Ränidioksiidi kasutamine silikoonkummis
Ränidioksiid on üks olulisemaid kõrgtehnoloogilisi ülipeeneid anorgaanilisi materjale. Väikese osakeste suuruse tõttu on sellel suur eripind, tugev pinna adsorptsioon, suur pinnaenergia, kõrge keemiline puhtus, hea dispersioonitulemus, soojustakistus, elektriline vastupidavus ja muud erilised omadused. Oma ülima stabiilsuse, tugevduse, paksenemise ja tiksotroopiaga on sellel ainulaadsed omadused paljudes teadusharudes ja valdkondades ning sellel on asendamatu roll.
Kasutamineränidioksiidvõib jagada silikoonmaterjalideks ja muudeks väljadeks, kus silikoonmaterjalide kogus moodustab peaaegu 60% suitsutatud ränidioksiidi üldkogusest. Silikoonkumm on silikoonmaterjalides enim kasutatud materjal ja selle lisamiskogus võib ulatuda üle 50%. Suitsutatud ränidioksiid mängib HVT silikoonkummis peamiselt tugevdavat rolli. Kuna silikoonkummi molekulaarne ahel on väga paindlik ja ahelate omavaheline suhtlus on nõrk, on silikoonkummi tugevus ilma armatuurita väga madal (mitte üle 0,4MPa) ja sellel pole kasutusväärtust. Seda saab rakendada alles pärast tugevdamist. Suitsutatud ränidioksiidiga tugevdatud silikoonkummi tugevust saab aga suurendada 40 korda.
Aurutatud ränidioksiidi mõju HTV silikoonkummi mehaanilistele omadustele
Suitsutatud ränidioksiidi tugevdavat mõju HTV silikoonkummile mõjutab selle osakeste suurus, võrdlev pindala ja struktuur. Üldiselt on nii, et mida väiksem on osakeste suurus, seda suurem on konkreetne pind ja struktuur, seda parem on tugevdusefekt ning seda suurem on vulkanisaadi tugevus ja kõvadus. Lisaks on vulkanisaadi omadustele suur mõju ka aurutatud ränidioksiidi kogusel ja selle dispersioonil maatriksis. Joonisel 1 on kujutatud suitsutatud ränidioksiidi koguse mõju vulkanisaadi tõmbetugevusele. Jooniselt on näha, et suitsutatud ränidioksiidi koguse suurenemisega vulkanisaadi tugevus suureneb, saavutades haripunkti 35-50 phr juures. Samuti on silikoonkummi jaoks palju tugevdatud mehhanisme ja suitsutatud ränidioksiidi mudeleid. Aktsepteeritum selgitus on see, et suitsutatud ränidioksiidi pinnal olevad vabad hüdroksüülrühmad moodustavad füüsikalise või keemilise kombinatsiooni silikoonkummi molekulidega, moodustades ränidioksiidi pinnale silikoonkummi molekulide adsorptsioonikihi, moodustades suitsutatud ränidioksiidi kolmemõõtmelise võrgustruktuuri ja silikoonkummi molekulid, piirates seega silikoonkummi. Molekulaarahela deformatsioon viib tugevdamiseni. Vulkanisaadi rebenemistugevuse muutus on sarnane tõmbetugevusega, mis suureneb suitsutatud ränidioksiidi tugevdamisel. Suitsutatud ränidioksiidi koguse suurenemisega suureneb esmalt rebenemistugevus, jõuab haripunkti ja seejärel veidi väheneb.
Aurutatud ränidioksiidi mõju HTV silikoonkummi töödeldavusele
Suitsutatud ränidioksiidi mõju HTV silikoonkummi töödeldavusele väljendatakse tavaliselt struktuuri määrana (△ krepp), mis võrdub toatemperatuuril 28 päeva hoitud ühendi plastilisuse väärtuse (P28) ja plastilisuse väärtus (P0), mõõdetuna kohe pärast segamist. Ühendi plastilisuse väärtus on seotud suitsutatud ränidioksiidi koguse, pinnaomaduste ja struktuuriga. Struktuuriline põhjus on see, et hüdroksüülrühmad suitsutatud ränidioksiidi pinnal ja silikoonkummis sisalduvad hapniku aatomid moodustavad vesiniksidemed ja ränidioksiidi pind adsorbeerib silikoonkummi molekulaarahela, mis viib ühendi voolavuse vähenemiseni aja pikendamine ja ühendi kõvenemine, mis mõjutab töötlemise jõudlust. Seetõttu on pärast pinnatöötlust kasutusprotsessis vaja lisada struktuuri reguleerivat ainet või valida aurustunud ränidioksiid. Struktuuri reguleeriva aine lisamine ja suitsutatud ränidioksiidi pinnatöötlus toimub kõik struktuuri juhtimise masina või pinnatöötlusvahendi reaktsioonis ränidioksiidi pinnal oleva ränihüdroksüüliga, et vähendada pinna hüdroksüüli arvu, vähendada vesiniku arvu silikoonkummiga moodustunud sidemed ja muudavad segu stabiilsemaks Segamisaeg lüheneb ja plastilisus suureneb, mis võib vähendada struktuurilist efekti ning parandada töödeldavust ja stabiilsust säilitamisel.
