Силоксановые эластомеры относятся к классу кремнийорганических полимеров. Они отличаются от других каучуков характером основной цепи, которая состоит из чередующихся атомов кремния и кислорода. Это химически инертный нетоксичный продукт без запаха и вкуса. В полностью довулканизованной резине не растут микроорганизмы, грибы, бактерии, плесень.
Наиболее важным свойством таких эластомеров является термостойкость. Обычная температура, при которой они эксплуатируются, равна 180°С, но кратковременно они могут использоваться и при более высоких температурах [1]. Свойства силоксановых резин меньше зависят от температуры, чем свойства органических. Силоксановые эластомеры остаются упругими и при низких температурах (приблизительно до –60°С), разработаны также специальные их виды, сохраняющие упругость и до –90°С. При температурах около –30°С постепенно увеличивается твердость эластомеров, остаточная деформация и уменьшается удлинение. Они устойчивы к старению под влиянием атмосферных факторов (80% от первоначальных значений механических характеристик сохраняется при эксплуатации в течение одного года) [2]. 
| | Силоксановые резины используются для изготовления трубок, уплотнительных жгутов, профилей, колец |
Резины на основе силоксанов устойчивы к водным растворам солей, 3%-ному раствору перекиси водорода, разбавленным неорганическим кислотам и основаниям, растительным маслам, аммиаку и влажному хлору. Некоторые типы пропитанных материалов не изменяются и при действии ряда концентрированных кислот и щелочей, однако обычно резина очень быстро разрушается под действием концентрированной серной, плавиковой кислоты и сернистого газа. В ароматических и хлорированных растворителях силоксановые эластомеры набухают, однако это не сопровождается старением, так как после улетучивания растворителя образец приобретает свои первоначальные свойства [2].
Воздухопроницаемость таких резин при 25°С во много раз больше проницаемости большинства других резин и составляет 8–20x10-7см3/см2•сек•атм. Она не сильно зависит от температуры, и даже при 100 °С в 10–20 раз выше, чем у органической резины. Поэтому силоксановые резины не пригодны для уплотнения вакуумных установок, работающих при давлении ниже 1,3x10-3Па [1].
Силоксановые эластомеры поглощают при нормальной температуре приблизительно 1% воды. Абсорбция воды тем ниже, чем выше средний размер частиц наполнителя (при применении дисперсных наполнителей абсорбция воды достигает 6%). Пар при 165°С и 7 атм. достаточно быстро взаимодействует с силоксановым эластомером и вызывает частичный гидролиз, размягчение и разрушение поверхности. Поэтому такие резины нельзя применять в качестве уплотнителей для систем с водяным паром высокого давления [2].
При облучении резин на основе силоксанов происходит радиационная вулканизация, в результате чего увеличивается твердость и образуется хрупкий продукт.
Резины на основе силоксанов обладают коэффициентом теплопроводности, приблизительно равным 0,004 Вт/м•град, что вдвое меньше, чем для обычных резин [1]. Поэтому они используются для изготовления электроизоляции, например, в силовых кабелях.
Теплоизоляционные свойства таких материалов достаточно высокие, при этом они обладают хорошей огнестойкостью и самозатуханием, в течение нескольких минут выдерживая действие температур до 500°С. Остаток после сгорания имеет хорошие теплоизоляционные свойства [3].
Эластомеры на основе силоксанов обладают хорошими электроизоляционными свойствами: удельное объемное сопротивление ненаполненного полидиметилсилоксана — 1013–1015 Ом/см, электрическая прочность — 15–25 кВ/мм [4]. При их сгорании образуется порошок двуокиси кремния, который специальными конструктивными приемами удерживается вокруг токопроводника и обеспечивает передачу электричества [4].
Уникальное сочетание свойств позволяет изготавливать из силоксановой резины изделия, которые по вязкости, плотности, упругости, твердости могут имитировать почти любую живую ткань организма: мышцы, кожу, хрящи или кости. Эти материалы ткане- и гемосовместимы, легко стерилизуются и вызывают меньшее раздражение окружающих тканей по сравнению с любым другим полимерным материалом. Они имеют низкое содержание циклосилоксанов, обладают хорошими оптическими свойствами, низкой температурой стеклования и кристаллизации, незначительным изменением вязкости в широком диапазоне температур, высокой гибкостью полимерных цепей, высокой термической, термоокислительной и гидролитической стабильностью, плотностью, близкой к плотности мягких тканей человека, плохой адгезией практически к любой поверхности. В агрессивной среде почек, мочеточника, печени механические свойства резин на основе силоксанов изменяются незначительно [5].
Прочность при разрыве у силоксановых резин в 3–4 раза ниже, чем у органических, но при повышенных температурах она становится выше, чем у резин на основе органических каучуков. В большинстве случаев необходимую прочность силоксановым резинам придают наполнители: активные наполнители обеспечивают прочность 6–9 МПа; неактивные — от 4 до 6 МПа.
