Además de las formulaciones de -caucho de silicona líquida curada (LSR/RTV-2), el aceite de vinil silicona determina el "carácter base", mientras que el aceite de silicona que contiene hidrógeno- determina el "esqueleto de reticulación". Elegir el aceite de silicona que contenga hidrógeno adecuado es la mitad de la batalla ganada a la hora de formular un producto exitoso.
Uno. Aceite de silicona que contiene -hidrógeno: el "arquitecto" de la silicona de curado por adición-.
Si comparamos la red de reticulación de silicona con un edificio:
• Esqueleto de acero con aceite de silicona vinílico=(proporciona la estructura principal de la cadena)
• Juntas de hormigón que contienen hidrógeno-aceite de silicona=(proporciona puntos de conexión reticulantes)
• Catalizador de platino=instrucciones de construcción (controla el inicio de la reacción)
El tipo de estructura, el contenido de hidrógeno y el peso molecular del aceite de silicona que contiene hidrógeno-determinan directamente la densidad, resistencia y flexibilidad de este "edificio".
Dos. Estructura y clasificación de los aceites de silicona que contienen hidrógeno-
2.1Estructura química básica El nombre químico del aceite de silicona que contiene hidrógeno-es polimetilhidrogensiloxano (PMHS) y su unidad estructural básica es:
Donde:
• Unidad M: Trimetilsiloxi (CH₃)₃SiO [1/2] – Grupo de protección final-
• Unidad Mᴴ: Dimetilhidrosiloxi (CH₃)₂HSiO [1/2] – Tapón del extremo-que contiene hidrógeno-
• Unidad D: Dimetilsiloxi (CH₃)₂SiO [2/2] – Unidad repetitiva de la cadena principal
• Unidad Dᴴ: Metilhidrosiloxi (CH₃)HSiO [2/2] – Unidad de cadena principal que contiene hidrógeno-
2.2 Tres tipos estructurales principales Según la distribución de los enlaces Si-H en la cadena molecular, los aceites de silicona que contienen hidrógeno- se pueden dividir en tres categorías:
fin-aceites de silicona de hidrógenoLa reacción de reticulación de los aceites de silicona de hidrógeno final- ocurre principalmente en los extremos de las cadenas moleculares, lo que da como resultado un segmento de cadena más largo en la red reticulada. Por lo tanto: • Menor densidad de reticulación • Menor dureza del vulcanizado • Mayor alargamiento • Generalmente mejor transparencia (menos puntos de reticulación, menor falta de homogeneidad microscópica)
Side-aceites de silicona de hidrógenotienen Si-H distribuido en la cadena principal, con cada molécula participando en múltiples puntos de reticulación: • Alta densidad de reticulación • Alta dureza del vulcanizado • Buena resistencia a la tracción y al desgarro • Sin embargo, el uso excesivo puede conducir fácilmente a la fragilización del compuesto.
Aceites de silicona de hidrógeno- y laterales-han experimentado un crecimiento rápido y continuo en su uso en los últimos años. Al ajustar la relación del contenido de hidrógeno de los grupos finales/grupos laterales, la estructura de la red reticulada se puede controlar dentro de un amplio rango para satisfacer las necesidades de diferentes escenarios de aplicación.
2.3 La diferencia esencial entre el aceite de silicona con hidroxilo y el aceite de silicona que contiene -hidrógeno. Concepto erróneo común entre los principiantes:
confundiendo aceite de silicona que contiene hidrógeno-y aceite de silicona de hidroxilo.
• Aceite de silicona que contiene hidrógeno-(Si-H): se utiliza para aceite de silicona de tipo adición-, se reticula con grupos vinilo y no requiere agua.
• Aceite de silicona hidroxilo (Si-OH): Se utiliza para aceite de silicona tipo condensación-, se condensa y deshidrata con agentes reticulantes (como el ortosilicato de tetraetilo).
