El caucho de silicona (como el caucho de silicona vulcanizado a alta-temperatura, el caucho de silicona vulcanizado a temperatura ambiente-y el caucho líquido) se usa ampliamente en embalajes electrónicos, sellado de aviación y fabricación de automóviles debido a sus excelentes propiedades, incluida la resistencia a la intemperie, el aislamiento eléctrico y la resistencia a altas y bajas-temperaturas. Sin embargo, a temperaturas de 250 grados o más, el caucho de silicona es susceptible a la degradación oxidativa térmica, lo que provoca la rotura de la cadena polimérica y la pérdida de grupos colgantes. Esto va acompañado de la volatilización de moléculas pequeñas y la destrucción de-estructuras reticulantes, lo que da como resultado una pérdida de peso y una reducción de las propiedades mecánicas, lo que limita gravemente su vida útil en condiciones operativas extremas. Mejorar la estabilidad a altas temperaturas-del caucho de silicona se ha convertido en un tema candente en el campo de la investigación de materiales.
El nano-dióxido de titanio (TiO₂) tiene el potencial de servir como aditivo funcional y relleno en caucho de silicona debido a su estabilidad térmica, inercia química y efecto nano-. Entre ellos, el nano-dióxido de titanio NT-50, preparado mediante el método de fase de vapor, tiene amplias perspectivas de aplicación en caucho de silicona debido a su pequeño tamaño de partícula, buena dispersabilidad y alta actividad superficial.
Los técnicos seleccionaron tres cauchos de silicona típicos: alta-temperatura, temperatura ambiente-y líquido. Prepararon muestras experimentales con 1,5 % de NT-50 añadido y muestras en blanco sin nano-TiO₂. Todas las muestras se almacenaron térmicamente a 250 grados y se pesaron periódicamente. Se calculó la retención de peso (retención de peso=peso después del almacenamiento en calor/peso inicial × 100%) y se construyó una curva que representa la retención de peso versus los días de almacenamiento en calor.
En la curva de retención de peso del caucho de silicona sin NT-50, el caucho a temperatura ambiente tuvo una pérdida de peso de más del 40% después de 7 días y el compuesto de caucho se había pulverizado, por lo que se terminó el experimento. Sin embargo, el caucho a alta temperatura y el caucho líquido tuvieron una pérdida de peso del 50% después de 21 días y el compuesto de caucho se había pulverizado, por lo que se terminó el experimento.
En la curva de retención de peso para el caucho de silicona que contiene 1,5 % de NT-50, la pérdida de peso de los cauchos de silicona a temperatura ambiente, alta temperatura y líquido fue inferior al 5 % después de 7 días, e incluso después de 60 días, no superó el 15 %. La retención de peso de los tres tipos de caucho de silicona se mantuvo por encima del 85 % durante el período de 60 días, lo que demuestra que la adición de NT-50 inhibió eficazmente la degradación oxidativa térmica y mejoró significativamente la estabilidad del caucho de silicona a altas temperaturas.
NT-50 mejora la estabilidad a altas temperaturas del caucho de silicona de tres formas clave:
Efecto de barrera física: las partículas de nano-TiO₂ forman una densa red dentro de la matriz de caucho de silicona que, por un lado, bloquea la penetración de medios agresivos como el oxígeno y el vapor de agua, reduciendo las reacciones de oxidación térmica; por otro lado, inhibe la volatilización de pequeñas moléculas producida por la descomposición térmica del caucho de silicona, reduciendo así la pérdida de peso.
Captura de radicales libres: como material semiconductor, los pares de electrones de la superficie del nano-TiO₂ capturan los radicales libres generados por la degradación térmica, lo que pone fin a la reacción en cadena de los radicales libres e inhibe fundamentalmente la degradación oxidativa del material.
Conductividad térmica optimizada: la alta conductividad térmica del nano-TiO₂ mejora la uniformidad de la distribución térmica en el caucho de silicona, lo que reduce la degradación acelerada causada por el sobrecalentamiento localizado, permite una disipación de calor más eficiente y ralentiza el proceso general de envejecimiento térmico.
El nano-dióxido de titanio NT-50 inhibe eficazmente la degradación oxidativa térmica del caucho de silicona a altas temperaturas, proporcionando una solución viable para extender su vida útil en ambientes extremos. Desde una perspectiva de aplicación industrial, el caucho de silicona que contiene NT-50 se puede expandir aún más a áreas que requieren una estricta resistencia a las altas-temperaturas, como el sellado de motores de aviones, empaques de baterías de vehículos de nueva energía y disipación de calor en equipos electrónicos de alta-. Esto aborda el problema de la "susceptibilidad al envejecimiento a altas temperaturas" del caucho de silicona tradicional, creando potencialmente un sistema de estabilidad térmica más eficiente y promoviendo la mejora de los materiales de caucho de silicona hacia propiedades de mayor-temperatura, más confiables y duraderas, proporcionando soporte material clave para el desarrollo de la fabricación de alta gama.
