矽酸乾凝膠

矽酸乾凝膠

透明或乳白色粒狀固體。具有開放的多孔結構,吸附性強,能吸附多種物質。它的套用範圍非常廣泛。它不僅作為航空、尖端技術、軍事技術部門的特種材料使用,而且也用於國民經濟各部門,其已擴到:建築、電子電氣紡織汽車機械、皮革造紙、化工輕工、金屬油漆、醫藥醫療等。

基本介紹

  • 中文名:矽酸乾凝膠
  • 外文名:Silicon dioxide
  • 分子式::H2SiO3
  • 分子量::78.10
  • 又稱:矽膠乾燥劑;商品稱為矽膠
  • 學科分類:化學
簡介,矽酸乾凝成份,製法,準備,方法,安全性能,有機矽膠,

簡介

矽酸乾凝膠是經脫水乾燥後的矽凝膠,一般人們稱為矽膠,有豐富的孔性結構和大的比表面。
矽膠的化學組成為mSiO2·nH2O,其基本結構單元是矽氧四面體。矽氧四面體以不同方式聯結,若聯結規則則可得SiO2晶體,無規則堆積則成類似於玻璃態的SiO2膠粒,構成矽凝膠的骨架。堆積時的孔隙在為水凝膠時被水填充,乾凝膠時為空孔隙。下圖是矽氧四面體聯結成晶體SiO2和玻璃態SiO2的結構示意圖。矽凝膠的結構類似於玻璃態SiO2的結構。
矽酸乾凝膠
矽膠的化學穩定性好,耐酸,不耐鹼,耐熱性好,高純矽膠在低於700℃時熱處理比表面和孔結構無明顯變化。矽膠也沒有統一的分類標準,可以按顆粒形狀分為粉狀、粒狀、球狀矽膠,按密度可分為高、中、低密度矽膠。

矽酸乾凝成份

矽酸乾凝成份Si(OC2H5)4(TEOS)和H2N(CH2)3Si(OC2H5)3(APS)為主要原料,在不同的條件下(催化劑、熱處理、高分子添加劑)通過溶膠-凝膠法製備了一系列不同組成的SiO2乾凝膠,並通過發光光譜對所得的乾凝膠進行了表征。在長波365nm紫外光激發下,乾凝膠樣品都顯示出較強的藍光發射,但其發光波長和發光強度隨著組成和處理條件 不同而有明顯的差異。APS與有機酸(醋酸)和無機酸(鹽酸、硝酸、硫酸)所得SiO2乾凝膠的結果為IHAc(λmax=432nm)>IHNO3(λmax=441nm)≈IH2SO4(λmax=426nm)》IHCl(λmax=442nm),並且在APS與HCl作用所得的乾凝膠樣品中,明顯存在兩種發光中心(其發射峰值波長分別位於442nm和487nm,相應的激發波長分別位於365nm和273nm)。一定量的TEOS與APS相混合併與HAc作用不僅有利於乾凝膠樣品的迅速形成,而且有利於提高其發光強度:當R(APS/TEOS+TEOS摩爾比)=0.5-0.7時,樣品發光較強,在0.5摩爾APS+0.5摩爾TEOS與3摩爾HAc的反應過程中加入高分子添加劑聚乙二醇(PEG5000、PE10000),所得樣品的發光強度先隨著PEG的加入量的增加而變強,然後隨著PEG的加入量的增加而變弱,PEG5000和PEG10000的最佳摻雜量分別為0.8g和0.6g。在溫度20-200℃的範圍內,乾凝膠樣品的發光強度隨著熱處理溫度的升高而增強,同時真空中處理樣品的發光強度大於空氣中處理樣品的發光強度。這表明乾凝膠樣品的發光和氧缺陷及碳雜質有關。

製法

準備

器具:燒杯(1升)4個,玻璃棒,水浴,電恆溫乾燥箱,試管,藥匙,量筒(10毫升),天平,橡皮管。
藥品及材料:矽酸水凝膠,氯化鑽,蒸溜水。

方法

(1)將上述實驗所得的矽酸水凝膠分成4份,分別加入4個燒杯中,各加入蒸餾水約1升,用玻璃陣邊攪拌邊加水。然後靜置12小時,使凝膠沉澱。靜置時不要搖動燒杯。用虹吸的方法將上層清液吸出。按同樣操作反覆三次,除去凝膠中所含的鈉離子和氯離子。
(2)將上層清液捨去後,將燒杯連同殘留的凝膠一起放在水浴中乾燥。然後轉移到電恆溫乾燥箱中,在120℃下保持幾小時,使其完全乾燥。在乾燥過程中要不斷翻弄凝膠,使它變成幾毫米至2厘米左右的硼塊,固化後就會脫離燒杯底部,用玻璃棒擠壓固塊,就很容易得到所要求大小的顆粒。
經過上述操作,可製得純白色矽膠約18克。
(3)用作乾燥劑的矽酸乾凝膠(商品稱為矽膠)是在氯化鑽溶液中浸泡後加以乾燥製得的,所以顯示山無水氯化鑽的藍色。可取氯化鈷0.5克溶於10毫升蒸餾水中,按方法(2)轉移到水浴中進行乾燥以前,先把它加入燒杯中(四個燒杯中的一個),用玻璃棒攪拌,然後與其他燒杯中的凝膠一起加以乾燥。

