Toevoeging-Cure siliconensystemen en platinakatalyse
Invoering
Siliconenelastomeren worden veel gebruikt in moderne industrieën vanwege hun uitstekende thermische stabiliteit, flexibiliteit, chemische weerstand en elektrische isolatie-eigenschappen. Van de verschillende uithardingstechnologieën die beschikbaar zijn voor siliconenmaterialen, worden additie-uithardingssystemen-ook bekend als platina-gekatalyseerde siliconensystemen- beschouwd als een van de meest geavanceerde en meest gebruikte uithardingsmechanismen.
Additie-uithardende siliconensystemen worden vaak gebruikt in toepassingen zoals vloeibaar siliconenrubber (LSR), siliconengels, inkapselingsmaterialen en hoogwaardige- elastomeren. Deze materialen zijn essentieel in sectoren als de automobielsector, de elektronica, de gezondheidszorg en consumentenproducten.
Het uithardingsproces van additie-uithardende siliconenelastomeren is gebaseerd op een chemische reactie die bekend staat als hydrosilylatie. Deze reactie omvat de toevoeging van silicium-waterstof (Si-H) groepen over koolstof-koolstof dubbele bindingen in vinyl-functionele siliconenverbindingen. De reactie wordt doorgaans gekatalyseerd door platinacomplexen.
Structuur van de toevoeging-Cure-siliconensystemen
Additie-uithardende siliconensystemen bestaan doorgaans uit twee hoofdcomponenten, vaak aangeduid als Deel A en Deel B.
Deel A bevat doorgaans vinyl-functionele siliconenpolymeren en een platinakatalysator.
Deel B bevat hydride-functionele siliconencrosslinkers en andere additieven.
Wanneer deze twee componenten worden gemengd, begint de hydrosilyleringsreactie, waarbij een verknoopt siliconennetwerk wordt gevormd.
De uiteindelijke materiaaleigenschappen zijn afhankelijk van verschillende formuleringsfactoren, waaronder:
● Het molecuulgewicht van de siliconenpolymeren
● De concentratie vinylgroepen
● De hoeveelheid hydridevernettingsmiddel
● Katalysatorconcentratie
Door deze parameters aan te passen kunnen fabrikanten siliconenelastomeren ontwerpen met verschillende mechanische eigenschappen en uithardingseigenschappen.
Hydrosilyleringsreactiemechanisme
De hydrosilyleringsreactie is het belangrijkste chemische proces dat verantwoordelijk is voor het uitharden van additie-uithardende siliconensystemen.
Bij deze reactie reageren silicium-waterstofbindingen (Si–H) met vinylgroepen (C=C) in aanwezigheid van een platinakatalysator.
De vereenvoudigde reactie kan worden omschreven als:
Si–H + CH₂=CH– → Si–CH₂–CH₂–
Deze reactie resulteert in de vorming van nieuwe silicium-koolstofbindingen, die polymeerketens met elkaar verbinden en een drie-siliconennetwerk creëren.
Een van de belangrijkste voordelen van hydrosilylatie-uitharding is dat er geen bijproducten zoals alcohol of azijnzuur ontstaan. Dit maakt additie-uithardende siliconen ideaal voor toepassingen die een hoge zuiverheid en minimale krimp vereisen.
Platinakatalysatoren zijn essentieel om de hydrosilyleringsreactie onder praktische verwerkingsomstandigheden mogelijk te maken.
Zonder katalysator zou de reactie tussen Si-H-groepen en vinylgroepen extreem langzaam verlopen. Platinacomplexen versnellen de reactie en maken uitharding mogelijk bij gematigde temperaturen.
Veel voorkomende platinakatalysatoren die in de siliconenchemie worden gebruikt, zijn onder meer:
Karstedt-katalysatoren
Platinadivinyltetramethyldisiloxaancomplexen
Andere op platina-gebaseerde coördinatiekatalysatoren
Deze katalysatoren zijn zeer efficiënt en kunnen een snelle verknoping bevorderen, zelfs bij lage concentraties.
Platina-gekatalyseerde systemen kunnen echter gevoelig zijn voor katalysatorremmers zoals zwavel, aminen en bepaalde metaalverbindingen. Daarom zijn een zorgvuldige formulering en materiaalcompatibiliteit noodzakelijk.
