Inoltre, le formulazioni-polimerizzate di gomma siliconica liquida (LSR/RTV-2), l'olio siliconico vinilico determina il "carattere base", mentre l'olio siliconico contenente idrogeno-determina lo "scheletro di reticolazione". Scegliere il giusto olio siliconico contenente idrogeno è metà della battaglia vinta nella formulazione di un prodotto di successo.
Uno. Olio di silicone contenente idrogeno-: l'"architetto" del silicone con polimerizzazione per addizione-.
Se confrontiamo la rete di reticolazione del silicone con un edificio:
• Olio siliconico vinilico=scheletro in acciaio (fornisce la struttura principale della catena)
• Giunti in calcestruzzo -contenenti olio siliconico=(forniscono punti di connessione per la reticolazione)
• Istruzioni per la costruzione del catalizzatore al platino=(controlla l'inizio della reazione)
Il tipo di struttura, il contenuto di idrogeno e il peso molecolare dell'olio di silicone contenente idrogeno-determinano direttamente la densità, la resistenza e la flessibilità di questo "edificio".
Due. Struttura e classificazione dell'idrogeno-contenente oli siliconici
2.1Struttura chimica di base Il nome chimico dell'olio siliconico contenente idrogeno- è polimetilidrogenosilossano (PMHS) e la sua unità strutturale di base è:
In cui:
• Unità M: Trimetilsilossi (CH₃)₃SiO [1/2] – Gruppo di copertura finale-
• Unità Mᴴ: Dimetilidrosilossi (CH₃)₂HSiO [1/2] – Terminale-contenente idrogeno
• Unità D: Dimetilsilossi (CH₃)₂SiO [2/2] – Unità ripetitiva della catena principale
• Unità Dᴴ: Metilidrosilossi (CH₃)HSiO [2/2] – Unità della catena principale contenente idrogeno-
2.2 Tre tipi strutturali principali In base alla distribuzione dei legami Si-H sulla catena molecolare, gli oli siliconici contenenti idrogeno- possono essere suddivisi in tre categorie:
e-oli siliconici all'idrogenoLa reazione di reticolazione degli oli siliconici all'idrogeno terminale- avviene principalmente alle estremità delle catene molecolari, risultando in un segmento di catena più lungo nella rete reticolata. Pertanto: • Minore densità di reticolazione • Minore durezza del vulcanizzato • Maggiore allungamento • In generale migliore trasparenza (meno punti di reticolazione, minore disomogeneità microscopica)
Oli siliconici laterali-all'idrogenohanno Si-H distribuito sulla catena principale, con ciascuna molecola che partecipa a più punti di reticolazione: • Elevata densità di reticolazione • Elevata durezza del vulcanizzato • Buona resistenza alla trazione e allo strappo • Tuttavia, un uso eccessivo può facilmente portare all'infragilimento del composto.
Oli siliconici all'idrogeno finale- e laterale-hanno visto una crescita rapida e continua nell’utilizzo negli ultimi anni. Regolando il rapporto del contenuto di idrogeno dei gruppi terminali/gruppi laterali, la struttura della rete reticolata può essere controllata entro un ampio intervallo per soddisfare le esigenze di diversi scenari applicativi.
2.3 La differenza essenziale tra l'olio siliconico idrossilico e l'olio siliconico contenente idrogeno-. Idea sbagliata comune tra i principianti:
confondendo idrogeno-contenente olio di silicone e olio di silicone idrossilico.
• Olio siliconico contenente idrogeno- (Si-H): utilizzato per l'olio siliconico di tipo additivo-, reticola con i gruppi vinilici e non richiede acqua.
• Olio siliconico idrossilico (Si-OH): utilizzato per l'olio siliconico di tipo condensazione-, condensa e disidrata con agenti reticolanti (come il tetraetil ortosilicato).
I due hanno proprietà chimiche completamente diverse e non dovrebbero mai essere mescolati.
