokou teplotou- způsobují těkavé látky bubliny a dutiny.

• V optických aplikacích těkavé látky kondenzují na povrchu čočky a ovlivňují propustnost světla.

Zásady výběru:

• Electronic/Optical Grade Applications: Select high viscosity (>1000 mPa·s) nebo nízkotěkavý rafinovaný vodík-obsahující silikonový olej.

• Všeobecné průmyslové aplikace: Střední viskozita (100~500 mPa·s) je dostatečná.

• Průmyslové formy vyžadující rychlé vyjmutí z formy: Nízká viskozita je přijatelná, ale zajistí odpovídající vulkanizaci.

4.5Vliv molekulové hmotnosti na proces míchání

Silikonový olej-obsahující vodík musí být rovnoměrně smíchán s vinylovým silikonovým olejem, plnivy a přísadami:

• Nízkoviskózní vodík-obsahující silikonový olej: snadno se disperguje a má nízkou spotřebu energie při míchání, ale má tendenci se „plazit“ po povrchu plniva, což má za následek nerovnoměrné rozložení.

• Vysoce viskózní vodík-obsahující silikonový olej: obtížně se mísí, vyžaduje delší dobu míchání nebo vyšší smykovou sílu, ale jakmile je rovnoměrně rozptýlen, má lepší stabilitu při skladování.

Ve skutečných formulacích se často používá strategie kombinace vysoké a nízké viskozity, aby se vyrovnala zpracovatelnost a výkon.

Pět. Principy výběru vodíku-obsahujícího silikonový olej: Od teorie k praxi

Rozhodnutí o výběru-silikonového oleje obsahujícího vodík

Přizpůsobení vhodného typu silikonového oleje-obsahujícího vodík na základě aplikačních scénářů

Aplikační scénáře:
Elektronika/Elektro: Nízká těkavost, vysoká čistota, obsah vodíku 0,5-1,0 %
Formování/průmyslové: střední viskozita, vyvážený výkon, obsah vodíku 0,3-0,8 %
Lékařské/potravinářské: Vysoká bezpečnost, nízký obsah reziduí, obsah chlóru 0,2-0,5 %
Ověření hustoty síťování a podmínek vulkanizace

5.1Výběr rozhodovací matice

5.2 Principy shody s vinylovými silikonovými oleji

Výběr silikonových olejů obsahujících vodík-je třeba zvážit ve spojení s vinylovými silikonovými oleji.

Stechiometrický poměr: Ideální reakční molární poměr: moly Si-H / moly Si-Vi=1.0 Empirický poměr v průmyslové praxi: R=moly Si-H / moly Si-Vi • R < 1,0: přebytek vinylu, nedostatečný Si{{7} povrch zesíťovaný, nekompletní lepkavý, nekompletní=1.0~2,0: Ideální rozsah, dostatečné zesítění, vyvážený výkon • R > 2,0: Nadbytek Si-H, vysoký zbytkový Si-H, snížená tepelná odolnost, špatná dlouhodobá-spolehlivost.

5.3Časté mylné představy při výběru

Mylná představa 1: Vyšší obsah vodíku znamená rychlejší vytvrzování. Správná odpověď: Rychlost vytvrzování závisí především na koncentraci a aktivitě platinového katalyzátoru; obsah vodíku má sekundární účinek. Nadměrný obsah vodíku může ve skutečnosti vést k nerovnoměrnému vytvrzování v důsledku lokalizovaného nadměrného-zesíťování.

Mylná představa 2: Nízkoviskozní vodík-obsahující silikonový olej se vždy snáze mísí.

Správná odpověď: Nízká viskozita se skutečně snadněji mísí, má však vyšší těkavost a je náchylná k „migraci“ v rámci systému, což může vést k stratifikaci a nerovnoměrnému výkonu po-dlouhodobém skladování.

Mylná představa 3: Silikonový olej obsahující koncový-vodík-obsahuje horší výkon než silikonový olej-obsahující vodík-.

Správná odpověď: Oba jsou vhodné pro různé aplikace. Silikonový olej obsahující koncový-vodík-často předčí silikonový olej s obsahem -vodíku-v průhlednosti a flexibilitě, a proto je preferovanou volbou pro optické a flexibilní aplikace.

Mylná představa 4: Silikonový olej-obsahující vodík lze skladovat otevřeně po delší dobu.

Správná odpověď: Si-H vazby jsou citlivé na vlhkost a kyslík. Dlouhodobé-vystavení vzduchu způsobí pomalou hydrolýzu a oxidaci, což povede ke snížení obsahu vodíku, změnám viskozity a tvorbě vodíkových bublin. Musí být skladován v uzavřeném, světlu-odolném a suchém prostředí.

5.4 Technická doporučení od DeepSea Technology

Na základě výše uvedené analýzy společnost Shanghai Silicon Power Materials Co., Ltd. doporučuje následující:

• Nejprve definujte výkonnostní cíle a poté vyberte silikonové oleje obsahující vodík-: Před výběrem upřednostněte tvrdost, tažnost, průhlednost a teplotní odolnost.

• Začněte s testováním v malém{0}}měřítku: Počáteční formulaci by měly poskytnout teoretické výpočty. Určete optimální parametry pomocí testování v malém-měřítku (doporučujeme alespoň 3 gradienty obsahu vodíku).

• Věnujte pozornost stabilitě při skladování: Vybírejte silikonové oleje obsahující nízko-těkavý, vysoce{1}}čistý vodík-, abyste zabránili kolísání výkonu jednotlivých šarží--.

• Zvažte Si-H/Si-Vi v párech: Nevybírejte silikonové oleje obsahující vodík- izolovaně; musí být navrženy ve spojení s vinyl silikonovými oleji.

• Letní přípravky vyžadují další validaci: Změny reaktivity při vysokých teplotách mohou způsobit, že přípravky, které prošly zimní validací, budou mít příliš krátké provozní doby nebo abnormální vytvrzení v létě.

Šest. Závěr Výběr silikonového oleje-obsahujícího vodík je „uměním-obchodu“.

• Tvrdost nebo pružnost? → Upravte obsah vodíku

• Pevnost nebo tažnost? → Upravte molekulovou hmotnost

• Průhlednost nebo teplotní odolnost? → Upravte typ struktury

• Rychlé vytvrzení nebo dlouhá doba provozu? → Nastavte katalyzátor a inhibitor. Neexistuje žádný „nejlepší“ vodík-obsahující silikonový olej, pouze ten „nejvhodnější“.

Pochopení vnitřního vztahu mezi strukturou, parametry a výkonem je rozhodující pro sebevědomý návrh receptury, spíše než spoléhat se na pokusy a omyly, abychom došli k výsledku.

O technologii Deepsea:

Jiujiang Deepsea Technology Development Co., Ltd. se již mnoho let hluboce angažuje v oblasti speciálních organokřemičitých chemikálií a poskytuje celou řadu produktů ze silikonového oleje obsahujícího vodík- (koncový-obsahující, strana-obsahující, koncová{5}}strana-obsahující, viskozita 2050~1060. % hmotn. a může poskytnout přizpůsobené návrhy složení podle konkrétních aplikací zákazníků.