安全性能

矽膠主要成分是二氧化矽,化學性質穩定,不燃燒。矽膠是一種非晶態二氧化矽,應控制車間粉塵含量不大於10毫克/立方米 ,需加強排風,操作時戴口罩。
矽膠有很強的吸附能力,對人的皮膚能產生乾燥作用,因此,操作時應穿戴好工作服。若矽膠進入眼中,需用大量的水沖洗,並儘快找醫生治療。
藍色矽膠由於含有少量的氯化鈷,有毒,應避免和食品接觸和吸入口中,如發生中毒事件應立即找醫生治療。
矽膠在使用過程中因吸附了介質中的水蒸汽或其他有機物質,吸附能力下降,可通過再生後重複使用。
一、矽膠吸附水蒸汽後的再生
矽膠吸附水份後,可通過熱脫附方式將水份除去,加熱的方式有多種,如電熱爐、煙道餘熱加熱及熱風乾燥等。
脫附加熱的溫度控制在120--180℃為宜,對於藍膠指示劑、變色矽膠、DL型藍色矽膠則控制在100--120℃為宜。各種工業矽膠再生時的最高溫度不應超過以下限度:
粗孔矽膠不得高於600℃;
細孔矽膠不得高於200℃;
藍膠指標劑(或變色矽膠)不得高於120℃;
矽鋁膠不得高於350℃。
再生後的矽膠,其水份一般控制在2%以下即可重新投入使用。
二、矽膠吸附有機雜質後的再生
⒈ 焙燒法
對於粗孔矽膠,可放在焙燒爐內逐漸升溫至500--600℃,約經6—8小時至膠粒呈白色或黃褐色即可。對細孔矽膠,焙燒溫度不能超過200℃。
⒉ 漂洗法
將矽膠在飽和水蒸汽中吸附達到飽和後放熱水中浸泡漂洗,並可結合使用洗滌劑以除去廢油或其它有機雜質,再經淨水洗滌後烘乾脫水。
⒊ 溶劑沖洗法
根據矽膠吸附有機物種類,選用適當的溶劑將吸附在矽膠內的有機物溶出,然後將矽膠加熱以脫除溶劑。
三、矽膠再生應注意的問題
⒈ 烘乾再生時應注意掌握逐漸提高溫度,以免劇烈乾燥引起膠粒炸裂,降低回收率。
⒉ 對矽膠焙燒再生時,溫度過高會引起矽膠孔結構的變化而明顯降低其吸附效果,影響使用價值。對於藍膠指示劑或變色矽膠,脫附再生的溫度應不超過120℃,否則會因顯色劑逐步氧化而失去顯色作用。
⒊ 經再生後的矽膠一般應過篩除去微細顆粒,以使顆粒均勻。
貯存與包裝
矽膠具有強的吸濕能力,因此應貯存在乾燥地方,包裝物與地面之間要有擱架。包裝物有鋼桶、紙桶、紙箱、塑膠瓶、聚乙烯塑膠複合袋、柔性集裝袋等。運輸過程中應避免雨淋、受潮和曝曬。

