Opus sobre Sua Majestade Clay. Parte Quatro - Silicones

Dedicado a Andrei A., a quem ainda não me desculpei por algo danificado pelo silicone ...

Continuamos lentamente nossas histórias sobre artigos de pesca sobre adesivos. O herói de hoje não pode se orgulhar do título de uma cola estrutural popular para qualquer espaçonave, mas ele está familiarizado com a maioria absoluta dos leitores. Porque os silicones são as principais colas para todos os tipos de adesivos, etiquetas e fitas adesivas do segmento de consumo (em oposição às fitas adesivas profissionais). Bem, para todo o resto, é o silicone que é usado com mais frequência para selar tudo e tudo. Sob o corte - uma explicação de por que ele pode fazê-lo e como ajudá-lo a fazê-lo ainda melhor. Sobre "silicone - um trabalhador discreto".


A Wikipedia diz que os silicones (poliorganossiloxanos, polissiloxanos) são polímeros de silício contendo oxigênio, cuja estrutura é representada pela principal cadeia inorgânica de silício-oxigênio -Si-O-Si-O-Si-O- com grupos laterais orgânicos conectados (eles estão ligados átomos de silício). Às vezes, esses grupos funcionais laterais podem unir duas ou mais cadeias de organossilício, formando ligações cruzadas. Variando a) o comprimento da cadeia principal de organossilício, b) grupos funcionais laterais ec) número e tipo de ligações cruzadas, podem ser sintetizados silicones com propriedades diferentes.


Os primeiros estudos em química de silicones foram realizados no final do século XIX pelo químico inglês Frederick Kipping (= "pai dos silicones") e foi ele, a propósito, quem propôs o termo silicone em 1901. Graças a isso, muitos "tradutores" (principalmente fraternidades jornalísticas) ainda confundem silicones e silício. O silício é um material inorgânico , um semicondutor, usado na fabricação de circuitos integrados e células solares. E os silicones são compostos orgânicos que contêm silício, carbono, hidrogênio, oxigênio e, às vezes, outros átomos, e são mais frequentemente usados ​​como selantes, adesivos para etiquetas e ... por exemplo, implantes para aumento dos seios. Espero, portanto, que o leitor Habra nunca confunda silicone (silicone) e silicone (silicone). Incluindo quando a conversa acontece sobre o " Vale do Silício ".

Afastando-se dos paralelos históricos, podemos dizer que os empresários químicos, representados pela Corning Glassworks (agora Dow Corning) e General Electric, foram os primeiros a considerar o potencial comercial dos silicones, e foi graças a eles que foram desenvolvidas centenas e milhares de várias modificações, composições etc.

A maioria dos selantes de silicone é baseada em polidimetilsiloxanos terminados em silano, que são freqüentemente chamados de silanóis, por exemplo: onde n é geralmente de 300 a 1600:


Devido à sua estrutura, esses compostos ocupam uma posição intermediária única entre materiais inorgânicos e orgânicos. O backbone Si-O-Si inorgânico saturado fornece excelente elasticidade, flexibilidade e resistência à luz solar (principalmente radiação UV), enquanto os grupos funcionais orgânicos são responsáveis ​​por forças intermoleculares. Os seguintes principais recursos que determinam a flexibilidade e a durabilidade dessa classe de materiais podem ser observados:

- Baixa tensão superficial
- Repelente à água
- Baixa temperatura de transição vítrea
- Alta permeabilidade ao gás
- Alta resistência térmica e oxidante
- Insolubilidade na água
- Alta energia de ligação silício-oxigênio


Os adesivos de silicone não são caracterizados por alta resistência (incluindo descamação), são apreciados principalmente por sua elasticidade e capacidade de trabalhar em uma ampla faixa de temperatura (desde a criotecnologia de -115 ° C a mais de 265 ° C com um sinal de adição, a propósito, se precisa ainda mais, use suplementos baseados em óxido de ferro). Em termos simples, os adesivos de silicone são muito pegajosos (tanto que, devido à baixa energia da superfície, podem se ligar a polietileno / polipropileno e fluorocarbonos - o que é melhor com uma pergunta sobre “ Sacos Duty Free ”).


Além disso, o baixo encolhimento e a capacidade de preencher facilmente irregularidades e lacunas da superfície (devido à baixa tensão superficial) tornam esses materiais vedantes ideais em cozinhas e banheiros. O silicone é ideal quando a força da casca é mais importante do que a tração ou cisalhamento.

Construção : instalação e instalação de vidros (madeira, metais, plásticos, vidro), preenchimento de lacunas e juntas de dilatação em fachadas e alvenarias, vedações à prova d'água ao criar contêineres e um aquário (industrial e doméstico), vedações em sistemas de refrigeração e ar condicionado.

