ההשפעה של תוספות מבוססות הסיליקון על נכסים של פולימר סרטים

סרטים פולימרים מהווים את החומר הבסיסי עבור אינספור טכנולוגיות מודרניות, מן האריזה הגמישה שמשמרת מזון טריות לשכבות המגן על תצוגות אלקטרוניות מתקדמות מקצה לקצה.ההצלחה המסחרית והתפקודית של הסרטים האלה נקבעת באופן מכריע לא על ידי התכונות הגדולות שלהם בלבד, אלא על ידי המאפיינים של פני השטח שלהם.

מכניזם של הגירה וארגון סטריקט

יעילותם של תוספי הסיליקון טמונה בכוח הנהיגה התרמודדימי החזק שלהם להגר ולהתרכז בממשק פולימרי-אוויר. Polydimethylsiloxane (PDMS), ה- סיליקון האחורי של הסיליקון המשותף ביותר, יש מתח משטח קריטי של כ-20 mN/m. זה נמוך משמעותית מרוב פולימרים הנדסיים נפוצים, כגון פוליפרופילן (30N/m) או פוליאתניים מפוזרים באופן טבעי (N) למינימום, כאשר הוא מעדיף את מערכת אנרגיה מפולנית (N/Rate) באופן טבעי, כלומר, באופן טבעי, כלומר, אם הוא מעדיף את מערכת אנרגיה, באופן טבעי, כלומר, אם הוא מפולמוסמפולנית, אם הוא מעדיף את מערכת אנרגיה, 000) או מפולנית, באופן טבעי, אם הוא מעדיף, 000) או מפולנית, אם הוא מעדיף את פני השטח (Rate, באופן טבעי, אם הוא מעדיף את פני השטח).

הקינטיקה של הגירה זו נשלטת על ידי המשקל המולקולרי של סיליקון ואת הפנים של שרשרת הסיליקון המארחת (Dymption XS) נמוך משקל מולקולרית PDMS נוזלי (100-1,000 cSt) במהירות אבל עשוי לגרום שכבת משטח transient, בקלות להסיר את פני השטח כי יכול להיות מפלט חיצוני של סיליקון אחורי (לאחר סיליקון) או להיות מכווץ באופן עמוק ביותר של מערכות אלקטרו-אוויר (Ricial) מציעים איזון של עיבוד מהירות ועמידה עד מאוד, לעתים קרובות מאוד בטוח מאוד, לאחר מכן, 000) סיליקון אחורית (אורידיביות).

אדריכלות כימית של סיליקון אדרטיב

המבנה המולקולרי הספציפי של תוסף הסיליקון מכתיב את הביצועים שלו, ההכחה, ואת תאימות בתוך פולימרן המארח.בחירת הארכיטקטורה הנכונה היא החלטה עיצובית עיקרית לניסוח מהנדסים.

Polydimethylsiloxane (PDMS) Fluids

אלה הם סיליקון תעשייתי הנפוץ ביותר, זמין על פני מגוון עצום של סטיות.נוזלים של סטיות התחתון הם עזרי עיבוד מצוינים ולספק להחליק מהיר, אבל הם יכולים לייעל או להיות מופק לאורך זמן, המוביל לאובדן של ביצועים. סטיות גבוהה יותר נוזלי מולקולנטיות (>100,000 cSt) הם לא-voltlelyle וספק פני השטח עמיד יותר, למרות שהם יכולים לשפר את ההיתוך של היווצרות גבוהה יותר והופכים את היישום לטווח ארוך יותר.

משקל מולקולרי גבוה וסיליקון תגובתי

כדי להתגבר על בעיות ההנעה של נוזלי PDMS פשוטים, ניסוחים מודרניים משלבים פונקציונליות תגובתית שנועדה לעגן לצמיתות את שרשרת פולימרים לסיליקון המארח. סיליקון פונקציונלי יכול להגיב עם קבוצות חומצה או amine על פוליסטרים או ניילון. methacrylate-functional סיליקון יכול להיות מחובר באופן שווה לתוך ציפויים UV-אוויריים אלה הם לעתים קרובות סיליקון קבוע, 000 סיליקון חי, 000.

