لماذا يُعد زيت السيليكون عالي النقاء ضروريًّا للواصقات الصناعية المانعة للتسرب؟

تغطية كاملة للسطح الأساسي، وتوتر سطحي منخفض، وتكوين منتظم لطبقات بوليمير ثنائي ميثيل السيليكون (PDMS)

زيت السيليكون عالي النقاء له توتر سطحي يبلغ حوالي 20–21 ملي نيوتن/متر، ويؤدي إلى التصاق ممتاز للأسطح. وتتيح هذه الخاصية لزيت السيليكون أن ينتشر بسلاسة وبدقة على أسطح المعادن والبلاستيكيات والمواد المركبة. وبالتالي، تتكون أفلام من البولي ديميثيل سيلوكسان (PDMS) سمكها أقل من ١٠ ميكرومتر، مما يلغي الجيوب الهوائية الصغيرة جدًّا، وبالتالي يزيل المشكلات المرتبطة بها. ويعود الأهمية إلى أن تغطية أقل من ٥٪ من سطح ما تكفي — من حيث مقاومة الالتصاق عند السحب (Peel Strength) — لتقليل هذه المقاومة بنسبة ٦٠٪ أو أكثر. ومن المعروف أن منتجات السيليكون غير النقية تنفصل عند التسخين، أما منتجات السيليكون النقية فتبقى متجانسة طوال عملية التصلب، ما يضمن اتساق سمك الفيلم وتحسين إحكام الإغلاق والتحكم في الضغط عند الوصلات المختومة. والأهم من ذلك أن هذه المنتجات تحول السطح الخشن وغير المنتظم إلى هيكل مُلصَق بإحكام وموثوق به.

دراسة حالة: التحكم في الانفصال الطبقي في مواد لاصقة الحشوات المستخدمة في قطع غيار السيارات عبر هجرة زيت السيليكون المُنظَّمة

حلّ مُصنِّع قطع غيار السيارات مشكلةً مستمرةً تتعلق بانفصال حشوات المحرك في منتجاته عن طريق تغيير زيوت السيليكون المستخدمة. وكان المُضاف السابق لزيت السيليكون الذي استخدمه المُصنِّع عبارةً عن بوليمر من الدرجة الصناعية يحتوي على السيلوكسانات الدائرية المتطايرة D4 وD5 وD6. وهذه السيلوكسانات قادرةٌ على الهجرة عندما يتعرَّض المادة لدورات حرارية، وتتراكم عند واجهات المواد المعدنية والمُركَّبة. وفي اختبارٍ سابق، بلغ فقدان التصاق الحشوة ٨٠٪ بعد ٥٠٠ ساعة عند درجة حرارة ١٥٠ مئوية. وبعد أن انتقل المُصنِّع إلى استخدام زيت سيليكون ذي درجة نقاء أعلى، انخفضت هجرة السيلوكسان بنسبة ٩٤٪ مع الحفاظ على مرونة كافية للمادة. وأظهرت الاختبارات الميدانية التي أُجريت على ٥٠٬٠٠٠ مركبة عدم حدوث أي فشل في الحشوات خلال ثلاث سنوات من التشغيل. وهذا يدلّ على أهمية إزالة الشوائب من زيت السيليكون لتغيير سلوك المواد تحت الإجهاد، لا سيما بالنسبة لحشوات السيارات التي تتعرَّض لظروف قاسية داخل المحرك.

مخاطر التلوث المحتملة الناتجة عن استخدام زيت السيليكون منخفض النقاء في أنظمة الإغلاق المتعددة المواد

تأثير السيلوكسانات الدائرية المتطايرة (D4–D6) على التصاق المادة الأولية وديناميكية عملية التصلب