A baixa polaridade dos elastômeros de silicone confere a esses compostos excelentes propriedades isolantes elétricas, o que os torna altamente resistentes à ionização de alta tensão e à formação de uma descarga corona. Além disso, os adesivos e selantes de silicone mantêm suas propriedades isolantes úteis a temperaturas elevadas devido à falta de degradação térmica.

Eletrônica: silicones isolantes de baixa viscosidade são usados ​​para encher componentes eletrônicos (compostos). Silicones cheios de metal são usados ​​como adesivos condutores.

A excelente resistência à radiação de ozônio e ultravioleta inerente aos polímeros de silicone torna desnecessários aditivos e aditivos especializados. Os elastômeros de silicone podem trabalhar por um longo período de tempo sem rachaduras e encolhimentos ao ar livre em todas as condições climáticas. Isso se deve ao fato de que os silicones são universalmente usados ​​para colar vidro ao envidraçar edifícios (ou seja, onde valores significativos de expansão térmica de materiais podem ser esperados) ou para a fabricação de tanques.


O alto custo inicial é mais do que compensado pela alta durabilidade e pela ausência da necessidade de realizar reparos com frequência.

Ciência de foguetes: os silicones são usados ​​em tecnologia de alto vácuo (incluindo espaço), na construção de usinas nucleares (em instalações nucleares de laboratório, etc.) devido à sua resistência à radiação.

Entre as deficiências, destaca-se a baixa resistência à gasolina, que limita um pouco o uso de silicones na indústria automobilística / aeronáutica. E o fato de esse adesivo curar por muito tempo em camadas profundas (não é recomendável usar uma camada mais espessa que 12-13 mm) devido às peculiaridades da reticulação por meio da umidade do ar (= difusão do ar úmido no interior do material diminui com o aumento da espessura da camada adesiva, etc. e etc.) A baixa energia superficial não permite que as tintas formem uma boa adesão ao revestimento de silicone (portanto, é difícil pintar o selante com tinta comum), o que às vezes é vital quando você deseja ocultar a linha de cola. E, finalmente, dependendo do tipo de silicone usado (mais sobre isso abaixo), o ácido acético, que atua como um agente acelerador de corrosão, pode ser liberado durante o processo de cura (especialmente em caso de contato com metais como cobre e latão).

Variedades de adesivos de silicone

Os adesivos de silicone são divididos em dois grupos principais:

-Um componente
-Bicomponente

Os silicones de um componente contêm poliorganosiloxano com grupos terminais -OH e um agente de reticulação (por exemplo, metil triacetoxissilano) que é sensível à hidrólise, ou seja, reage com a água (quando o material entra em contato com a umidade do ar) como resultado de uma reação de condensação à temperatura ambiente. Portanto, muitas vezes esse tipo também é chamado de RTV-1 (= vulcanização à temperatura ambiente, um componente). O ácido acético é um subproduto da condensação (quando o metiltriacetoxissilano é usado como endurecedor, embora o álcool também possa ser liberado para o chamado RTV-1 com cura neutra). O silicone mais barato e, portanto, comum (a base da grande maioria dos selantes de construção e domésticos) é o silicone acetoxisilício. A configuração inicial do adesivo ocorre dentro de 15 a 20 minutos e atinge a profundidade total dentro de 24 a 48 horas, dependendo da umidade relativa durante a cura (a imagem abaixo mostra o cronograma de cura do silicone acetoxisil mais comum em um ambiente com 50% de umidade).


Em média, acredita-se que a cura ocorra a uma taxa média de aproximadamente 2 mm por dia. Como o processo depende da umidade do ar, da temperatura e da espessura da junta adesiva, é lógico mencionar que, para acelerar a cura, é necessário a) não aplicar silicone com uma camada muito grossa (6 mm no máximo), b) garantir o máximo contato do ar da junta adesiva com ar úmido (ventile ativamente a sala, não use costuras com geometria complexa (espiral / quebrada etc.) ou costuras dentro de objetos sem acesso ao ar. Como o ácido acético é liberado durante o processo de condensação, adicione componentes com uma reação alcalina (por exemplo, O agente de limpeza do tubo alcalino “Mole” ou cal hidratada) acelera o processo de cura.O ácido reage com álcalis, neutraliza e fornece água, que por sua vez reage com silicone (além da água de difusão retirada do ar). obviamente será mais fraco cheirar a vinagre (a propósito, se você precisar lavar esse silicone - "eles chutam uma cunha com uma cunha") - fazer isso de maneira mais eficiente com ácido acético é mais concentrado, pelo menos 70% da essência).

