Elastomery silikonowe - materiały uniwersalne?

Kauczuki silikonowe HTV zazwyczaj sieciuje się przy użyciu nadtlenków, takich jak nadtlenek benzoilu, nadbenzoesan tert-butylu, czy nadtlenek dikumylu, choć mogą być też sieciowane przez addycję w obecności katalizatora platynowego. W przypadku silikonów VMQ, zawierających grupy winylowe, z powodzeniem można stosować wodorotlenki alkilowe i nadtlenki dialkilowe.

Wyroby z silikonów HTV/HCR wytwarza się zazwyczaj w formach wulkanizacyjnych, w prasach hydraulicznych, w temperaturze 170–200°C. Aby ułatwić wyjmowanie wyrobów z formy, należy zastosować środki oddzielające. W wielu przypadkach wystarczy użyć detergentu lub wewnętrznego środka antyadhezyjnego jako dodatku do receptury kauczuku silikonowego.

Można z nich wytwarzać również wyroby wytłaczane, jednak w tym przypadku należy zastosować odpowiednie nadtlenki, np. nadtlenek bis(2,4-dichlorobenzoilu), które ulegają rozkładowi w temperaturze powyżej 90°C i mają niewielką tendencję do inhibicji. Nowoczesne linie do wytłaczania silikonów składają się ze specjalnie skonstruowanych wytłaczarek do silikonu (stosunek L/D ślimaka 12–18 cm), stref szoku termicznego (50 cm, 850°C) i tuneli wulkanizacyjnych (poziomych lub pionowych) ogrzewanych podczerwienią lub strumieniem gorącego powietrza.

Usieciowane wyroby z silikonów HTV/HCR poddaje się dodatkowo postwulkanizacji, czyli procesowi kondycjonowania w podwyższonej temperaturze (4–6 godzin, 200°C), w celu ograniczenia w nich zawartości wolnych rodników i substancji lotnych do poziomu określonego normami FDA, BgVV lub zapisanych w specyfikacjach dla urządzeń medycznych.

Ciekłe silikony, LSR, sieciują w reakcji hydrosililowania, w której do wiązań wielokrotnych wegiel-węgiel i wegiel-heteroatom przyłączają się związki R3Si–H. Zazwyczaj są to systemy dwuskładnikowe.

Jeden ze składników, polisiloksan, zawiera katalizator wraz z inhibitorem blokującym jego działanie poniżej określonej temperatury. Wiele gatunków handlowych LSR zawiera 10 - 15 ppm katalizatora platynowego. Inhibitory są zazwyczaj krótkimi łańcuchami polimerowymi o masie molowej w zakresie od 1900 do 7700 g/mol z funkcyjnymi grupami końcowymi, takimi jak etynylocykloheksanol. Inhibitory mogą również obejmować alkohole acetylenowe, wodoronadtlenki, bądź maleiniany.

Drugi ze składników to mieszanina polisiloksanów o określonej zawartości grup metylowych, winylowych i hydroksylowych wraz z napełniaczem krzemionkowym. Po zmieszaniu obu składników reakcja sieciowania przebiega w 0,5–7 sekund na milimetr grubości wyrobu, w temperaturze ok. 140 - 200°C.

Struktura, proporcje składników i dodatków w komercyjnych LSR nie są zazwyczaj ujawniane przez producentów.

Linie do produkcji wyrobów z LSR składają się z urządzeń dozujących, rozdzielaczy zimnych kanałów oraz precyzyjnych wtryskarek wyposażonych w specjalistyczne formy oraz jednostki wtryskowe (dokładność zamknięcia gniazd formy to ok. 5 µm, co uniemożliwia powstawanie wypływek, a jednocześnie pozwala wyeliminować etap odpowietrzania gniazd za pomocą formy próżniowej; wyzwaniem dla narzędziowców jest także odpowiednie przygotowanie powierzchni gniazd formy wulkanizacyjnej tak, aby uformowane wyroby nie przywierały i dawały się łatwo usunąć; wypychacze trzpieniowe w tym przypadku nie mają zastosowania). Około 2005 r. pojawiły się na rynku „jednoczęściowe” wysokotemperaturowe systemy LSR. Mieszaniny tego typu, gotowe do użycia, dostarczane są w specjalnych pojemnikach dostosowanych do zamontowania w urządzeniach wtryskowych.

linia-do-wulkanizacji-ciaglej
Linia do wulkanizacji ciągłej

Chociaż w przypadku wyrobów z silikonów LSR sieciowanych addycyjnie nie występują wolne rodniki, jak w przypadku kauczuków HTV/HCR, to i tak należy wykonać ich postwulkanizację w przypadku wyrobów mających kontakt z żywnością, przeznaczonych do urządzeń medycznych, bądź smoczków i zabawek dla dzieci. Wytwórcy pozostałych wyrobów technicznych mają wybór pomiędzy silikonami LSR wymagającymi i niewymagającymi postwulkanizacji (oznaczanymi odpowiednio jako LSR PC i LSR NPC, ang. Post Cure, No Post Cure).

Silikony RTV, sieciujące w temperaturze pokojowej, dostępne są w postaci systemów jedno- lub dwukomponentowych (oznaczanych odpowiednio RTV-1 i RTV-2).

Systemy RTV-1 to mieszaniny reaktywnego polidimetylosiloksanu zakończonego grupami hydroksylowymi z dużym nadmiarem metylotriacetoksysilanu. Sieciowanie rozpoczyna się, gdy surowiec wchodzi w kontakt z wilgocią (zwykle tą znajdującą się w otaczającym powietrzu). Systemy RTV-2 można podzielić na dwa rodzaje - sieciowane kondensacyjnie i addycyjnie. Sieciowanie w wyniku reakcji kondensacji zachodzi w obecności organicznego katalizatora cynowego, który generuje alkohol, zaś sieciowanie przez reakcję addycji w obecności katalizatora platynowego, który nie generuje żadnych produktów ubocznych. Jednym z najnowszych trendów w branży jest zastępowanie katalizatorów cynoorganicznych innymi związkami organicznymi.