水素-含有シリコーンオイルの構造と選択

さらに、-液状シリコーン ゴム（LSR/RTV-2）配合物を硬化させると、ビニル シリコーン オイルが「基本特性」を決定し、水素含有シリコーン オイルが「架橋骨格」を決定します。-適切な水素含有シリコーン オイルを選択することで、製品を成功させるための戦いの半分は勝ちとなります。

1つ。水素-含有シリコーン オイル: 付加硬化型シリコーンの「設計者」-。

シリコーン架橋ネットワークを建物に例えると:

• ビニルシリコーンオイル=鋼骨格 (主鎖構造を提供)

• 水素-含有シリコーンオイル=コンクリート接合部（架橋接続点を提供）

• プラチナ触媒=の構築説明書 (反応開始を制御)

水素含有シリコーン オイルの構造タイプ、水素含有量、分子量は、この「建物」の密度、強度、柔軟性を直接決定します。{0}}

二。水素-含有シリコーンオイルの構造と分類

2.1基本的な化学構造 水素-含有シリコーン オイルの化学名はポリメチル水素シロキサン (PMHS) で、その基本構造単位は次のとおりです。

ここで:

• M ユニット: トリメチルシロキシ (CH₃)₃SiO [1/2] – 末端キャッピング基-

• Mᴴ 単位: ジメチルヒドロシロキシ (CH₃)₂HSiO [1/2] – 水素-含有末端-キャッピング

• D 単位: ジメチルシロキシ (CH₃)₂SiO [2/2] – 主鎖の繰り返し単位

• Dᴴ ユニット: メチルヒドロシロキシ (CH₃)HSiO [2/2] – 水素-を含む主鎖ユニット

2.2 3 つの主要な構造タイプ分子鎖上の Si-H 結合の分布に基づいて、水素-含有シリコーン オイルは次の 3 つのカテゴリに分類できます。

終わり-ハイドロジェンシリコーンオイルエンドハイドロジェン シリコーン オイルの架橋反応は主に分子鎖の末端で起こり、架橋ネットワーク内のより長い鎖セグメントが生じます。したがって: • 架橋密度が低い • 加硫物の硬度が低い • 伸びが高い • 一般に透明性が高い (架橋点が少なく、微視的不均一性が低い)

サイド-ハイドロジェン シリコーン オイル主鎖に Si-H が分布しており、各分子が複数の架橋点に関与しています。 • 架橋密度が高い • 加硫物の硬度が高い • 引張強度と引裂強度が良好 • ただし、過度に使用すると、コンパウンドが脆化する可能性があります。

エンド-とサイド-ハイドロジェン シリコーン オイル近年、その使用量は急速かつ継続的に増加しています。末端基/側基の水素含有率を調整することで、架橋ネットワーク構造を広範囲に制御し、さまざまな用途シナリオのニーズに対応できます。

2.3 ヒドロキシルシリコーンオイルと水素含有シリコーンオイルの本質的な違い。-初心者にありがちな誤解:

水素含有シリコーン オイルとヒドロキシル シリコーン オイルを混同する-。

• 水素-含有シリコーンオイル（Si-H）：付加-タイプのシリコーンオイルに使用され、ビニル基で架橋し、水を必要としません。

• ヒドロキシルシリコーンオイル（Si-OH）：縮合-タイプのシリコーンオイルに使用され、架橋剤（オルトケイ酸テトラエチルなど）で縮合および脱水します。

この 2 つは化学的性質がまったく異なるため、決して混合しないでください。

三つ。水素含有量: 架橋密度の「つまみ」

3.1 水素含有量の定義と測定 水素含有量とは、水素含有シリコーン オイル中の Si-H 結合の量-を指し、通常は 2 つの単位で表されます。

単位: 定義: 標準範囲:

wt% 全質量に対する Si-H 結合中の H 質量の割合 0.05%~1.6%

mol% すべての D 単位に対する D^H 単位のモル百分率 5%~100%

産業界では、水素含有量は通常、化学的方法（過剰なアルカリと反応させて水素の体積を測定する）または赤外分光法（2160 cm-1 での Si-H の特徴的な吸収ピーク）によって測定されます。

3.2架橋密度に対する水素含有量の影響

架橋密度と水素含有量およびビニル含有量との関係は、古典的なゴム弾性理論から導き出すことができます。

主な結論:

