自從1942年將硅橡膠工業化之后,現在已經出現許多經過改進的硅橡膠制品。并且,隨著品種的增加,基于硅橡膠的新產品開發也取得了長足的進步。
由于硅橡膠具有獨特的化學組成,不同種類的硅橡膠被廣泛應用于如洗發劑、速溶咖啡的外包裝、醫用試管和魚餌盒的自動墊圈等日常用品上。而且,硅橡膠可以在極限溫度范圍內保持柔韌性,其它合成聚合物就沒有這種特性。
1、基本結構
像丁腈橡膠(NBR)、丁苯橡膠(SBR)、異戊二烯橡膠(IR)和天然橡膠(NR)等碳-碳鍵的聚合物,其分子鏈上存在不飽和鍵,但硅橡膠是通過重復轉換硅原子和氧原子的排列而成鏈的,在其主鏈上沒有不飽和鍵。對有機聚合物來講,不飽和鍵是其硫化的化學活性區域,并且該區域會由于紫外線、臭氧、光照和熱量的作用而降解。
硅-氧鍵的高鍵能,完全飽和的基本結構以及過氧化物硫化是保持硅橡膠良好耐熱和耐天候性能的關鍵所在。除了更高的鍵能,對于碳原子而言,更大的硅原子也提供了更大的自由空間,使硅橡膠玻璃化溫度低,透氣性能更好。由于應用上的不同,透氣性能可能是優點亦有可能是缺點。
2、硅橡膠的合成
硅橡膠合成的簡要過程是:砂石或二氧化硅還原為單體硅→于300%溫度下,以銅作催化劑,硅與甲基氯化物相互作用→形成甲基氯化硅的混合物(一元、二元或三元)→通過蒸餾分離出二甲基氯化硅→二甲基氯化硅水解成硅烷又迅速合成為線型或環型硅氧烷→線型硅氧烷在氫氧化鉀(KOH)的幫助下,形成四元雙甲基環狀體(D4)→在KOH存在下,D4聚合,鏈終止導致過程的完成。
3、硅氧烷的硫化
硅氧烷一般使用過氧化物硫化,以優化其耐高溫能力。硅氧烷中含的乙烯基可被硫黃硫化,但硫鍵的低熱敏性導致硅橡膠的熱穩定性能容易受到破壞。
鉑硫化體系也是硅橡膠硫化常用的,帶來的性能包括:低揮發性、緊密的表面硫化、在任何介質中的超快硫化,鉑硫化體系具有比傳統過氧化硫化對應物略低的熱穩定性能。
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