Для использования силоксановых эластомеров в электротехнике важнейшим требованием является надежная и удовлетворительная работа при повышенных температурах. Провода, изолированные силоксановой резиной, могут очень длительное время выдерживать температуру 150°С, а также рабочую температуру 200 °С. Их эластичность сохраняется при кратковременном воздействии температур до 315°С. Такая изоляция оказывается даже более теплостойкой, чем сами медные провода, и может работать при таких температурах, которые вызывают окисление меди. Это особенно важно, так как с каждым годом повышается температурный режим работы электроаппаратуры. Гибкость материала при низких температурах также имеет большое значение. Уже созданы специальные сорта резиновой изоляции, сохраняющие гибкость вплоть до -100°С [1].
Силоксановые резины получили применение в качестве изоляции сильноточных кабельных изделий, которые эксплуатируются при нормальных температурах. Выигрыш в габаритах и весе кабельной сети в этом случае хотя и не дает значительного экономического эффекта из-за сравнительно высокой стоимости силоксановой резины, однако важен для применения таких кабелей на кораблях, и особенно на различных летательных аппаратах.
Эти резины используются для изготовления проводов и кабелей, кратковременно работающих в условиях пожара, изоляционной защиты уплотнений, покрытий для космических кораблей, а также ракет. Разработана специальная силоксановая резина для защитного экранирования от высокоэнергетических излучений, например, от воздействия рентгеновских и g-лучей [6].
| | Ткань с покрытием из силоксановой резины — альтернативный материал для изготовления спецодежды и детских пеленок |
Валы, покрытые силоксановыми эластомерами, используют при производстве бумаги и синтетических волокон, в процессе переработки пластмасс (винилхлорида, полиэтилена) для рельефного штампования пластмассовых пленок, при окрашивании и набивке узоров на ткань, а также при нанесении разных полимеров на бумагу и ткань.
Устойчивость силоксановых резин к действию охлаждающих жидкостей (например, к аммиаку, двуокиси серы и фреонам) используется при изготовлении уплотнителей в морозильных установках. Из них прессуют формы для приготовления шоколадных плиток и конфет, для получения рисунка на хлебобулочных изделиях, отливки изделий из воска, например, для изготовления декоративных свечей.
Физиологическая и химическая инертность силоксановых резин, их необычные поверхностные свойства, в том числе гидрофобность, антиадгезионные свойства и плохая совместимость с другими веществами способствуют тому, что почти все виды силоксанов и резин на их основе применяются в медицине и косметике.
Высокомолекулярные силоксановые полимеры физиологически инертны. При изучении их влияния на кожу установили, что они не вызывают раздражения, обладают целебным действием: защищают кожу от аллергенов и раздражителей, поэтому используются для приготовления всевозможных мазей и кремов. Вулканизаты силоксановых каучуков ткане- и гемосовместимы и легко стерилизуются практически всеми применяемыми в медицине способами. При имплантации они вызывают меньшее раздражение окружающих тканей, чем любой другой синтетический материал. Силоксановая резина легко скальпируется, что позволяет вырезать имплантат соответствующей формы во время операции. При вживлении он не прилипает к окружающим тканям и может быть безболезненно удален из организма в любое время.
Главным препятствием к использованию силоксановых эластомеров при протезировании сосудов, сердца и его частей является тромбообразование. Придание этим материалам тромборезистентности осуществляется, главным образом, путем их физической или химической модификации. Лучшим веществами для покрытия является сверхнизкотемпературный пиролитический углерод, значительно повышающий гемосовместимость полимеров, но применяется также и альбумин.
Силоксановые эластомеры используются при лечении отслоения сетчатой оболочки глаза и создания перевязочных материалов, представляющие собой искусственные мембраны, которые в некоторых случаях могут функционировать подобно человеческой коже [7, 8].
В дальнейшем повышение объема производства, разработка новых видов каучуков и ингредиентов с улучшенными свойствами будут способствовать расширению сфер применения силоксановых резин.
Литература:
1. Милс Р.Н., Льюс Ф.М. Силиконы. – М.: Химия, 1964. – 255 с.
2. Бажант В., Хваловски В., Ратоуски И. Силиконы. – М.: Госхимиздат, 1960. – 710 с.
3. Шетц М. Силиконовый каучук., – Л.: Химия, 1975. – 128 с.
4. Кранихфельд Л.И., Орлович Т.М., Хазен Л.З. Кремнийорганические резины в кабельной технике. – М.: ВНИИЭМ, 1966. – 92 с.
5. Южелевский Ю.А., Бурмистрова Л.И. Силоксановые каучуки и материалы на их основе медицинского назначения. -М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1987. – 70 с.
6. Карлин А.В., Рейхсфельд В.О., Каган Е.Г. и др. Силоксановые каучуки. Тем. обзор/ Под ред. В.О. Рейхсфельда – М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1970. – 117 с.
7. Горшков А.В., Хазен Л.З. Силоксановые эластомеры в медицине. // Каучук и резина. – 1987. - № 1.- С. 29 – 32.
8. Піднебесний А.П., Мельник Л.О., Савельєва Н.В. Силоксанові гуми та їх властивості. – Київ: Видавництво Українського фітосоціологичного центру, 2006. – 320 с. Авторы: Мельник Л.А., к. т. н., Поднебесный А.П., к. э. н.
Источник: Полимеры-Деньги |