Além do odor desagradável, como mencionei, o ácido acético liberado pode estimular a corrosão dos metais. Por esse motivo, foram desenvolvidos selantes RTV-1 usando outros endurecedores.


Exemplos dos compostos mais usados ​​com seus números CAS podem ser vistos na tabela abaixo:


É verdade que esses silicones são um pouco mais caros, menos comuns e o processo de cura é mais lento. Comparação de diferentes RTV-1s sob o spoiler


Se, por algum motivo, os silicones de um componente não forem adequados, tente silicones de dois componentes ou RTV-2 (= vulcanização à temperatura ambiente, dois componentes). Tais adesivos:

- curar muito mais rápido que o primeiro grupo
- não requer alta umidade
- cure uniformemente sobre toda a profundidade da junta adesiva (independentemente da largura)
- não emita subprodutos duvidosos durante o processo de cura

Um silicone RTV-2 típico consiste em silanol + endurecedor com um catalisador. Os compostos orgânicos de estanho (octoato de estanho ou dilaurato de dibutilestanho, que, a propósito, também trabalharão com o RTV-1 "neutro" como catalisadores de cura) atuam como catalisadores. Um aumento de temperatura acelera o processo de cura. Um exemplo é o conhecido selante de silicone SYLGARD 184 , que é usado ativamente para selar módulos solares.


Os silicones endurecidos de dois componentes dão um leve encolhimento e oferecem melhor resistência ao calor entre todos os adesivos de silicone.

O TTX de uma junta adesiva de silicone (RTV-2, embora alguns pontos se apliquem ao RTV-1) geralmente é influenciado pelos seguintes fatores:
- Estrutura precursora
- Dosagem de endurecedor: uma dose muito alta pode tornar a linha de cola muito rígida, instável ou geralmente não curada (consulte meu ps)
- pH do meio: o pH acelera a taxa de hidrólise e condensação.
- Muitas substâncias podem atuar como catalisadores: ácidos minerais, sais alcóxidos, compostos de estanho, ésteres de titânio, sais de zircônio, compostos de fósforo e aminas.
Temperatura do sistema: a temperatura elevada, a molécula se move mais rápido / o número de colisões aumenta => a cura é mais rápida.

Sob o spoiler, há uma mesa com representantes conhecidos de silicones comerciais e suas propriedades. Tradicionalmente, fazemos perguntas nos comentários :)



Do que "arrancar os azulejos":

A propósito, se você precisar lavar esse silicone - "eles expulsam uma cunha com uma cunha" - faça-o com mais eficiência com ácido acético de maneira mais concentrada, pelo menos 70% da essência

Lavagens industriais:
- dos “pais do silicone” Dow Corning, DS-2025 para silicone curado - como parte do ácido dodecilbenzenossulfônico (surfactante aniônico), ABS
- dos “pais do silicone” Dow Corning, DS-1000 para silicone não endurecido - surfactantes não iônicos - álcool C6-C12 etoxilado, composto de amônio quaternário , éter propileno glicol metílico (= solvente para lavagem de bicos de cartuchos de impressora a jato de tinta), (2-metoximetiletoxi) propanol (líquido de lavagem na indústria gráfica).

PS Meu primeiro conhecimento com silicone de dois componentes


PPS Todos os químicos com as férias profissionais passadas! E químicos - com a remoção da “química” de centros especializados :) Então, jovens, agora vamos escrever artigos em nosso tempo livre.

Importante! Não posso chamar meus artigos no sentido pleno da palavra ciência popular ("adult sciencepop"), pois na maioria dos casos apenas uma pessoa com uma formação científica e técnica bastante alta pode ler e digerir o que está escrito. Em geral, à luz das mais recentes "permutações PAP-Habra" durante a redação de artigos seriados, é suspenso por tempo indeterminado.

Se a comunidade apoiar, continuaremos . Indo para o padrão 5000 p. através de “Apoie o autor” - estou escrevendo um artigo sobre epóxidos . Indique ao traduzir o comentário "continuação de artigos sobre adesivos". Ao mesmo tempo, verificaremos se esse tópico é realmente interessante para o leitor. 1950 rublos já foram coletados .

Publicado anteriormente:

Opus sobre Sua Majestade Clay. Parte I - Introdutória
Opus sobre Sua Majestade Clay. Parte Dois - Viva, Cianoacrilato! Viva, supercola
Opus sobre Sua Majestade Clay. Parte Três - Poliuretano vs Espaço Frio


Importante! Todas as atualizações e notas provisórias a partir das quais os artigos de habr são formados sem problemas podem agora ser vistas no meu laboratório de canais de telegrama66. Assine para não esperar o próximo artigo, mas para saber imediatamente sobre toda a pesquisa :)