Aurutatud ränidioksiidi kasutamine RTV silikoonkummis
Toatemperatuuril vulkaniseeritud (RTV) silikoonkummi võib toote morfoloogia poolest jagada ühekomponendiliseks (RTV-1) ja kahekomponendiliseks (RTV-2) ning vulkaniseerimismehhanismi osas võib jagada kondensatsioonitüübiks ja liitmistüübiks. Praegu on aurustatud ränidioksiid RTV silikoonkummi kõige enam kasutatav ja tõhusam tugevdav täiteaine. Kuna RTV silikoonkummi kasutatakse tavaliselt valamis-, pahteldus-, katte- ja muude tihendusmaterjalidena, on viskoossuse ja voolavuse säilitamiseks enne vulkaniseerimist suitsutatud ränidioksiidi kogus tavaliselt palju väiksem kui kõrgel temperatuuril vulkaniseeritud silikoonkummi kogus ja see on kasutatakse ehituse hõlbustamiseks sageli koos teiste tugevdavate ja pooleldi tugevdavate täiteainetega.
Aurustatud ränidioksiidi sisalduse mõju RTV silikoonkummi tõmbetugevusele ja kõvadusele
Ränidioksiid on RTV silikoonkummi väga tõhus tugevdav täiteaine, mis võib selle tugevust märkimisväärselt parandada. Ühelt poolt on see tingitud suitsutatud ränidioksiidi osakeste väikesest suurusest ja suurest eripinnast; teisalt seepärast, et aurustatud ränidioksiidi osakeste pinnal on palju räni hüdroksüülrühmi, mis võivad vesiniksideme ja van der Waalsi jõu kaudu moodustada võrgu struktuuri. Samal ajal on ränidioksiidi osakestel tugev interaktsioon ka polüsiloksaani molekulidega, mis parandab liidese adhesiooni. Mida väiksem on ränidioksiidi osakeste suurus, seda suurem on konkreetne pind, seda suurem on osakeste ja ühendi kokkupuutepind ning mida rohkem on sidumispunkte, seda parem on RTV silikoonkummi tugevdustõhusus ja seda suurem on tõmbetugevus, vulkanisaadi rebenemistugevus, kulumiskindlus ja kõvadus. Kuid samal ajal muutub dispersioon väga raskeks, elastsus väheneb ja töödeldavus halveneb. Seetõttu on RTV silikoonkummi üldjuhul suhteliselt väike eripind (vähem kui 200m2 / g). Er Täiteainena kasutati aurutatud ränidioksiidi [16]. Armeerimata silikoonkumm on pärast vulkaniseerimist habras. Silikoonkummi kõvadus suureneb ränidioksiidi koguse suurenemisega.
Ränidioksiidi sisalduse mõju RTV silikoonkummi reoloogilistele omadustele
Ränidioksiidagregaadil on kolmemõõtmeline harustruktuur, mis võib dispersioonisüsteemis moodustada interaktsioonivõrgu. Seda omadust kasutades võib paksendaja ja tiksotroopse toimeainena ränidioksiid hermeetiku valdkonnas suurendada viskoossust, tagada ühendi vaba voolamise ning vältida paakumist, lõtvumist ja varisemist. Ränidioksiidi paksenemise ja tiksotroopia mehhanism realiseerub peamiselt pinnal asuvate ränhüdroksüülrühmade vesiniksidemete vastastikmõjul. Kui see dispergeeritakse polüsiloksaanis, tekivad erinevate osakeste vahel vesiniksidemed pinnal olevate ränihüdroksüülrühmade kaudu, moodustades ränidioksiidivõrgu, mis piirab süsteemi voolavust, suurendab viskoossust ja täidab paksendavat rolli. Kui sellele avaldatakse nihkejõudu, suureneb dioksiid. Silikoonitud võrgu hävitamine viib süsteemi viskoossuse ja tiksotroopse efekti vähenemiseni, mis on konstruktsioonile kasulik. Kui nihkejõud kaob, tekib vesinikside uuesti, ränidioksiidivõrk taastub ja RTV silikoonkummi ühendi süsteemi viskoossus tõuseb järk-järgult, mis hoiab tõhusalt ära ühendi lõtvumise nähtuse vulkaniseerimisel [17]. Süsteemi lõtvumisvastane omadus on tihedalt seotud materjali saagikuse väärtuse ja võrgu vähendamise kiirusega pärast lõikamist. Praktilises plaanis on nii, et mida suurem on saagis, seda parem on ühendi lõtvumisvastane toime. Ideaalsel ühendil peaks olema kõrge saagis, kõrge nihke lahjendusindeks ja kiire redutseerimiskiirus.
Ränidioksiidi dispersiooni mõju RTV silikoonkummi omadustele
Kui ränidioksiidi lisatakse RTV silikoonkummi, tuleb tähelepanu pöörata ränidioksiidi dispersioonile polümeerides. Pärast dispersiooniprotsessi peatumist moodustab parima dispersioonitingimusega ränidioksiid süsteemis tervikliku võrgu, millel on kõrge viskoossus ja suurepärased tiksotroopiaomadused. Kui ühendile avaldatakse nihkejõudu, väheneb viskoossus oluliselt, näidates teatud voolavust. Pärast nihkejõu eemaldamist taastub viskoossus kiiresti; kui dispersioonist ei piisa või see on liiga suur, moodustub ainult osa suitsutatud ränidioksiidist. Faasivalge tahmavõrk, mille tulemuseks on madalam viskoossus ja halb tiksotroopia. Läbipaistvas süsteemis, mida suurem on läbilaskvus, seda parem on tahma hajumine. Samades dispersioonitingimustes on suure eripinnaga toodetel tavaliselt parem läbipaistvus.
Kokkuvõtteks võib öelda, et ränidioksiid on silikoonkummi asendamatu tugevdav materjal. Oma ainulaadsete omaduste tõttu on seda laialdaselt kasutatud teistes valdkondades, nagu katted, tint, meditsiin, kosmeetika ja keemiline mehaaniline poleerimine (CMP), ning sellel on helge tulevik.