有機矽膠

有機矽膠產品的基本結構單元是由矽-氧鏈節構成的,側鏈則通過矽原子與其他各種有機基團相連。因此,在有機矽產品的結構中既含有"有機基團",又含有"無機結構",這種特殊的組成和分子結構使它集有機物的特性與無機物的功能於一身。與其他高分子材料相比,有機矽產品的最突出性能是:
1.耐溫特性
有機矽產品是以矽-氧(Si-O)鍵為主鏈結構的,C-C鍵的鍵能為82.6千卡/克分子,Si-O鍵的鍵能在有機矽中為121千卡/克分子,所以有機矽產品的熱穩定性高,高溫下(或輻射照射)分子的化學鍵不斷裂、不分解。有機矽不但可耐高溫,而且也耐低溫,可在一個很寬的溫度範圍內使用。無論是化學性能還是物理機械性能,隨溫度的變化都很小。
2.耐候性
有機矽產品的主鏈為-Si-O-,無雙鍵存在,因此不易被紫外光和臭氧所分解。有機矽具有比其他高分子材料更好的熱穩定性以及耐輻照和耐候能力。有機矽中自然環境下的使用壽命可達幾十年。
3.電氣絕緣性能
有機矽產品都具有良好的電絕緣性能,其介電損耗、耐電壓、耐電弧、耐電暈、體積電阻係數和表面電阻係數等均在絕緣材料中名列前茅,而且它們的電氣性能受溫度和頻率的影響很小。因此,它們是一種穩定的電絕緣材料,被廣泛套用於電子、電氣工業上。有機矽除了具有優良的耐熱性外,還具有優異的拒水性,這是電氣設備在濕態條件下使用具有高可靠性的保障。
4.生理惰性
聚矽氧烷類化合物是已知的最無活性的化合物中的一種。它們十分耐生物老化,與動物體無排異反應,並具有較好的抗凝血性能。
5.低表面張力和低表面能
有機矽的主鏈十分柔順,其分子間的作用力比碳氫化合物要弱得多,因此,比同分子量的碳氫化合物粘度低,表面張力弱,表面能小,成膜能力強。這種低表面張力和低表面能是它獲得多方面套用的主要原因:疏水、消泡、泡沫穩定、防粘、潤滑、上光等各項優異性能。
二、有機矽的用途
由於有機矽具有上述這些優異的性能,因此它的套用範圍非常廣泛。它不僅作為航空、尖端技術、軍事技術部門的特種材料使用,而且也用於國民經濟各部門,其套用範圍已擴到:建築、電子電氣、紡織、汽車、機械、皮革造紙、化工輕工、金屬和油漆、醫藥醫療等。
三、有機矽的分類
有機矽主要分為矽橡膠、矽樹脂、矽油三大類。
四、矽橡膠分類
矽橡膠主要分為室溫硫化矽橡膠,高溫硫化矽橡膠
室溫硫化矽橡膠簡介及其分類
室溫硫化矽橡膠(RTV)是六十年代問世的一種新型的有機矽彈性體,這種橡膠的最顯著特點是在室溫下無須加熱、如壓即可就地固化,使用極其方便。因此,一問世就迅成為整個有機矽產品的一個重要組成部分。現在室溫硫化矽橡膠已廣泛用作粘合劑、密封劑、防護塗料、灌封和制模材料,在各行各業中都有它的用途。
室溫硫化矽橡膠按其包裝方式可分為單組分和雙組分室溫硫化矽橡膠,按硫化機理又可分為縮合型和加成型。因此,室溫硫化矽橡膠按成分、硫化機理和使用工藝不同可分為三大類型,即單組分室溫硫化矽橡膠、雙組分縮合型室溫硫化矽橡膠和雙組分加成型室溫硫化矽橡膠。這三種系列的室溫硫化矽橡膠各有其特點:單組分室溫硫化矽橡膠的優點是使用方便,但深部固化速度較困難;雙組分室溫硫化矽橡膠的優點是固化時不放熱,收縮率很小,不膨脹,無內應力,固化可在內部和表面同時進行,可以深部硫化;加成型室溫硫化矽橡膠的硫化時間主要決定於溫度,因此,利用溫度的調節可以控制其硫化速度。
在眾多的合成橡膠中,矽橡膠是在其中的佼佼者。它具有無味無毒,不怕高溫和抵禦嚴寒的特點,在攝氏三百度和零下九十度時“泰然自若”、“面不改色”,仍不失原有的強度和彈性。矽橡膠還有良好的電絕緣性、耐氧抗老化性、耐光抗老化性以及防霉性、化學穩定性等。由於具有了這些優異的性能,使得矽橡膠在現代醫學中獲得了十分廣泛又重要的用途。近些年來,由醫院、科研單位和工廠共同協作,試製成功了多種矽橡膠醫療用品。
矽橡膠防噪音耳塞:佩戴舒適,能很好的阻隔噪音,保護耳膜。
矽橡膠胎頭吸引器:操作簡便,使用安全,可根據胎兒頭部大小變形,吸引時胎兒頭皮不會被吸起,可避免頭皮血腫和顱內損傷等弊病,能大大減輕難產孕婦分娩時的痛苦。
矽橡膠人造血管:具有特殊的生理機能,能做到與人體“親密無間”,人的機體也不排斥它,經過一定時間,就會與人體組織完全事例起來穩定性極為良好。
