Warum kann flüssiges Silikon in so vielen verschiedenen Bereichen eingesetzt werden?

1. Einführung von flüssigem Silikonkautschuk beim Additionsformen

Flüssigsilikonkautschuk, hergestellt durch Additionsverformung, besteht aus Vinylpolysiloxan als Basispolymer und Polysiloxan mit Si-H-Bindungen als Vernetzungsmittel. Die Vulkanisation erfolgt in Gegenwart eines Platinkatalysators bei Raumtemperatur oder unter Erwärmung und bildet eine Klasse von Silikonmaterialien. Im Gegensatz zu kondensiertem Flüssigsilikonkautschuk entstehen bei der Vulkanisation durch Formgebung keine Nebenprodukte, es kommt zu geringer Schrumpfung, tiefer Vulkanisation und Korrosion des Kontaktmaterials. Flüssigsilikonkautschuk zeichnet sich durch einen breiten Temperaturbereich, ausgezeichnete chemische und Witterungsbeständigkeit sowie gute Haftung auf verschiedenen Oberflächen aus. Daher hat sich die Entwicklung von Flüssigsilikon-Formmassen im Vergleich zu kondensiertem Flüssigsilikon schneller vollzogen. Heute findet es zunehmend Anwendung in der Elektronik, im Maschinenbau, im Bauwesen, in der Medizintechnik, im Automobilbau und weiteren Bereichen.

2. Hauptkomponenten

Basispolymer

Die folgenden zwei linearen Polysiloxane mit Vinylgruppen dienen als Basispolymere für die Zugabe von flüssigem Silikon. Ihre Molekulargewichtsverteilung ist breit und reicht im Allgemeinen von Tausenden bis zu 100.000–200.000. Das am häufigsten verwendete Basispolymer für die Additivierung von flüssigem Silikon ist α,ω-Divinylpolydimethylsiloxan. Es wurde festgestellt, dass das Molekulargewicht und der Vinylgehalt der Basispolymere die Eigenschaften von flüssigem Silikon beeinflussen können.

Vernetzungsmittel

Als Vernetzungsmittel für flüssiges Formsilikon dient ein organisches Polysiloxan mit mehr als drei Si-H-Bindungen im Molekül, beispielsweise lineares Methylhydropolysiloxan mit Si-H-Gruppen, ringförmiges Methylhydropolysiloxan und MQ-Harz mit Si-H-Gruppen. Am häufigsten werden lineare Methylhydropolysiloxane mit folgender Struktur verwendet. Es wurde festgestellt, dass die mechanischen Eigenschaften von Kieselgel durch Variation des Wasserstoffgehalts oder der Struktur des Vernetzungsmittels beeinflusst werden können. Der Wasserstoffgehalt des Vernetzungsmittels ist proportional zur Zugfestigkeit und Härte des Kieselgels. Gu Zhuojiang et al. stellten durch Variation des Syntheseverfahrens und der Rezeptur wasserstoffhaltige Silikonöle mit unterschiedlicher Struktur, unterschiedlichem Molekulargewicht und unterschiedlichem Wasserstoffgehalt her und verwendeten diese als Vernetzungsmittel für die Synthese und Zugabe von flüssigem Silikon.

Katalysator

Zur Verbesserung der katalytischen Effizienz wurden Platin-Vinylsiloxan-Komplexe, Platin-Alkin-Komplexe und stickstoffmodifizierte Platin-Komplexe hergestellt. Neben der Art des Katalysators beeinflusst auch die Menge der flüssigen Silikonprodukte die Leistung. Es zeigte sich, dass eine Erhöhung der Platin-Katalysatorkonzentration die Vernetzungsreaktion zwischen Methylgruppen fördert und den Abbau der Hauptkette hemmt.

Wie bereits erwähnt, beruht der Vulkanisationsmechanismus von herkömmlichem, additiv hergestelltem Flüssigsilikon auf der Hydrosilylierungsreaktion zwischen dem vinylhaltigen Basispolymer und dem Polymer mit Hydrosilylierungsbindungen. Das herkömmliche, additiv hergestellte Flüssigsilikon-Formverfahren erfordert in der Regel starre Formen zur Fertigung des Endprodukts. Diese traditionelle Fertigungstechnologie ist jedoch mit hohen Kosten und langer Herstellungsdauer verbunden. Die Produkte eignen sich daher oft nicht für Elektronikprodukte. Forscher haben herausgefunden, dass sich durch neuartige Härtungstechniken mit Mercaptan-Doppelbindungs-additiven Flüssigsilikonen eine Reihe von Siliciumdioxiden mit überlegenen Eigenschaften herstellen lässt. Ihre hervorragenden mechanischen Eigenschaften, thermische Stabilität und Lichtdurchlässigkeit ermöglichen den Einsatz in neuen Anwendungsbereichen. Basierend auf der Mercapto-En-Bindungsreaktion zwischen verzweigtem, mercaptanfunktionalisiertem Polysiloxan und vinylterminiertem Polysiloxan unterschiedlicher Molekulargewichte wurden Silikonelastomere mit einstellbarer Härte und einstellbaren mechanischen Eigenschaften hergestellt. Gedruckte Elastomere weisen eine hohe Druckauflösung und exzellente mechanische Eigenschaften auf. Die Bruchdehnung der Silikonelastomere kann 1400 % erreichen, was deutlich höher ist als bei bisher beschriebenen UV-härtenden Elastomeren und sogar höher als bei den dehnbarsten thermisch härtenden Silikonelastomeren. Anschließend wurden hochelastische Silikonelastomere auf mit Kohlenstoffnanoröhren dotierte Hydrogele aufgebracht, um dehnbare elektronische Bauteile herzustellen. Bedruckbares und verarbeitbares Silikon bietet vielversprechende Anwendungsmöglichkeiten in der Softrobotik, bei flexiblen Aktuatoren, medizinischen Implantaten und weiteren Bereichen.