סיליקון ריבינס ומבנה MQ

בניגוד לנוזלים ליניאריים PDMS, סיליקון הם מבנים מאוד מעוכבים או הכלובים (MQ, T, MT resins) חומרים אלה הם קשים יותר יציבים יותר מאשר עמיתיהם ליניארים.כאשר הם משמשים כתוספים, הם יכולים לשפר את ההתנגדות של מר וקשידות פני השטח תוך שמירה על כמה מן החלקה ושחרור תכונות של סיליקון. הם לעתים קרובות פרוסים בטמפרטורות גבוהות שבו ציפויים PDMS הוא זרם גבוה יותר או נוזל לא רצוי, או מחזורי טמפרטורה גבוהה יותר.

הנדסה ואנרגיות על פני השטח

היכולת לשלוט בדיוק כיצד נוזל אינטראקציה עם משטח מוצק הוא אחד הפונקציות העיקריות של תוספי סיליקון.

שינוי הידרופובי

ההשפעה המוערכת ביותר של תוספת סיליקון היא העלייה הדרמטית בזווית מגע מים (WCA) מים טהורים על סרט PET נקי יש WCA של כ 65-75 מעלות.הוספת כמות מבוקרת של PDMS יכול בקלות להניע את WCA מעל 100 מעלות.על פני השטח דלים באנרגיה נמוכה כגון פוליאתילן או פוליפרופילן, סיליקון יכול להניב זווית מגע מתקדמת קרוב 110 מעלות צלזיוס, 000, 000 מחוסמת חומרים אלה הוא לעתים קרובות יותר, 000 גבוה יותר, 000 מחוסמת חומרים נוגדי חמצון אלקטרו-אוויר מתאים יותר.

אואוליפוביות לעומת אואוליאופפילנסיות

קצבה קריטית לעתים קרובות החמצה בסקירות היכרות היא התנהגות מרתיעה שמן.פשוט PDMS הוא אואוליפילי; יש לו אנרגיה על פני השטח נמוך אבל דומה מבחינה כימית לשמנים לא קוטביים רבים ו greases. זה אומר כי משטחים PDMS הם רטובים וכתמים על ידי שמנים.

אנרגיה מתחדשת

על ידי אופטימיזציה של סוג תוסף סיליקון וריכוז, מהנדסים יכולים בדיוק ללח את המתח השטחי הקריטי של סרט.שימוש ב-FLT:0Zisman מבסס שיטה 1:1, אנרגיית פני השטח ניתן לקבוע על ידי מדידה זוויות מגע עם סדרה של נוזלים של מתח משטח ידוע.ערך זה חיוני לשליטה רטובה הדפסה, קשר דבק, ותהליכי חיסון עבור 30 / NUM הוא לעתים קרובות אידיאלי עבור תכונות של 25 / NN.

בקרת Coefficient of Friction and Slip Performance

אחד המאפיינים החשובים ביותר מבחינה מסחרית המוענקים על ידי תוספי סיליקון הוא ההפחתה של התווך של החיכוך (COF) חיוני לטיפול בסרטים על קווי אריזה מהירים, ביצוע תיקיה, ו המרת תהליכים מסורתיים של חומרים חריגים אורגניים כמו erucamide יש מגבלות משמעותיות: הם פורחים אל פני השטח במשך שעות או ימים, ניתן להפיק על ידי מנות מזון, ורמות תחת עיבוד עתירי זמן גבוה.

מכניזם של Slip

שכבת הסיליקון פועלת כ-Lobricant מולקולרית.העמוד השדרה הגמיך ביותר של סילקוסין והכוחות הנמוכים בטווח הארוך בין קבוצות מתיל יוצרים משטח עם התנגדות של שרר נמוך מאוד.זה נמדד כ- COF. סרט המשלב 1-3% של משקל מולקולרי גבוה PDMS יכול להציג COF קיננטי של פחות מ- 0.15, בהשוואה ל-0.4 עבור הסרט שאינו מתואם, הוא בבירור, כמו עיבוד של חומר סיליקון.

