Struktur og utvalg av hydrogen-inneholdende silikonolje

I tillegg-herder flytende silikongummi (LSR/RTV-2) formuleringer, bestemmer vinylsilikonolje "basekarakteren", mens hydrogen-holdig silikonolje bestemmer "tverrbindingsskjelettet". Å velge riktig hydrogenholdig silikonolje er halve kampen vunnet i å formulere et vellykket produkt.

En. Hydrogen-holdig silikonolje: "arkitekten" for tilsetnings-herdende silikon.

Hvis vi sammenligner silikontverrbindingsnettverket med en bygning:

• Vinylsilikonolje=stålskjelett (gir hovedkjedestrukturen)

• Hydrogen-holdig silikonolje=betongfuger (gir tverrbindingspunkter)

• Konstruksjonsinstruksjoner for platinakatalysator=(kontrollerer reaksjonsinitieringen)

Strukturtypen, hydrogeninnholdet og molekylvekten til den hydrogen-holdige silikonoljen bestemmer direkte tettheten, styrken og fleksibiliteten til denne "bygningen".

To. Struktur og klassifisering av hydrogen-inneholdende silikonoljer

2.1Grunnleggende kjemisk struktur Det kjemiske navnet på hydrogen-som inneholder silikonolje er polymetylhydrogensiloksan (PMHS), og dens grunnleggende strukturelle enhet er:

Hvori:

• M-enhet: Trimetylsiloksy (CH₃)₃SiO [1/2] – Ende-dekkegruppe

• Mᴴ-enhet: Dimetylhydrosiloksy (CH₃)₂HSiO [1/2] – Hydrogen-inneholdende ende-kapping

• D-enhet: Dimetylsiloksy (CH₃)₂SiO [2/2] – Repeterende enhet for hovedkjeden

• Dᴴ-enhet: Metylhydrosiloksy (CH₃)HSiO [2/2] – Hydrogen-inneholdende hovedkjedeenhet

2.2 Tre hovedstrukturtyper Basert på fordelingen av Si-H-bindinger på molekylkjeden, kan hydrogen-holdige silikonoljer deles inn i tre kategorier:

ende-hydrogensilikonoljerTverrbindingsreaksjonen til ende-hydrogen-silikonoljer skjer hovedsakelig ved endene av molekylkjedene, noe som resulterer i et lengre kjedesegment i det tverrbundne nettverket. Derfor: • Lavere tverrbindingstetthet • Lavere hardhet på vulkanisatet • Høyere forlengelse • Generelt bedre transparens (færre tverrbindingspunkter, lavere mikroskopisk inhomogenitet)

Side-hydrogensilikonoljerha Si-H fordelt på hovedkjeden, med hvert molekyl som deltar i flere tverrbindingspunkter: • Høy tverrbindingstetthet • Høy hardhet av vulkanisatet • God strekk- og rivestyrke • Imidlertid kan overdreven bruk lett føre til sprøhet av forbindelsen.

End- og side-hydrogen silikonoljerhar sett rask og kontinuerlig vekst i bruk de siste årene. Ved å justere hydrogeninnholdsforholdet til endegrupper/sidegrupper, kan den tverrbundne nettverksstrukturen kontrolleres innenfor et bredt område for å møte behovene til forskjellige applikasjonsscenarier.

2.3 Den vesentlige forskjellen mellom hydroksylsilikonolje og hydrogen-holdig silikonolje. Vanlig misforståelse blant nybegynnere:

forvirrende hydrogen-inneholdende silikonolje og hydroksylsilikonolje.

• Hydrogen-holdig silikonolje (Si-H): Brukes for tilsetning av-silikonolje, kryssbinder med vinylgrupper og krever ikke vann.

• Hydroksylsilikonolje (Si-OH): Brukes til kondensasjons-silikonolje, den kondenserer og dehydrerer med tverrbindingsmidler (som tetraetylortosilikat).

De to har helt forskjellige kjemiske egenskaper og bør aldri blandes.