• 水素含有量が化学量論を下回る場合、架橋密度は水素含有量の増加に伴って直線的に増加します。

• 水素含有量が化学量論を超えると、架橋密度は飽和する傾向があります (ビニル含有量によって制限されます)。

• 過剰な水素-含有シリコーンオイルは無駄になるだけでなく、未反応の Si-H 残留物が生じ、耐熱性の低下につながります。

3.3 硬度に対する水素含有量の影響 硬度 (ショア A) は架橋密度に直接関係します。

実験データは次のことを示しています。

注: データは、端{0}}側水素-含有シリコーン オイル（粘度 200 mPa・s）、ビニル含有量 0.5 mol% のビニル シリコーン オイル、および 10 ppm の白金触媒に基づいています。

パターン: 水素含有量が 0.05% から 0.30% に増加するにつれて、硬度はほぼ直線的に増加します。 0.50%を超えると、硬度の増加は遅くなりますが、脆性が大幅に増加します。

3.4 機械的特性に対する水素含有量の影響:

引張強度と引裂強度

水素含有量が引張強さに及ぼす影響は、逆 U 字型の曲線に従います。-

• 水素含有量が低い (<0.10%): Insufficient crosslinking density, large slip space between molecular chains, low tensile strength (<3 MPa) 

• 中程度の水素含有量 (0.15 ～ 0.35%): 中程度の架橋密度、チェーン セグメントは応力に耐えることができ、一定の滑りスペースを持つため、最高の引張強度 (5 ～ 8 MPa) が得られます。

• High hydrogen content (>0.50％）：過剰な架橋、鎖セグメントの動きが制限され、応力集中により破断しやすくなり、引張強度が低下します。

引裂強度も同様のパターンに従い、最適な水素含有量の範囲は最適な引張強度値よりわずかに低くなります。

高い柔軟性が必要な用途（マネキンや柔軟な金型など）の場合は、低{0}}水素-含有量の配合が推奨されます。構造コンポーネントには、高-水素-配合物を使用できます。

3.5透明度に対する水素含有量の影響 付加硬化型シリコーンの透明度は、次の 2 つの要因によって制限されます。{0}

• フィラーの分散（付加硬化システムには通常、フィラーがまったく含まれていない、または最小限しか含まれていないため、これは主な要因ではありません）

• 架橋ネットワークの微視的な均一性-水素含有量が透明度に及ぼす影響のメカニズム:

• 水素含有量が低い: 架橋点がまばらで、局所的な架橋が不均一で、微視的な相分離を引き起こす可能性があります → わずかな曇り

• 適度な水素含有量: 均一な架橋、規則的なネットワーク → 最適な透明性 (透過率 > 90%)

• 水素含有量が高い: 過度に急速な架橋、-密度の高い微小領域の局在化- → 微視的な応力集中と屈折率の差 → 透明性の低下

光学グレードのシリコーン (LED 封止、光学レンズ) の場合、水素含有量を 0.15 ～ 0.25% wt% の範囲内に制御することが推奨されます。

3.6 水素含有量が耐熱性に及ぼす影響 シリコーンゴムの耐熱性は主に以下の要因に影響されます。

• 主鎖の​​熱酸化安定性（高い Si-O 結合エネルギー、優れた基礎耐熱性）

・架橋点の熱安定性

• 残留 Si-H の熱酸化 水素含有量が耐熱性に及ぼす影響:

• 適切な水素含有量: 安定した Si-C-C-Si 架橋を形成し、優れた耐熱性 (200 度での長期使用)-}

• 過剰な水素含有量: 残留 Si-H は高温で容易に酸化され、主鎖の切断と架橋ネットワークの劣化につながり、高温での軟化、粘着性、機械的特性の低下として現れます。

産業上の経験: Si-H 残留物を回避しながら十分な架橋を確保するには、水素含有量を化学量論比の 90 ～ 95% で添加する必要があります。

For high-temperature applications (>200 度）、末端水素または低水素含有量の配合物を使用することをお勧めします。-

3.7プロセス性能に対する水素含有量の影響 ポットライフ: 水素含有量自体はポットライフにほとんど直接的な影響を与えません (ポットライフは主に白金触媒と抑制剤の量によって制御されます)。

ただし、水素含有量の高い配合物には、次のようなプロセス上の問題が生じることがよくあります。

• 発熱反応がより集中し（単位体積あたりにより多くの Si-H が反応に関与する）、局所的な温度上昇を引き起こし、間接的にポットライフを短縮します。

• 触媒に対してより敏感です。微量の不純物でも「爆発的重合」を引き起こす可能性があります。硬化速度: 同じ触媒量の場合:

