El cautxú de silicona (com ara el cautxú de silicona vulcanitzat a -temperatura alta, el cautxú de silicona vulcanitzat a -temperatura ambient i el cautxú líquid) s'utilitza àmpliament en envasos electrònics, segellat aeri i fabricació d'automòbils a causa de les seves excel·lents propietats, com ara la resistència a la intempèrie, l'aïllament elèctric i la resistència a alta i baixa temperatura{2}}. No obstant això, a temperatures de 250 graus o superiors, el cautxú de silicona és susceptible a la degradació oxidativa tèrmica, provocant la ruptura de la cadena de polímers i la desaparició del grup penjant. Això s'acompanya de la volatilització de molècules petites i de la destrucció d'estructures d'enllaç-creuat, que provoca una pèrdua de pes i propietats mecàniques reduïdes, limitant molt la seva vida útil en condicions de funcionament extremes. Millorar l'estabilitat a altes-temperatura del cautxú de silicona s'ha convertit en un tema candent en el camp de la investigació de materials.
El nano-diòxid de titani (TiO₂) té el potencial de servir com a additiu i farciment funcional en cautxú de silicona a causa de la seva estabilitat tèrmica, inercia química i efecte nano-. Entre ells, el nano-diòxid de titani NT-50, preparat pel mètode de la fase de vapor, té àmplies perspectives d'aplicació en cautxú de silicona a causa de la seva petita mida de partícula, bona dispersibilitat i alta activitat superficial.
Els tècnics van seleccionar tres gomes de silicona típiques: alta-temperatura, temperatura-ambiental i líquida. Van preparar mostres experimentals amb un 1,5% de NT-50 afegit i mostres en blanc sense nano-TiO₂. Totes les mostres es van emmagatzemar amb calor a 250 graus i es van pesar periòdicament. Es va calcular la retenció de pes (pes de retenció de pes=després de l'emmagatzematge de calor / pes inicial × 100%) i es va construir una corba que representava la retenció de pes en funció dels dies d'emmagatzematge de la calor.
A la corba de retenció de pes del cautxú de silicona sense NT-50, el cautxú a temperatura ambient va tenir una pèrdua de pes de més del 40% després de 7 dies i el compost de cautxú s'havia polveritzat, de manera que l'experiment es va acabar. Tanmateix, el cautxú d'alta temperatura i el cautxú líquid van tenir una pèrdua de pes del 50% després de 21 dies i el compost de cautxú s'havia polveritzat, de manera que l'experiment es va acabar.
A la corba de retenció de pes del cautxú de silicona que conté un 1,5% de NT-50, la pèrdua de pes de la temperatura ambient, alta temperatura i cautxú de silicona líquida va ser inferior al 5% després de 7 dies, i fins i tot després de 60 dies, no va superar el 15%. La retenció de pes dels tres tipus de cautxú de silicona es va mantenir per sobre del 85% durant el període de 60 dies, demostrant que l'addició de NT-50 va inhibir eficaçment la degradació oxidativa tèrmica i va millorar significativament l'estabilitat a alta temperatura del cautxú de silicona.
NT-50 millora l'estabilitat a alta temperatura del cautxú de silicona de tres maneres clau:
Efecte barrera física: les partícules nano-TiO₂ formen una xarxa densa dins de la matriu de cautxú de silicona, que, d'una banda, bloqueja la penetració de mitjans agressius com l'oxigen i el vapor d'aigua, reduint les reaccions d'oxidació tèrmica; d'altra banda, inhibeix la volatilització de petites molècules produïdes per la descomposició tèrmica del cautxú de silicona, reduint així la pèrdua de pes.
Captura de radicals lliures: com a material semiconductor, els parells d'electrons superficials del nano-TiO₂ capturen els radicals lliures generats per la degradació tèrmica, acabant la reacció en cadena dels radicals lliures i inhibint fonamentalment la degradació oxidativa del material.
Conductivitat tèrmica optimitzada: l'alta conductivitat tèrmica del nano-TiO₂ millora la uniformitat de la distribució tèrmica del cautxú de silicona, reduint la degradació accelerada causada per un sobreescalfament localitzat, permetent una dissipació de calor més eficient i alentint el procés d'envelliment tèrmic general.
El nano-diòxid de titani NT-50 inhibeix eficaçment la degradació oxidativa tèrmica del cautxú de silicona a altes temperatures, proporcionant una solució viable per allargar la seva vida útil en entorns extrems. Des del punt de vista de l'aplicació de la indústria, el cautxú de silicona que conté NT-50 es pot ampliar encara més a àrees que requereixen una resistència estricta a les altes-temperatura, com ara el segellat de motors d'avions, l'embalatge de bateries de vehicles d'energia nova i la dissipació de calor en equips electrònics-de gamma alta. Això aborda el problema de la "susceptibilitat a l'envelliment a alta-temperatura" del cautxú de silicona tradicional, que pot crear un sistema d'estabilitat tèrmica més eficient i promoure l'actualització dels materials de cautxú de silicona cap a propietats de temperatura més alta, més fiables i més duradores, proporcionant material de suport clau per al desenvolupament de la fabricació d'alta gamma.
