¿Por qué elegir caucho de silicona para placas de electrodos médicos?

Con el desarrollo de los productos electrónicos médicos modernos y la mejora del nivel médico, la conciencia sanitaria de las personas ha aumentado gradualmente, diversos dispositivos de fisioterapia también continúan apareciendo, y la aplicación de placas de electrodos es cada vez más extensa, por lo que la aplicación de la silicona en el campo de las placas de electrodos médicas tiene un enorme potencial y perspectivas. ¿Por qué elegir silicona para placas de electrodos médicos?

Dado que la placa de electrodos es un componente en contacto con el cuerpo humano, se requiere que el material de goma sea suave, cómodo, presente inercia fisiológica, no sea tóxico para el ser humano, no irrite la piel y sea transpirable. En el proceso de uso, debe poder soportar muchas veces la esterilización a alta temperatura y presión, con alcohol médico o solución de permanganato de potasio sin afectar el rendimiento.

Como uno de los principales tipos de polímeros de silicona, la goma de silicona se adapta a estos requisitos y es extremadamente adecuada como material base. En el caucho sintético, la silicona es un polímero con estructura de siloxano Si-O como cadena principal, con excelente resistencia al calor, envejecimiento, intemperie, alto desgarro y resistencia al ozono, presenta buenas propiedades de resistencia a la deformación por compresión permanente en un amplio rango de temperaturas, y también tiene inercia fisiológica, por lo que las siliconas conductoras no solo pueden mantener las características de las siliconas en sí, sino que también son conductoras en el dispositivo médico. El campo electrónico y eléctrico tiene la mayor cantidad de goma conductora y es la primera elección de sustrato de goma conductora.

Aquí hay información al respecto:

• ¿Qué es el caucho de silicona?
• ¿Cómo clasificar las siliconas?
• ¿Cuáles son las propiedades de la silicona?
• ¿Cuál es la función de los rellenos conductores?
• ¿Cuál es el mecanismo de la goma conductora?
• ¿Qué afecta la conductividad de una placa electrodo?
• ¿Cómo aplicar las siliconas?
• ¿Cómo se fabrican los cauchos de silicona?

1. ¿Qué es el caucho de silicona?

Silicone rubber is a polymer elastomer with a combination of inorganic and organic properties, it’s the main chain of molecules is composed of the alternation of silicon atoms and oxygen atoms (Si-O-Si), and silicon-oxygen bonding bonding energy can be up to 370KJ/mol more than the general carbon-carbon bonding (240KJ/mol), which is one of the main reasons for the pure silicone rubber has a very high thermal stability.

Su cadena lateral está conectada con el átomo de silicio o grupos orgánicos CH sustituidos, el primer grupo de este tipo es el metilo, y para mejorar la actividad de vulcanización del caucho y otras modificaciones, se desarrolla gradualmente para introducir una cantidad muy pequeña de vinilo insaturado u otros grupos sustituyentes orgánicos en la cadena lateral. Esta baja insaturación de la estructura molecular del caucho de silicona le confiere una excelente resistencia al envejecimiento por calor y al envejecimiento climático, y es muy eficaz contra la luz ultravioleta y el ozono.

La cadena de siloxano tiene una estructura helicoidal, y la flexibilidad de la cadena molecular, así como la débil fuerza de interacción intermolecular, hacen que el caucho vulcanizado sea suave y elástico, pero sus propiedades físico-mecánicas son deficientes. Cuando la temperatura cambia, las fuerzas intermoleculares varían muy poco, por lo que sus propiedades, especialmente la elasticidad, no cambian significativamente.

En comparación con los cauchos orgánicos comunes generales, la formulación de tres categorías de caucho de silicona con los componentes es relativamente simple, y también lo es el tipo de vulcanización en caliente. Además del caucho crudo, los agentes de mezcla incluyen principalmente agente de refuerzo, agente vulcanizante y algunos aditivos especiales; generalmente solo se necesitan de 5 a 6 componentes para componer formulaciones prácticas.