Tre. Contenuto di idrogeno: la "manopola" della densità di reticolazione
3.1 Definizione e misurazione del contenuto di idrogeno Il contenuto di idrogeno si riferisce alla quantità di legami Si-H nell'olio siliconico contenente idrogeno- ed è solitamente espresso in due unità:
Unità: Definizione: Intervallo tipico:
wt% Percentuale della massa H nel legame Si-H rispetto alla massa totale 0,05%~1,6%
mol% Percentuale molare di unità D^H rispetto a tutte le unità D 5%~100%
Nell'industria, il contenuto di idrogeno viene comunemente determinato mediante metodi chimici (reazione con alcali in eccesso per misurare il volume di idrogeno) o spettroscopia infrarossa (il caratteristico picco di assorbimento di Si-H a 2160 cm⁻¹).
3.2Effetto del contenuto di idrogeno sulla densità di reticolazione
La relazione tra densità di reticolazione e contenuto di idrogeno e contenuto di vinile può essere derivata dalla teoria classica dell'elasticità della gomma.
Conclusioni principali:
• Quando il contenuto di idrogeno è inferiore alla stechiometria, la densità di reticolazione aumenta linearmente con l'aumento del contenuto di idrogeno.
• Quando il contenuto di idrogeno supera la stechiometria, la densità della reticolazione tende a saturare (limitata dal contenuto di vinile).
• Una quantità eccessiva di olio siliconico contenente idrogeno- non solo è uno spreco, ma introduce anche residui di Si-H non reagito, con conseguente diminuzione della resistenza al calore.
3.3 Effetto del contenuto di idrogeno sulla durezza La durezza (Shore A) è direttamente correlata alla densità di reticolazione.
I dati sperimentali mostrano che:
Nota: i dati si basano su olio siliconico contenente idrogeno terminale-side-(viscosità 200 mPa·s), olio siliconico vinilico con contenuto di vinile dello 0,5% in moli e catalizzatore al platino con 10 ppm.
Modello: la durezza aumenta in modo approssimativamente lineare all'aumentare del contenuto di idrogeno dallo 0,05% allo 0,30%; sopra lo 0,50%, l'aumento della durezza rallenta, ma la fragilità aumenta notevolmente.
3.4 Effetto del contenuto di idrogeno sulle proprietà meccaniche:
Resistenza alla trazione e resistenza allo strappo
L'effetto del contenuto di idrogeno sulla resistenza alla trazione segue una curva a forma di U-invertita:
• Basso contenuto di idrogeno (<0.10%): Insufficient crosslinking density, large slip space between molecular chains, low tensile strength (<3 MPa)
• Contenuto moderato di idrogeno (0,15~0,35%): densità di reticolazione moderata, i segmenti della catena possono resistere allo stress e avere un certo spazio di scorrimento, con conseguente massima resistenza alla trazione (5~8 MPa)
• High hydrogen content (>0,50%): reticolazione eccessiva, movimento limitato dei segmenti di catena, concentrazione di stress porta facilmente alla frattura, resistenza alla trazione diminuisce.
La resistenza allo strappo segue un modello simile, con l'intervallo ottimale di contenuto di idrogeno leggermente inferiore al valore ottimale di resistenza alla trazione.
Per le applicazioni che richiedono elevata flessibilità (come manichini e stampi flessibili), si consiglia una formulazione a basso contenuto di-idrogeno-; per i componenti strutturali è possibile utilizzare una formulazione ad alto contenuto di-idrogeno-.