Tre. Hydrogeninnhold: "Knoppen" for kryssbindingstetthet

3.1 Definisjon og måling av hydrogeninnhold Hydrogeninnhold refererer til mengden Si-H-bindinger i hydrogen-inneholdende silikonolje, og uttrykkes vanligvis i to enheter:

Enhet: Definisjon: Typisk område:

vekt% Prosentandel av H-masse i Si-H-bindingen i forhold til den totale massen 0,05%~1,6%

mol% Molprosent av D^H-enheter i forhold til alle D-enheter 5%~100%

I industrien bestemmes vanligvis hydrogeninnholdet ved kjemiske metoder (reagerer med overskudd av alkali for å måle volumet av hydrogen) eller infrarød spektroskopi (den karakteristiske absorpsjonstoppen for Si-H ved 2160 cm⁻¹).

3.2Effekt av hydrogeninnhold på tverrbindingstetthet

Forholdet mellom tverrbindingstetthet og hydrogeninnhold og vinylinnhold kan utledes fra klassisk gummielastisitetsteori.

Hovedkonklusjoner:

• Når hydrogeninnholdet er under støkiometrien, øker tverrbindingstettheten lineært med økende hydrogeninnhold.

• Når hydrogeninnholdet overstiger støkiometrien, har tverrbindingstettheten en tendens til å mettes (begrenset av vinylinnhold).

• For mye hydrogen-holdig silikonolje er ikke bare sløsing, men introduserer også ureagerte Si-H-rester, noe som fører til redusert varmebestandighet.

3.3 Effekt av hydrogeninnhold på hardhet Hardhet (Shore A) er direkte relatert til tverrbindingstetthet.

Eksperimentelle data viser at:

Merk: Data er basert på ende-sidehydrogen-som inneholder silikonolje (viskositet 200 mPa·s), vinylsilikonolje med 0,5 mol% vinylinnhold og platinakatalysator med 10 ppm.

Mønster: Hardheten øker omtrent lineært når hydrogeninnholdet øker fra 0,05 % til 0,30 %; over 0,50 % avtar økningen i hardhet, men sprøhet øker betydelig.

3.4 Effekt av hydrogeninnhold på mekaniske egenskaper:

Strekkstyrke og rivestyrke

Effekten av hydrogeninnhold på strekkstyrken følger en invertert U-formet kurve:

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

• Moderat hydrogeninnhold (0,15~0,35%): Moderat tverrbindingstetthet, kjedesegmenter tåler stress og har et visst slipprom, noe som resulterer i høyeste strekkfasthet (5~8 MPa)

• High hydrogen content (>0,50%): Overdreven tverrbinding, begrenset kjedesegmentbevegelse, spenningskonsentrasjon fører lett til brudd, strekkstyrken reduseres.

Rivestyrken følger et lignende mønster, med det optimale hydrogeninnholdsområdet litt lavere enn den optimale strekkfasthetsverdien.

For bruksområder som krever høy fleksibilitet (som mannekenger og fleksible former), anbefales en formulering med lavt-hydrogeninnhold-innhold; for strukturelle komponenter kan en formulering med høyt-hydrogen-innhold brukes.

3.5Effekt av hydrogeninnhold på gjennomsiktighet Gjennomsiktigheten av tilsetnings-herdende silikon er begrenset av to faktorer:

• Spredning av fyllstoff (tillegg-herdesystemer har vanligvis ingen eller minimalt med fyllstoff, så dette er ikke den primære faktoren)

• Mikroskopisk ensartethet av det tverrkoblede-nettverket Mekanisme for effekten av hydrogeninnhold på gjennomsiktighet:

• Lavt hydrogeninnhold: Sparsomme tverrbindingspunkter-, ujevn lokal-kryssbinding, som potensielt kan føre til mikroskopisk faseseparasjon → Litt uklarhet

• Moderat hydrogeninnhold: Ensartet -krysskobling, vanlig nettverk → Optimal åpenhet (transmittans > 90 %)

• Høyt hydrogeninnhold: Ekstremt rask kryss-tilknytning, danner lokaliserte mikro-regioner med høy-tetthet → Mikroskopisk spenningskonsentrasjon og brytningsindeksforskjeller → Redusert gjennomsiktighet

For silikon av optisk kvalitet (LED-innkapsling, optiske linser), anbefales det å kontrollere hydrogeninnholdet innenfor området 0,15~0,25% vekt%.

