เหตุใดซิลิโคนเหลวจึงสามารถนำไปใช้ได้อย่างกว้างขวางในหลากหลายสาขา?

1. การแนะนำยางซิลิโคนเหลวด้วยกระบวนการขึ้นรูปเพิ่มเติม

ยางซิลิโคนเหลวแบบขึ้นรูปด้วยสารเติมแต่ง ประกอบด้วยไวนิลโพลีไซล็อกเซนเป็นพอลิเมอร์พื้นฐาน โพลีไซล็อกเซนที่มีพันธะ Si-H เป็นสารเชื่อมโยง ในการมีอยู่ของตัวเร่งปฏิกิริยาแพลทินัม ภายใต้สภาวะอุณหภูมิห้องหรือการให้ความร้อน จะเกิดการวัลคาไนซ์แบบเชื่อมโยง ทำให้ได้วัสดุซิลิโคนประเภทหนึ่ง แตกต่างจากยางซิลิโคนเหลวแบบควบแน่น กระบวนการวัลคาไนซ์ของยางซิลิโคนเหลวแบบขึ้นรูปไม่ก่อให้เกิดผลพลอยได้ การหดตัวน้อย การวัลคาไนซ์ที่สมบูรณ์ และไม่กัดกร่อนวัสดุที่สัมผัส มีข้อดีคือช่วงอุณหภูมิการใช้งานกว้าง ทนต่อสารเคมีและสภาพอากาศได้ดีเยี่ยม และสามารถยึดเกาะกับพื้นผิวต่างๆ ได้ง่าย ดังนั้น เมื่อเทียบกับยางซิลิโคนเหลวแบบควบแน่น การพัฒนาของยางซิลิโคนเหลวแบบขึ้นรูปจึงเร็วกว่า ปัจจุบันมีการใช้งานอย่างแพร่หลายมากขึ้นในเครื่องใช้ไฟฟ้า เครื่องจักรกล การก่อสร้าง การแพทย์ ยานยนต์ และสาขาอื่นๆ

2. ส่วนประกอบหลัก

โพลิเมอร์พื้นฐาน

โพลีไซล็อกเซนเชิงเส้นสองชนิดต่อไปนี้ที่มีหมู่ไวนิลถูกใช้เป็นพอลิเมอร์พื้นฐานสำหรับการเติมซิลิโคนเหลว การกระจายตัวของน้ำหนักโมเลกุลของพวกมันกว้าง โดยทั่วไปตั้งแต่หลักพันถึง 100,000-200,000 พอลิเมอร์พื้นฐานที่ใช้กันมากที่สุดสำหรับการเติมซิลิโคนเหลวคือ α,ω-ไดไวนิลโพลีไดเมทิลไซล็อกเซน พบว่าน้ำหนักโมเลกุลและปริมาณไวนิลของพอลิเมอร์พื้นฐานสามารถเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของซิลิโคนเหลวได้

สารเชื่อมโยง

สารเชื่อมโยงที่ใช้ในการเติมซิลิโคนเหลวสำหรับขึ้นรูปคือโพลีไซล็อกเซนอินทรีย์ที่มีพันธะ Si-H มากกว่า 3 พันธะในโมเลกุล เช่น เมทิลไฮโดรโพลีไซล็อกเซนเชิงเส้นที่มีหมู่ Si-H เมทิลไฮโดรโพลีไซล็อกเซนแบบวงแหวน และเรซิน MQ ที่มีหมู่ Si-H โดยที่ใช้กันมากที่สุดคือเมทิลไฮโดรโพลีไซล็อกเซนเชิงเส้นที่มีโครงสร้างดังต่อไปนี้ พบว่าคุณสมบัติทางกลของซิลิกาเจลสามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยการเปลี่ยนปริมาณไฮโดรเจนหรือโครงสร้างของสารเชื่อมโยง พบว่าปริมาณไฮโดรเจนของสารเชื่อมโยงมีความสัมพันธ์โดยตรงกับความแข็งแรงดึงและความแข็งของซิลิกาเจล กู่จั่วเจียงและคณะ ได้สังเคราะห์น้ำมันซิลิโคนที่มีไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบที่มีโครงสร้าง น้ำหนักโมเลกุล และปริมาณไฮโดรเจนแตกต่างกัน โดยการเปลี่ยนกระบวนการสังเคราะห์และสูตร และใช้เป็นสารเชื่อมโยงในการสังเคราะห์และเติมซิลิโคนเหลว

