Роль нано-карбоната кальция в составах силиконового герметика

Во-первых, поймите его позицию: какое место занимает NCC в ландшафте наполнителей?

Если вы посмотрите на состав силиконового герметика, то обычно найдете более одного варианта наполнителя. Те, кто работает в отрасли с составами, знают, что пирогенный диоксид кремния является основой для армирования RTV силиконового каучука — его размер частиц составляет 7–40 нм, удельная поверхность — 100–400 м²/г, и он формирует сеть водородных связей между своими поверхностными силанольными группами и молекулярными цепями силоксана, что приводит к эффективности армирования, значительно превышающей эффективность обычных неорганических наполнителей. Неармированный RTV силиконовый каучук имеет прочность на разрыв всего около 0,35 МПа, но добавление пирогенного диоксида кремния может увеличить ее до нескольких мегапаскалей.

Так где же находится место нано-карбоната кальция? Ответ: высокоэффективный, экономически выгодный функциональный наполнитель. Это не "лучший заменитель" пирогенного диоксида кремния, а, скорее, в определенных системах состава он достигает выше среднего общего показателя производительности при значительно более низкой стоимости — обеспечивая не только армирующий эффект, но и дополнительные преимущества, такие как регулировка тиксотропии и оптимизация экструзии.

Понимание этой позиции имеет решающее значение, поскольку многие обсуждения NCC представляют его как "универсальный армирующий агент", игнорируя различные роли различных компонентов в системе наполнителей.

Основные возможности NCC: больше, чем просто "наполнение", это "три-в-одном" решение

1. Армирование: Физическая адсорбция, а не химическая связь.

Многие считают, что механизм армирования NCC такой же, как у диоксида кремния. На самом деле существует принципиальная разница. Исследования Пэн Я и др. показывают, что взаимодействие между нано-карбонатом кальция и RTV силиконовым каучуком в основном является физической адсорбцией, в отличие от химического пути взаимодействия пирогенного диоксида кремния, который включает водородные связи между поверхностными силанольными группами и цепями силоксана.

Его механизм армирования можно резюмировать следующим образом: когда количество наночастиц достаточно, вязкость каучуковой смеси значительно увеличивается. Во время обработки сдвигом количество точек взаимодействия между агрегатами наночастиц увеличивается, что приводит к более высокой эквивалентной плотности сшивки и, следовательно, улучшению механических свойств.

На практике RTV силиконовый каучук, наполненный поверхностно-модифицированным нано-карбонатом кальция, может достигать прочности на разрыв 1–2 МПа. Согласно некоторым измеренным данным состава, оптимизированная система может достигать прочности на разрыв 2,25 МПа (удлинение при разрыве 495%). Важно отметить, что конечные данные сильно зависят от вязкости основного материала, системы сшивки, вторичного размера частиц NCC и качества поверхностной обработки.

2. Тиксотропия: Обратимая сеть, построенная углеводородными цепями

Одна из самых проблемных ситуаций при применении герметика — это стекание полос герметика после нанесения на вертикальные поверхности. Именно эту проблему решает тиксотропия. После обработки поверхности NCC жирными кислотами (такими как стеариновая и лауриновая кислоты) углеводородные цепи, покрывающие поверхность частиц, могут взаимодействовать с молекулярными цепями полисилоксана через силы Ван-дер-Ваальса, формируя пространственную сетевую структуру.

Гениальность этой структуры заключается в ее обратимости: во время экструзии сила сдвига разрушает сетевую структуру → вязкость системы резко падает, что позволяет легко выдавливать; после экструзии сила сдвига исчезает → углеводородные цепи снова переплетаются, сетевую структуру восстанавливают → герметик "стоит" и не стекает.

Исследования Лю Яксюна и др. систематически подтвердили это: путем модификации с использованием соединения лауриновой и стеариновой кислот и контроля удельной поверхности NCC в диапазоне 22–30 м²/г силиконовые герметики достигли хорошей экструзии при контроле провисания до 2 мм; при использовании гидроксистеариновой кислоты и карбоксисилановых связующих агентов вместо одной стеариновой кислоты провисание можно было снизить до 0 мм.

3. Снижение затрат и повышение долговечности за счет наполнения

В силиконовых герметиках содержание NCC может превышать 50%, тогда как в полиуретановых системах оно обычно составляет 20%–30%. Как жесткая неорганическая частица, NCC помогает снизить коэффициент усадки при отверждении и коэффициент теплового расширения герметика, улучшая стабильность размеров.

Исследования Тун Жунбая, Пэн Я и др., проведенные с использованием термогравиметрического анализа (TG), показали, что с увеличением содержания NCC энергия активации термического разложения наполненного вулканизата увеличивается, что свидетельствует о том, что наполнение NCC помогает улучшить термостойкость силиконового каучука.

Распространенные заблуждения при выборе и стратегии их избегания

На основе опыта составления формул в отрасли на практике часто встречаются следующие заблуждения:

Заблуждение: Чем ниже значение поглощения масла, тем лучше. Значение поглощения масла зависит от множества факторов, таких как кристаллическая форма, регулярность морфологии и обработка поверхности. Только по значению поглощения масла нельзя определить влияние порошка на консистенцию клея. Фактическое тестирование вязкости (например, с использованием вискозиметра) является лучшим показателем производительности обработки, чем значение поглощения масла.

Заблуждение: Чем ниже содержание влаги, тем лучше и безопаснее.** Высокое содержание влаги действительно может легко привести к таким проблемам, как образование частиц и увеличение вязкости в силиконовых клеях. Обычно рекомендуется контролировать его на уровне ≤0,5%; однако нет необходимости чрезмерно стремиться к экстремально низким значениям, так как NCC должен сохранять определенную технологическую толерантность в разумных пределах.

Заблуждение: Выбор клеев исключительно на основе размера первичных частиц.** Как упоминалось ранее, вторичный размер частиц оказывает большее влияние на производительность. Рекомендуется запрашивать у поставщика SEM-изображения и данные о дисперсии конкретного состава, а не просто смотреть на средний размер частиц в спецификации.

Миф: Высокая удельная поверхность не обязательно означает высокую прочность. Хотя теоретически более высокая удельная поверхность обеспечивает лучшее армирование, при тех же условиях это также может привести к значительному увеличению вязкости основного материала и снижению экструзии. Это переменная, которую необходимо сбалансировать между прочностью и технологичностью.

Наша платформа соединяет сотни проверенных китайских поставщиков химической продукции с покупателями по всему миру, способствуя прозрачным сделкам, лучшим бизнес-возможностям и высокоценным партнерствам. Независимо от того, ищете ли вы массовые товары, специализированные химикаты или услуги по индивидуальной закупке, TDD-Global заслуживает доверия как ваш первый выбор.