3.6 Effekt av hydrogeninnhold på varmebestandighet Varmebestandigheten til silikongummi påvirkes hovedsakelig av følgende faktorer:

• Termisk oksidasjonsstabilitet for hovedkjeden (høy Si-O-bindingsenergi, god grunnleggende varmebestandighet)

• Termisk stabilitet av tverrbindingspunkter

• Termisk oksidasjon av gjenværende Si-H Effekt av hydrogeninnhold på varmebestandighet:

• Passende hydrogeninnhold: danner stabile Si-C-C-Si kryssbindinger, utmerket varmebestandighet (lang-bruk ved 200 grader)

• For høyt hydrogeninnhold: gjenværende Si-H oksideres lett ved høye temperaturer, noe som fører til brudd på hovedkjeden og nedbrytning av tverrbindingsnettverk, manifestert som mykgjøring, klebrighet og reduserte mekaniske egenskaper ved høye temperaturer.

Industriell erfaring: hydrogeninnholdet bør tilsettes ved 90~95 % av det støkiometriske forholdet for å sikre tilstrekkelig tverrbinding samtidig som Si-H-rester unngås.

For high-temperature applications (>200 grader), anbefales det å bruke slutt--hydrogen- eller lav-hydrogen-innhold formuleringer.

3.7Effekt av hydrogeninnhold på prosessytelse Pot Life: Hydrogeninnholdet i seg selv har liten direkte innvirkning på brukstiden (brukstiden er hovedsakelig kontrollert av mengden platinakatalysator og inhibitorer).

Imidlertid har formuleringer med høyt hydrogeninnhold ofte følgende prosessproblemer:

• Mer konsentrert eksoterm reaksjon (mer Si-H per volumenhet deltar i reaksjonen), noe som fører til lokal temperaturøkning og indirekte forkorter brukstiden.

• Mer følsom for katalysatorer; selv spor urenheter kan utløse "eksplosiv polymerisasjon." Herdehastighet: Ved samme katalysatordosering:

• Høyere hydrogeninnhold gir raskere herdehastighet (flere reaksjonssteder).

• Den faktiske herdehastigheten avhenger imidlertid mer av Si-H/Si-Vi-tilpasningsforholdet og katalysatorkonsentrasjonen.

Avstøpningsegenskaper: Formuleringer med høyt hydrogeninnhold har høy tverrbindingstetthet, litt større krymping av vulkanisat og kompleks adhesjon til muggsopp. Mengden slippmiddel må justeres i henhold til det spesifikke formmaterialet.

Fire. Molekylvekt: En "regulator" på nettverksskalaen

4.1 Forholdet mellom molekylvekt og viskositet Molekylvekten til hydrogen-holdig silikonolje måles vanligvis ikke direkte, men karakteriseres av kinematisk viskositet (mm²/s eller mPa·s, 25 grader).

Vanlige viskositetsområder for hydrogen-inneholdende silikonoljer brukt i industrien:

4.2 Molekylvektens innflytelse på kryssbindingsnettverksstrukturen Molekylvekten til hydrogen-som inneholder silikonolje bestemmer molekylvekten mellom tverrbindinger (Molecular Weight Between Crosslinks, Mc): Hydrogen med lav molekylvekt-som inneholder silikonolje:

• Korte molekylkjeder, liten avstand mellom tverrbindinger

• Tett tverrbundet nettverk men korte kjedesegmenter

• Høy hardhet og høy vulkanisatmodul

• Lav forlengelse og dårlig spenst

• Struktur som ligner på "korte stålstenger + tette noder" Hydrogen med høy molekylvekt-inneholdende silikonolje:

• Lange molekylære kjeder, stor avstand mellom tverrbindinger

• Sparsomt tverrbundet nettverk, men lange kjedesegmenter

• Mykt vulkanisat med lav modul

• Høy forlengelse og god spenst

• Struktur som ligner på "lange stålstenger + sparsomme noder"

4.3Effekt av molekylvekt på mekaniske egenskaper

Mekanisme: I det tverrbundne nettverket som dannes av hydrogen med høy molekylvekt-som inneholder silikonolje, kan lange kjedesegmenter orientere seg og strekke seg under stress, absorbere mer energi, og dermed resultere i høyere strekk- og rivestyrke. Silikonolje med lav molekylvekt- danner et nettverk som er for stivt, noe som fører til stresskonsentrasjon og for tidlig brudd.