ตัวเร่งปฏิกิริยา

เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการเร่งปฏิกิริยาของตัวเร่งปฏิกิริยา จึงได้เตรียมสารประกอบแพลทินัม-ไวนิลไซล็อกเซน สารประกอบแพลทินัม-อัลไคน์ และสารประกอบแพลทินัมที่ดัดแปลงด้วยไนโตรเจน นอกจากชนิดของตัวเร่งปฏิกิริยาแล้ว ปริมาณของผลิตภัณฑ์ซิลิโคนเหลวก็มีผลต่อประสิทธิภาพเช่นกัน พบว่าการเพิ่มความเข้มข้นของตัวเร่งปฏิกิริยาแพลทินัมสามารถส่งเสริมปฏิกิริยาการเชื่อมโยงระหว่างหมู่เมทิลและยับยั้งการสลายตัวของสายโซ่หลักได้

ดังที่กล่าวมาข้างต้น กลไกการวัลคาไนเซชันของซิลิโคนเหลวแบบเติมแต่งแบบดั้งเดิมคือปฏิกิริยาไฮโดรซิลิเลชันระหว่างพอลิเมอร์พื้นฐานที่มีไวนิลและพอลิเมอร์ที่มีพันธะไฮโดรซิลิเลชัน การขึ้นรูปด้วยซิลิโคนเหลวแบบเติมแต่งแบบดั้งเดิมมักต้องใช้แม่พิมพ์ที่แข็งแรงในการผลิตผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย แต่เทคโนโลยีการผลิตแบบดั้งเดิมนี้มีข้อเสียคือต้นทุนสูง ใช้เวลานาน และอื่นๆ ผลิตภัณฑ์มักไม่เหมาะกับผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ นักวิจัยพบว่าสามารถเตรียมซิลิกาหลายชนิดที่มีคุณสมบัติที่เหนือกว่าได้โดยใช้เทคนิคการบ่มแบบใหม่โดยใช้ซิลิกาเหลวแบบเติมเมอร์แคปแทน-พันธะคู่ คุณสมบัติเชิงกลที่ดีเยี่ยม เสถียรภาพทางความร้อน และการส่งผ่านแสงที่ดีทำให้สามารถนำไปประยุกต์ใช้ในสาขาใหม่ๆ ได้มากขึ้น จากปฏิกิริยาพันธะเมอร์แคปโต-อีเนระหว่างพอลิไซลอกเซนที่มีฟังก์ชันเมอร์แคปแทนแบบแตกแขนงและพอลิไซลอกเซนที่ปลายไวนิลที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่างกัน ทำให้สามารถเตรียมซิลิโคนอีลาสโตเมอร์ที่มีความแข็งและคุณสมบัติเชิงกลที่ปรับได้ อีลาสโตเมอร์ที่พิมพ์ออกมาแสดงให้เห็นถึงความละเอียดในการพิมพ์สูงและคุณสมบัติเชิงกลที่ดีเยี่ยม ค่าการยืดตัวก่อนขาดของซิลิโคนอีลาสโตเมอร์สามารถสูงถึง 1400% ซึ่งสูงกว่าอีลาสโตเมอร์ที่บ่มด้วยรังสียูวีที่เคยมีการรายงานมา และสูงกว่าซิลิโคนอีลาสโตเมอร์ที่บ่มด้วยความร้อนที่ยืดหยุ่นได้มากที่สุดเสียอีก จากนั้นจึงนำซิลิโคนอีลาสโตเมอร์ที่ยืดหยุ่นได้สูงพิเศษนี้ไปประยุกต์ใช้กับไฮโดรเจลที่เติมคาร์บอนนาโนทิวบ์เพื่อเตรียมอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ยืดหยุ่นได้ ซิลิโคนชนิดพิมพ์ได้และแปรรูปได้มีโอกาสในการใช้งานอย่างกว้างขวางในหุ่นยนต์อ่อนนุ่ม แอคทูเอเตอร์แบบยืดหยุ่น อุปกรณ์ฝังทางการแพทย์ และสาขาอื่นๆ