התנגדות ו Mar Resistance

בנוסף להורדת COF, סיליקון יכול לשפר את ההתנגדות לגרד ולמתח.על ידי צמצום כוח החיכוך במהלך אירוע abrasive, הם להפחית את הלחץ המועבר אל פני השטח פולימרי.עבור מעילים נקיים לרכב וסרטים מגינים, זהו יתרון קריטי.המנגנון כרוך בשכבה הסיליקון המאפשרת חלקיק קשה להחליקף על פני השטח ולא להתכווץ לתוך זה, עם ההשפעה מורכבת מדי יכול להיות מכדי סיליקון עם משטח קטן מדי.

פרופיל ושחרור נכסים: גישה מעוותת

תוספי הסיליקון מפעילים השפעה חזקה על הדבקות – הן בכיוונים חיוביים ושליליים.הבנת הטבע הכפול הזה היא אבן הפינה של התועלת שלהם בתעשייה המתירה.

קידום שחרור (אנטי-מודע)

האנרגיה הבסיסית של סיליקון עושה את זה חומר אידיאלי עבור קושרים שחרור. בייצור תוויות, קלטות, ולבוש רפואי, סרט סיליקון או נייר משמש כדי להגן על הדבק עד הנקודה של השימוש. שכבת הסיליקון חייבת להיות מחוברת מספיק כדי למנוע הגירה לתוך aesive (כישלון ידוע כמו העברה), אשר יהיה להרוס את צפיפות סיליקון נשלט על ידי אפס-חוסן (תוספת גבוהה) מצופה מחסנים מחסנים מצופה).

שליטה בחרדה בלחץ רגישה

בלחץ דבקים רגישים (PSAs), כמויות מבוקרות של תוסף סיליקון ניתן להשתמש כדי לשנות את כוח הקליפה ואת טאק. כמות קטנה של סיליקון (< 1%) יכול להפחית ביעילות את הדבקות לרמות נמוכות או מרתיעות.עקרון זה משמש עבור סרטים הגנה עבור מסך טלפונים סלולרי, סרטים צבע וחתימה זמנית שבו הסרת ניקוי נדרש ללא סיבה.

אתגרים לקידום

ביישומים רבים של ציפוי ונשימות, הפרעה עם דבקות היא תופעת לוואי לא רצויה.אם תוסף הסיליקון פורח אגרסיבי מדי, זה יכול להרוס דבקות בין-שכבת או הדפסה.זהו מצב כשלון נפוץ במבנים מרוב שכבות.אתגר זה דורש בחירה זהירה של תוספת פונקציות תפקודיות פלזמה, אשר נספגים על בסיס פולימר, משטח פורח עדיין מספק יתרונות מרובים, כאשר טיפול חמצן משמש לעתים קרובות, כגון עדשות מגע או ירידה, או ירידה אחורית, כמו טיפול לפנים, לעתים קרובות.

מפתחי מפתח: תוספת ביצועים

ההצלחה של אסטרטגיית תוסף הסיליקון תלויה בשליטה מפורשת על מספר תהליכים ונוסחאות משתנים.