2. ¿Cómo clasificar las siliconas?

Hay muchas formas de clasificar el caucho de silicona, generalmente según las formas de silicona antes del curado se divide en caucho de silicona sólido y caucho de silicona líquido (LSR).

Según la temperatura de vulcanización, el caucho de silicona se divide en tipo de vulcanización en caliente de silicona vulcanizada a alta temperatura (HTV) y tipo de vulcanización a temperatura ambiente (RTV). El tipo vulcanizado en caliente tiene la mayor cantidad, y el tipo vulcanizado en caliente se divide en caucho de silicona metílico (MQ), caucho de silicona con grupos metilo y vinilo (VMQ), entre otros.

(1) Silicona vulcanizada a alta temperatura

El caucho de silicona vulcanizado a alta temperatura es un polidimetil (o metil vinilo, metil fenil vinilo, metil trifluoropropilo, etc.) siloxano lineal de alta masa molar como polímero base, mezclado con cargas de refuerzo y agentes vulcanizantes (óxidos de silicio), etc., que se vulcaniza bajo presión para formar un elastómero al calentarse.

(2) Silicona vulcanizada a temperatura ambiente

El caucho de silicona vulcanizado a temperatura ambiente (RTV) es un nuevo tipo de elastómero de silicona introducido en los años 60; la característica más notable de este caucho es que puede curarse bajo presión en el lugar a temperatura ambiente sin necesidad de calentamiento, lo que lo hace extremadamente conveniente de usar. Según su mecanismo de vulcanización, se puede dividir en tipo de condensación y tipo de adición; según su empaque, se puede dividir en dos tipos: dos componentes y un componente.

Ahora, el caucho de silicona vulcanizado a temperatura ambiente se usa ampliamente como adhesivos de silicona, selladores de silicona, recubrimientos protectores de silicona, materiales de encapsulado y moldeo, ampliamente utilizado en todos los sectores. El caucho de silicona vulcanizado a temperatura ambiente (RTV) lleva uno o dos grupos funcionales en cada extremo (y a veces en el medio) de la cadena molecular, y bajo ciertas condiciones (humedad del aire o catalizadores apropiados), estos grupos funcionales pueden reaccionar para formar una estructura reticulada de alto peso molecular.

XJY-705 1,3,5,7-tetrametilciclotetrasiloxano (D4H)

Es un siloxano reactivo con enlaces Si-H, que puede sufrir cambios de adición con olefinas insaturadas y puede usarse para la síntesis de caucho de silicona vulcanizado a temperatura ambiente.

3. ¿Cuáles son las propiedades de la silicona?

El caucho de silicona es el material base más fundamental para las placas de electrodos. Entre varios materiales, el caucho de silicona ha reemplazado a otros cauchos como el caucho más utilizado para electrodos médicos debido a su excelente rendimiento.

El caucho de silicona es un caucho sintético especial, que se fabrica a partir de monómeros de dimetilsiloxano y otros monómeros de silicona, polimerizados bajo la acción de un catalizador adecuado para convertirse en un polímero lineal, que después de mezclarse y vulcanizarse puede entrecruzarse entre sí para formar un elastómero de caucho.

Las características del caucho de silicona se manifiestan en los siguientes aspectos:

(1) Excelente resistencia a altas y bajas temperaturas;

Tiene buena resistencia a altas temperaturas y puede usarse continuamente a 180-200 ℃. Aunque la resistencia del caucho de silicona es solo la mitad de la del caucho natural o algunos cauchos sintéticos a temperatura ambiente, el caucho de silicona aún puede mantener cierto grado de flexibilidad, resiliencia y dureza superficial, y las propiedades mecánicas no presentan cambios significativos en el entorno de alta temperatura de más de 200 ℃,

(2) Propiedad superficial especial e inercia fisiológica;

La energía superficial del caucho de silicona es menor que la de la mayoría de los materiales orgánicos, por lo que tiene una excelente hidrofobicidad y migración hidrofóbica, baja higroscopicidad y buena resistencia al moho; el caucho de silicona no es oscuro, no es tóxico, no tiene efectos adversos en el cuerpo humano, y la reacción del tejido corporal es leve, con excelente inercia fisiológica y envejecimiento fisiológico.