3.5Effetto del contenuto di idrogeno sulla trasparenza La trasparenza del silicone per addizione-è limitata da due fattori:
• Dispersione del riempitivo (i sistemi di polimerizzazione per aggiunta- in genere non hanno riempitivo o ne hanno una quantità minima, quindi questo non è il fattore principale)
• Uniformità microscopica della rete-collegata Meccanismo dell'effetto del contenuto di idrogeno sulla trasparenza:
• Basso contenuto di idrogeno: punti di reticolazione-sparsi, reticolazione locale-irregolare che potrebbe portare alla separazione di fase microscopica → Leggera foschia
• Contenuto moderato di idrogeno: reticolazione-uniforme, rete regolare → Trasparenza ottimale (trasmittanza > 90%)
• Elevato contenuto di idrogeno: reticolazione eccessivamente rapida-che forma microregioni localizzate ad alta-densità- → Concentrazione microscopica dello stress e differenze nell'indice di rifrazione → Diminuzione della trasparenza
Per il silicone di grado ottico (incapsulamento LED, lenti ottiche), si consiglia di controllare il contenuto di idrogeno nell'intervallo compreso tra 0,15 e 0,25% in peso.
3.6 Effetto del contenuto di idrogeno sulla resistenza al calore La resistenza al calore della gomma siliconica è influenzata principalmente dai seguenti fattori:
• Stabilità all'ossidazione termica della catena principale (elevata energia di legame Si-O, buona resistenza al calore di base)
• Stabilità termica dei punti di reticolazione
• Ossidazione termica del Si-H residuo. Effetto del contenuto di idrogeno sulla resistenza al calore:
• Contenuto di idrogeno appropriato: forma reticoli Si-C-C-Si stabili, eccellente resistenza al calore (uso a lungo termine a 200 gradi)
• Contenuto eccessivo di idrogeno: il Si-H residuo si ossida facilmente alle alte temperature, portando alla rottura della catena principale e al degrado della rete di reticolazione, che si manifesta come rammollimento, appiccicosità e diminuzione delle proprietà meccaniche alle alte temperature.
Esperienza industriale: il contenuto di idrogeno deve essere aggiunto al 90~95% del rapporto stechiometrico per garantire una reticolazione sufficiente evitando residui di Si-H.
For high-temperature applications (>200 gradi), si consiglia di utilizzare formulazioni a-idrogeno finale o a basso-contenuto di idrogeno.
3.7Effetto del contenuto di idrogeno sulla durata della miscela delle prestazioni del processo: Il contenuto di idrogeno stesso ha un impatto diretto minimo sulla durata della miscela (la durata della miscela è controllata principalmente dalla quantità di catalizzatore al platino e inibitori).
Tuttavia, le formulazioni ad alto contenuto di idrogeno presentano spesso i seguenti problemi di processo:
• Reazione esotermica più concentrata (nella reazione partecipa una maggiore quantità di Si-H per unità di volume), che porta ad un aumento locale della temperatura e ad una riduzione indiretta del pot life.
• Più sensibile ai catalizzatori; anche tracce di impurità possono innescare la "polimerizzazione esplosiva". Velocità di polimerizzazione: A parità di dosaggio di catalizzatore:
• Un contenuto di idrogeno più elevato determina una velocità di polimerizzazione più rapida (più siti di reazione).
• Tuttavia, la velocità di polimerizzazione effettiva dipende maggiormente dal rapporto di corrispondenza Si-H/Si-Vi e dalla concentrazione del catalizzatore.
Proprietà di sformatura: le formulazioni ad alto contenuto di idrogeno hanno un'elevata densità di reticolazione, un ritiro vulcanizzato leggermente maggiore e un'adesione complessa agli stampi. La quantità di agente distaccante deve essere regolata in base al materiale specifico dello stampo.
Quattro. Peso molecolare: un "regolatore" su scala di rete
4.1 Relazione tra peso molecolare e viscosità Il peso molecolare dell'olio siliconico contenente idrogeno- solitamente non viene misurato direttamente, ma è caratterizzato dalla viscosità cinematica (mm²/s o mPa·s, 25 gradi).
