硅橡胶的基本结构单元由硅氧链组成,侧链通过硅原子与其他有机基团相连。
因此,有机硅涂层材料的结构既包含“有机基团”,又包含“无机结构”。这种特殊的组成和分子结构,使其兼具有机物的特性和无机物的功能。硅酮产品的突出特性是:
1.1耐高温
由于硅酮的分子结构与无机高分子相似,键能很高,所以具有优异的耐热性。
橡胶硅胶的使用温度在250℃左右,树脂硅胶在350℃可以长期使用。
1.2耐低温性
橡胶型硅橡胶粘结长,粘结角大,非常柔软。其玻璃化转变温度一般在-123℃左右,可在-5o ~ 250℃范围内长期使用,特殊产品可在-100~300℃范围内使用,如含7.5(摩尔含量)苯基的硅橡胶,在-112℃仍保持弹性。
1.3耐候性
硅橡胶主链上没有键,所以不容易被紫外线和臭氧分解。长期暴露在室外或高臭氧浓度环境下,不会引起开裂和粘滞蠕变,物理和电性能基本保持不变。树脂基硅橡胶即使在强烈的紫外线照射下也不会变黄,颜色可以保持多年不变。
1.4疏水性
在有机硅胶中,甲基与硅原子键合,增加了自由旋转的空间,而向外排列的甲基上的氢原子与水中的氢原子相互排斥,使水分子难以接近亲水的氧,从而具有很强的疏水性。含Si-H键的甲基含氢聚硅氧烷或聚乙基含氢硅氧烷具有反应性和强取向性,在催化剂的作用下,可在低温下交联成疏水膜。
1.5透气性
由于聚硅氧烷分子的螺旋结构和较大的自由空间,硅橡胶基涂膜具有良好的气体和蒸气透过性,如在室温下,空气中氮气、氧气、二氧化碳等气体的透过性比天然橡胶高30 ~ 5o倍,且具有选择性。因此,在气体和水蒸气分离膜、人工心肺机、富氧装置等方面得到了广泛的应用。
1.6低表面张力和低表面能
硅酮的主链非常柔韧,分子间作用力比碳氢化合物弱很多。因此,与同分子量的烃类相比,它的粘度更低,表面张力更弱,表面能更小,成膜能力更强。这种低表面张力和低表面能是其许多应用的主要原因:疏水、消泡、泡沫稳定、防粘、润滑、上光等优异性能。
1.7电气绝缘性能
有机硅产品具有良好的电气绝缘性能,其介质损耗、耐电压、耐电弧、耐电晕、体积电阻系数和表面电阻系数在绝缘材料中名列前茅,电气性能受温度和频率影响较小。因此,它们是一种稳定的电绝缘材料,广泛应用于电子电气行业。硅酮不仅具有优异的耐热性,还具有优异的拒水性,保证了电气设备在潮湿条件下的高可靠性。
1.8生理惰性(* * *)
当正确地为硅酮弹性体选择可靠的交联和催化体系时,完全交联的产品是无害的,并可用于食品和医药工业。
硅橡胶的发展趋势
综上所述,硅橡胶由于其优异的物理化学性能,可以应用于很多场合和环境,也必将在更多的领域发挥重要作用。未来硅橡胶将在以下几个方面快速发展。
(1)固化方式的改进:从传统的热固化到辐射固化和微波固化。目前,紫外光固化有机硅脱模剂和光纤涂料取得了重要进展。
(2)官能团的引入:用氨基、环氧基、烯丙基和羟基取代甲基和苯基,可以在很大范围内改变硅橡胶的物理性能和化学反应活性。
(3)与其他材料复合使用:硅橡胶虽然具有许多优异的性能,但也存在强度低、与基材附着力差等缺点。通过与环氧、丙烯酸酯、聚氨酯等树脂接枝、嵌段共聚,可以实现性能互补。