Addition-Hærde silikonesystemer og platinkatalyse
Indledning
Silikone-elastomerer er meget udbredt i moderne industrier på grund af deres fremragende termiske stabilitet, fleksibilitet, kemiske resistens og elektriske isoleringsegenskaber. Blandt de forskellige hærdningsteknologier, der er tilgængelige for silikonematerialer, betragtes additions-hærdningssystemer-også kendt som platin-katalyserede silikonesystemer- som en af de mest avancerede og mest anvendte hærdningsmekanismer.
Tilsætnings-hærdende silikonesystemer bruges almindeligvis i applikationer som flydende silikonegummi (LSR), silikonegeler, indkapslingsmaterialer og højtydende elastomerer. Disse materialer er essentielle i industrier, herunder bilindustrien, elektronik, sundhedspleje og forbrugerprodukter.
Hærdningsprocessen med tilsætning af-hærdning af silikone-elastomerer er baseret på en kemisk reaktion kendt som hydrosilylering. Denne reaktion involverer tilsætning af silicium-hydrogen (Si-H)-grupper på tværs af carbon-carbon-dobbeltbindinger i vinyl-funktionelle silikoneforbindelser. Reaktionen katalyseres typisk af platinkomplekser.
Structure of Addition-Cure Silicone Systems
Tilsætnings-hærdende silikonesystemer består typisk af to hovedkomponenter, ofte omtalt som del A og del B.
Del A indeholder generelt vinyl-funktionelle silikonepolymerer og en platinkatalysator.
Del B indeholder hydrid-funktionelle silikonetværbindere og andre tilsætningsstoffer.
Når disse to komponenter blandes, begynder hydrosilyleringsreaktionen, der danner et tværbundet silikonenetværk.
De endelige materialeegenskaber afhænger af flere formuleringsfaktorer, herunder:
● Molekylvægten af silikonepolymererne
● Koncentrationen af vinylgrupper
● Mængden af hydrid-tværbinder
● Katalysatorkoncentration
Ved at justere disse parametre kan producenter designe silikoneelastomerer med forskellige mekaniske egenskaber og hærdningsegenskaber.
Hydrosilyleringsreaktionsmekanisme
Hydrosilyleringsreaktionen er den vigtigste kemiske proces, der er ansvarlig for hærdning af additions-hærdende silikonesystemer.
I denne reaktion reagerer silicium-hydrogenbindinger (Si-H) med vinylgrupper (C=C) i nærværelse af en platinkatalysator.
Den forenklede reaktion kan beskrives som:
Si–H + CH₂=CH– → Si–CH₂–CH₂–
Denne reaktion resulterer i dannelsen af nye silicium-kulstofbindinger, der binder polymerkæder sammen og skaber et tre-dimensionelt silikonenetværk.
En af de største fordele ved hydrosilyleringshærdning er, at den ikke producerer biprodukter såsom alkohol eller eddikesyre. Dette gør tilføjelses-hærdende silikoner ideelle til applikationer, der kræver høj renhed og minimal krympning.
Platinkatalysatorer er essentielle for at muliggøre hydrosilyleringsreaktionen under praktiske forarbejdningsbetingelser.
Uden en katalysator ville reaktionen mellem Si-H-grupper og vinylgrupper forekomme ekstremt langsomt. Platinkomplekser fremskynder reaktionen og tillader hærdning at ske ved moderate temperaturer.
Almindelige platinkatalysatorer brugt i silikonekemi omfatter:
Karstedt katalysatorer
Platindivinyltetramethyldisiloxankomplekser
Andre platin-baserede koordinationskatalysatorer
Disse katalysatorer er yderst effektive og kan fremme hurtig tværbinding selv ved lave koncentrationer.
Platin-katalyserede systemer kan dog være følsomme over for katalysatorinhibitorer såsom svovl, aminer og visse metalforbindelser. Derfor er omhyggelig formulering og materialekompatibilitet nødvendig.