Los dos tienen propiedades químicas completamente diferentes y nunca deben mezclarse.
Tres. Contenido de hidrógeno: el "perilla" de la densidad de reticulación
3.1 Definición y medición del contenido de hidrógeno El contenido de hidrógeno se refiere a la cantidad de enlaces Si-H en el aceite de silicona que contiene hidrógeno- y generalmente se expresa en dos unidades:
Unidad: Definición: Rango típico:
% en peso Porcentaje de masa de H en el enlace Si-H en relación con la masa total 0,05 %~1,6 %
% molar Porcentaje molar de unidades D^H en relación con todas las unidades D 5%~100%
En la industria, el contenido de hidrógeno se determina comúnmente mediante métodos químicos (reaccionando con un exceso de álcali para medir el volumen de hidrógeno) o espectroscopia infrarroja (el pico de absorción característico del Si-H a 2160 cm⁻¹).
3.2Efecto del contenido de hidrógeno sobre la densidad de reticulación.
La relación entre la densidad de reticulación y el contenido de hidrógeno y vinilo se puede derivar de la teoría clásica de la elasticidad del caucho.
Conclusiones clave:
• Cuando el contenido de hidrógeno está por debajo de la estequiometría, la densidad de reticulación aumenta linealmente al aumentar el contenido de hidrógeno.
• Cuando el contenido de hidrógeno excede la estequiometría, la densidad de reticulación tiende a saturarse (limitada por el contenido de vinilo).
• El exceso de aceite de silicona que contiene hidrógeno-no sólo es un desperdicio, sino que también introduce residuos de Si-H sin reaccionar, lo que reduce la resistencia al calor.
3.3 Efecto del contenido de hidrógeno sobre la dureza La dureza (Shore A) está directamente relacionada con la densidad de reticulación.
Los datos experimentales muestran que:
Nota: Los datos se basan en aceite de silicona que contiene -hidrógeno- del lado final (viscosidad 200 mPa·s), aceite de vinil silicona con 0,5 % en moles de contenido de vinilo y catalizador de platino con 10 ppm.
Patrón: La dureza aumenta aproximadamente linealmente a medida que el contenido de hidrógeno aumenta del 0,05% al 0,30%; por encima del 0,50%, el aumento de la dureza se ralentiza, pero la fragilidad aumenta significativamente.
3.4 Efecto del contenido de hidrógeno sobre las propiedades mecánicas:
Resistencia a la tracción y resistencia al desgarro
El efecto del contenido de hidrógeno sobre la resistencia a la tracción sigue una curva en forma de U-invertida:
• Bajo contenido de hidrógeno (<0.10%): Insufficient crosslinking density, large slip space between molecular chains, low tensile strength (<3 MPa)
• Contenido moderado de hidrógeno (0,15~0,35%): densidad de reticulación moderada, los segmentos de cadena pueden soportar tensiones y tener un cierto espacio de deslizamiento, lo que da como resultado la mayor resistencia a la tracción (5~8 MPa).
• High hydrogen content (>0,50%): Reticulación excesiva, movimiento restringido del segmento de cadena, la concentración de tensiones conduce fácilmente a la fractura, la resistencia a la tracción disminuye.
La resistencia al desgarro sigue un patrón similar, con el rango óptimo de contenido de hidrógeno ligeramente inferior al valor óptimo de resistencia a la tracción.
Para aplicaciones que requieren alta flexibilidad (como maniquíes y moldes flexibles), se recomienda una formulación con bajo contenido de -hidrógeno-; para componentes estructurales, se puede utilizar una formulación con alto contenido de -hidrógeno-.
