Struktur og udvælgelse af hydrogen-holdig silikoneolie

Derudover-hærder flydende silikonegummi (LSR/RTV-2) formuleringer, vinylsilikoneolie bestemmer "basekarakteren", mens hydrogen-holdig silikoneolie bestemmer "tværbindingsskelettet". At vælge den rigtige brintholdige silikoneolie er halvdelen af ​​kampen, der er vundet i at formulere et vellykket produkt.

En. Hydrogen-holdig silikoneolie: "arkitekten" bag tilsætnings-hærdende silikone.

Hvis vi sammenligner silikonetværbindingsnetværket med en bygning:

• Vinylsilikoneolie=stålskelet (giver hovedkædestrukturen)

• Hydrogen-holdig silikoneolie=betonfuger (giver tværbindingspunkter)

• Platinkatalysator=konstruktionsvejledning (styrer reaktionsinitieringen)

Strukturtypen, hydrogenindholdet og molekylvægten af ​​den hydrogen-holdige silikoneolie bestemmer direkte tætheden, styrken og fleksibiliteten af ​​denne "bygning".

To. Struktur og klassificering af hydrogen-indeholdende silikoneolier

2.1Grundlæggende kemisk struktur Det kemiske navn på hydrogen-holdig silikoneolie er polymethylhydrogensiloxan (PMHS), og dens grundlæggende strukturelle enhed er:

Hvori:

• M-enhed: Trimethylsiloxy (CH₃)₃SiO [1/2] – Slut-afdækningsgruppe

• Mᴴ-enhed: Dimethylhydrosiloxy (CH₃)₂HSiO [1/2] – Hydrogen-indeholdende ende-afdækning

• D-enhed: Dimethylsiloxy (CH₃)₂SiO [2/2] – Hovedkædegentagelsesenhed

• Dᴴ-enhed: Methylhydrosiloxy (CH₃)HSiO [2/2] – Hydrogen-holdig hovedkædeenhed

2.2 Tre hovedstrukturtyper Baseret på fordelingen af ​​Si-H-bindinger på molekylkæden kan hydrogen-holdige silikoneolier opdeles i tre kategorier:

ende-hydrogen-silikoneolierTværbindingsreaktionen af ​​ende-hydrogensiliconeolier forekommer hovedsageligt i enderne af molekylkæderne, hvilket resulterer i et længere kædesegment i det tværbundne netværk. Derfor: • Lavere tværbindingstæthed • Lavere hårdhed af vulkanisatet • Højere forlængelse • Generelt bedre gennemsigtighed (færre tværbindingspunkter, lavere mikroskopisk inhomogenitet)

Side-hydrogen-silikoneolierhar Si-H fordelt på hovedkæden, hvor hvert molekyle deltager i flere tværbindingspunkter: • Høj tværbindingstæthed • Høj hårdhed af vulkanisatet • God træk- og rivestyrke • Overdreven brug kan dog let føre til skørhed af forbindelsen.

End- og side-hydrogen-silikoneolierhar oplevet en hurtig og kontinuerlig vækst i brugen i de seneste år. Ved at justere brintindholdsforholdet for endegrupper/sidegrupper kan den tværbundne netværksstruktur styres inden for et bredt område for at imødekomme behovene i forskellige applikationsscenarier.

2.3 Den væsentlige forskel mellem hydroxysilikoneolie og hydrogen-holdig silikoneolie. Almindelig misforståelse blandt begyndere:

forvirrende hydrogen-indeholdende silikoneolie og hydroxysilikoneolie.

• Hydrogen-holdig silikoneolie (Si-H): Anvendes til tilsætning af-silikoneolie, den tværbinder med vinylgrupper og kræver ikke vand.

• Hydroxylsilikoneolie (Si-OH): Anvendes til kondensations-silikoneolie, den kondenserer og dehydrerer med tværbindingsmidler (såsom tetraethylorthosilicat).

De to har helt forskellige kemiske egenskaber og bør aldrig blandes.

