Opus sur Sa Majesté Clay. Quatrième partie - Silicones

Dédié à Andrei A., que je n'ai pas encore présenté d'excuses pour une chose endommagée par du silicone ...

Nous continuons lentement nos histoires de pêche sur les adhésifs. Le héros de notre aujourd'hui ne peut pas se vanter du titre d'une colle structurelle populaire pour tout vaisseau spatial, mais il connaît la majorité absolue des lecteurs. Parce que les silicones sont les principales colles pour toutes sortes d'autocollants, d'étiquettes et de rubans adhésifs du segment des consommateurs (par opposition aux rubans adhésifs professionnels). Eh bien, pour tout le reste, c'est le silicone qui est le plus souvent utilisé pour sceller tout et tout. Under the cut - une explication de la raison pour laquelle il peut le faire et comment l'aider à le faire encore mieux. A propos de "silicone - un travailleur discret."


RU Wikipedia nous dit que les silicones (polyorganosiloxanes, polysiloxanes) sont des polymères de silicium contenant de l'oxygène, dont la structure est représentée par la principale chaîne silicium-oxygène inorganique -Si-O-Si-O-Si-O- avec des groupes latéraux organiques attachés (ils sont attachés en atomes de silicium). Parfois, ces groupes fonctionnels latéraux peuvent réunir deux ou plusieurs chaînes d'organosilicium, formant des liaisons croisées. En faisant varier a) la longueur de la chaîne principale d'organosilicium, b) les groupes fonctionnels latéraux et c) le nombre et le type de liaisons croisées, des silicones aux propriétés différentes peuvent être synthétisées.


Les premières études en chimie des silicones ont été réalisées à la fin du XIXe siècle par le chimiste anglais Frederick Kipping (= "père des silicones") et c'est d'ailleurs lui qui a proposé le terme silicone en 1901. Grâce à cela, de nombreux «traducteurs» (principalement des fraternités journalistiques) confondent encore silicones et silicium. Le silicium est un matériau inorganique , un semi-conducteur, utilisé pour la fabrication de circuits intégrés et de cellules solaires. Et les silicones sont des composés organiques qui contiennent du silicium, du carbone, de l'hydrogène, de l'oxygène et parfois d'autres atomes, et sont le plus souvent utilisés comme scellants, adhésifs pour étiquettes et ... par exemple, implants pour l'augmentation mammaire. J'espère donc que le lecteur Habra ne confondra jamais le silicium (silicium) et le silicone (silicone). Y compris lorsque la conversation porte sur la " Silicon Valley ".

S'éloignant des parallèles historiques, nous pouvons dire que les hommes d'affaires chimiques, représentés par Corning Glassworks (maintenant Dow Corning) et General Electric, ont été les premiers à considérer le potentiel commercial des silicones, et c'est grâce à eux que des centaines et des milliers de modifications, compositions, etc. diverses ont été développées.

La plupart des mastics silicone sont à base de polydiméthylsiloxanes à terminaison silane, souvent appelés silanols, par exemple: où n est généralement de 300 à 1600:


En raison de leur structure, ces composés occupent une position intermédiaire unique entre les matériaux inorganiques et organiques. Le squelette inorganique saturé de Si-O-Si offre une excellente élasticité, flexibilité et résistance à la lumière du soleil (principalement le rayonnement UV), tandis que les groupes fonctionnels organiques sont responsables des forces intermoléculaires. Les caractéristiques clés suivantes qui déterminent la flexibilité et la durabilité de cette classe de matériaux peuvent être notées:

- Basse tension superficielle
- Haute déperlance
- Basse température de transition vitreuse
- Haute perméabilité aux gaz
- Haute résistance thermique et oxydante
- Insolubilité dans l'eau
- Silicium-oxygène à haute énergie de liaison


Les adhésifs silicone ne sont pas caractérisés par une haute résistance (y compris le pelage), ils sont principalement appréciés pour leur élasticité et leur capacité à travailler dans une large plage de températures (de la cryotechnique de -115 ° C à plus de 265 ° C avec un signe plus, soit dit en passant, si besoin encore plus élevé, utilisez des suppléments à base d'oxyde de fer). En termes simples, les adhésifs à base de silicone sont très collants (à tel point qu'en raison de leur faible énergie de surface, ils peuvent se lier au polyéthylène / polypropylène et aux fluorocarbures - salut bon usage avec une question sur les « sacs hors taxes »).


De plus, le faible retrait et la capacité de combler facilement les irrégularités et les lacunes de surface (en raison de la faible tension de surface) font de ces matériaux des scellants idéaux dans les cuisines et les salles de bains. Le silicone est idéal lorsque la résistance au pelage est plus importante que la traction ou le cisaillement.

Construction : pose et pose de vitrages (bois, métaux, plastiques, verre), remplissage des vides et joints de dilatation sur façades et maçonnerie, joints étanches lors de la création de conteneurs et d'un aquarium (industriel et domestique), joints dans les groupes frigorifiques et les systèmes de climatisation.