3.5Efecto del contenido de hidrógeno en la transparencia La transparencia de la silicona curada por adición-está limitada por dos factores:
• Dispersión del relleno (los sistemas de curado adicional-normalmente tienen un relleno mínimo o nulo, por lo que este no es el factor principal)
• Uniformidad microscópica de la-red reticulada Mecanismo del efecto del contenido de hidrógeno en la transparencia:
• Bajo contenido de hidrógeno:-puntos de reticulación escasos, reticulación local-desigual, lo que podría provocar una separación de fases microscópica → Ligera neblina
• Contenido moderado de hidrógeno: reticulación-uniforme, red regular → Transparencia óptima (transmitancia > 90 %)
• Alto contenido de hidrógeno: reticulación excesivamente rápida-, formando microregiones localizadas de alta-densidad- → Concentración de tensión microscópica y diferencias en el índice de refracción → Disminución de la transparencia
Para silicona de grado óptico (encapsulación de LED, lentes ópticas), se recomienda controlar el contenido de hidrógeno dentro del rango de 0,15~0,25%% en peso.
3.6 Efecto del contenido de hidrógeno sobre la resistencia al calor La resistencia al calor del caucho de silicona se ve afectada principalmente por los siguientes factores:
• Estabilidad a la oxidación térmica de la cadena principal (alta energía de enlace Si-O, buena resistencia térmica básica)
• Estabilidad térmica de los puntos de reticulación.
• Oxidación térmica del Si-H residual. Efecto del contenido de hidrógeno en la resistencia al calor:
• Contenido apropiado de hidrógeno: forma enlaces cruzados estables de Si-C-C-Si, excelente resistencia al calor (uso-largo plazo a 200 grados)
• Contenido excesivo de hidrógeno: el Si-H residual se oxida fácilmente a altas temperaturas, lo que provoca la rotura de la cadena principal y la degradación de la red de reticulación, que se manifiesta como ablandamiento, pegajosidad y disminución de las propiedades mecánicas a altas temperaturas.
Experiencia industrial: el contenido de hidrógeno debe agregarse al 90 ~ 95 % de la relación estequiométrica para garantizar una reticulación suficiente y evitar residuos de Si-H.
For high-temperature applications (>200 grados), se recomienda utilizar formulaciones con contenido de hidrógeno-final o de bajo-hidrógeno.
3.7Efecto del contenido de hidrógeno en el rendimiento del proceso Vida útil: El contenido de hidrógeno en sí tiene poco impacto directo en la vida útil (la vida útil está controlada principalmente por la cantidad de catalizador de platino e inhibidores).
Sin embargo, las formulaciones con alto contenido de hidrógeno suelen tener los siguientes problemas de proceso:
• Reacción exotérmica más concentrada (en la reacción participa más Si-H por unidad de volumen), lo que provoca un aumento de temperatura local y acorta indirectamente la vida útil.
• Más sensible a los catalizadores; incluso trazas de impurezas pueden desencadenar una "polimerización explosiva". Velocidad de curado: A la misma dosis de catalizador:
• Un mayor contenido de hidrógeno da como resultado una velocidad de curado más rápida (más sitios de reacción).
• Sin embargo, la velocidad de curado real depende más de la relación de coincidencia Si-H/Si-Vi y de la concentración del catalizador.
Propiedades de desmoldeo: Las formulaciones con alto contenido de hidrógeno tienen una alta densidad de reticulación, una contracción del vulcanizado ligeramente mayor y una adhesión compleja a los moldes. La cantidad de agente desmoldante debe ajustarse según el material específico del molde.
Cuatro. Peso molecular: un "regulador" a escala de red
4.1 Relación entre peso molecular y viscosidad El peso molecular del aceite de silicona que contiene hidrógeno-normalmente no se mide directamente, sino que se caracteriza por la viscosidad cinemática (mm²/s o mPa·s, 25 grados).