Voordelen van Addition-Cure-siliconensystemen
Additie-uithardende siliconenelastomeren bieden verschillende voordelen vergeleken met andere uithardingstechnologieën zoals condensatie-uithardende siliconen.
Geen bij-producten
De hydrosilyleringsreactie produceert geen vluchtige bijproducten-, wat resulteert in minimale krimp tijdens het uitharden.
Hoge zuiverheid
Omdat er geen zure of alcoholhoudende bijproducten- worden gegenereerd, zijn aanvullende-uithardende siliconen geschikt voor gevoelige toepassingen zoals medische apparaten en elektronica.
Uitstekende mechanische eigenschappen
Door toevoeging-uithardende siliconenelastomeren kunnen uitstekende treksterkte, scheurweerstand en lange-duurzaamheid worden bereikt.
Snelle uitharding
De uithardingssnelheid kan nauwkeurig worden geregeld door de katalysatorconcentratie en temperatuur aan te passen.
Industriële toepassingen
Additionele-uithardende siliconensystemen worden gebruikt in een groot aantal hoogwaardige- toepassingen.
Vloeibaar siliconenrubber (LSR)
LSR wordt veel gebruikt in spuitgietprocessen om siliconencomponenten met hoge-precisie te produceren. Typische toepassingen zijn onder meer medische apparaten, babyproducten, afdichtingen en auto-onderdelen.
Elektronische inkapseling
Siliconengels en elastomeren worden vaak gebruikt om gevoelige elektronische componenten te beschermen tegen vocht, trillingen en temperatuurschommelingen.
Auto-onderdelen
Siliconenelastomeren worden gebruikt in pakkingen, afdichtingen en elektrische isolatiecomponenten voor auto's vanwege hun uitstekende hittebestendigheid.
Optische en medische toepassingen
Omdat additie-uithardende siliconen een hoge zuiverheid hebben en weinig extraheerbare stoffen bevatten, worden ze veel gebruikt in optische lenzen, medische slangen en implanteerbare apparaten.
Rol van vinylsiloxaantussenproducten
Vinyl-functionele siloxaantussenproducten spelen een belangrijke rol bij de synthese en formulering van additie-uithardende siliconensystemen.
Deze materialen worden gebruikt om het vinylgehalte van siliconenpolymeren te controleren en de verknopingsdichtheid van het uiteindelijke elastomeer aan te passen.
Divinyltetramethyldisiloxaan is een voorbeeld van een vinylsiloxaantussenproduct dat veel wordt gebruikt in de siliconenchemie. Het biedt vinylfunctionaliteit die deelneemt aan hydrosilyleringsreacties en helpt bij het reguleren van de polymeerstructuur tijdens de synthese.
Dergelijke tussenproducten zijn belangrijk voor het beheersen van de reactiekinetiek en materiaalprestaties bij de productie van siliconenelastomeren.
Aanbevolen producten
Voor toepassingen die verband houden met additie-uithardende siliconensystemen worden doorgaans de volgende organosiliciumtussenproducten gebruikt.
DVTMDS is een vinyl-functionele siloxaanverbinding die veel wordt gebruikt bij de synthese van siliconenelastomeren en bij polymeermodificatieprocessen. Het biedt reactieve vinylgroepen die deelnemen aan hydrosilyleringsreacties.
Dit materiaal wordt vaak gebruikt in:
● Productie van siliconenelastomeer
● Synthese van vinylsiliconenolie
● Modificatie van siliconenpolymeer
Conclusie
Additie-uithardende siliconensystemen op basis van platina-gekatalyseerde hydrosilyleringsreacties vertegenwoordigen een van de belangrijkste technologieën in de moderne siliconenchemie. Deze systemen bieden uitstekende materiaaleigenschappen, hoge zuiverheid en betrouwbare uithardingsprestaties.
Vanwege hun superieure eigenschappen worden additie-uithardende siliconen veel gebruikt in industrieën zoals de elektronica, de automobielsector, de gezondheidszorg en consumentenproducten.
Vinylsiloxaantussenproducten zoals divinyltetramethyldisiloxaan spelen een cruciale rol bij het beheersen van de polymeerstructuur en het reactiegedrag in deze systemen. Naarmate siliconenmaterialen zich blijven ontwikkelen, zullen deze tussenproducten essentiële componenten blijven in hoogwaardige siliconenformuleringen.