矽橡膠鼓膜修補片:其片薄而柔軟,光潔度和韌性都良好。是修補耳膜的理想材料,且操作簡便,效果頗佳。
此外還有矽橡膠人造氣管、人造肺、人造骨、矽橡膠十二指腸管等,功效都十分理想。
室溫硫化矽橡膠用途
隨著現代科學技術的進步和發展,矽橡膠在醫學上的用途將有更廣闊的前景。
泡沫矽橡膠是以縮合型的羥基封端的矽生膠為基料,羥基含氫矽油為發泡劑,乙烯基鉑絡合物為催化劑(加熱
型催化劑為二丁基二月桂酸錫),在室溫下發泡硫化而成的一種帶孔的海綿狀彈性體。為了提高泡沫體的質量還要加入一些其它組份,如含矽油,使硫化過程產生較多的氣體;提高泡沫體的手感和減小密度。加入二苯基矽二醇不但能控制泡沫體結構,又能控制住膠料在存放過程中粘度增大,但其用量不能太多,否則會影響泡沫體的電氣性能。為了提高泡沫體的物理機械性能,還可加入透明矽橡膠。催化劑氯鉑酸的乙烯基絡合物的用量不能太多,以操作方便為準,否則會使粘度增大不利於操作;當催化劑用量不足時,硫化不完全,泡沫體表面發粘,彈性不好,軟而帶有塑性,強度差。
泡沫矽橡膠硫化前呈液態,適宜作灌封材料。硫化後的泡沫體可在-60~159℃下長期使用,經150℃、72小時老,或一60~十70℃十次冷熱交變使用,泡沫體仍保持原來性能。
泡沫矽橡膠由於具有較高的熱穩定性,良好的絕熱性、絕緣性、防潮性、抗震性,尤其是在高頻下的抗震性好,因此是一種理想的輕質封裝材料。用於各種電子元件、儀器、儀表、飛行體儀器輪等可起到"防潮、防震、防腐蝕的"三防"保護作用。此外還可做絕熱夾層的填充材料及鹽霧氣氛中的漂浮材料以及密封材料。泡沫矽橡膠在醫學上還可做為矯形外科的填充、修補及膺服材料。
美國防康寧公司為了適用輸電線路的防火要求,研製成阻燃型室溫硫化泡沫矽橡膠DC3-6548。這種泡沫矽橡膠主要用於電線電纜通過處(例如屋頂、牆壁、樓房等處孔洞)的防火密封,阻燃性能非常好,其極限氧指數達39 (絕大多數塑膠的極限氧指數只有20),使用壽命長達50年。目前,這種阻燃室溫硫化泡沫矽橡膠已廣泛用於核電站、電子計算機中心、海上採油裝置等環境條件苛刻,或防火要求特別高的場所。
雙組分縮合型室溫硫化矽橡膠簡介2007-05-24 09:09雙組分縮合型室溫硫化矽橡膠是最常見的一種室溫硫化矽橡膠,其生膠通常是羥基封端的聚矽氧烷,再與其它配合劑、催化劑相結合組成膠料,這種膠料的粘度範圍可從100厘沲至一百萬厘沲之間。
雙組分室溫硫化矽橡膠的硫化反應不是靠空氣中的水分, 而是靠催化劑來進行引發。通常是將矽生膠、填料、交鏈劑作為一個組分包裝,催化劑單獨作為另一個組分包裝,或採用其它的組合方式,但必須把催化劑和交鏈劑分開包裝。無論採用何種包裝方式,只有當兩種組分完全混合在一起時才開始發生固化。常用的交鏈劑是正矽酸乙酯,催化劑為二丁基二月桂酸錫。並根據所需最終產品的性質加入適當的填充劑和添加劑。近年來,許多國家由於二丁基二月桂酸錫屬於中等毒性級別的物質,在食品袋和血漿袋中禁止加入二丁基錫,基本上已被低毒的辛基錫所取代。
雙組分縮合型室溫硫化矽橡膠的硫化時間主要取決於催化劑的類型、用量以及溫度。催化劑用量越多硫化越快,同時擱置時間越短。在室溫下,擱置時間一般為幾小時,若要延長膠料的擱置時間,可用冷卻的方法。雙組分縮合型室溫硫化矽椽膠在室溫下要達到完全固化需要一天左右的時間,但在150℃的溫度下只需要1小時。通過使用促進劑γ-氨基丙基三乙氧基矽烷進行協合效應可顯著提高其固化速度。
雙組分室溫硫化矽橡膠可在一65~250℃溫度範圍內長期保持彈性,並具有優良的電氣性能和化學穩定性, 能耐水、耐臭氧、耐氣候老化,加之用法簡單,工藝適用性強,因此,廣泛用作灌封和制模材料。各種電子、電器元件用室溫硫化矽橡膠塗覆、灌封后,可以起到防潮(防腐、防震等保護作用。可以提高性能和穩定參數。雙組分室溫硫化矽橡膠特別適宜於做深層灌封材料並具有較快的硫化時間,這一點是優於單組分室溫硫化矽橡膠之處。
一.單組分室溫硫化矽橡膠