Rangos de viscosidad comunes para los aceites de silicona que contienen hidrógeno-utilizados en la industria:
| Grado de viscosidad | Rango de viscosidad (mPa·s, 25 grados) | Peso molecular aproximado | Aplicaciones típicas Recubrimiento por pulverización |
| Baja viscosidad | 20-50 | 1,000~2,500 | Pegamento general para moldes de encapsulación de capa fina- |
| Viscosidad media | 100-500 | 5,000-15,000 | Productos de pared gruesa-de encapsulación electrónica |
| Alta viscosidad | 1,000-10,000 | 30,000-80,000 | Componentes estructurales de alta-resistencia |
4.2 Influencia del peso molecular en la estructura de la red de enlaces cruzados El peso molecular del aceite de silicona que contiene hidrógeno-determina el peso molecular entre enlaces cruzados (Peso molecular entre enlaces cruzados, Mc): Aceite de silicona que contiene hidrógeno-de bajo peso molecular:
• Cadenas moleculares cortas, pequeño espacio entre enlaces cruzados
• Red densa de enlaces cruzados pero segmentos de cadena cortos
• Alta dureza y alto módulo de vulcanizado
• Bajo alargamiento y poca resiliencia
• Estructura similar a "barras cortas de acero + nodos densos" Hidrógeno de alto peso molecular-que contiene aceite de silicona:
• Cadenas moleculares largas, gran espacio entre enlaces cruzados
• Red de enlaces cruzados escasa pero segmentos de cadena largos
• Vulcanizado blando con módulo bajo
• Alto alargamiento y buena resiliencia
• Estructura similar a "barras de acero largas + nodos dispersos"
4.3Efecto del peso molecular sobre las propiedades mecánicas.
Mecanismo: en la-red reticulada formada por hidrógeno de alto peso molecular-que contiene aceite de silicona, los segmentos de cadena larga pueden orientarse y extenderse bajo tensión, absorbiendo más energía, lo que resulta en una mayor resistencia a la tracción y al desgarro. El aceite de silicona que contiene hidrógeno-de bajo peso molecular forma una red demasiado rígida, lo que provoca concentración de tensiones y roturas prematuras.
4.4 La influencia del peso molecular en la materia volátil Este es un factor crucial que a menudo se pasa por alto:
• Aceite de silicona que contiene hidrógeno-de bajo peso molecular (<200 mPa·s): Contains more oligomers, resulting in high volatile matter (>1%)
• High molecular weight hydrogen-containing silicone oil (>1000 mPa·s): Materia poco volátil (<0.5%) Hazards of excessively high volatile matter:
• Los compuestos de bajo peso molecular se volatilizan durante la vulcanización, formando niebla de aceite o depósitos similares a niebla-en la superficie del producto.
• En aplicaciones de embalaje electrónico, los volátiles contaminan los componentes.
• En aplicaciones de alta-temperatura, los volátiles provocan burbujas y huecos.
• En aplicaciones ópticas, los volátiles se condensan en la superficie de la lente, lo que afecta la transmisión de luz.
Principios de selección:
• Electronic/Optical Grade Applications: Select high viscosity (>1000 mPa·s) o aceite de silicona que contenga hidrógeno refinado-de baja volatilidad.
• Aplicaciones industriales generales: Una viscosidad media (100~500 mPa·s) es suficiente.
• Moldes industriales que requieren un desmolde rápido: una baja viscosidad es aceptable, pero asegúrese de una vulcanización adecuada.
4.5Influencia del peso molecular en el proceso de mezcla.
El aceite de silicona que contiene hidrógeno- debe mezclarse uniformemente con aceite de vinil silicona, rellenos y aditivos:
• Aceite de silicona que contiene hidrógeno-de baja viscosidad: fácil de dispersar y bajo consumo de energía de mezclado, pero tiende a "arrastrarse" sobre la superficie del relleno, lo que resulta en una distribución desigual.
• Aceite de silicona que contiene hidrógeno-de alta viscosidad: es difícil de mezclar, requiere más tiempo de mezclado o mayor fuerza de corte, pero una vez dispersado uniformemente, tiene una mejor estabilidad en almacenamiento.