Fordele ved Addition-Cure Silicone Systems
Tilsætnings-hærdende silikone-elastomerer tilbyder adskillige fordele sammenlignet med andre hærdningsteknologier såsom kondens-hærdende silikoner.
Nej efter-produkter
Hydrosilyleringsreaktionen producerer ingen flygtige-biprodukter, hvilket resulterer i minimalt svind under hærdning.
Høj renhed
Fordi der ikke genereres syre- eller alkoholbiprodukter-, er additions-hærdede silikoner velegnede til følsomme applikationer såsom medicinsk udstyr og elektronik.
Fremragende mekaniske egenskaber
Yderligere-hærdende silikone-elastomerer kan opnå fremragende trækstyrke, rivebestandighed og lang-holdbarhed.
Hurtig hærdning
Hærdningshastigheden kan styres præcist ved at justere katalysatorkoncentration og temperatur.
Industrielle applikationer
Addition-hærdende silikonesystemer bruges i en lang række højtydende applikationer.
Flydende silikonegummi (LSR)
LSR bruges i vid udstrækning i sprøjtestøbningsprocesser til fremstilling af høj-præcisions silikonekomponenter. Typiske anvendelser omfatter medicinsk udstyr, babyprodukter, sæler og bildele.
Elektronisk indkapsling
Silikonegeler og elastomerer bruges almindeligvis til at beskytte følsomme elektroniske komponenter mod fugt, vibrationer og temperaturudsving.
Bilkomponenter
Silikone-elastomerer bruges i bilpakninger, tætninger og elektriske isoleringskomponenter på grund af deres fremragende varmebestandighed.
Optiske og medicinske applikationer
Fordi additions-hærdende silikoner har høj renhed og lavt ekstraherbare stoffer, bruges de i vid udstrækning i optiske linser, medicinske slanger og implanterbare enheder.
Vinylsiloxanmellemprodukters rolle
Vinyl-funktionelle siloxanmellemprodukter spiller en vigtig rolle i syntesen og formuleringen af additions-hærdende silikonesystemer.
Disse materialer bruges til at kontrollere vinylindholdet i silikonepolymerer og justere tværbindingstætheden af den endelige elastomer.
Divinyltetramethyldisiloxan er et eksempel på et vinylsiloxanmellemprodukt, der er meget udbredt i silikonekemi. Det giver vinylfunktionalitet, der deltager i hydrosilyleringsreaktioner og hjælper med at regulere polymerstrukturen under syntesen.
Sådanne mellemprodukter er vigtige for at kontrollere reaktionskinetik og materialeydelse ved fremstilling af silikoneelastomerer.
Anbefalede produkter
Til applikationer, der er relateret til additions-hærdende silikonesystemer, bruges følgende organosiliciummellemprodukter almindeligvis.
DVTMDS er en vinyl-funktionel siloxanforbindelse, der i vid udstrækning anvendes i silikone-elastomersyntese og polymermodifikationsprocesser. Det giver reaktive vinylgrupper, der deltager i hydrosilyleringsreaktioner.
Dette materiale er almindeligt anvendt i:
● Fremstilling af silikone elastomer
● Syntese af vinylsilikoneolie
● Silikone polymer modifikation
Konklusion
Tilsætnings-hærdende silikonesystemer baseret på platin-katalyserede hydrosilyleringsreaktioner repræsenterer en af de vigtigste teknologier i moderne silikonekemi. Disse systemer giver fremragende materialeegenskaber, høj renhed og pålidelig hærdningsydelse.
På grund af deres overlegne egenskaber er additions-hærdende silikoner meget udbredt i industrier som elektronik, bilindustrien, sundhedspleje og forbrugerprodukter.
Vinylsiloxan-mellemprodukter, såsom divinyltetramethyldisiloxan, spiller en kritisk rolle i at kontrollere polymerstruktur og reaktionsadfærd i disse systemer. Efterhånden som silikonematerialer fortsætter med at udvikle sig, vil disse mellemprodukter forblive væsentlige komponenter i højtydende silikoneformuleringer.