單組分室溫硫化矽橡膠的硫化反應是靠與空氣中的水分發生作用而硫化成彈性體。隨著鏈劑的不同,單組分室溫硫化矽橡膠可為脫酸型、脫肟型、脫醇型、脫胺型、脫醯胺型和脫酮型等許多品種。單組分室溫硫化矽橡膠的硫化時間取決於硫化體系、溫度、濕度和矽橡膠層的厚度,提高環境的溫度和濕度,都能使硫化過程加快。在典型的環境條件下,一般15~30分鐘後,矽橡膠的表面可以沒有粘性,厚度0.3厘米的膠層在一天之內可以固化。固化的深度和強度在三個星期左右會逐漸得到增強。
單組分室溫硫化矽橡膠具有優良的電性能和化學惰性,以及耐熱、耐自然老化、耐火焰、耐濕、透氣等性能。它們在-60~200℃範圍內能長期保持彈性。它固化時不吸熱、不放熱,固化後收縮率小,對材料的粘接性好。因此,主要用作粘合劑和密封劑,其它套用還包括就地成型墊片、防護塗料和嵌縫材料等。許多單組分矽橡膠粘接劑的配方表現出對多種材料如大多數金屬、玻璃、陶瓷和混凝上的自動粘接性能。當粘接困難時,可在基材上進底塗來提高粘接強度,底塗可以是具有反應活性的矽烷單體或樹脂,當它們在基材上固化後,生成一層改性的適合於有機矽粘接的表面。單組分室溫硫化矽橡膠雖然使用方便,但由於它的硫化是依懶大氣中的水分,使硫化膠的厚度受到限制,只能用於需要6毫米以下厚度的場合。單組分室溫硫化矽橡膠的硫化反應是從表面逐漸往深處進行的,膠層越厚,固化越慢。當深部也要快速固化時,可採用分層澆灌逐步硫化法,每次可加一些膠料,等硫化後再加料,這樣可以減少總的硫化時間。添加氧化鎂可加速深層膠的硫化。
二.雙組分縮合型室溫硫化矽橡膠
雙組分室溫硫化矽橡膠硫化反應不是靠空氣中的水分,而是靠催化劑來進行引發。通常是將膠料與催化劑分別作為一個組分包裝。只有當兩種組分完全混合在一起時才開始發生固化。雙組分縮合型室溫硫化矽橡膠的硫化時間主要取決於催化劑的類型、用量以及溫度。催化劑用量越多硫化越快,同時擱置時間越短。在室溫下,擱置時間一般為幾小時,若要延長膠料的擱置時間,可用冷卻的方法。雙組分縮合型室溫硫化矽椽膠在室溫下要達到完全固化需要一天左右的時間,但在150℃的溫度下只需要1小時。通過使用促進劑進行協合效應可顯著提高其固化速度。
雙組分室溫硫化矽橡膠可在一65~250℃溫度範圍內長期保持彈性,並具有優良的電氣性能和化學穩定性,能耐水、耐臭氧、耐氣候老化,加之用法簡單,工藝適用性強,因此,廣泛用作灌封和制模材料。各種電子、電器元件用室溫硫化矽橡膠塗覆、灌封后,可以起到防潮(防腐、防震等保護作用。可以提高性能和穩定參數。雙組分室溫硫化矽橡膠特別適宜於做深層灌封材料並具有較快的硫化時間,這一點是優於單組分室溫硫化矽橡膠之處。雙組分室溫硫化矽橡膠硫化後具有優良的防粘性能,加上硫化時收縮率極小,因此,適合於用來製造軟模具,用於鑄造環氧樹脂、聚酯樹脂、聚苯乙烯、聚氨酯、乙烯基塑膠、石蠟、低熔點合金等的模具。此外,利用雙組分室溫硫化矽橡膠的高仿真性能可以在文物上複製各種精美的花紋。雙組分室溫硫化矽橡膠在使用時應注意:首先把膠料和催化劑分別稱量,然後按比例混合。混料過程應小心操作以使夾附氣體量達到最小。膠料混勻後(顏色均勻),可通過靜置或進行減壓(真空度700毫米汞柱)除去氣泡,待氣泡全部排出後,在室溫下或在規定溫度下放置一定時間即硫化成矽橡膠。
三.雙組分加成型室溫硫化矽橡膠
雙組分加成型室溫硫化矽橡膠有彈性矽凝膠和矽橡膠之分,前者強度較低,後者強度較高。它們的硫化機理是基於有機矽生膠端基上的乙烯基(或丙烯基)和交鏈劑分子上的矽氫基發生加成反應(氫矽化反應)來完成的。在該反應中,不放出副產物。由於在交鏈過程中不放出低分子物,因此加成型室溫硫化矽橡膠在硫化過程中不產生收縮。這一類硫化膠無毒、機械強度高、具有卓越的抗水解穩定性(即使在高壓蒸汽下)、良好的低壓縮形變、低燃燒性、可深度硫化、以及硫化速度可以用溫度來控制等優點,因此是目前國內外大力發展的一類矽橡膠。雙組分室溫硫化矽橡膠可在一65~250℃溫度範圍內長期保持彈性,並具有優良的電氣性能和化學穩定性, 能耐水、耐臭氧、耐氣候老化,加之用法簡單,工藝適用性強,因此,廣泛用作灌封和制模材料。各種電子、電器元件用室溫硫化矽橡膠塗覆、灌封后,可以起到防潮(防腐、防震等保護作用。可以提高性能和穩定參數。雙組分室溫硫化矽橡膠特別適宜於做深層灌封材料並具有較快的硫化時間,這一點是優於單組分室溫硫化矽橡膠之處。