En las formulaciones reales, a menudo se adopta una estrategia de combinar viscosidad alta y baja para equilibrar la procesabilidad y el rendimiento.
Cinco. Principios de selección del aceite de silicona que contiene hidrógeno-: de la teoría a la práctica
Decisión sobre la selección del aceite de silicona que contiene hidrógeno-
Combinar el tipo de aceite de silicona que contiene hidrógeno-adecuado según los escenarios de aplicación
Escenarios de aplicación:
Electrónica/Eléctrica: Baja volatilidad, alta pureza, contenido de hidrógeno 0,5-1,0%
Moldeo/Industrial: Viscosidad media, rendimiento equilibrado, contenido de hidrógeno 0,3-0,8%
Médico/Alimentos: Alta seguridad, bajos residuos, contenido de cloro 0,2-0,5%
Verificación de la densidad de reticulación y las condiciones de vulcanización
5.1Selección de matriz de decisión
| Escenarios de aplicación | Tipos de estructura recomendados | Contenido de hidrógeno (% en peso) | Viscosidad recomendada (mPa·s) | Consideraciones clave |
| Pegamento para moldes de precisión | Contención de hidrógeno en el extremo- | 0.15-0.30 | 200-500 | Dureza moderada, alto alargamiento, fácil desmoldeo. |
| Compuesto de encapsulado electrónico | Contención de hidrógeno del lado-o contención de hidrógeno del lado-del extremo | 0.20-0.40 | 500-2000 | Baja volatilidad, alta conductividad térmica, aislamiento. |
| Embalaje óptico LED | Fin de la -contención de hidrógeno | 0.10-0.20 | 1000-5000 | Alta transparencia, baja volatilidad, resistencia a altas temperaturas. |
| Recubrimiento/pulverización | Contención de hidrógeno del extremo-o contención de hidrógeno del extremo- | 0.05-0.15 | 20-100 | Baja viscosidad, pulverizable, flexible. |
| Adhesivos/Selladores | Contención de hidrógeno en el extremo- | 0.20-0.50 | 100-500 | Dureza moderada, fuerte adherencia. |
| Modelos Humanos/Prótesis | Poner fin- a la contención de hidrógeno | 0.05~0.12 | 500-2000 | Ultra-suave, gran alargamiento y baja dureza |
| High-Temperature Curing Parts (>200 grados) | Poner fin- a la contención de hidrógeno | 0.10-0.20 | 1000+ | Bajo residuo de Si-H, resistencia al envejecimiento por calor |
| Línea de producción de desmoldeo rápido | Lado -Contención de hidrógeno | 0.30-0.60 | 100-300 | Curado rápido, alta dureza. |
5.2 Principios de combinación con aceites de vinil silicona
La selección de aceites de silicona que contienen -hidrógeno debe considerarse en combinación con aceites de vinil silicona.
Relación estequiométrica: Relación molar de reacción ideal: Moles de Si-H / Moles de Si-Vi=1.0 Relación empírica en la práctica industrial: R=Moles de Si-H / Moles de Si-Vi • R < 1,0: exceso de vinilo, Si-H insuficiente, reticulación incompleta, superficie vulcanizada pegajosa • R=1.0~2,0: rango ideal, reticulación suficiente, rendimiento equilibrado • R > 2,0: exceso de Si-H, alto Si-H residual, menor resistencia al calor, poca confiabilidad-a largo plazo.
5.3Conceptos erróneos comunes en la selección
Concepto erróneo 1: un mayor contenido de hidrógeno significa un curado más rápido. Respuesta correcta: La velocidad de curado depende principalmente de la concentración y actividad del catalizador de platino; el contenido de hidrógeno tiene un efecto secundario. De hecho, un contenido excesivo de hidrógeno puede provocar un curado desigual debido a una sobre-reticulación localizada.
Concepto erróneo 2: El aceite de silicona que contiene hidrógeno-de baja-viscosidad-siempre es más fácil de mezclar.