Intervalli di viscosità comuni per gli oli siliconici contenenti idrogeno-utilizzati nell'industria:
| Grado di viscosità | Intervallo di viscosità (mPa·s, 25 gradi) | Peso molecolare approssimativo | Applicazioni tipiche Rivestimento a spruzzo |
| Bassa viscosità | 20-50 | 1,000~2,500 | Colla per stampi generica-per incapsulamento a strato sottile |
| Viscosità media | 100-500 | 5,000-15,000 | Prodotti a pareti-spesse per incapsulamento elettronico |
| Alta viscosità | 1,000-10,000 | 30,000-80,000 | Componenti strutturali-ad alta resistenza |
4.2 Influenza del peso molecolare sulla struttura della rete di collegamenti incrociati Il peso molecolare dell'olio di silicone contenente idrogeno- determina il peso molecolare tra i collegamenti incrociati (Peso molecolare tra i collegamenti incrociati, Mc): Olio di silicone contenente idrogeno a basso peso molecolare-:
• Catene molecolari corte, piccola distanza tra i legami crociati
• Rete densa di legami incrociati ma segmenti di catena corta
• Elevata durezza ed elevato modulo di vulcanizzazione
• Basso allungamento e scarsa resilienza
• Struttura simile a "barre d'acciaio corte + nodi densi" Idrogeno ad alto peso molecolare-contenente olio di silicone:
• Catene molecolari lunghe, ampia spaziatura tra i legami incrociati
• Rete di reticolazione sparsa ma segmenti di catena lunga
• Vulcanizzato morbido a basso modulo
• Elevato allungamento e buona resilienza
• Struttura simile a "barre lunghe di acciaio + nodi sparsi"
4.3Effetto del peso molecolare sulle proprietà meccaniche
Meccanismo: nella rete-reticolata formata da idrogeno ad alto peso molecolare-contenente olio di silicone, i segmenti a catena lunga possono orientarsi ed estendersi sotto stress, assorbendo più energia, con conseguente maggiore resistenza alla trazione e allo strappo. L'olio di silicone contenente idrogeno a basso peso molecolare- forma una rete troppo rigida, che porta alla concentrazione di stress e alla rottura prematura.
4.4 L’influenza del peso molecolare sulla materia volatile Questo è un fattore spesso trascurato ma cruciale:
• Olio di silicone contenente idrogeno-a basso peso molecolare (<200 mPa·s): Contains more oligomers, resulting in high volatile matter (>1%)
• High molecular weight hydrogen-containing silicone oil (>1000 mPa·s): materia poco volatile (<0.5%) Hazards of excessively high volatile matter:
• I composti a basso peso molecolare si volatilizzano durante la vulcanizzazione, formando depositi oleosi o nebulizzati-sulla superficie del prodotto
• Nelle applicazioni di imballaggio elettronico, le sostanze volatili contaminano i componenti.
• Nelle applicazioni ad alta-temperatura, i volatili causano bolle e vuoti.
• Nelle applicazioni ottiche, le sostanze volatili si condensano sulla superficie della lente, influenzando la trasmissione della luce.
Principi di selezione:
• Electronic/Optical Grade Applications: Select high viscosity (>1000 mPa·s) o olio siliconico contenente idrogeno raffinato a bassa volatilità-.
• Applicazioni industriali generali: la viscosità media (100~500 mPa·s) è sufficiente.
• Stampi industriali che richiedono una sformatura rapida: una bassa viscosità è accettabile, ma garantisce un'adeguata vulcanizzazione.
4.5Influenza del peso molecolare sul processo di miscelazione
L'olio siliconico contenente idrogeno- deve essere miscelato uniformemente con olio siliconico vinilico, riempitivi e additivi:
• Olio siliconico contenente idrogeno- a bassa viscosità: facile da disperdere e con basso consumo energetico di miscelazione, ma tende a "strisciare" sulla superficie del riempitivo, determinando una distribuzione non uniforme.
• Olio siliconico contenente idrogeno- ad alta viscosità: difficile da miscelare, richiede tempi di miscelazione più lunghi o una forza di taglio più elevata, ma una volta disperso uniformemente ha una migliore stabilità allo stoccaggio.
Nelle formulazioni attuali, viene spesso adottata una strategia di combinazione di alta e bassa viscosità per bilanciare lavorabilità e prestazioni.