Tre. Brintindhold: "Knappen" for tværbindingstæthed

3.1 Definition og måling af hydrogenindhold Hydrogenindhold refererer til mængden af ​​Si-H-bindinger i hydrogen-holdig silikoneolie og udtrykkes normalt i to enheder:

Enhed: Definition: Typisk område:

vægt% Procentdel af H-masse i Si-H-bindingen i forhold til den samlede masse 0,05%~1,6%

mol% Molprocent af D^H-enheder i forhold til alle D-enheder 5%~100%

I industrien bestemmes brintindholdet almindeligvis ved kemiske metoder (reagerer med overskydende alkali for at måle mængden af ​​brint) eller infrarød spektroskopi (den karakteristiske absorptionstop for Si-H ved 2160 cm⁻¹).

3.2Effekt af hydrogenindhold på tværbindingstæthed

Forholdet mellem tværbindingsdensitet og hydrogenindhold og vinylindhold kan udledes af klassisk gummielasticitetsteori.

Nøglekonklusioner:

• Når brintindholdet er under støkiometrien, stiger tværbindingstætheden lineært med stigende brintindhold.

• Når hydrogenindholdet overstiger støkiometrien, har tværbindingstætheden en tendens til at mættes (begrænset af vinylindhold).

• For meget brint-holdig silikoneolie er ikke kun spild, men introducerer også uomsatte Si-H-rester, hvilket fører til nedsat varmebestandighed.

3.3 Effekt af hydrogenindhold på hårdhed Hårdhed (Shore A) er direkte relateret til tværbindingstæthed.

Eksperimentelle data viser, at:

Bemærk: Data er baseret på ende-sidebrint-, der indeholder silikoneolie (viskositet 200 mPa·s), vinylsilikoneolie med 0,5 mol% vinylindhold og platinkatalysator med 10 ppm.

Mønster: Hårdheden stiger omtrent lineært, når brintindholdet stiger fra 0,05 % til 0,30 %; over 0,50 % aftager stigningen i hårdhed, men skørheden øges markant.

3.4 Effekt af hydrogenindhold på mekaniske egenskaber:

Trækstyrke og rivestyrke

Effekten af ​​brintindhold på trækstyrken følger en omvendt U--formet kurve:

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

• Moderat brintindhold (0,15~0,35%): Moderat tværbindingstæthed, kædesegmenter kan modstå stress og har en vis glideplads, hvilket resulterer i den højeste trækstyrke (5~8 MPa)

• High hydrogen content (>0,50%): Overdreven tværbinding, begrænset bevægelse af kædesegmenter, spændingskoncentration fører let til brud, trækstyrken falder.

Rivestyrken følger et lignende mønster, med det optimale brintindholdsområde lidt lavere end den optimale trækstyrkeværdi.

Til applikationer, der kræver høj fleksibilitet (såsom mannequiner og fleksible forme), anbefales en formulering med lavt-brint-indhold; til strukturelle komponenter kan en formulering med højt-brint-indhold anvendes.

3.5Effekt af hydrogenindhold på gennemsigtighed Gennemsigtigheden af ​​tilsætnings-hærdende silikone er begrænset af to faktorer:

• Spredning af fyldstof (tilsætnings-hærdningssystemer har typisk ingen eller minimalt fyldstof, så dette er ikke den primære faktor)

• Mikroskopisk ensartethed af det tværbundne-netværk Mekanisme for brintindholdets effekt på gennemsigtigheden:

• Lavt indhold af brint: Sparsomme-krydsforbindelsespunkter, ujævn lokal-krydsbinding, der potentielt kan føre til mikroskopisk faseadskillelse → let uklarhed

• Moderat brintindhold: Ensartet-krydsforbindelse, almindeligt netværk → Optimal gennemsigtighed (transmission > 90 %)

• Højt hydrogenindhold: Overdrevent hurtig krydsbinding, der danner lokaliserede mikro-regioner med høj-densitet → Mikroskopisk spændingskoncentration og forskelle i brydningsindeks → Nedsat gennemsigtighed

For silikone af optisk kvalitet (LED-indkapsling, optiske linser) anbefales det at kontrollere brintindholdet inden for intervallet 0,15~0,25% vægt%.

