A impressão que muitas pessoas têm do silicone está na cozinha: assadeiras, pás, formas de bolo, que são macias de segurar, mas muito resistentes-ao calor quando colocadas no forno; Mesmo quando sai de uma temperatura elevada de mais de 200 graus, não há "derretimento" visível.
Materiais macios com os quais normalmente entramos em contato, como sacos plásticos, elásticos, espuma de algodão, ficarão pegajosos, deformados ou até mesmo derretidos quando a temperatura estiver alta
Por que o silicone pode "contra-intuitivamente" alcançar suavidade e resistência a altas temperaturas? Hoje vamos explicar esse assunto desde estrutura, comportamento eletrônico até aplicações de engenharia.
01 Desmonte o esqueleto e dê uma olhada
O silicone (mais precisamente, borracha de silicone vulcanizada em temperatura ambiente ou alta temperatura, com uma cadeia principal de polidimetilsiloxano, PDMS) tem um "esqueleto" completamente diferente da borracha orgânica comum -Si-O-Si cadeia principal híbrida orgânica inorgânica. Esta cadeia principal determina simultaneamente a sua "suavidade" e "resistência ao calor".
Por que é macio?
Comprimento de ligação mais longo e ângulo de ligação mais amplo: as ligações Si-O são mais longas que as ligações C-C, e o ângulo de ligação de Si-O-Si também é maior. A combinação dessas duas coisas deixa um "espaço para movimento" maior para o segmento da corrente girar, tornando mais fácil para a corrente dobrar para frente e para trás - a temperatura de transição vítrea (Tg) é, portanto, muito baixa (PDMS Tg geralmente fica em torno de -120 graus). Num mundo onde a temperatura ambiente é muito superior à Tg, é naturalmente um “molusco”.
"Lubrificação" da base lateral: A base lateral de silicone mais comum é - CH3. Os grupos metil são pequenos e têm interações fracas entre si. As correntes não são muito “pegajosas” umas com as outras, como se aplicasse um óleo lubrificante invisível em nível molecular. Macroscopicamente, eles parecem macios e apresentam um rebote suave.
Baixa barreira rotacional: A resistência rotacional em torno da ligação Si-O é pequena e os segmentos são flexíveis como juntas interconectadas, o que também é a fonte microscópica de baixa Tg.
Por que ele é-resistente ao calor?
A ligação Si-O em si é muito capaz de quebrar: a energia da ligação Si-O é significativamente maior do que a das ligações C-C e C{3}}O típicas, exigindo maior energia para "quebrá-la", por isso não é facilmente quebrada em altas temperaturas.
Esqueleto inorgânico: A cadeia principal da borracha orgânica é geralmente C-C ou C-O, que é mais suscetível ao ataque de radicais livres reativos sob condições de oxigênio quente; A cadeia principal do Si-O é mais estável e sofre envelhecimento térmico oxidativo mais lento.
Vem com um invólucro protetor em caso de incêndio: a borracha de silicone gerará uma densa camada de cinzas inorgânicas semelhante ao dióxido de silício (SiO ₂) sob alta temperatura/chama aberta, cobrindo-se rapidamente com um invólucro-resistente ao calor para impedir que o calor e o oxigênio continuem a invadir, por isso é comumente caracterizado por "autoextinguível" e "não gotejante".
Resumo em uma frase:
A suavidade vem da flexibilidade das cadeias e das fracas interações intermoleculares, enquanto a resistência ao calor vem das fortes ligações Si-O e dos produtos inorgânicos de pirólise. Estas duas coisas não são contraditórias.