Respuesta correcta: si bien la viscosidad baja es más fácil de mezclar, tiene una mayor volatilidad y es propensa a "migrar" dentro del sistema, lo que podría provocar estratificación y un rendimiento desigual después de un almacenamiento-largo plazo.
Concepto erróneo 3: El aceite de silicona que contiene -hidrógeno-el extremo tiene un rendimiento peor que el aceite de silicona que contiene hidrógeno-el lado-.
Respuesta correcta: Ambos son adecuados para diferentes aplicaciones. El aceite de silicona que contiene-hidrógeno-en el extremo a menudo supera al aceite de silicona que contiene-hidrógeno-en el extremo en términos de transparencia y flexibilidad, lo que lo convierte en la opción preferida para aplicaciones ópticas y flexibles.
Concepto erróneo 4: El aceite de silicona que contiene hidrógeno- se puede almacenar al aire libre durante períodos prolongados.
Respuesta correcta: Los enlaces Si-H son sensibles a la humedad y al oxígeno. La exposición prolongada-al aire provocará una hidrólisis y oxidación lentas, lo que provocará una disminución del contenido de hidrógeno, cambios de viscosidad y la generación de burbujas de hidrógeno. Debe almacenarse en un ambiente sellado, -a prueba de luz y seco.
5.4 Recomendaciones técnicas de DeepSea Technology
Según el análisis anterior, Shanghai Silicon Power Materials Co., Ltd. recomienda lo siguiente:
• Primero, defina objetivos de rendimiento y luego seleccione aceites de silicona que contengan hidrógeno-: dé prioridad a la dureza, el alargamiento, la transparencia y la resistencia a la temperatura antes de realizar una selección.
• Comience con pruebas-a pequeña escala: los cálculos teóricos deben proporcionar una formulación inicial. Determine los parámetros óptimos mediante pruebas-a pequeña escala (se recomiendan al menos 3 gradientes de contenido de hidrógeno).
• Preste atención a la estabilidad del almacenamiento: seleccione aceites de silicona que contengan hidrógeno de baja-volatilidad y alta-pureza-para evitar fluctuaciones en el rendimiento entre lotes.
• Considere Si-H/Si-Vi en pares: no seleccione aceites de silicona que contengan hidrógeno-de forma aislada; deben diseñarse junto con aceites de vinil silicona.
• Las formulaciones de verano requieren validación adicional: los cambios en la reactividad a altas temperaturas pueden causar que las formulaciones que pasaron la validación de invierno experimenten períodos de funcionamiento excesivamente cortos o un curado anormal en verano.
Seis. Conclusión Elegir un aceite de silicona que contenga hidrógeno-es un "arte de hacer concesiones"-.
• ¿Dureza o flexibilidad? → Ajustar el contenido de hidrógeno
• ¿Resistencia o alargamiento? → Ajustar el peso molecular
• ¿Transparencia o resistencia a la temperatura? → Ajustar el tipo de estructura
• ¿Curado rápido o tiempo de funcionamiento prolongado? → Ajustar catalizador e inhibidor. No existe el "mejor" aceite de silicona que contiene hidrógeno-, sólo el "más adecuado".
Comprender la relación intrínseca entre estructura, parámetros y desempeño es crucial para un diseño de formulación confiable, en lugar de depender del ensayo y error para llegar a un resultado.
Acerca de la tecnología de aguas profundas:
Jiujiang Deepsea Technology Development Co., Ltd. ha estado profundamente involucrado en el campo de los productos químicos organosilicios especiales durante muchos años, proporcionando una gama completa de productos de aceite de silicona que contienen hidrógeno-(que contienen el extremo, que contienen el lado-, que contienen el extremo-que contiene, viscosidad de 20~10000 mPa·s, contenido de hidrógeno de 0,05~1,6% en peso%), y puede proporcionar sugerencias de formulación personalizadas según a las aplicaciones específicas de los clientes.