3.6 Effekt af hydrogenindhold på varmebestandighed Silikonegummiens varmebestandighed påvirkes hovedsageligt af følgende faktorer:

• Termisk oxidationsstabilitet af hovedkæden (høj Si-O-bindingsenergi, god grundlæggende varmebestandighed)

• Termisk stabilitet af tværbindingspunkter

• Termisk oxidation af resterende Si-H Effekt af brintindhold på varmebestandighed:

• Passende brintindhold: danner stabile Si-C-C-Si-tværbindinger, fremragende varmebestandighed (lang-brug ved 200 grader)

• For højt hydrogenindhold: resterende Si-H oxideres let ved høje temperaturer, hvilket fører til hovedkædebrud og nedbrydning af tværbindingsnetværk, der viser sig som blødgørende, klæbrig og nedsatte mekaniske egenskaber ved høje temperaturer.

Industriel erfaring: brintindholdet bør tilsættes ved 90~95% af det støkiometriske forhold for at sikre tilstrækkelig tværbinding og samtidig undgå Si-H-rester.

For high-temperature applications (>200 grader), anbefales det at bruge slutformuleringer med-brint eller lavt-brintindhold.

3.7Effekt af hydrogenindhold på procesydelse Pot Life: Brintindholdet i sig selv har ringe direkte indvirkning på brugstiden (pot life styres hovedsageligt af mængden af ​​platinkatalysator og inhibitorer).

Imidlertid har formuleringer med højt hydrogenindhold ofte følgende procesproblemer:

• Mere koncentreret eksoterm reaktion (mere Si-H pr. volumenenhed deltager i reaktionen), hvilket fører til lokal temperaturstigning og indirekte forkorter brugstiden.

• Mere følsom over for katalysatorer; selv spor af urenheder kan udløse "eksplosiv polymerisation". Hærdningshastighed: Ved samme katalysatordosering:

• Højere brintindhold resulterer i hurtigere hærdningshastighed (flere reaktionssteder).

• Den faktiske hærdningshastighed afhænger dog mere af Si-H/Si-Vi-tilpasningsforholdet og katalysatorkoncentrationen.

Afformningsegenskaber: Formuleringer med højt hydrogenindhold har høj tværbindingstæthed, lidt større vulkaniseringskrympning og kompleks vedhæftning til skimmelsvampe. Mængden af ​​slipmiddel skal justeres i henhold til det specifikke formmateriale.

Fire. Molekylvægt: En "regulator" på netværksskalaen

4.1 Forholdet mellem molekylvægt og viskositet Molekylvægten af ​​hydrogen-holdig silikoneolie måles normalt ikke direkte, men er karakteriseret ved kinematisk viskositet (mm²/s eller mPa·s, 25 grader).

Fælles viskositetsintervaller for hydrogen-holdige silikoneolier, der bruges i industrien:

4.2 Molekylvægtens indflydelse på tværbindingsnetværkets struktur Molekylvægten af ​​hydrogen-holdig silikoneolie bestemmer molekylvægten mellem tværbindinger (Molecular Weight Between Crosslinks, Mc): Brint med lav molekylvægt-holdig silikoneolie:

• Korte molekylære kæder, lille afstand mellem tværbindinger

• Tæt tværbundet netværk men korte kædesegmenter

• Høj hårdhed og høj modul af vulkanisat

• Lav forlængelse og dårlig spændstighed

• Struktur svarende til "korte stålstænger + tætte noder" Højmolekylær brint-holdig silikoneolie:

• Lange molekylære kæder, stor afstand mellem tværbindinger

• Sparsomt tværbundet netværk, men lange kædesegmenter

• Blødt vulkanisat med lavt modul

• Høj forlængelse og god spændstighed

• Struktur svarende til "lange stålstænger + sparsomme noder"

4.3Effekt af molekylvægt på mekaniske egenskaber

Mekanisme: I det tværbundne-netværk dannet af brint med høj molekylvægt-indeholdende silikoneolie, kan lange kædesegmenter orientere sig og strække sig under stress og absorbere mere energi, hvilket resulterer i højere trækstyrke og rivestyrke. Lavmolekylær brint-holdig silikoneolie danner et netværk, der er for stift, hvilket fører til stresskoncentration og for tidlig brud.