(3) Permeabilidad al aire;

Compared with other polymer materials, highly permeable silicone rubber has extremely superior permeability at room temperature to nitrogen, oxygen, and air permeability than natural rubber 30 – 40 times higher.

(4) Reciclable;

Uncontaminated silicone rubber can be silicone rubbers recyclable, it’s convenient to reuse silicone rubber products.

(5) Excelentes propiedades de aislamiento;

Tiene propiedades dieléctricas estables en un amplio rango de temperaturas y frecuencias, y muy buena resistencia al arco y resistencia a fugas;

(6) Buena elasticidad, flexibilidad a baja temperatura

Se puede utilizar a -50 ℃. La temperatura de transición vítrea del caucho de silicona es generalmente de -70 a -50℃, y la fórmula especial puede alcanzar -100℃, lo que indica su excelente rendimiento a baja temperatura;

(7) Buenas propiedades ignífugas, al quemarse casi no libera gases tóxicos y nocivos;

(8) Excelentes propiedades de resistencia a la intemperie y resistencia química a los rayos UV, niebla salina, etc.

711-Hidruro de Metilhidrosiloxano Dimetilsiloxano Copolímero

Es un líquido transparente incoloro que puede usarse como agente de reticulación para la aplicación de caucho de silicona.

 

4. ¿Cuál es la función de los rellenos conductores?

Los rellenos conductores son las principales sustancias que hacen que el caucho aislante sea conductor. Entre muchos materiales conductores, el negro de carbón es el primer material conductor utilizado, entre los cuales el negro de carbón de acetileno es más conocido. Se obtiene mediante descomposición térmica a alta temperatura del gas acetileno, denominado negro de acetileno. El negro de carbón de acetileno tiene alta conductividad, en comparación con el polvo metálico, tiene un cierto efecto de refuerzo sobre el caucho, rendimiento de procesamiento superior, pequeña resistencia a la vulcanización del caucho y buena resistencia al calor. El negro de carbón de acetileno es conductor debido a su alta estructura en el estado agregado de la estructura del negro de carbón; el negro de carbón de acetileno tiene el estado agregado más alto, y el negro de carbón de horno es más alto que el negro de carbón de canal. Las cadenas y redes de partículas de negro de carbón de alta estructura pueden formar complejos conductores, mientras que el negro de carbón de baja estructura carece de cadenas de partículas y la conductividad es deficiente.

5. ¿Cuál es el mecanismo de la goma conductora?

El mecanismo conductor del caucho conductor depende del material conductor utilizado. El relleno conductor de carbono, como el grafito, el negro de carbón, etc., es a través de su propia π electron migration and the formation of electric current in the polymer; metal filler is itself in contact with each other so that the free electrons move and generate electric current. There are several theories about the conductive mechanism of carbon conductive polymers, including the conductive pathway and tunneling effect theory. It is now generally recognized that “electron tunneling” that is, the tunnel effect is the principle of conductive generation. The applied voltage creates an electric field between carbon black particles that are adjacent and spaced by a thin layer of polymer, allowing electrons to pass through The resulting current depends on the path the electrons cross between the two conductive particles.

6. ¿Qué afecta la conductividad de una placa electrodo?

El papel del relleno conductor en el caucho conductor es indispensable, por lo que las propiedades del relleno conductor y su contenido en el caucho, el peso molecular del caucho, el grado de reticulación y otros rellenos, y las condiciones del proceso de operación tienen un efecto en la conductividad final.

6.1 ¿Por qué el relleno conductor es determinante?