Cinque. Principi di selezione dell'idrogeno-contenente olio di silicone: dalla teoria alla pratica
Decisione sulla selezione dell'olio siliconico contenente idrogeno-
Corrispondenza del tipo di idrogeno-contenente olio siliconico appropriato in base agli scenari applicativi
Scenari applicativi:
Elettronica/elettrica: bassa volatilità, elevata purezza, contenuto di idrogeno 0,5-1,0%
Stampaggio/industriale: viscosità media, prestazioni bilanciate, contenuto di idrogeno 0,3-0,8%
Settore medico/alimentare: alta sicurezza, basso residuo, contenuto di cloro 0,2-0,5%
Verifica della densità di reticolazione e delle condizioni di vulcanizzazione
5.1Selezione della matrice decisionale
| Scenari applicativi | Tipi di strutture consigliati | Contenuto di idrogeno (% in peso) | Viscosità consigliata (mPa·s) | Considerazioni chiave |
| Colla per stampi di precisione | Fine-del contenimento laterale dell'idrogeno | 0.15-0.30 | 200-500 | Durezza moderata, elevato allungamento, facile sformatura |
| Composto per impregnazione elettronica | Contenimento dell'idrogeno laterale-laterale o contenimento dell'idrogeno-laterale terminale | 0.20-0.40 | 500-2000 | Bassa volatilità, alta conduttività termica, isolamento |
| Imballaggio ottico a LED | Porre fine al -contenimento dell'idrogeno | 0.10-0.20 | 1000-5000 | Elevata trasparenza, bassa volatilità, resistenza alle alte temperature |
| Rivestimento/spruzzatura | End-side di contenimento dell'idrogeno o End-side di contenimento dell'idrogeno | 0.05-0.15 | 20-100 | Bassa viscosità, spruzzabile, flessibile |
| Adesivi/Sigillanti | Fine-del contenimento laterale dell'idrogeno | 0.20-0.50 | 100-500 | Durezza moderata, forte adesione |
| Modelli umani/protesi | Porre fine al- contenimento dell'idrogeno | 0.05~0.12 | 500-2000 | Ultra-morbido, elevato allungamento, bassa durezza |
| High-Temperature Curing Parts (>200 gradi) | Porre fine al- contenimento dell'idrogeno | 0.10-0.20 | 1000+ | Basso residuo Si-H, resistenza all'invecchiamento termico |
| Linea di produzione a sformatura rapida | -Contenimento laterale dell'idrogeno | 0.30-0.60 | 100-300 | Indurimento rapido, elevata durezza |
5.2 Principi di abbinamento con oli siliconici vinilici
La selezione di oli siliconici contenenti idrogeno-deve essere considerata in coppia con oli siliconici vinilici.
Rapporto stechiometrico: Rapporto molare di reazione ideale: Moli di Si-H / Moli di Si-Vi=1.0 Rapporto empirico nella pratica industriale: R=Moli di Si-H / Moli di Si-Vi • R < 1,0: Vinile in eccesso, Si-H insufficiente, reticolazione incompleta, superficie vulcanizzata appiccicosa • R=1.0~2.0: Intervallo ideale, reticolazione sufficiente, prestazioni bilanciate • R > 2,0: eccesso di Si-H, elevato Si-H residuo, diminuzione della resistenza al calore, scarsa affidabilità a lungo-termine.
5.3Idee sbagliate comuni nella selezione
Idea sbagliata 1: un contenuto di idrogeno più elevato significa una polimerizzazione più rapida. Risposta corretta: la velocità di polimerizzazione dipende principalmente dalla concentrazione e dall'attività del catalizzatore al platino; il contenuto di idrogeno ha un effetto secondario. Un contenuto eccessivo di idrogeno può effettivamente portare a una polimerizzazione non uniforme a causa di una reticolazione eccessiva localizzata.
Idea sbagliata 2: l'olio di silicone contenente-idrogeno a bassa viscosità-è sempre più facile da miscelare.
