تخليق واكتشاف زيت السيليكون ثنائي ميثيل- المنخفض اللزوجة: العملية والخصائص وتحليل التطبيق
يشير زيت السيليكون ثنائي ميثيل اللزوجة المنخفض- عادةً إلى ثنائي ميثيل سيلوكسان خطي ذو لزوجة حركية أقل من 100 سنتي ستوكس عند 25 درجة، وفي بعض الأحيان يصل إلى 0.65 سنتي ستوك. نظرًا لللزوجة المنخفضة للغاية-ومعامل درجة الحرارة، والتشحيم الممتاز، ونقطة الوميض العالية، والثبات الكيميائي الجيد، والكراهية للماء، فإنه يستخدم على نطاق واسع في مستحضرات التجميل ومنتجات العناية الشخصية والمنسوجات والإلكترونيات والمجالات الطبية والصناعية كمواد تشحيم ومزيل رغوة وعامل تحرير العفن وسائل عازل وزيوت أساسية. سوف تتعمق هذه المقالة في عمليات التوليف السائدة وطرق مراقبة الجودة والاختبار الرئيسية.
عملية تصنيع -زيت السيليكون ثنائي ميثيل منخفض اللزوجة
يكمن جوهر تصنيع زيت السيليكون ثنائي ميثيل-منخفض اللزوجة في التحكم في طول السلسلة الجزيئية بولي ثنائي ميثيل سيلوكسان (PDMS). كلما كانت السلسلة الجزيئية أقصر، انخفضت لزوجة المنتج. صناعيا، يتم استخدام الطريقتين التاليتين بشكل رئيسي:
1. طريقة التوازن المحفز للحمض-.
تعد هذه حاليًا طريقة الإنتاج الصناعي الأكثر انتشارًا واقتصادية وكفاءة على المستويين المحلي والدولي.
المواد الخام الرئيسية:
ثنائي ميثيل ثنائي كلوروسيلان ((CH₃)₂SiCl₂): المادة الخام الرئيسية.
Hexamethyldisiloxane (MM)((CH₃)₃SiOSi(CH₃)₃): عامل تغطية نهائي-يستخدم للتحكم في نهايات السلسلة الجزيئية وتنظيم الوزن الجزيئي واللزوجة للمنتج النهائي بدقة.
ثلاثي ميثيل كلوروسيلان ((CH₃)₃SiCl): يمكن استخدامه أيضًا كعامل تغطية نهائي-.
حمض الكبريتيك المركز أو الطين الحمضي: كمحفز.
مبدأ العملية والتدفق:
التحلل المائي: يخضع ثنائي ميثيل ثنائي كلورو سيلان لتفاعل تحلل مائي قوي مع الماء، مما ينتج عنه خليط من الهيدروكسيل -منتهية السيلوكسانات الخطية أو الحلقية (DMC) وغاز كلوريد الهيدروجين.
حمض- التوازن/إعادة الترتيب المحفز: تتم إضافة منتج التحلل المائي وعامل السد النهائي (MM) والمحفز (مثل حمض الكبريتيك المركز) إلى وعاء التفاعل بنسبة دقيقة ويتم التقليب عند درجة حرارة محددة (عادةً 50-80 درجة). خلال هذه العملية، يكسر حمض الكبريتيك روابط Si-O-Si ويؤدي إلى إعادة تجميعها، ليصل في النهاية إلى التوازن الكيميائي في وجود عامل التغطية النهائية.
التحكم الدقيق: من خلال ضبط نسبة عامل التغطية النهائي (MM) إلى منتج التحلل المائي (DMC)، يمكن التحكم بدقة في طول سلسلة البوليمر في نظام التوازن. تؤدي نسبة MM الأعلى إلى سلاسل بوليمر أقصر ولزوجة أقل للمنتج.
التحييد والغسيل: بعد التفاعل، يتم تحييد الحمض المتبقي في النظام باستخدام بيكربونات الصوديوم أو الماء، ويتم غسل النظام بشكل متكرر بالماء حتى يصبح محايدًا لإزالة الأملاح وبقايا المحفز.
إزالة المركبات ذات درجة -الغليان- المنخفضة: في ظل ظروف الضغط والتدفئة المنخفضة، يتم تقطير المركبات ذات درجة الغليان المنخفضة - غير المتفاعلة مثل MM، وD₃ (سداسي ميثيل سيكلوتريسيلوكسان)، وD₄ (أوكتاميثيل سيكلوتراسيلوكسان). يمكن إعادة تدوير هذه المنتجات الثانوية.
الترشيح: أخيرًا، بعد الترشيح الدقيق، يتم الحصول على زيت سيليكون ثنائي ميثيل ثنائي الميثيل واضح وشفاف وموحد ومنخفض اللزوجة.
2. القلويات-الحلقة المحفزة-البلمرة المفتوحة
تُستخدم هذه الطريقة بشكل أساسي لتحضير زيوت السيليكون ذات لزوجة محددة من السيلوكسان الحلقي (مثل D₄).
مبدأ العملية: في وجود محفز قلوي (مثل هيدروكسيد البوتاسيوم أو هيدروكسيد رباعي ميثيل الأمونيوم)، يتم فتح روابط Si-O الخاصة بـ D₄ الحلقي، ويحدث تفاعل بلمرة مع عامل تغطية (مثل MM) لإنشاء PDMS خطي.