• (FLT:0) ריכוז הגדלה: FIRLT:1) ריכוז פני השטח של סיליקון מגיע במהירות לשקע.הוספת יותר מכמה אחוזים לעתים קרובות לא מניבה תועלת נוספת בהפחתת אנרגיה על פני השטח ויכול לגרום לבעיות כמו רפיות פני השטח, סלילים חסומים, או האז אופטי.הריכוז הקריטי של ריצוף הוא בדרך כלל בין 1-5%, בהתאם למערכת.
• (FLT:0) פולינר קריסטל: FLT:1 הגירה הסיליקון מתרחשת בעיקר דרך אזורים amorphous. highly גבישי פולימרים (למשל, HDPE, ניילון 6,6) מגבילה הגירה באופן משמעותי. במקרים כאלה, התוסף חייב להיות נוכח בטענות גבוהות יותר או צריך להיות מתוכנן כדי להישמר באופן שלילי בשלב amorphous.
• (FLT:0) תנאי קבלת תנאים: טמפרטורות עיבוד גבוהות יותר וזמני מגורים ארוכים יותר בהמיס מקדם הגירה ומאפשר למערכת להתקרב לאיזון תרמודינמי.הפחתת ריצוף מהיר (למשל, ליכוד גליל) יכול להקפיא במבנה משטח לא-קליאליבריום, פוטנציאל להפחית את החלקה מיידית, אך לספק מאגר לפריחה מאוחרת יותר, אנמפרענג או קירור יכול להעשיר את פני השטח.
• (FLT:0)Compatibilization:FLT:1eur PDMS פשוט תואם במידה רבה עם פוליאולfins נפוצים ופוליסטרים נפוצים רבים.ללא compatibilization, היפרדות שלב גולמי יכול להתרחש, המוביל פגמים מכניים וכיסוי משטח לא עקבי.השימוש בלוק copolymers (למשל, פולי-PDMS-MSMS-MS-compfin) או מחסנים עקביים (recerecerecereceretretretretretretretrecerecerecerecerecerecerecerecereceretretrecerecerecerecerecereceretrecereceretretretretretretretretretretretretreceret) הוא לעתים קרובות סיליקון) או סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון

טכניקות אפיון מתקדמות

קביעת ההשפעה של תוספי סיליקון דורש ניתוח פני השטח מתוחכם.הביצועים מוכתבים על ידי שכבת משטח כי הוא לעתים קרובות פחות מ 10 ננומטר עבה, רחוק מתחת למגבלת זיהוי של שיטות אנליטיות מרובות.

X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS)

XPS (הידוע גם בשם ESCA) הוא תקן הזהב עבור קביעת הרכב האטומי של 1-10 nm העליון של סרט.נוכחות סיליקון (Si 2p שיא) באופן ישיר מאשר את ההעשרה של תוספת סיליקון.אנג-resolved XPS מאפשר עומק לא הרס, חושף את ריכוז ממשטח לתוך הטכניקה הזאת חיונית עבור התוסף בהצלחה להגר את הממשק.

זמן-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry (ToF-SIMS)

ToF-SIMS מספק מידע מולקולרי מפורט על פני השטח.זה יכול לזהות שברים מסוימים סיליקון (למשל, Si(CH3)3+, Si(CH3)2O+) זה רגיש מאוד ויכול לזהות כמויות של סיליקון, אפילו שונה בין נוזלי PDMS ו resactive resins.זה לא יקר לפתרון בעיות זיהום או לאמת נוכחות של פני השטח ספציפיים.

אטומי כוח מיקרוסקופיה (AFM)

AFM מספק מיפוי טופוגרפיים ומכני של פני השטח עם רזולוציה nanometer הדמיה בשלב במצב הברז יכול להבחין בין התחומים סיליקון רכה עשיר סיליקון ואת המרצת פולימר הגדולה יותר.זה משמש כדי להעריך את אחידות והפצה מאוחרת של התוסף, זיהוי אם זה יוצר סרט מתמשך או תחומים דיסקרטיים.

קשר עין ו- Surface Energy Analysis

ניתוח זווית מגע דינמי (Wilhelmy הצלחת שיטת) מספק קידום ותיקון זוויות מגע.היסטריה (ההההיסטריה בין זווית מתקדמת ותיקון) מתואם עם גסות פני השטח והטרוגניות הכימית.היסטריה נמוכה מעידה על משטח אחיד, סיליקון נייד.