雙組分室溫硫化矽橡膠硫化後具有優良的防粘性能,加上硫化時收縮率極小,因此,適合於用來製造軟模具,用於鑄造環氧樹脂、聚酯樹脂、聚苯乙烯、聚氨酯、乙烯基塑膠、石蠟、低熔點合金等的模具。此外,利用雙組分室溫硫化矽橡膠的高仿真性能可以複製各種精美的花紋。例如,在文物複製上可用來複製古代青銅器,在人造革生產上可用來複製蛇、蟒、鱷魚和穿山甲等動物的皮紋,起到以假亂真之效。
雙組分室溫硫化矽橡膠在使用時應注意幾個具體問題:首先把基料、交聯劑和催化劑分別稱量,然後按比例混合。通常兩個組分應以不同的顏色提供使用,這樣可直觀地觀察到兩種組分的混合情況,混料過程應小心操作以使夾附氣體量達到最小。膠料混勻後(顏色均勻),可通過靜置或進行減壓(真空度700毫米汞柱)除去氣泡,待氣泡全部排出後,在室溫下或在規定溫度下放置一定時間即硫化成矽橡皮。
雙組分室溫硫化矽橡膠矽氧烷主鏈上的側基除甲基外,可以用其它基團如苯基、三氟丙基、氰乙基等所取代,以提高其耐低溫、耐熱、耐輻射或耐溶劑等性能。同時,根據需要還可加入耐熱、阻燃、導熱、導電的添加劑,以製得具有耐燒蝕、阻燃、導熱和導電性能的矽橡膠。
(一) 甲基室溫硫化矽橡膠
甲基室溫硫化矽橡膠為通用矽橡膠的老品種,具有耐水、耐臭氧、耐電弧、耐電暈和耐氣候老化等優點。 它可一60~200℃溫度範圍內使用。因此,廣泛用作電子電器元件的灌注和密封材料,儀器儀表的防潮、防震、耐高低溫灌注和密封材料。也可用於製造模具,用於澆鑄聚酯樹脂、環氧樹脂和低熔點合金零部件。也可用作齒科的印模材料。用甲基室溫硫化矽橡膠塗布在棉布、紙袋上,可做成用於輸送粘性物品的輸送帶和包裝袋。
(二) 甲基雙苯基室溫硫化矽橡膠
甲基雙苯基室溫硫化矽橡膠除具有甲基室溫硫化矽橡膠的優良性能外,比甲基室溫硫化矽橡膠具有更寬的使用溫度範圍(-100~250℃)。苯基含量在2.5~5%的低苯基室溫硫化矽橡膠(108-1)可在-120℃低溫條件下保持彈性,是目前矽橡膠中低溫性能最好的一個品種;苯基含量在10~20%的室溫膠(108-2)具有很好的耐輻照、耐燒蝕和自熄性,若在其中加入一定量的耐熱添加劑如Fe2O3,等可提高熱老化性能,適用於250℃以上高溫下使用或做耐燒蝕膩子塗層和包封材料等。
甲基苯基室溫膠與其它室溫膠一樣,可做浸漬、印模和脫膜使用。如欲增加與其它材料的粘著力,必須在使用該材料之前,對被粘著的材料進行表面處理,表面處理的步驟如下:用丙酮溶劑對材料表面清洗1~2次,然後用表面劑處理1~2次,在60℃烘箱內烘數分鐘,此時在材料表面形成一層少有粘手的膜,就可上膠。
(三)甲基嵌段室溫硫化矽橡膠
甲基嵌段室溫硫化矽橡膠是甲基室溫硫化矽橡膠的改性品種,它是由羥基封頭的聚二甲基矽氧烷(107膠)和甲基三乙氧基矽烷低聚物(分子量3~5)的共聚體。在二丁基二月桂酸錫的催化下,聚二甲基矽氧烷中的羥基和聚甲基三乙氧基矽烷中的乙氧基縮合生成三向結構的聚合體,經硫化後的彈往體比甲基室溫硫化矽橡膠具有較高的機械強度和粘接力,可在一70~200℃溫度範圍內長期使用。
甲基嵌段室溫硫化矽橡膠具有防震、防潮、防水、透氣、耐臭氧、耐氣候老化、耐弱酸弱鹼性能。它的電氣絕緣性能很好,還具有很好的粘結性,而且成本低。因此,可廣泛用於灌封、塗層、印模、脫模、釋放藥物載體等場合。用甲基嵌段室溫膠灌封的電子元器件有防震、防潮、密封、絕緣、穩定各項參數等作用。把甲基嵌段室溫膠直接塗布到揚聲器上,可減少和消除揚聲器的中頻各點,經硫化後揚聲器諧振頻率性能可降低20赫芝左右。在甲基嵌段室溫膠中配合入一定量的添加劑後可用作紙張防粘劑。在食品工業的糖果、餅乾傳送帶上塗上一層薄薄的甲基嵌段室溫膠後,可改善帆布的防粘性能,從而改善了食品的外觀,提高原料的利用率。
在甲基嵌段室溫膠中加入適量的氣相法白炭黑,可用於安裝窗戶玻璃、幕牆、窗框、預製板的接縫、機場跑道的伸縮縫。此外,還可做電子計算機存貯器中磁芯和模板的粘合劑,還可做導電矽橡膠和不導電矽橡膠的粘合劑等。用甲基嵌段室溫硫化矽橡膠處理織物可提高織物的手感、柔軟和耐曲磨性。
(四)室溫硫化睛矽橡膠