4.4 Molekylvægtens indflydelse på flygtigt stof Dette er en ofte overset, men afgørende faktor:

• Lavmolekylær brint-holdig silikoneolie (<200 mPa·s): Contains more oligomers, resulting in high volatile matter (>1%)

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

• Lavmolekylære forbindelser fordamper under vulkanisering og danner olietåge eller tåge -lignende aflejringer på produktoverfladen

• I elektroniske emballageapplikationer forurener flygtige stoffer komponenter.
• I høje-temperaturapplikationer forårsager flygtige stoffer bobler og hulrum.

• I optiske applikationer kondenserer flygtige stoffer på linsens overflade, hvilket påvirker lystransmittansen.

Udvælgelsesprincipper:

• Electronic/Optical Grade Applications: Select high viscosity (>1000 mPa·s) eller lavflygtig raffineret hydrogen-holdig silikoneolie.

• Generelle industrielle anvendelser: Medium viskositet (100~500 mPa·s) er tilstrækkelig.

• Industrielle støbeforme, der kræver hurtig afformning: Lav viskositet er acceptabel, men sikre tilstrækkelig vulkanisering.

4.5Molekylvægtens indflydelse på blandingsprocessen

Hydrogenholdig-silikoneolie skal blandes ensartet med vinylsilikoneolie, fyldstoffer og additiver:

• Lavviskositetsbrint-holdig silikoneolie: let at sprede og lavt energiforbrug til blanding, men det har en tendens til at "kravle" på fyldstofoverfladen, hvilket resulterer i ujævn fordeling.

• Højviskositetshydrogen-holdig silikoneolie: svær at blande, kræver længere blandingstid eller højere forskydningskraft, men når den først er ensartet fordelt, har den bedre opbevaringsstabilitet.

I faktiske formuleringer anvendes ofte en strategi med at kombinere høj og lav viskositet for at balancere forarbejdelighed og ydeevne.

Fem. Udvælgelsesprincipper for hydrogen-indeholdende silikoneolie: fra teori til praksis

Hydrogen-Beslutning om valg af silikoneolie

Matcher den passende brint-indeholdende silikoneolietype baseret på anvendelsesscenarier

Ansøgningsscenarier:
Elektronik/Elektrisk: Lav flygtighed, høj renhed, brintindhold 0,5-1,0 %
Støbning/Industriel: Medium viskositet, afbalanceret ydeevne, brintindhold 0,3-0,8 %
Medicin/mad: Høj sikkerhed, lav restkoncentration, klorindhold 0,2-0,5 %
Verifikation af tværbindingstæthed og vulkaniseringsbetingelser

5.1Valg af beslutningsmatrix

5.2 Matchende principper med vinylsilikoneolier

Udvælgelsen af ​​hydrogen-holdige silikoneolier skal overvejes i par med vinylsilikoneolier.

Støkiometrisk forhold: Ideelt reaktionsmolforhold: Mol af Si-H / Mol Si-Vi=1.0 Empirisk forhold i industriel praksis: R=Mol af Si-H / Mol af Si-Vi • R < 1,0: Overskydende vinyl, utilstrækkelig tværbinding af Si{{7}=1.0~2,0: Ideel rækkevidde, tilstrækkelig tværbinding, afbalanceret ydeevne • R > 2,0: Overskydende Si-H, høj resterende Si-H, nedsat varmemodstand, dårlig-pålidelighed på lang sigt.