Risposta corretta: sebbene la bassa viscosità sia effettivamente più facile da miscelare, presenta una maggiore volatilità ed è incline a "migrare" all'interno del sistema, portando potenzialmente a stratificazione e prestazioni irregolari dopo una conservazione a lungo-termine.
Idea sbagliata 3: l'estremità-contenente idrogeno-contenente olio di silicone ha prestazioni peggiori dell'estremità-contenente idrogeno-contenente olio di silicone.
Risposta corretta: i due sono adatti per applicazioni diverse. L'olio di silicone contenente l'estremità-contenente idrogeno-spesso surclassa l'olio di silicone contenente l'estremità-contenente idrogeno-in termini di trasparenza e flessibilità, rendendolo la scelta preferita per applicazioni ottiche e flessibili.
Idea sbagliata 4: idrogeno-contenente olio di silicone può essere conservato all'aperto per lunghi periodi.
Risposta corretta: i legami Si-H sono sensibili all'umidità e all'ossigeno. L'esposizione a lungo-termine all'aria causerà un'idrolisi e un'ossidazione lente, con conseguente diminuzione del contenuto di idrogeno, variazioni di viscosità e generazione di bolle di idrogeno. Deve essere conservato in un ambiente sigillato,-a prova di luce e asciutto.
5.4 Raccomandazioni tecniche di DeepSea Technology
Sulla base dell'analisi di cui sopra, Shanghai Silicon Power Materials Co., Ltd. raccomanda quanto segue:
• Innanzitutto, definisci gli obiettivi prestazionali, quindi seleziona gli oli siliconici contenenti idrogeno-: dai priorità a durezza, allungamento, trasparenza e resistenza alla temperatura prima di effettuare una selezione.
• Inizia con test su piccola-scala: i calcoli teorici dovrebbero fornire una formulazione iniziale. Determina i parametri ottimali mediante test-su piccola scala (si consigliano almeno 3 gradienti di contenuto di idrogeno).
• Prestare attenzione alla stabilità di stoccaggio: selezionare oli siliconici contenenti idrogeno-a bassa-volatilità elevata e di elevata purezza-per evitare fluttuazioni delle prestazioni tra i lotti-a-lotto.
• Considerare Si-H/Si-Vi in coppie: non selezionare oli siliconici contenenti idrogeno-isolatamente; devono essere progettati in combinazione con oli siliconici vinilici.
• Le formulazioni estive richiedono una validazione aggiuntiva: i cambiamenti nella reattività alle alte temperature possono far sì che le formulazioni che hanno superato la validazione invernale subiscano periodi di funzionamento eccessivamente brevi o una polimerizzazione anomala in estate.
Sei. Conclusione Scegliere un olio siliconico contenente idrogeno- è "l'arte dei compromessi".
• Durezza o flessibilità? → Regolare il contenuto di idrogeno
• Forza o allungamento? → Regolare il peso molecolare
• Trasparenza o resistenza alla temperatura? → Modifica il tipo di struttura
• Indurimento rapido o tempo di funzionamento lungo? → Regolare catalizzatore e inibitore. Non esiste l'olio di silicone contenente idrogeno-"migliore", esiste solo quello "più adatto".
Comprendere la relazione intrinseca tra struttura, parametri e prestazioni è fondamentale per una progettazione sicura della formulazione, piuttosto che fare affidamento su tentativi ed errori per arrivare a un risultato.
Informazioni sulla tecnologia Deepsea:
Jiujiang Deepsea Technology Development Co., Ltd. è impegnata da molti anni nel campo delle sostanze chimiche speciali all'organosilicio, fornendo una gamma completa di prodotti a base di olio di silicone contenente idrogeno-(contenente finale-, contenente laterale-contenente finale-laterale-contenente, viscosità 20~10000 mPa·s, contenuto di idrogeno 0,05~1,6 in peso%) e lattine fornire suggerimenti di formulazione personalizzati in base alle applicazioni specifiche dei clienti.