室溫硫化腈矽橡膠是聚β-腈乙基甲基矽氧烷,室溫硫化猜矽橡膠除具有矽橡膠的耐光、耐臭氧、耐潮、耐高低溫和優良的電絕緣性能外,主要特點是耐非極性溶劑如耐脂肪族、芳香族溶劑的性能好,其耐油性能與普通耐油丁腈橡膠相接近,可用作油污染部件及耐油電子元件的密封注料灌。
(五)室溫硫化氟矽橡膠
室溫硫化氟矽橡膠是聚γ-三氟丙基甲基矽氧烷,它的主要特點是具有耐燃料油、耐溶劑和高溫抗降解性能,還具有良好的擠出性能。主要用於超音速飛機整體油箱的密封、嵌縫,氟矽橡膠墊圈,墊片的粘結固定;矽橡膠和氟矽橡膠的粘合,以及化學工程和一般工業上耐燃料油;耐溶劑部位的粘結。
(六)室溫硫化苯撐矽橡膠
室溫硫化苯撐矽橡膠是矽苯(聯苯)撐矽氧烷聚合物,它的突出優點是具有優異的耐高能射線性能。試驗證明經受1x109倫琴γ-射線或1xl018中子/厘米2的中子照射後,仍可保持橡膠彈性,比室溫硫化甲基矽橡膠大10~15倍,比室溫硫化苯基矽橡膠大5~10倍。
室溫硫化苯撐矽橡膠可適用原子能工業、核動力裝置以及宇宙飛行等方面作為耐高溫、耐輻射的粘接密封材料以及電機的絕緣保護層等。
室溫硫化矽橡膠(RTV)是六十年代問世的一種新型的有機矽彈性體, 這種橡膠的最顯著特點是在室溫下無須加熱、如壓即可就地固化,使用極其方便。因此,一問世就迅成為整個有機矽產品的一個重要組成部分。現在室溫硫化矽橡膠已廣泛用作粘合劑、密封劑、防護塗料、灌封和制模材料,在各行各業中都有它的用途。
室溫硫化矽橡膠由於分子量較低,因此素有液體矽橡膠之稱,其物理形態通常為可流動的流體或粘稠的膏狀物,其粘度在100~1000000厘沲之間。根據使用的要求,可把硫化前的膠料配成自動流平的灌注料或不流淌但可塗刮的膩子。室溫硫化矽橡膠所用的填料與高溫硫化矽橡膠類似,採用白炭黑補強,使硫化膠具有10~60公斤/厘米2 扯斷強度。填加不同的添加劑可使膠料具有不同的比重、硬度、強度、流動性和觸變性,以及使硫化膠具有阻燃、導電、導熱、耐燒蝕等各種特殊性能。
室溫硫化矽橡膠按其包裝方式可分為單組分和雙組分室溫硫化矽橡膠,按硫化機理又可分為縮合型和加成型。因此,室溫硫化矽橡膠按成分、硫化機理和使用工藝不同可分為三大類型,即單組分室溫硫化矽橡膠、雙組分縮合型室溫硫化矽橡膠和雙組分加成型室溫硫化矽橡膠。
單組分和雙組分縮合型室溫硫化矽橡膠的生膠都是α,ω-二羥基聚矽氧烷; 加成型室溫硫化矽橡膠則是含烯基和氫側基(或端基)的聚矽氧烷,因為在熟化時,往往在稍高於室溫的情況下(50~150℃)能取得好的熟化效果,所以,又稱低溫硫化矽橡膠(LTV)。
這三種系列的室溫硫化矽橡膠各有其優缺點:單組分室溫硫化矽橡膠的優點是使用方便,但深部固化速度較困難;雙組分室溫硫化矽橡膠的優點是固化時不放熱, 收縮率很小,不膨脹,無內應力,固化可在內部和表面同時進行,可以深部硫化;加成型室溫硫化矽橡膠的硫化時間主要決定於溫度,因此,利用溫度的調節可以控制其硫化速度。
單組分室溫硫化矽橡膠 單組分室溫硫化矽橡膠的硫化反應是靠空氣中的水分來引發的。常用的交鏈劑是甲基三乙醯氧基矽烷,它的Si-O-C鍵很易被水解,乙醯氧基與水中的氫基結合成醋酸,而將水中的羥基移至原來的乙醯氧基的位置上,成為三羥基甲基矽烷。三羥基甲基矽烷極不穩定,易與端基為羥基的線型有機矽縮合而成為交鏈結構。平時,將含有矽醇端基的有機矽生膠與填料、催化劑、交鏈劑等各種配合劑裝入密封的軟管中,使用時由容器擠出,藉助於空氣中的水分而硫化成彈性體, 同時放出低分子物。
交鏈劑除甲基三乙醯氧基矽烷外,還可以是含烷氧基、肟基、胺基、醯胺基、酮基的矽烷。當與烷氧基交鏈後放出醇,稱為脫醇型單組分室溫硫化矽橡膠,當與肟基交鏈後生成肟,稱為脫肟型室溫硫化矽橡膠、因此,隨著交鏈劑的不同,單組分室溫硫化矽橡膠可為脫酸型、脫肟型、脫醇型、脫胺型、脫醯胺型和脫酮型等許多品種,但脫酸型是目前最廣泛使用的一種。
單組分室溫硫化矽橡膠的硫化時間取決於硫化體系、溫度、濕度和矽橡膠層的厚度,提高環境的溫度和濕度,都能使硫化過程加快。在典型的環境條件下,一般15~30分鐘後,矽橡膠的表面可以沒有粘性, 厚度0.3厘米的膠層在一天之內可以固化。固化的深度和強度在三個星期左右會逐漸得到增強。
