سیلیکون‌ ها (Silicones) دارای خواص فیزیکی و شیمیایی فرآیندی جالب‌توجهی هستند که از آن‌ها در بسیاری از کاربردها می توان استفاده نمود.

سیلیکون‌ ها یا پلی سیلوکسان ها (Polysiloxanes) پلیمری‌ هایی متنوع هستند که شامل زنجیره مستحکمی از سیلیکون و اکسیژن متناوب که معمولاً با گروه‌های آلیفاتیک یا آروماتیک همراه هستند تشکیل‌شده‌اند. سیلیکون‌ ها را می‌توان به‌صورت سیالات، الاستومرها (لاستیک‌ها) یا رزین‌ها بسته به وزن مولکولی، میزان اتصال متقابل ، نوع و تعداد گروه‌های ارگانیکی متصل به اتم سیلیکون طبقه‌بندی کرد.

 

لاستیک های سیلیکونی

 

لاستیک‌ های سیلیکونی (Silicone Rubber)

در بین لاستیک‌های سیلیکونی، محصولات مختلفی وجود دارند که ازنظر مکانیسم اتصال عرضی و حوزه‌ی کاربردی با یکدیگر متفاوت می‌باشند.

 

لاستیک‌ های سیلیکونی تک جزئی قابل ولکانش[1] در دمای اتاق (RTV)

 

اتصال عرضی این لاستیک های  تک جزئی در چندین مرحله به وقوع می‌پیوندد. ابتدا یک پلی دی متیل سیلوکسان منتهی به گروه هیدرو کسی با یک عامل اتصال عرضی سیلوکسانی یا سیلانی حاوی گروه قابل هیدرولیز (استوکسی، آمیدو، آکسیمو، آلکوکسی) در حضور پرکننده‌ها و یک کاتالیزور چگالنده، واکنش داده می‌شود.

لاستیک سیلیکونی ولکانیده در دمای اتاق از طریق اختلاط پلی دی متیل سیلوکسان منتهی به هیدروکسی با یک عامل اتصال عرضی در حضور پرکننده‌ها و یک ترکیب آلی قلع (به‌عنوان کاتالیزور) تولید می‌شود.

این ترکیب در عدم حضور رطوبت، مثلاً وقتی‌که در محفظه‌ های دربسته نگهداری شوند، پایدار خواهند بود. در حضور رطوبت، در اثر هیدرولیز گروه‌ های واکنش‌پذیر و واکنش گروه‌های هیدرو کسی سیلیل تشکیل‌شده که همراه با تشکیل آب (چگالش) است، یک ماده الاستومری با اتصال عرضی ایجاد خواهد شد. اتصال عرضی از روی سطح آغاز می‌شود و بانفوذ رطوبت به داخل پلیمر ادامه می‌یابد.

معمولاً برای تهیه لاستیک سیلیکونی به‌قدر کافی نرم تا 30 درصد پلی دی متیل سیلوکسان منتهی به گروه تری متوکسی (یک روغن سیلیکونی) اضافه می‌شود. از ترکیبات آلی قلع مانند دی بوتیل تین دی لارات (Dibutyltindilaurate) عموماً جهت تسریع فرآیند (سخت گردانی) چگالش استفاده می‌گردد.

اکثر لاستیک‌ های Silicone تک جزئی قابل ولکانش در دمای اتاق به‌عنوان ترکیبات درزگیر در صنعت ساختمان (مثلاً درزهای انبساطی)، برای کاربردهای لوله‌کشی و درزگیری پنجره‌ها به‌کاربرده می‌شوند.

این مواد به‌عنوان چسب برای اتصالات مقاوم گرما و در تولید واشر های شکل‌گرفته در محل، به‌ویژه در صنعت موتور (ایالات‌متحده آمریکا) مورداستفاده قرار می‌گیرند.

لاستیک سیلیکونی vcr

 

 لاستیک‌ های سیلیکونی دوجزئی قابل ولکانش در دمای اتاق

در این نوع محصولات، پلیمر و عامل ایجاد اتصال عرضی دقیقاً قبل از اعمال مخلوط می‌شوند. دو سیستم مختلف ایجاد اتصال عرضی به کار می‌رود که یکی بر پایه پلیمری شدن تراکمی و دیگری بر مبنای پلیمری شدن استوار است.

