Ugrás a tartalomhoz

Gumik kémiája és technológiája

Gergó Péter (2012)

Pannon Egyetem

5. fejezet - MESTERSÉGES (SZINTETIKUS) KAUCSUKOK – POLIADDÍCIÓS ÉS POLIKONDENZÁCIÓS ELJÁRÁSOK

5. fejezet - MESTERSÉGES (SZINTETIKUS) KAUCSUKOK – POLIADDÍCIÓS ÉS POLIKONDENZÁCIÓS ELJÁRÁSOK

SZILIKONKAUCSUKOK (Q) [33, 34]

A szilikonkaucsukok (Q) alkotják az elasztomerek, gumik fő csoportját melyek esetében a polimerlánc nem szén-szén kötésekből épül fel. Jelen esetben szervetlen Si-O egységek építik fel a szilikonkaucsukok polimer láncát. A szilikonkaucsukok polimerekben szerves szubsztituensek is előfordulhatnak. A szilikonkaucsukok általános szerkezetét a 21. ábra szemlélteti.

21. ábra A szilikonkaucsukok szerkezete

A szilikonkaucsukok leírása és az egyes polimerek megkülönböztetése a szubsztituensek (metil-, fenil-, vinil és fluoroalkil) fajtája szerint történhet. A szilikonkaucsuk jelölése alapesetben Q, ez egészül ki a szubsztituensnek megfelelő betűjellel, MQ esetében metil-, VMQ esetében vinil és metil-, PVMQ jelöli a fenil-, vinil és metil szubsztituenseket tartalmazó elasztomereket. FMQ és FVMQ jelöléssel a fluoroalkil szubsztituenseket tartalmazó szilikonkaucsukokat jelölik.

A peroxidokkal, meleg vulkanizálási technológiával előállított szilikonkaucsukok kereskedelmi forgalomban 1944-ben jelentek meg. 1954-ben jelentek meg kereskedelmi forgalomban a már szobahőmérsékleten is vulkanizálható, alacsony viszkozitású, kétkomponensű szilikonkaucsukok, míg 1958-ban az ugyancsak szobahőmérsékleten vulkanizált, de már egykomponensű szilikonkaucsuk termékek, tömítések. 1976-ban követte a folyékony halmazállapotú szilikonkaucsukok bevezetése.

A kereskedelmi forgalomban levő szilikonkaucsukok négy fő csoportba sorolható a viszkozitás és az alkalmazási terület függvényében. A polimer típusa és a vulkanizálórendszer típusa és a vulkanizálás mechanizmusa alapján tovább csoportosíthatók.

Szilárd, meleg vulkanizálással előállított kaucsukok (HV): VMQ, FVMQ, PVMQ
Folyékony, kétkomponensű szilikon kaucsukok (LSR): VMQ, FVMQ
Fröccsöntésre alkalmas, szobahőmérsékleten vulkanizálható kétkomponensű kaucsukok (RTV-2): MQ, VMQ, FVMQ, PVMQ
Szigetelőanyagként alkalmas, szobahőmérsékleten vulkanizálható, egykomponensű kaucsukok (RTV-1): MQ, PMQ, FMQ

A szilárd szilikon kaucsukok többnyire peroxid nélküli, magas hőmérsékletű vulkanizálással (HV) előállított keverékekként kerülnek forgalomba, míg a folyékony szilikon kaucsukokat felhasználásra kész, két komponenst tartalmazó keverékként értékesítik. Az öntésére vagy fröccsölésre alkalmas kaucsukok a folyékony kaucsukokhoz hasonlóan vulkanizálatlan nyersanyagként kerülnek forgalomba.

A HV szilikonkaucsukok folyáshatárral rendelkező, kenhető, kúszásra nem hajlamos polimerek. 80-140°C között mért Mooney viszkozitásuk (20-100 egység között változhat) hasonló az egyéb kaucsukokéhoz, míg a többi kategóriába tartozó szilikonkaucsukok szivattyúzhatók. Az egykomponensű, tömítő- és szigetelőanyagként felhasználható szilikonkaucsukok legfontosabb jellemzője különböző felületekre történő jó tapadás. Alacsony szakítószilárdsága miatt alkalmatlan fröccsöléssel vagy extrudálással gyártott termékeknél való felhasználásra. Ezzel szemben a kétkomponensű kaucsukok alkalmasak fröccsöntéssel előállított termékek alapanyagaként való felhasználásra és ebben az esetben a vulkanizálás megvalósítható szobahőmérsékleten.