單組分室溫硫化矽橡膠具有優良的電性能和化學惰性,以及耐熱、耐自然老化、耐火焰、耐濕、透氣等性能。它們在-60~200℃範圍內能長期保持彈性。它固化時不吸熱、不放熱,固化後收縮率小,對材料的粘接性好。因此,主要用作粘合劑和密封劑,其它套用還包括就地成型墊片、防護塗料和嵌縫材料等。許多單組分矽橡膠粘接劑的配方表現出對多種材料如大多數金屬、玻璃、陶瓷和混凝上的自動粘接性能,例如對裸露的鋁,抗剪強度可達200磅/吋2,撕裂強度可達20磅·呎/吋2(0.35焦耳/厘米2)。當粘接困難時,可在基材上進行底塗來提高粘接強度,底塗可以是具有反應活性的矽烷單體或樹脂,當它們在基材上固化後,生成一層改性的適合於有機矽粘接的表面。
單組分室溫硫化矽橡膠雖然使用方便,但由於它的硫化是依懶大氣中的水分,使硫化膠的厚度受到限制,只能用於需要6毫米以下厚度的場合。
單組分室溫硫化矽橡膠的硫化反應是從表面逐漸往深處進行的,膠層越厚,固化越慢。當深部也要快速固化時,可採用分層澆灌逐步硫化法,每次可加一些膠料,等硫化後再加料,這樣可以減少總的硫化時間。添加氧化鎂可加速深層膠的硫化。
耐高溫矽橡膠耐溫-70℃-+350℃,耐高低溫.甲基苯基乙烯基矽橡膠是在甲基乙烯基矽橡膠的分子鏈中引入甲基苯基矽氧鏈節或二苯基矽氧鏈節而得的產品。
在聚矽氧烷的側基上引入苯基,由於破壞了二甲基矽氧烷結構的規整性,大大降低了聚合物的結晶溫度,擴大了該聚合物材料的低溫套用範圍。因此,甲基苯基乙烯基矽橡膠除了具有甲基乙烯基矽橡膠所有的壓縮永久變形小、使用溫度範圍寬、抗氧化、耐候、防震、防潮和良好的電氣絕緣性能外,還具有卓越的耐低溫、耐燒蝕和耐輻照等性能.這些性能隨分子鏈中苯基含量的不同而有所變化, 一般來說,苯基含量(苯基與矽原子之比)在5~10%時稱低苯基矽橡膠,它具有獨特的耐寒性能, 在-70~-100℃仍能保持橡膠的彈性,是所有橡膠中低溫性能最好的一種,加之它兼有甲基乙烯基矽橡膠的優點且成本不高,因此大有取代甲基乙烯基矽橡膠趨勢。苯基含量20~40%時稱中苯基矽橡膠,它具有卓越的耐燃特性,一旦著火可以自熄。苯基含量在40~50%時稱高苯基矽橡膠,它具有優異的耐輻射性能,耐γ- 射線為1xI08 倫琴。一般說來,隨著苯基含量的增加,矽橡膠分子鏈的剛性逐漸增大,矽橡膠的耐低溫性能逐漸下降,但隨著苯基含量的增加,提高了硫化膠的耐燃性和耐輻照性。
甲基苯基乙烯基矽橡膠是宇航工業、尖端技術和國民經濟其它部門的重要材料之一,可供製做各種模壓和擠出製品用作航空工業的耐寒橡膠和用於耐燒蝕、耐熱老化或耐輻射部位的密封圈、墊、管材和棒材等。
用途
1.主要用於儀器、儀表、設備等在密閉條件下的吸潮防鏽。
2.與普通矽膠乾燥劑配合使用,指示乾燥劑的吸潮程度和判斷環境的相對濕度。作為包裝用矽膠乾燥劑,廣泛用於精密儀器、皮革、服裝、食品、藥品和家用電器等。
3.矽膠因為其食品級用途可以用來做嬰兒奶嘴等與人體直接接觸的用品,另外,矽膠也可用來生產保險套。
矽溶膠
性狀 :
矽溶膠屬膠體溶液,無臭、無毒,分子式可表示為 mSiOnH2O.
1.由於膠體粒子微細(10 - 20nm),有相當大的比表面積,粒子本身無色透明,不影響被覆蓋物的本色。
2. 粘度較低,水能滲透的地方都能滲透,因此和其它物質混合時分散性和滲透性都非常好。
3. 當矽溶膠水份蒸發時,膠體粒子牢固地附著在物體表面,粒子間形成矽氧結合,是很好的粘合劑。
用途:
1. 用作各種耐火材料粘結劑,具有粘結力強、耐高溫(1500-1600°C), 等特點。
2.用於塗料工業,能使塗料牢固,又能抗污防塵、耐老化、防火等功能。
3.用於薄殼精密鑄造,可使殼型強度大、鑄造光潔度高。用其造型比水玻璃造型質量好,代替矽酸乙酯造型可降低成本和改善操作條件。
4.矽溶膠有較高的比表面積,可用於催化劑製造及催化劑載體。
5.用於造紙工業,可作為玻璃紙防粘劑、照相用紙前處理劑、水泥袋防滑劑等。
6.用作紡織工業上漿劑,它與油劑並用處理羊毛、兔毛的可紡性,減少斷頭,防止飛花,提高成品率,增加經濟效益。
7.用作矽鋼片處理劑、顯像管分散劑、地板蠟抗滑等。

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