در سیستم‌های پلیمری شدن تراکمی، ایجاد اتصال عرضی در پلی دی متیل سیلوکسان با گروه‌های انتهایی هیدرو کسی به کمک یک جز اتصال عرضی شامل تترا آلوکسی سیلان‌ ها (مثل تترا اتوکسی سیلان) و یک کاتالیزور تراکمی (مثل دی بوتیل تین دی لارات) صورت می‌گیرد. در چنین سیستم‌ های لاستیکی می‌توان در لایه‌ های ضخیم سریعاً و به‌طور همگن، اتصال عرضی ایجاد نمود.

 

سیستم‌ های اتصال عرضی پلیمری شدن افزایشی شامل:

  • پلی متیل سیلوکسان های وینیل دار.
  • پلی متیل سیلوکسان های دارای Si-H-
  • پرکننده‌ها
  • ترکیبات Pt به‌عنوان کاتالیزور

 

این سیستم ها در دمای اتاق معمولاً به‌صورت مواد قابل شکل‌گیری فرموله می‌شوند. این مواد حاوی پرکننده غیرفعال و تقویت‌کننده بوده و به‌عنوان مواد قالب‌گیری در صنایع ساختمانی و وسایل منزل، ترکیبات آب‌بندی (درزگیر) جهت قطعات الکتریکی یا اتصال‌دهنده‌های کابل و به‌عنوان ترکیبات قالب‌گیری برای نقش‌ های دندانی (اثر دندان بر روی خمیر) مورداستفاده قرار می‌گیرند.

 

مواد بدون پرکننده همراه با (بدون) حلال، جهت پوشش دادن ورقه‌های نازک پلاستیک یا کاغذ به کار می‌روند.

 

لاستیک‌ های سیلیکونی اتصال عرضی شده با پر اکسید و قابل ولکانش به‌صورت داغ (HCR)

 

این لاستیک‌ ها عمدتاً از پلی دی متیل سیلوکسان های حاوی گروه وینیل همراه با پرکننده‌ ها هستند.

اتصال عرضی توسط پر اکسیدهای آلی انجام می‌شود.

در حال حاضر، اتصال عرضی پر اکسیدی مهم‌ترین تکنیک فرآوری الاستومترهای سیلیکونی در صنایع لاستیک و کابل به شمار می‌آید. مخلوط لاستیک به کمک دستگاه‌ های ورز دهنده، غلتک و اکسترودر تولید می‌شوند.

 

لاستیک‌ های سیلیکونی قابل اتصال عرضی به‌صورت افزایشی و قابل ولکانش به‌صورت داغ

 

ایجاد اتصالات عرضی در لاستیک‌های سیلیکونی وینیل دار از طریق واکنش هیدرو سیلاسیون کاتالیز شده با پلاتین (اتصال عرضی افزایشی) پلی سیلوکسان های حاوی هیدروژن متیل سیلوکسی انجام می‌شود. معمولاً این گروه جز سیستم‌های دوجزئی می‌باشند.

این سستم ها به دلیل عدم ایجاد محصولات حاصل از تجزیه بر سیستم‌ های پراکسیدی ارجحیت دارند. ازاین‌رو، در تولید قطعات رایانه (قطعات حذف‌کننده تداخل و اجزا آب‌بندی) از اهمیت خاصی برخوردار می‌باشند.

در این نوع لاستیک‌ ها با کمک اکسترود کردن به شکل لوله و کابل ساخته می‌شوند.

لوله‌های لاستیک سیلیکونی عمدتاً در پزشکی به‌عنوان لوله‌های انتقال خون و کت‌ترها (Catheters) به‌کاربرده می‌شوند. کابل‌های سیلیکونی در کاربردهایی که پایداری حرارتی و مقاومت شیمیایی و هوازدگی موردنیاز است (مثلاً در وسایل خانگی، کاربرد های نورپردازی و اتصالات مقاوم در برابر ولتاژ بالا برای موتور های الکتریکی و ترانسفورماتور ها)، به‌طور گسترده مورداستفاده قرار می‌گیرند.