5.3Almindelige misforståelser i udvælgelse

Misforståelse 1: Højere brintindhold betyder hurtigere hærdning. Korrekt svar: Hærdningshastigheden afhænger hovedsageligt af koncentrationen og aktiviteten af ​​platinkatalysatoren; brintindholdet har en sekundær effekt. For højt hydrogenindhold kan faktisk føre til ujævn hærdning på grund af lokaliseret over-tværbinding.

Misforståelse 2: Silikoneolie med lav-viskositet- er altid nemmere at blande.

Korrekt svar: Selvom lav viskositet faktisk er nemmere at blande, har den højere volatilitet og er tilbøjelig til at "migrere" i systemet, hvilket potentielt kan føre til lagdeling og ujævn ydeevne efter lang-lagring.

Misforståelse 3: Slut-indeholdende brint-holdig silikoneolie yder dårligere end side-indeholdende brint-holdig silikoneolie.

Korrekt svar: De to er velegnede til forskellige anvendelser. End-indeholdende brint-holdig silikoneolie overgår ofte side-indeholdende brint-holdig silikoneolie med hensyn til gennemsigtighed og fleksibilitet, hvilket gør det til det foretrukne valg til optiske og fleksible applikationer.

Misforståelse 4: Hydrogen-holdig silikoneolie kan opbevares åbent i længere perioder.

Korrekt svar: Si-H-bindinger er følsomme over for fugt og ilt. Langvarig-eksponering for luft vil forårsage langsom hydrolyse og oxidation, hvilket fører til et fald i brintindhold, viskositetsændringer og dannelse af brintbobler. Det skal opbevares i et forseglet, lys-tæt og tørt miljø.

5.4 Tekniske anbefalinger fra DeepSea Technology

Baseret på ovenstående analyse anbefaler Shanghai Silicon Power Materials Co., Ltd. følgende:

• Definer først ydeevnemål, og vælg derefter hydrogen-holdige silikoneolier: Prioriter hårdhed, forlængelse, gennemsigtighed og temperaturmodstand, før du foretager et valg.

• Start med test i lille-skala: Teoretiske beregninger bør give en indledende formulering. Bestem de optimale parametre gennem test i lille-skala (mindst 3 brintindholdsgradienter anbefales).

• Vær opmærksom på opbevaringsstabilitet: Vælg lav-flygtig, høj-renhed, hydrogen-holdig silikoneolier for at undgå udsving fra batch-til-batchydelse.

• Overvej Si-H/Si-Vi i par: Vælg ikke brint-holdige silikoneolier isoleret. de skal designes i forbindelse med vinylsilikoneolier.

• Sommerformuleringer kræver yderligere validering: Ændringer i reaktivitet ved høje temperaturer kan medføre, at formuleringer, der har bestået vintervalidering, oplever for korte driftsperioder eller unormal hærdning om sommeren.

Seks. Konklusion At vælge en brint-holdig silikoneolie er en "kunst at bytte-af".

• Hårdhed eller fleksibilitet? → Juster brintindholdet

• Styrke eller forlængelse? → Juster molekylvægten

• Gennemsigtighed eller temperaturbestandighed? → Juster strukturtype

• Hurtig hærdning eller lang driftstid? → Juster katalysator og inhibitor. Der er ingen "bedste" brint-holdig silikoneolie, kun den "mest egnede".

At forstå det iboende forhold mellem struktur, parametre og ydeevne er afgørende for et sikkert formuleringsdesign, snarere end at stole på forsøg og fejl for at nå frem til et resultat.

Om Deepsea Technology:

Jiujiang Deepsea Technology Development Co., Ltd. har været dybt involveret i feltet af specialkemikalier i organosilicium i mange år og har leveret et komplet udvalg af hydrogen-holdige silikoneolieprodukter (ende-indeholdende, side-indeholdende, ende-side-indeholdende, 02 mPa·0000 mPa·1 0,05 ~ 1,6 vægt%), og kan give tilpassede formuleringsforslag i henhold til kundernes specifikke applikationer.