من المرجح أن يحتوي زيت السيليكون منخفض النقاء المستخدم في هذه الأنظمة على سيلوكسانات دائرية متطايرة، وهي (D4) و(D5) و(D6). وخلال عملية التصلب، تهاجر هذه المواد إلى واجهة المادة اللاصقة/المادة الأولية، وتستخرج (أو تُزاح) بعض المجموعات الوظيفية المهمة المسؤولة عن الترابط الكيميائي، مما قد يؤدي إلى خفض مقاومة الالتصاق بنسبة تصل إلى ٤٠٪ في الروابط بين المواد المختلفة. أما بالنسبة لأنظمة الإيبوكسي، فإن بقايا المواد D4–D6 تثبّط عمليات الارتباط العرضي (أي التفاعلات بين الجزيئات)، ما يؤدي إلى إطالة زمن التصلب بشكل كبير بمقدار ٢٥–٣٠ دقيقة في حالة إيبوكسي ملوث بـ D4–D6. وهذه الظاهرة ضارة جدًّا في تطبيقات الإغلاق مثل خزانات الوقود الجوية، حيث لا يجوز بأي حال أن تتأثر سلامة الإغلاقات.

زيوت السيليكون من شركات تصنيع مختلفة غير قابلة للتبديل في التركيبات، لأن درجة التوافق أو درجة التلوث تؤثر تأثيراً كبيراً على أداء زيت السيليكون في التركيبات المختلفة. فعلى سبيل المثال، يمكن أن يؤدي وجود بقايا محفِّز القصدير إلى تحلل بعض لاصقات البولي يوريثان. كما أن واصلات السيلان تتحلل عند الواجهات عندما تكون مستويات الشوائب الدائرية أقل من ٠٫٥٪. وتشترط حالات عديدة استخدام زيوت سيليكون عالية النقاء، ومن أبرز هذه الأسباب ما يلي: لا تُسبب زيوت السيليكون عالية النقاء عيوب «العين السمكية» أثناء عملية التعبئة (Potting)، ولا تسمح بهجرة الملَيِّنات في حشوات البولي فينيل كلوريد (PVC)، وتمنح مقاومةً للأشعة فوق البنفسجية في مواد إغلاق الألواح الشمسية. وعلى أي شخص يعمل على تركيبات المواد أن يكون على دراية بتوزيع الوزن الجزيئي، وكذلك بالمجموعات الوظيفية أو شوائب السيلوكسان الدائرية. وكلما زاد التحكم في هذه العوامل كان ذلك أفضل، إذ يُعد هذا الحل الأقل تكلفةً على المدى الطويل لتفادي الفشلات المكلفة عند طرح المنتجات في السوق.

أداء زيت السيليكون عالي النقاء وعمليات تنقيته

إزالة الشوائب التفاعلية والتبخير الجزيئي لإزالة المركبات الدائرية وبقايا المحفز بشكل كامل

يجب أن يكون زيت السيليكون المستخدم في مواد لاصقة صناعية للإغلاق، من الناحية العملية، خاليًا تمامًا من الشوائب. ويعود ذلك إلى أن وجود شوائب صغيرة قد يؤدي إلى فشل عمليات الالتصاق عند واجهة المواد. وخلال عملية الالتصاق، تُزال مركبات السيلوكسانات الدائرية المزعجة (D4 وD5 وD6) عبر عملية التقطير الجزيئي، والتي يمكن أن تؤثر سلبًا على قوة الالتصاق وتسبب تكوّن فقاعات. وفي الوقت نفسه، تُستخدم معالجات كيميائية خاصة أخرى لإزالة بقايا عامل التحفيز البلاتيني المتبقي من عملية التصنيع. ويمكن أن تتسبب هذه البقايا التحفيزية في تحلل المادة اللاصقة بعد عدد كبير من دورات التسخين والتبريد، والمعروفة باسم «الدورات الحرارية». وباستخدام هاتين طريقتي التنقية معًا، يصبح بمقدور المصانع تحقيق عددٍ من النتائج المهمة والمفيدة: أولاً، يتحقق درجة عالية من انتظام اللزوجة في الزيت طوال دورة الإنتاج بأكملها؛ ثانيًا، يتم إزالة أي ملوثات موجودة؛ وثالثًا، يحتفظ الزيت بالقدرة على تشكيل أغشية واقية متينة ومستمرة على السطح. أما الفائدة الرئيسية من كل ذلك فهي أن زيت السيليكون عالي النقاء يحافظ على تماسكه السطحي الجيد لفترة طويلة جدًا، حتى عند تعرضه للمواد الكيميائية القاسية والمذيبات، كما يحتفظ بهذا التماسك السطحي أثناء الخضوع للدورات الحرارية.