قطعات ساخته‌شده از این نوع لاستیک‌ ها ، توسط پرس کردن نیز قابل‌تولید می‌باشند (درزگیر میل‌لنگ در موتورهای احتراق داخلی یا درزگیر چراغ جلو و جعبه‌دنده).

لاستیک‌ های سیلیکونی به دلیل بی‌اثری فیزیولوژیکی می‌توانند در تولید لنزهای تماسی به کار روند. از این مواد می‌توان به‌عنوان دریچه‌ی مصنوعی قلب در بدن انسان استفاده نمود.

لاستیک سیلیکونی HCR

 

لاستیک‌ های مایع قابل ولکانش به‌صورت داغ (LSR)

در فناوری لاستیک مایع که از سال 1980 متداول شده است، لاستیک‌های سیلیکونی دوجزئی با ویسکوزیته پایین توسط اتصال عرضی افزایشی ولکانیده می‌گردد. ویسکوزیته ی پایین سبب می‌شود تا بتوان این لاستیک‌ ها را در ماشین‌های خودکار قالب‌گیری تزریق نمود. در این نوع ماشین‌ها، زمان‌های ولکانش بسیار کوتاه برای قطعات کوچک قابل‌دستیابی خواهد بود (8 تا 15 ثانیه). قطعات قالب‌گیری شده نظیر سر شیشه‌ی شیر بچه، صفحات مدار چاپی، صفحه‌کلید و درپوش محافظ آندها با استفاده لاستیک‌ های سیلیکونی مایع تولید می‌شوند.

لاستیک سیلیکونی LSR

 

خواص لاستیک سیلیکونی

در این نوع مواد پایداری حرارتی عالی وجود دارد. خواص الاستومری آن‌ها پس از گذشت چند هزار ساعت در هوای داغ (180 درجه سانتی‌گراد) تغییر نمی‌کند. خواص مکانیکی این مواد دز این دما به‌خوبی دمای اتاق است.

ازاین‌رو لاستیک‌ های سیلیکونی در دماهای 180 تا 200 درجه سانتی‌گراد استحکام کششی بهتری نسبت به لاستیک‌های آلی از خود نشان می‌دهند (استحکام کششی لاستیک‌های آلی در دمای اتاق 2 تا 3 برابر لاستیک‌های سیلیکونی است).

سختی لاستیک‌ های سیلیکونی تا دمای حدود 50 – درجه سانتی‌گراد بدون تغییر باقی می‌ماند. به همین دلیل، این مواد در محدوده دمایی نامعمول و گسترده 50 – تا 180 درجه سانتی‌گراد قابل‌استفاده خواهند بود (برای زمان کوتاهی تا 300 درجه سانتی‌گراد).

لاستیک‌ های سیلیکونی در برابر تمامی مواد شیمیایی به‌جز اسیدها و بازهای قوی و کلر، پایداری خوبی از خود نشان می‌دهند. در شرایط محیط معمولی، این مواد برای چند ده سال پایدار می‌باشند.

همچنین این مواد در دمای اتاق و همچنین دماهای بالاتر ازجمله عایق‌های خوب به شمار می‌روند و می‌توان با الحاق دوده کربن (Carbon Black) رسانش الکتریکی در آن‌ها ایجاد نمود. با افزودن ترکیبات پلاتین، این مواد در برابر آتش مقاوم می‌شوند و " خود خاموش شونده" خواهند شد.

در هنگام در آتش سوختن، به‌جز دی‌اکسید کربن، محصول سمی دیگری تشکیل نخواهد شد. در این حالت، لایه دی‌اکسید سیلیسیم نارسانا با استحکام مکانیکی و ویژگی‌های عایق خوب بر روی این مواد تشکیل می‌گردند.

 

منابع:

 

 

Büchner, W. (1989). Industrial inorganic chemistry. Weinheim, Federal Republic of Germany: VCH.

Silicones. (n.d.). Retrieved January 23, 2019, from https://ihsmarkit.com/products/silicones-chemical-economics-handbook.html

 

 

 

 

 

 

[1] به پایداری لاستیک‌ها با استفاده از پایدارکننده ها مانند گوگرد ولکانش می‌گویند