El llenado del relleno conductor es lo más determinante para la conductividad del caucho. La conductividad del caucho de silicona mezclado con negro de carbón depende de la cantidad de relleno añadido. La tasa de crecimiento de la conductividad de los polímeros conductores es pequeña con el aumento del volumen de relleno, pero aumenta exponencialmente cuando el volumen de relleno supera un cierto porcentaje (es decir, el límite de permeabilidad). El negro de carbón de acetileno con un alto grado de estructura y tamaño de partícula pequeño puede otorgar al caucho alta conductividad y propiedades mecánicas. Esto se debe a que cuando el tamaño de partícula es pequeño y la estructura es alta, el negro de carbón es fácil de formar una estructura continua y es conductor bajo ciertas condiciones de proporciones.

The shear strength of the conductive silicone rubber material depends on the proportion of carbon black, shear strength, and polymer viscosity. The conductivity of the final product has a similar relationship with the processing performance, but it is more difficult to distinguish the relevant role of various parameters. The processing properties of conductive silicone rubber materials as well as the viscosity and curing properties can be adjusted within a certain range according to the user’s needs.

Diferentes métodos de vulcanización también tienen un impacto en la conductividad del caucho. En el caucho de silicona relleno de negro de carbón, con vulcanización adicional, vulcanización con peróxido, vulcanización por radiación y métodos de llenado por polimerización, causarán que las propiedades conductoras finales sean diferentes; el caucho vulcanizado hecho por el método de llenado por polimerización tiene la conductividad más alta. Esto se debe a que las partículas de relleno pueden alcanzar la máxima dispersión en el polímero cuando se usa este método.

7. ¿Cómo aplicar las siliconas?

Todo tipo de instrumentos médicos electrónicos deben actuar sobre una parte del cuerpo a través de la superficie del electrodo, como instrumentos de fisioterapia, instrumentos terapéuticos, cervicalgia, hombro congelado, artritis de enfermedades lumbares y de piernas, lesiones de tejidos blandos y otras afecciones que tienen un buen efecto terapéutico auxiliar. Utilizará pulso de baja frecuencia y teoría de meridianos y nervios, utilizando electrodos de piel en los puntos de acupuntura del cuerpo humano para estimulación de corriente, para activar la función del meridiano, aliviar el dolor, eliminar la parálisis nerviosa, así como el propósito del tratamiento de enfermedades. El electrodo temprano del instrumento de fisioterapia se usaba principalmente en forma de lámina de cobre metálico recubierta de franela, debido a que el material metálico en contacto con el cuerpo humano es fácil de oxidar, y no puede cambiar con el cambio de partes del cuerpo y cambiar arbitrariamente de forma, el uso es extremadamente inconveniente; con productos de caucho de silicona para la placa de electrodo, se pueden mostrar resultados inesperados.

Los materiales constituyentes más básicos de las placas electrónicas médicas son sustratos de caucho de silicona para cumplir con los requisitos de materiales médicos y los requisitos de uso real, y el relleno conductor para que tenga buenas propiedades conductoras; puede tener un mejor rendimiento si se combina con otros componentes auxiliares.

8. ¿Cómo fabricar las siliconas?

El caucho de silicona es un caucho sintético de rendimiento integral, con excelente estabilidad térmica; y resistencia a altas y bajas temperaturas; puede funcionar a largo plazo en el estado de -60 ℃ ~ 250 ℃ ; resistencia al ozono; resistencia a la intemperie y buenas propiedades eléctricas, resistencia a la corona, resistencia al arco eléctrico; la chispa eléctrica es muy fuerte; estabilidad química, resistencia al envejecimiento climático, resistencia a la radiación, inercia fisiológica, permeabilidad al aire, alta resistencia al desgarro. Puede ser ampliamente utilizado en el campo de los dispositivos médicos. ¿Cómo hacer que sus productos sean más competitivos?

Siliconas XJY es uno de los principales resina de silicona MQ y Silicona VMQ fabricantes en China, con más de 30 años de experiencia en I+D y fabricación en la industria de silicona y más de 15 patentes relacionadas y soporte técnico. Nuestro productos de silicona de hidrógeno puede satisfacer las necesidades de dispositivos médicos de silicona y apoyar la oferta de soluciones personalizadas diversificadas.