تشمل نتائج التكرير الرئيسية ما يلي: ١. انخفاض مستويات السيلوكسانات الدائرية. فمستويات السيلوكسانات الدائرية الأقل من ٥٠ جزءًا في المليون تمنع هجرة مُلَيِّنات البلاستيك والتلوث الواجهي. ٢. خلوّ المنتج من بقايا المحفِّزات. فالبلاتين المُعَادلة لا يؤدي إلى ربط أولي أو تحلُّل المواد الأولية. ٣. الاستقرار الحراري. فالأجزاء المقطرة تحافظ على ثبات لزوجتها عند درجات حرارة تفوق ١٥٠ °م، مما يضمن أداءً عاليًا واستقرارًا أثناء عمليات الإغلاق الحراري العالية الحرارة. وتتمتع زيوت السيليكون عالية النقاء والمواد اللاصقة الصناعية المستخدمة في الإغلاق، ومن بينها زيت السيليكون والمواد اللاصقة الصناعية المستخدمة في الإغلاق، بمقاومة بيئية طويلة الأمد، إذ تدوم لفترة أطول بكثير لأنها تقاوم العوامل التي تؤدي إلى تدهور الأنواع الرديئة منها. فجزيئات الزيت المستقرة تمنع تكسُّر السلاسل الناجم عن الأشعة فوق البنفسجية، وتحمي من التشقق الناتج عن الأوزون، وتدافع عن المادة ضد التآكل الكيميائي. ويكتسب هذا الأمر أهمية خاصةً بالنسبة للموانع المستخدمة في المصانع الكيميائية والمباني الخارجية، حيث يُعد الأداء طويل الأمد أمرًا بالغ الأهمية. كما أن زيت السيليكون النقي الخالي من السيلوكسانات D4–D6 والمحفِّزات يكتسب أهمية بالغة، لأن هذه السيلوكسانات والمحفِّزات تُضعف مادة السيليكون. أما الزيوت الملوثة فتؤدي إلى انتفاخ المواد، وتلفها بالماء، وحدوث أعطال ومشاكل مرتبطة بالرطوبة. ويتميز هذا الزيت بقدرته على دفع الماء بعيدًا، مما يمنع دخول الرطوبة حتى في المناطق ذات الرطوبة المستمرة.

تُظهر الاختبارات الواقعية أن البدائل الأرخص تبدأ في التفكك أسرع بنسبة تصل إلى ٤٠٪ مقارنةً بالبدائل عالية الجودة عند إخضاعها لاختبارات تتضمن كلًّا من الحرارة وأشعة الشمس. ولهذا السبب، يواصل المصنعون الذين يرغبون في أن تدوم منتجاتهم لعقودٍ عديدة دون الحاجة إلى استبدالها تطوير هياكل جزيئية متقدمة لمادة الختم الخاصة بهم.

أسئلة شائعة

ما هو زيت السيليكون عالي النقاء؟ إن زيت السيليكون عالي النقاء هو زيتٌ خضع لعمليات تنقية متعددة لإزالة السيلوكسانات الدائرية والشوائب الأخرى، مما يحسّن أداؤه وقدرته على الالتصاق.

لماذا تكتسب نقاء زيت السيليكون أهميةً بالغة؟ يكتسب النقاء أهميةً بالغة لأنه يضمن التصاقًا قويًّا على الواجهة مع أقل قدرٍ ممكن من التلوث، وهي ميزةٌ حاسمةٌ في درزات السيارات ومواد الختم الصناعية.

كيف يؤثر زيت السيليكون على الالتصاق؟ يعزِّز زيت السيليكون عالي النقاء الالتصاق لأنه ينتشر بشكلٍ متجانسٍ على السطح ويقلل من فقدان مقاومة الشد الانفكي بسبب التغطية غير الكاملة للركيزة.

ما هي التقطير الجزيئي في إنتاج زيت السيليكون؟ التقطير الجزيئي هو تقنية فصل تُقسِّم سلاسل البوليديميثيلسيليكون (PDMS) في زيت السيليكون وفقًا لمدى تطايرها، وبالتالي تزيل السيلوكسانات الدائرية وغيرها من الشوائب.