4.4 Molekylvektens innflytelse på flyktig materiale Dette er en ofte oversett, men avgjørende faktor:

• Lavmolekylær hydrogen-inneholdende silikonolje (<200 mPa·s): Contains more oligomers, resulting in high volatile matter (>1%)

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

• Lavmolekylære forbindelser fordamper under vulkanisering, danner oljetåke eller -tåke som avleiringer på produktoverflaten

• I elektroniske emballasjeapplikasjoner forurenser flyktige stoffer komponenter.
• I applikasjoner med høye- temperaturer forårsaker flyktige stoffer bobler og tomrom.

• I optiske applikasjoner kondenserer flyktige stoffer på linsens overflate, noe som påvirker lystransmittansen.

Utvalgsprinsipper:

• Electronic/Optical Grade Applications: Select high viscosity (>1000 mPa·s) eller lavflyktig raffinert hydrogen-inneholdende silikonolje.

• Generelle industrielle bruksområder: Middels viskositet (100~500 mPa·s) er tilstrekkelig.

• Industrielle former som krever rask avforming: Lav viskositet er akseptabelt, men sørg for tilstrekkelig vulkanisering.

4.5Påvirkning av molekylvekt på blandingsprosessen

Hydrogen-holdig silikonolje må blandes jevnt med vinylsilikonolje, fyllstoffer og tilsetningsstoffer:

• Lavviskositetshydrogen-inneholdende silikonolje: lett å spre og lavt blandeenergiforbruk, men det har en tendens til å "krype" på fylloverflaten, noe som resulterer i ujevn fordeling.

• Høyviskositetshydrogen-inneholdende silikonolje: vanskelig å blande, krever lengre blandetid eller høyere skjærkraft, men når den er jevnt fordelt, har den bedre lagringsstabilitet.

I faktiske formuleringer brukes ofte en strategi for å kombinere høy og lav viskositet for å balansere bearbeidbarhet og ytelse.

Fem. Utvelgelsesprinsipper for hydrogen-som inneholder silikonolje: fra teori til praksis

Hydrogen-Beslutning om valg av silikonolje

Passer til passende hydrogen-inneholdende silikonoljetype basert på bruksscenarier

Søknadsscenarier:
Elektronikk/Elektrisk: Lav flyktighet, høy renhet, hydrogeninnhold 0,5-1,0 %
Støping/industri: Middels viskositet, balansert ytelse, hydrogeninnhold 0,3-0,8 %
Medisinsk/mat: Høy sikkerhet, lav restmengde, klorinnhold 0,2-0,5 %
Verifisering av kryssbindingstetthet og vulkaniseringsforhold

5.1Valg av beslutningsmatrise

5.2 Matchende prinsipper med vinylsilikonoljer

utvalget av hydrogen-holdige silikonoljer må vurderes i par med vinylsilikonoljer.

Støkiometrisk forhold: Ideelt reaksjonsmolforhold: Mol av Si-H / Mol av Si-Vi=1.0 Empirisk forhold i industriell praksis: R=Mol av Si-H / Mol av Si-Vi • R < 1,0: Overflødig vinyl, utilstrekkelig Si{{7} stikker i overflaten.=1.0~2,0: Ideell rekkevidde, tilstrekkelig tverrbinding, balansert ytelse • R > 2,0: Overskudd av Si-H, høy gjenværende Si-H, redusert varmebestandighet, dårlig-pålitelighet.