La faible polarité des élastomères de silicone confère à ces composés d'excellentes propriétés d'isolation électrique, ce qui les rend très résistants à l'ionisation haute tension et à la formation d'une décharge corona. De plus, les adhésifs et mastics silicones conservent leurs propriétés isolantes utiles à des températures élevées en raison de l'absence de dégradation thermique.

Electronique: des silicones isolantes à faible viscosité sont utilisées pour remplir les composants électroniques (composés). Les silicones remplies de métal sont utilisées comme adhésifs conducteurs.

L'excellente résistance à l'ozone et aux rayons ultraviolets inhérente aux polymères de silicone rend inutiles les additifs spécialisés et les additifs. Les élastomères de silicone peuvent fonctionner longtemps sans se fissurer et se rétracter à l'air libre dans toutes les conditions climatiques. Cela est dû au fait que les silicones sont universellement utilisées pour le collage du verre lors du vitrage des bâtiments (c'est-à-dire où des valeurs importantes de dilatation thermique des matériaux peuvent être attendues) ou pour la fabrication de réservoirs.


Le coût initial élevé est plus que compensé par une grande durabilité et l'absence de nécessité d'effectuer souvent des réparations.

Science des fusées: les silicones sont utilisées dans la technologie du vide poussé (y compris l'espace), dans la construction de centrales nucléaires (dans les installations nucléaires de laboratoire, etc.) en raison de leur résistance aux radiations.

Parmi les lacunes, on peut noter la faible résistance à l'essence, qui limite quelque peu l'utilisation des silicones dans l'industrie automobile / aéronautique. Et le fait que cet adhésif durcisse très longtemps en couches profondes (il n'est pas recommandé d'utiliser une couche plus épaisse que 12-13 mm) en raison des particularités de la réticulation au moyen de l'humidité de l'air (= la diffusion de l'air humide à l'intérieur du matériau ralentit avec l'augmentation de l'épaisseur de la couche adhésive, etc. et etc.). La faible énergie de surface ne permet pas aux peintures de former une bonne adhérence au revêtement en silicone (par conséquent, le mastic est difficile à peindre avec de la peinture ordinaire), ce qui est parfois vital lorsque vous souhaitez masquer la ligne de colle. Et enfin, selon le type de silicone utilisé (plus d'informations ci-dessous), l'acide acétique, qui agit comme un accélérateur de corrosion, peut être libéré pendant le processus de durcissement (en particulier en cas de contact avec des métaux comme le cuivre et le laiton).

Variétés d'adhésifs silicone

Les adhésifs silicone sont divisés en deux groupes principaux:

-Un composant
-Bicomposant

Les silicones à un composant contiennent du poly-organosiloxane avec des groupes terminaux -OH et un agent de réticulation (par exemple le méthyltriacétoxysilane) qui est sensible à l'hydrolyse, c'est-à-dire qui réagit avec l'eau (lorsque le matériau entre en contact avec l'humidité de l'air) à la suite d'une réaction de condensation à température ambiante. Par conséquent, ce type est souvent appelé RTV-1 (= vulcanisation à température ambiante, un composant). L'acide acétique est un sous-produit de la condensation (lorsque le méthyltriacétoxysilane est utilisé comme durcisseur, bien que de l'alcool puisse également être libéré pour le soi-disant RTV-1 avec durcissement neutre). Le silicone le moins cher, et donc le plus courant (la base de la grande majorité des mastics pour la construction et les ménages) est l'acétoxysilicium. La prise initiale de l'adhésif commence dans les 15 à 20 minutes et atteint sa pleine profondeur dans les 24 à 48 heures, en fonction de l'humidité relative pendant le durcissement (la photo ci-dessous montre le calendrier de durcissement de l'acétoxysilicium le plus courant dans un environnement avec une humidité de 50%).


En moyenne, on pense que le durcissement se produit à une vitesse moyenne d'environ 2 mm par jour. Comme le processus dépend de l'humidité de l'air, de la température et de l'épaisseur du joint adhésif, il est logique de mentionner que pour accélérer le durcissement, il est nécessaire a) de ne pas appliquer de silicone avec une couche très épaisse (6 mm maximum), b) pour assurer un contact optimal de l'air du joint adhésif avec de l'air humide (ventiler activement la pièce, ne pas utiliser de coutures à géométrie complexe (spirale / cassée, etc.), ou des coutures à l'intérieur d'objets sans accès à l'air. Étant donné que l'acide acétique est libéré pendant le processus de condensation, l'ajout de composants avec une réaction alcaline (par exemple, Le nettoyant alcalin pour tuyaux (taupe ou chaux hydratée) accélère le processus de durcissement.L'acide réagit avec l'alcali, neutralise et donne de l'eau, qui à son tour réagit avec le silicone (en plus de l'eau de diffusion prélevée dans l'air). il sera évidemment plus faible de puer avec du vinaigre (au fait, si vous avez besoin de laver un tel silicone - "ils expulsent un coin avec un coin" - faites-le plus efficacement avec de l'acide acétique de manière plus concentrée, au moins 70% de l'essence).

