Кремнийорганические синтетические полимеры известны нам под названием “силиконы”. Часто этому термину придают более широкое значение, распространяя его на все герметики на основе названного полимера.

Кроме кремния (Si) в состав полимера входят метиловые, алкиловые, фторалкиловые, фениловые и виниловые группы. Соответственно, полученные продукты различаются физико-химическими свойствами и областью своего применения. Рассмотрим отдельные элементы силиконового уплотняющего материала. Номером первым в этом списке, создающим эластичную основу каждого уплотняющего материала, является полимер.

Силиконовые полимеры образуются в пять этапов из общедоступной окиси кремния: На первом этапе окись кремния (SiO₂) восстанавливается углем до свободного кремния (Si) в мелкодисперсном состоянии. На втором этапе, который проходит параллельно и независимо от первого, получают из метилового спирта хлористый метил CH₃OH + HCl => CH₃Cl + H₂O Третий этап заключается в получении хлорметилсилана (СН₃)₃SiC! из компонентов, полученных на первых двух этапах. Мономер хлорметилсилана после гидролиза (четвертый этап) (CH₃)₃SiCl + H₂O => (CH₃)₃SiOH подвергается конденсации, то есть превращению в полимер. При этом отдельные молекулы мономера оксиметилсилана сшиваются последовательно, пока не получится изящный полимер с общей формулой: (CH₃)₃SiO-[-(CH₃)₂SiO]m-SiO(CH₃)₃, и названием полидиметилсилан (ПДМС).

Для производства герметиков и конструкционных клеев применяются модифицированные полимеры со средней длиной цепи и различными функциональными группами, причем доминирует метильная группа. Чтобы уплотняющий материал затвердел, необходимо провести реакцию “сшивания”, которая основана на связывании отдельных цепей между собой. Реакция отверждения однокомпонентных силиконов протекает с участием водяного пара, содержащегося в воздухе. Силикон в нормальных условиях отвердевает со скоростью около 2 мм в сутки. Скорость этой реакции в значительной мере зависит от процентного содержания водяного пара в воздухе. В нормальных условиях, т.е. при температуре 20°С и относительной влажности 50 %, 1 м3 воздуха содержит 18 г водяного пара, и тот же самый 1 м3 воздуха при температуре 5°С и относительной влажности 50 % содержит только 3 г водяного пара. В результате, время отверждения увеличивается почти в три раза. Это касается всех однокомпонентных силиконов.

Интересно, что продукты реакции отверждения определяют область применения силиконов, но не их механические свойства. Процесс отверждения силикона всегда протекает от поверхности уплотняющего материала по направлению к внутренним слоям. Одновременно с ростом толщины твердеющего слоя герметика снижается скорость диффузии водяного пара и процесс замедляется. При толщине слоя более 15 мм диффузия водяного пара практически не происходит и дальнейшее отверждение невозможно. Это следует учитывать при проектировании уплотнений с применением однокомпонентных силиконов. Этого неудобства нет у двухкомпонентных силиконов, в которых процесс отверждения происходит после смешивания полимера со сшивающим агентом. В зависимости от вида полимера применяются различные сшивающие агенты, что определяет химические свойства силиконов.

Напомним классификацию силиконов в зависимости от выделяющихся при гидролизе компонентов: 1) однокомпонентные АЦЕТАТНЫЕ (кислотные -образуется уксусная кислота СН₃-СООН); 2) однокомпонентные ОКСИМНЫЕ (нейтральные - продуктом реакции является метилэтилкетоксим RN=OH); 3) однокомпонентные силиконы “АЛКОКСЫ” (нейтральные, где продуктом реакции является спирт R-OH); 4) двукомпонентные силиконы “АЛКОКСЫ” (нейтральные, продуктом реакции тоже является спирт).

Другие типы силиконовых систем на рынке встречаются редко. За правильность прохождения реакции отверждения несут ответственность различные катализаторы, прежде всего, катализаторы на базе металлоорганических соединений олова или титана. Обычно катализатор не принимает участия в реакции сшивания. Титановый катализатор создает дополнительную структуру, соединяющую отдельные полимерные цепи, укрепляющую эластичность после отверждения. Благодаря этому новая генерация нейтральных силиконов “АЛКОКСЫ” обладает беспрецедентными механическими свойствами и адгезивной способностью. Теперь мы представим вам наполнители - двуокись кремния (SiO₂) и карбонат кальция (мел, СаСО₃). Чистая силиконовая смола после отверждения характеризуется относительно высокой механической прочностью, и для ее разрыва требуется сила около 0,34 МПа. Смешивание смолы с наполняющим материалом позволяет получить продукт с прочностью на разрыв 8,3 МПа. Подобным образом удлинение до разрыва изменяется от 80 % для смолы до 1600 % для сверхэластичных уплотняющих материалов. Таким образом, помимо полимера, механические свойства уплотняющего материала определяются также наполнителем. В зависимости от назначения применяются разного рода наполнители, однако в большинстве случаев используется двуокись кремния и карбонат кальция.