5.3Vanlige misoppfatninger i utvalg

Misforståelse 1: Høyere hydrogeninnhold betyr raskere herding. Riktig svar: Herdehastigheten avhenger hovedsakelig av konsentrasjonen og aktiviteten til platinakatalysatoren; hydrogeninnholdet har en sekundær effekt. For høyt hydrogeninnhold kan faktisk føre til ujevn herding på grunn av lokalisert over-tverrbinding.

Misforståelse 2: Silikonolje med lav-viskositet- er alltid lettere å blande.

Riktig svar: Selv om lav viskositet faktisk er lettere å blande, har den høyere volatilitet og er tilbøyelig til å "migrere" i systemet, noe som potensielt kan føre til stratifisering og ujevn ytelse etter lang-lagring.

Misforståelse 3: Slutt-som inneholder hydrogen-som inneholder silikonolje gir dårligere resultater enn side-inneholdende hydrogen-som inneholder silikonolje.

Riktig svar: De to er egnet for forskjellige bruksområder. Slutt-inneholdende hydrogen-som inneholder silikonolje overgår ofte side-inneholdende hydrogen-inneholdende silikonolje når det gjelder gjennomsiktighet og fleksibilitet, noe som gjør den til det foretrukne valget for optiske og fleksible applikasjoner.

Misforståelse 4: Hydrogen-holdig silikonolje kan lagres åpent i lengre perioder.

Riktig svar: Si-H-bindinger er følsomme for fuktighet og oksygen. Langtidseksponering for luft vil føre til langsom hydrolyse og oksidasjon, noe som fører til reduksjon i hydrogeninnhold, viskositetsendringer og dannelse av hydrogenbobler. Den må oppbevares i et forseglet, lys-sikkert og tørt miljø.

5.4 Tekniske anbefalinger fra DeepSea Technology

Basert på analysen ovenfor, anbefaler Shanghai Silicon Power Materials Co., Ltd. følgende:

• Definer først ytelsesmål, og velg deretter hydrogen-inneholdende silikonoljer: Prioriter hardhet, forlengelse, gjennomsiktighet og temperaturmotstand før du velger.

• Start med liten-skalatesting: Teoretiske beregninger bør gi en innledende formulering. Bestem de optimale parameterne gjennom testing i liten-skala (minst 3 gradienter for hydrogeninnhold anbefales).

• Vær oppmerksom på lagringsstabilitet: Velg lav-flyktig, høy-renhet-silikonolje som inneholder silikonoljer for å unngå svingninger i ytelse fra batch-til-batch.

• Vurder Si-H/Si-Vi i par: Ikke velg hydrogen-inneholdende silikonoljer isolert; de må designes sammen med vinylsilikonoljer.

• Sommerformuleringer krever ytterligere validering: Endringer i reaktivitet ved høye temperaturer kan føre til at formuleringer som har bestått vintervalidering opplever for korte driftsperioder eller unormal herding om sommeren.

Seks. Konklusjon Å velge en hydrogen-inneholdende silikonolje er en «kunst å bytte-avveininger».

• Hardhet eller fleksibilitet? → Juster hydrogeninnholdet

• Styrke eller forlengelse? → Juster molekylvekten

• Gjennomsiktighet eller temperaturmotstand? → Juster strukturtype

• Rask herding eller lang driftstid? → Juster katalysator og inhibitor. Det finnes ingen "beste" hydrogen-som inneholder silikonolje, bare den "mest egnede".

Å forstå det iboende forholdet mellom struktur, parametere og ytelse er avgjørende for sikker formuleringsdesign, i stedet for å stole på prøving og feiling for å komme frem til et resultat.

Om Deepsea Technology:

Jiujiang Deepsea Technology Development Co., Ltd. har vært dypt involvert i feltet for spesialorganiske silisiumkjemikalier i mange år, og har levert et komplett utvalg av hydrogen-holdige silikonoljeprodukter (ende-inneholdende, side-inneholdende, ende-side-inneholdende, 020 mPa·000 mPa·1 0,05 ~ 1,6 vekt%), og kan gi tilpassede formuleringsforslag i henhold til kundenes spesifikke applikasjoner.