• 水素含有量が高いほど、硬化速度が速くなります (反応サイトが多くなります)。

• ただし、実際の硬化速度は、Si-H/Si-Vi のマッチング比と触媒濃度に大きく依存します。

離型特性: 水素含有量の高い配合物は、架橋密度が高く、加硫物の収縮がわずかに大きく、金型への複雑な接着力があります。離型剤の量は金型の材質に応じて調整する必要があります。

4つ目。分子量: ネットワーク規模の「調節剤」

4.1 分子量と粘度の関係 水素-含有シリコーンオイルの分子量は通常直接測定されませんが、動粘度(mm²/sまたはmPa・s、25度)によって特徴付けられます。

産業で使用される水素含有シリコーン オイルの一般的な粘度範囲:{0}}

4.2 架橋ネットワーク構造に対する分子量の影響 水素-含有シリコーン オイルの分子量は、架橋間の分子量 (架橋間の分子量、Mc) を決定します。低分子量水素-含有シリコーン オイル:

• 分子鎖が短く、架橋間の間隔が狭い

• 高密度の架橋ネットワークだが、鎖セグメントは短い

・加硫物の高硬度、高弾性率

• 伸びが低く、復元力が低い

• 「短い鋼棒 + 緻密なノード」に類似した構造 高分子量水素-含有シリコーンオイル:

• 分子鎖が長く、架橋間の間隔が広い

• 架橋ネットワークはまばらだが、鎖セグメントは長い

• 低弾性率の柔らかい加硫ゴム

• 高い伸びと良好な復元力

・「長い棒鋼＋疎な節」に似た構造

4.3機械的特性に対する分子量の影響

メカニズム: 高分子量の水素を含むシリコーン オイル-によって形成される架橋ネットワーク-では、長鎖セグメントが応力下で配向して伸び、より多くのエネルギーを吸収するため、引張強度と引裂き強度が向上します。低分子量水素-を含むシリコーン オイルは、硬すぎるネットワークを形成し、応力集中や早期破損につながります。

4.4 揮発性物質に対する分子量の影響 これは見落とされがちですが、重要な要素です。

• 低分子量水素-含有シリコーンオイル（<200 mPa·s): Contains more oligomers, resulting in high volatile matter (>1%)

• High molecular weight hydrogen-containing silicone oil (>1000mPa・s)：低揮発分（<0.5%) Hazards of excessively high volatile matter:

• 低分子量化合物は加硫中に揮発し、製品表面にオイルミストや霧のような堆積物が形成されます。{0}}

• 電子パッケージング用途では、揮発性物質がコンポーネントを汚染します。
• 高温での用途では、揮発性物質により気泡や空隙が発生します。-

• 光学用途では、揮発性物質がレンズ表面に凝縮し、光の透過率に影響を与えます。

選択原則:

• Electronic/Optical Grade Applications: Select high viscosity (>1000 mPa・s) または低揮発性精製水素-含有シリコーンオイル。

・一般工業用途：中粘度（100～500mPa・s）で十分です。

• 迅速な脱型が必要な工業用金型: 低粘度は許容されますが、適切な加硫を確保してください。

4.5混合プロセスに対する分子量の影響

水素-含有シリコーン オイルは、ビニル シリコーン オイル、充填剤、添加剤と均一に混合する必要があります。

• 低粘度の水素-含有シリコーン オイル: 分散が容易で、混合エネルギー消費量が低くなりますが、フィラー表面を「這う」傾向があり、結果的に分散が不均一になります。

• 高粘度の水素-含有シリコーン オイル: 混合するのが難しく、より長い混合時間またはより大きなせん断力が必要ですが、一度均一に分散すると保存安定性が高くなります。

実際の配合では、加工性と性能のバランスをとるために、高粘度と低粘度を組み合わせる戦略が採用されることがよくあります。

五。水素-含有シリコーンオイルの選択原理: 理論から実践まで

水素-含有シリコーンオイルの選択の決定

アプリケーション シナリオに基づいた適切な水素含有シリコーン オイルのタイプのマッチング-

アプリケーションシナリオ:
エレクトロニクス/電気: 低揮発性、高純度、水素含有量 0.5 ～ 1.0%
成形/工業用: 中粘度、バランスの取れた性能、水素含有量 0.3 ～ 0.8%
医療・食品：安全性が高く、低残留、塩素含有量0.2～0.5%
架橋密度と加硫条件の検証