יישום התעשייה האסטרטגית

הגמישות של תוספי סיליקון משתקפת בטווח הרחב של יישומים תעשייתיים, כל אחד דורש איזון מסוים של תכונות.

אריזה גמישה וסרט קולנוע ממיר

בתעשיית האריזה, תוספי סיליקון משמשים להשגת התנהגות נגד חוסם (הרחבת שכבות הסרטים הסמוכים מצמדות יחדיו) ולשלוט COF עבור מכונות אריזה מהירות גבוהה.הם משמשים גם בשכבה הפנימית של pouches כדי לשפר את כוח הטק חם ואת השלמות, במיוחד כאשר חותם באמצעות זיהום.

אלקטרוניקה וטכנולוגיית תצוגה

תוספי הסיליקון הם קריטיים עבור סרטים הגנה המשמשים על מסך מגע.הם מאפשרים לסרט להיות משוחרר בקלות מהתצוגה (הספקת דבקות מבוקרת, מופרכת) תוך הצגת משטח חלק, נמוך-פלי של תחושה טובה למגע.בייצור אלקטרוניקה, קשיחות מבוססת סיליקון לספק התנגדות לחלונות פוליקרבונט, לוחות אור, וכיסויים, שבו יש לשמור על בהירות אופטית לצד עמידות מכנית.

רכב ותחבורה

מעילים נקיים של כלי רכב מכילים תוספים סיליקון כדי לספק התנגדות ממותג וסוף גבוה, הם גם לתרום לדלפק עפר, יצירת משטח קל יותר לנקות. בבקתה הפנימית, סיליקון-מודולים תרמופלסטיים (TPOs) לספק משטחים נמוכים, נמוך-פריים עבור לוחות מחוונים ודלת, התנגדות לחסרי רוח ונפיחות כי הוא מסייע לשמור על פני זמן קבוע של "מת" זה.

יישומים ביו-רפואיים

הסיליקון הוא חומר ביולוגי של בחירה עבור מכשירים רפואיים רבים.ב catheters, צינורות דם, ומכשירים מושתלים, פולימרים מעוקלים (לעתים קרובות עם שרשראות סיליקון מעוגן סיליקון מעוגן סיליקון) לספק יכולת הימולות - גרימת מודעות חלבון, חתלתול צלחת, ותצורות thrombus.זה הוא יישום קריטי של הנדסה פני השטח שבו הגמישות והטוהר של סיליקון הם תוספת.

טקסטיל מסתיים ולארוגים

רככים מבוססי הסיליקון מספקים תחושה אופיינית, נעימה של יד למרקדים.הם גם מקנים דחייה מים והתנגדות מקמטים מבלי לשנות באופן משמעותי את נשימת הטקסטיל.לא זורקים המשמשים שמלות רפואיות ונגבונים, סיליקון מספקים מחסום רך, הידרופובי נוח נגד העור תוך התנגדות לחדירה נוזלית.

מסקנה

תוספי מזון מבוססי הסיליקון מייצגים ערכת כלים מתוחכמת ורבת עוצמה לשינוי התכונות של סרטים פולימרים.היכולת שלהם לעבור לממשק ולצמצם את אנרגיית פני השטח מספקת מהנדסים עם שליטה ישירה, צפויה על יכולת רטובה, חיכוך ודבקות. התפתחויות מודרניות בכימיה סיליקון תגובתית וטכנולוגיות מתקדמות של הסתגלות יש להתגבר על מגבלות מסורתיות ביחס לגמישות והתאמה, המאפשרות יצירת משטח יציב, יציב, יציב.

הבחירה של אדריכלות הסיליקון הנכונה - מנוזלי PDMS פשוטים ועד לחזרים מורכבים של MQ - מנסה להבין עמוק של ממטריקס פולימר, תנאי העיבוד, ואת דרישות ביצועים ספציפיים לשימוש קצה קצה קצה. כלים מתקדמים כגון XPS, AFM, ואנליזה מגע דינמי לספק את משוב הכמותי הדרוש כדי לייעל מערכות אלה.