Öregedésállóságuk és ózonállóságuk kiváló, jól ellenállnak egyes vegyianyagok hatásaival szemben azonban vízgőz, lúgok és savak hatására hidrolizálnak, alkáliföldfém-oxid, karbonát vagy szilikát töltőanyagokkal ez csökkenthető. Jó az oxidációval és meleg (száraz) levegővel szembeni ellenállásuk. Ez a tulajdonságuk titán-, magnézium- vagy cirkónium-oxid stabilizátorokkal fokozható. A fluortartalmú szilikonkaucsukok olajállósága jó. Széles üzemelési tartományban alkalmazhatók, -60°C és 250-300°C között felhasználhatók hőállóságukból és a jó alacsony hőmérsékleti tulajdonságok következtében. 250°C-on akár 2 év élettartammal bírnak az igénybevételtől függően. A VMQ szilikonkaucsukok extrém körülmények között is ellenállnak az öregedésnek, 50% maradó nyúlás mérhető 60 nap 250°C-on, levegőn történő öregítés, valamint 2000 óra 150°C-on olajban történő öregítés után.

Szilárdsági tulajdonságaik még az erősen töltött keverékek esetében is gyengék, a szakítószilárdság értéke nagyjából 10MPa. Előnyük, hogy ezt az értéket széles hőmérséklettartományban megőrzi és a maradó alakváltozás is kismértékű a teljes üzemelési hőmérséklettartományban. A más mesterséges úton előállított kaucsukokkal szemben a töltőanyagok fajtájától és mennyiségétől is függően átlátszók, illetve áttetszők. Amennyiben a kaucsuk több mint 4 mólszázalék difenil vagy metil-fenilsziloxán csoportot tartalmaz (PVMQ) egyensúlyi olvadáspontja (Tm) -70°C és töréspontja -105°C szemben az egyéb szilikonkaucsukok -45°C egyensúlyi olvadáspontjával és -55°C töréspontjával. Az üvegesedési hőmérsékletük -120°C. A szilikonkaucsukok áttetszősége és oxidációval, valamint sugárzással szembeni ellenállása a fenilcsoportok mennyiségének növekedésével javul.

A SZILIKONKAUCSUKOK ELŐÁLLÍTÁSA [35]

A szilikonvegyületek, köztük különböző szilíciumorganikus vegyületek és szilikon polimerek legfontosabb alapanyagai a metil-klór-szilánok. Az 1950-es években fejlesztették ki és kezdték meg ipari méretű alkalmazását a direkt szintézisnek, mely a legelterjedtebb eljárás. Az eljárás alapanyaga a tiszta szilícium és a metil-klorid. A fluid kemencében végzett eljárás hőmérséklete 250-300°C, míg nyomása 2-4 bar. A reakció során metil-klorid felesleget alkalmaznak. A reakció katalizálására rezet vagy réz-oxidot használnak és a katalitikus eljárás gyorsítására cink vagy cink vegyület promotort alkalmaznak. Az eljárás során mintegy 65-85%-ban dimetil-diklór szilán keletkezik, melyet desztillációval választanak el az egyéb klór-szilánoktól és poliszilánoktól. A fenil-klór-szilánok előállítása azonos módon történik, ebben az esetben a kiindulási alapanyag klórbenzol.

Szerves szilán vegyületek előállíthatók nukleofil szubsztitúcióval fémorganikus vegyületek, mint például az alkil-lítium felhasználásával magas hőmérsékleten, mintegy 550-650°C-on. A kiindulási alapanyag ebben az esetben szilícium tetraklorid.

A szilikon polimerek a klór-szilán monomerek hidrolízisével és kondenzációjával állíthatók elő. A szerves klór-szilánok könnyen hidrolizálnak instabil szilanolokká, melyek rögtön, víz kilépése mellett kondenzálódnak. A hidrolízis történhet víz vagy alkoholok hozzáadásával, előbbi hátránya, hogy a hidrolízis során a környezetre és az egészségre veszélyes sósav szabadul fel. Metil-alkohol alkalmazásával ez kiküszöbölhető, ebben az esetben metil-klorid szabadul fel, amely felhasználható a direkt szintézis során.

A SZILIKONKAUCSUKOK FELHASZNÁLÁSA

A szilikonkaucsukok felhasználhatók a már említetteken kívül termoplasztikus elasztomerek előállítására is, ahol a blokk kopolimerben a hőre lágyuló rész lehet polikarbonát poliszulfon polimer vagy polimid is. Jó elektromos szigetelési tulajdonságuk miatt felhasználhatóak vezetékek borítására, szigetelésére. Jó fiziológiás összeférhetőségük miatt felhasználhatók implantátumok gyártása során, fogászati alkalmazásra. Élelmiszeripari tömítőanyagok és csövek alapanyaga lehet. Felhasználhatók gyújtógyertyák kupakjának gyártása, membránok fénymásoló hengerek előállítása során. Ragasztók és bevonatok alapanyaga.