5.1意思決定マトリックスの選択

5.2 ビニルシリコーンオイルとの適合原理

水素含有シリコーン オイルの選択は、ビニル シリコーン オイルと組み合わせて検討する必要があります。-

化学量論比: 理想的な反応モル比: Si-H のモル数 / Si のモル数-Vi=1.0 工業的実践における実験比: R=Si のモル数-H / Si-Vi のモル数 • R < 1.0: 過剰なビニル、不十分な Si-H、不完全な架橋、粘着性の加硫物表面 • R=1.0~2.0: 理想的な範囲、十分な架橋、バランスのとれた性能 • R > 2.0: 過剰な Si-H、高残留 Si-H、耐熱性の低下、長期信頼性の低下-}。

5.3選択におけるよくある誤解

誤解 1: 水素含有量が高いほど硬化が速いことを意味します。正解: 硬化速度は主に白金触媒の濃度と活性に依存します。水素含有量には二次的な影響があります。過剰な水素含有量は、局所的な過剰架橋により実際に不均一な硬化を引き起こす可能性があります。-

誤解 2: 低粘度の水素-含有シリコーン オイルは常に混合しやすいです。-

正解: 粘度が低いと確かに混合しやすいですが、揮発性が高く、システム内で「移動」しやすく、長期保管後に層化や不均一な性能を引き起こす可能性があります。{0}}

誤解 3: 末端-含有水素-含有シリコーン オイルは、側面-水素含有-含有シリコーン オイルより性能が劣ります。

正解: この 2 つは異なるアプリケーションに適しています。多くの場合、透明性と柔軟性の点で、水素を含む端-シリコーン オイルを含む端-水素-を含むシリコーン オイルよりも優れており、光学用途やフレキシブルな用途に最適です。

誤解 4: 水素-を含むシリコーンオイルは、長期間開放して保管できます。

正解: Si-H 結合は湿気と酸素に敏感です。 -空気に長期間さらされると、ゆっくりとした加水分解と酸化が起こり、水素含有量の減少、粘度の変化、水素の泡の発生につながります。密閉され、遮光され、乾燥した環境で保管する必要があります。-

5.4 DeepSea Technology からの技術的推奨事項

上記の分析に基づいて、上海シリコンパワーマテリアルズ株式会社は以下を推奨します。

• まず、性能目標を定義し、次に水素含有シリコーン オイルを選択します。-選択する前に、硬度、伸び、透明性、耐熱性を優先します。

• 小規模なテストから開始します。-理論的な計算によって初期の定式化が行われます。小規模なテストを通じて最適なパラメータを決定します-（少なくとも 3 つの水素含有量勾配が推奨されます）。

• 保存安定性に注意してください。バッチごとの性能の変動を避けるため、低揮発性、高-純度の水素-を含むシリコーン オイルを選択してください。-

• Si-H/Si-Vi をペアで検討してください。水素-含有シリコーン オイルを単独で選択しないでください。ビニルシリコーンオイルと組み合わせて設計する必要があります。

• 夏季の配合には追加の検証が必要です。高温での反応性の変化により、冬季の検証に合格した配合が夏に過度に短い稼働時間または異常な硬化を引き起こす可能性があります。

六。結論 水素含有シリコーン オイルの選択は「トレードオフの技術」です。-

• 硬さですか、それとも柔軟性ですか？ → 水素含有量を調整する

• 強度か伸びか？ → 分子量を調整する

• 透明性か耐熱性か？ → 構造タイプの調整

• 硬化が早いですか、それとも稼働時間が長いですか? → 触媒と抑制剤を調整します。 「最良の」水素含有シリコーンオイルは存在せず、「最も適切な」ものがあるだけです。-

結果に到達するために試行錯誤に依存するのではなく、構造、パラメータ、性能の間の本質的な関係を理解することは、自信を持って配合設計するために極めて重要です。

ディープシーテクノロジーについて:

Jiijiang Deepsea Technology Development Co., Ltd. は、特殊有機シリコン化学薬品の分野に長年深く関わっており、あらゆる種類の水素含有シリコーンオイル製品（端-含有、側面-含有、端{6}}側面-含有、粘度 20～10000 mPa・s、水素含有量 0.05～1.6 wt%）を提供しています。顧客の特定の用途に応じてカスタマイズされた配合提案を提供できます。