الخصائص: ظروف التفاعل معتدلة، وتوزيع الوزن الجزيئي للمنتج ضيق نسبيًا. ومع ذلك، فإن المعالجة اللاحقة- للمحفز (التي تتطلب تحللًا وإزالة بدرجة حرارة عالية-) تكون مرهقة نسبيًا، وعادةً ما يتم الحصول على المادة الخام D₄ نفسها عن طريق التحلل المائي لثنائي ميثيل ثنائي كلورو سيلان. لذلك، من حيث التكلفة الإجمالية، فهي أقل اقتصادية من طريقة التوازن المحفز بالحمض-.
اختبار الأداء الرئيسي لزيت السيليكون ثنائي ميثيل منخفض اللزوجة
للتأكد من أن المنتج يلبي المتطلبات الصارمة لمجالات التطبيق المختلفة، يجب إجراء سلسلة من الاختبارات الدقيقة على زيت السيليكون ثنائي ميثيل -ذو اللزوجة المنخفضة.
1. اللزوجة الحركية
هذا هو المؤشر الأكثر أهمية، والذي يعكس بشكل مباشر الوزن الجزيئي للمنتج.
معيار الاختبار: GB/T 265 / ASTM D445
الطريقة: باستخدام مقياس اللزوجة الشعري، عند درجة حرارة ثابتة (عادة 25 درجة أو 40 درجة)، يتم قياس الوقت اللازم لتدفق حجم معين من العينة عبر أنبوب شعري تمت معايرته. يتم حساب قيمة اللزوجة الحركية (الوحدة: cSt).
2. معامل الانكسار
يعد معامل الانكسار معلمة فيزيائية مهمة تميز نقاء المادة وخصائصها الهيكلية. بالنسبة لزيت السيليكون ثنائي ميثيل، فإن قيمته تتوافق بشكل واضح مع طول السلسلة الجزيئية وبنيتها.
معيار الاختبار: GB/T 614 / ASTM D1218
الطريقة: تم القياس باستخدام مقياس انكسار آبي عند 25 درجة. يجب أن يتمتع زيت السيليكون ثنائي ميثيل ثنائي الميثيل منخفض اللزوجة المؤهل بمؤشر انكسار قياسي وثابت (على سبيل المثال، حوالي 1.390-1.410 عند 25 درجة).
3. نقطة الوميض تعتبر نقطة الوميض ضرورية للتخزين الآمن والنقل واستخدام المنتج. على الرغم من أن زيوت السيليكون منخفضة اللزوجة- لها لزوجة منخفضة، إلا أن بنيتها الجزيئية المستقرة تؤدي عادة إلى نقطة وميض أعلى بكثير من تلك الخاصة بالزيوت المعدنية ذات اللزوجة المكافئة.
معيار الاختبار: GB/T 3536 / ASTM D92
الطريقة: باستخدام جهاز نقطة وميض الكأس المفتوح من كليفلاند، يتم تسخين العينة في ظل ظروف محددة، ويتم قياس أدنى درجة حرارة يشتعل فيها بخارها المختلط بالهواء عند ملامستها للهب المكشوف.
4. المواد المتطايرة يقيس هذا المؤشر النسبة المئوية لفقدان الوزن للمنتج في ظل ظروف التسخين، مما يؤثر بشكل مباشر على استقراره وعمر الخدمة في -تطبيقات درجات الحرارة المرتفعة.
معيار الاختبار: GB/T 11999 / ASTM D2595
الطريقة: يتم تسخين كمية معينة من العينة عند درجة حرارة محددة (على سبيل المثال، 150 درجة) لفترة معينة (على سبيل المثال، 24 ساعة)، ويتم تحديد محتوى المادة المتطايرة عن طريق حساب فرق الكتلة قبل وبعد التسخين.
5. قيمة الحمض
تعكس قيمة الحمض محتوى المحفزات الحمضية المتبقية (مثل حمض الكبريتيك) في المنتج. قد تؤدي القيم الحمضية المرتفعة بشكل مفرط إلى تآكل المنتج أو عدم استقراره.
معيار الاختبار: GB/T 7304 / ASTM D974
الطريقة: يتم استخدام طريقة المعايرة أو طريقة المؤشر لمعايرة المواد الحمضية في العينة بمحلول كحول قلوي قياسي.
6. اللون
اللون هو انعكاس مباشر لمظهر المنتج ونقائه. يجب أن يكون زيت السيليكون ثنائي ميثيل-عالي النقاء ومنخفض اللزوجة-"عديم اللون وشفافًا".
معيار الاختبار: GB/T 3143 / ASTM D1209
الطريقة: تتم المقارنة باستخدام محلول البلاتين-القياسي للألوان الكوبالت. بشكل عام، يجب ألا يتجاوز رقم اللون قيمة محددة (على سبيل المثال، الرقم 10).
خاتمة
يعد تصنيع زيت السيليكون ثنائي ميثيل -ذو اللزوجة المنخفضة علمًا للتحكم الدقيق في البنية الجزيئية. تهيمن طريقة التوازن المحفز بالحمض - بسبب تكلفتها المنخفضة وتقنيتها الناضجة وسهولة التحكم فيها. يعد نظام اختبار الجودة الشامل حجر الزاوية لضمان الأداء المستقر وتلبية احتياجات التطبيقات النهائية. من خلال التحكم الصارم في المؤشرات الرئيسية مثل اللزوجة ومعامل الانكسار ونقطة الوميض، يمكن للمصنعين أن يقدموا للعملاء منتجات موثوقة-أداء عالي، والترويج المشترك لابتكارها وتطبيقها في مجالات التكنولوجيا العالية-مثل المواد الكيميائية اليومية والمنسوجات والإلكترونيات.