En plus de l'odeur désagréable, comme je l'ai mentionné, l'acide acétique libéré peut stimuler la corrosion des métaux. Pour cette raison, des mastics RTV-1 utilisant d'autres durcisseurs ont été développés.


Des exemples des composés les plus couramment utilisés avec leurs numéros CAS peuvent être vus dans le tableau ci-dessous:


Certes, ces silicones sont un peu plus chères, moins courantes et le processus de durcissement est plus lent. Comparaison de différents RTV-1 sous le spoiler


Si, pour une raison quelconque, les silicones à un composant ne conviennent pas, vous pouvez essayer les silicones à deux composants , ou RTV-2 (= vulcanisation à température ambiante, à deux composants). Ces adhésifs:

- durcit beaucoup plus rapidement que le premier groupe
- ne nécessitent pas une humidité élevée
- durcit uniformément sur toute la profondeur du joint adhésif (quelle que soit la largeur)
- n'émettent pas de sous-produits douteux pendant le processus de durcissement

Un silicone RTV-2 typique se compose de silanol + durcisseur avec un catalyseur. Les composés organiques de l'étain (octoate d'étain ou dilaurate de dibutylétain, qui, soit dit en passant, fonctionneront également avec le RTV-1 «neutre» comme catalyseur de durcissement) agissent comme un catalyseur. Une augmentation de la température accélère le processus de durcissement. Un exemple est le mastic silicone bien connu SYLGARD 184 , qui est activement utilisé pour sceller les modules solaires.


Les silicones durcies à deux composants donnent un léger retrait et offrent une meilleure résistance à la chaleur parmi tous les adhésifs à base de silicone.

Le TTX d'un joint adhésif en silicone (RTV-2, bien que certains points s'appliquent au RTV-1) est généralement influencé par les facteurs suivants:
- Structure précurseur
- Dosage du durcisseur: une dose trop élevée peut rendre la ligne de colle trop rigide, instable ou généralement non durcie (voir mon ps)
- pH du milieu: le pH accélère le taux d'hydrolyse et de condensation.
- De nombreuses substances peuvent agir comme catalyseurs: acides minéraux, sels d'alkoxyde, composés d'étain, esters de titane, sels de zirconium, composés du phosphore et amines.
-Température du système: à température élevée, la molécule se déplace plus rapidement / le nombre de collisions augmente => le durcissement est plus rapide.

Sous le becquet se trouve un tableau avec des représentants bien connus des silicones commerciales et de leurs propriétés. Nous posons traditionnellement des questions dans les commentaires :)



Que "arracher les tuiles":

Soit dit en passant, si vous avez besoin de laver un tel silicone - "ils expulsent un coin avec un coin" - faites-le plus efficacement avec de l'acide acétique d'une manière plus concentrée, au moins 70% de l'essence

Lavages industriels:
- des «pères du silicone» Dow Corning, DS-2025 pour le silicone durci - dans le cadre de l' acide dodécylbenzènesulfonique (tensioactif anionique), ABS
- des «pères du silicone» Dow Corning, DS-1000 pour le silicone non durci - tensioactifs non ioniques - alcool éthoxylé C6-C12, composé d'ammonium quaternaire , éther méthylique de propylène glycol (= solvant pour le lavage des buses des cartouches d'imprimantes à jet d'encre), (2-méthoxyméthyléthoxy) propanol (liquide de lavage dans l'imprimerie).

PS Ma première connaissance avec le silicone à deux composants


PPS Tous les chimistes avec les vacances professionnelles passées! Et les chimistes chimistes - avec la suppression de la «chimie» des centres spécialisés :) Alors shte, les jeunes, nous allons maintenant écrire des articles pendant notre temps libre.

Important! Je ne peux pas appeler mes articles dans le plein sens du mot science populaire ("sciencepop adulte"), car dans la plupart des cas, seule une personne ayant une formation scientifique et technique assez élevée peut lire et digérer ce qui est écrit. En général, à la lumière des dernières "permutations PAP-Habra", la rédaction d'articles en série est suspendue pour une durée indéterminée.

Si la communauté soutient, nous continuerons . Passer à la norme 5000 p. par «Soutenez l'auteur» - j'écris un article sur les époxydes . Indiquez lors de la traduction du commentaire "suite d'articles sur les adhésifs". Dans le même temps, nous vérifierons si ce sujet est vraiment intéressant pour le lecteur. 1950 roubles ont déjà été collectés .

Publié plus tôt:

Opus sur Sa Majesté Clay. Première partie - Introduction
Opus sur Sa Majesté Clay. Deuxième partie - Viva, cyanoacrylate! Viva, superglue
Opus sur Sa Majesté Clay. Troisième partie - Polyuréthane vs Space Cold


Important! Toutes les mises à jour et notes provisoires à partir desquelles les habr-articles sont correctement formés peuvent maintenant être vues dans mon laboratoire de télégramme66. Abonnez-vous pour ne pas vous attendre au prochain article, mais pour être immédiatement au courant de toutes les recherches :)