Quais são as propriedades do adesivo sensível à pressão de silicone?

As perspectivas de mercado do adesivo sensível à pressão de silicone são promissoras, esperando-se crescimento contínuo nos próximos anos. Com o rápido desenvolvimento das indústrias eletrônica, automotiva, da construção civil e outras, a demanda por adesivos sensíveis à pressão de silicone de alto desempenho e ambientalmente amigáveis está aumentando. Especialmente no campo dos veículos de nova energia e das casas inteligentes, a demanda por sua aplicação cresceu significativamente. Quais são os requisitos técnicos do adesivo sensível à pressão de silicone?

O adesivo sensível à pressão de silicone tornou-se um material funcional indispensável na indústria moderna, devido à sua inércia química única, resistência a temperaturas extremas, biocompatibilidade e propriedades viscoelásticas ajustáveis. O adesivo sensível à pressão de silicone pode unir uma variedade de materiais de difícil adesão, como poliolefinas não tratadas superficialmente, plásticos fluorados, poliimida e policarbonato. Além disso, também possui boas propriedades dielétricas e resistência ao envelhecimento, podendo resistir à erosão de luz ultravioleta, ozônio e outros fatores ambientais.

Existem cinco aspectos para a introdução do adesivo sensível à pressão de silicone:

• Qual é a composição química do adesivo sensível à pressão de silicone?
• Campo médico e de saúde
• Setor do fabrico de dispositivos eletrónicos
• Produção industrial e setores emergentes

1. Qual é a composição química do adesivo sensível à pressão de silicone?

1.1 Polímero base: polidimetilsiloxano (PDMS)

A cadeia principal do PDMS é constituída por átomos alternados de silício (Si) e oxigénio (O) (-Si-O-Si-), sendo que cada átomo de silício liga dois grupos metilo (-CH₃) para formar uma cadeia flexível helicoidal. As propriedades de ligação química são as seguintes:

(1) Energia da ligação Si-O: 452 kJ/mol (significativamente superior aos 348 kJ/mol da ligação C-C), o que confere uma elevada estabilidade térmica;

(2) Ângulo de ligação e liberdade de rotação: o ângulo de ligação Si-O-Si é de cerca de 143°, e a barreira de energia de rotação livre é de apenas 0,8 kJ/mol, o que torna a cadeia molecular extraordinariamente flexível;

(3) Distribuição do peso molecular: normalmente opta-se por PDMS com um peso molecular entre 200 000 e 500 000, sendo necessário remover rigorosamente a fração de baixo peso molecular (<5%) para evitar a migração.

1.2 Resina adesiva: resina MQ

MQ resin is condensed from monofunctional trimethylsiloxane (M unit, (CH3)3SiO1/2(CH3)3SiO1/2) and tetrafunctional silicon dioxide (Q unit, SiO4/2SiO4/2), its The M/Q ratio (typically 0.6-0.8) determines the tackifying efficiency of the resin, and the MQ resin is physically entangled with the PDMS chains to form a hydrogen-bonding network, which lowers the energy storage modulus (G’) and improves adhesion;

Tem um ponto de amolecimento de 80-150°C e mantém a aderência a altas temperaturas; geralmente, a relação em massa entre o PDMS e a resina MQ situa-se entre 1:0,5 e 1:1,2.

1.3 Sistema de reticulação

(1) Reticulação com peróxido

Agentes de reticulação habitualmente utilizados: peróxido de diisopropilo (DCP), peróxido de benzoílo (BPO).

Mecanismo de reação: alta temperatura (>160 ℃) decomposição de radicais livres, captura do átomo de hidrogénio metílico na cadeia do PDMS, formação de ligações cruzadas entre cadeias;

Controlo da densidade de reticulação: adição de DCP na ordem dos 0,5-2 phr (por 100 de resina), densidade de reticulação até 1 × 10-⁴ mol/cm³ (medido pelo método de dissolução);

(2) Reticulação por adição catalisada por platina

O óleo de silicone contendo hidrogénio (Si-H) e o óleo de silicone vinílico (Vi-PDMS), sob a ação de um catalisador de platina, sofrem uma reação de hidrogenação-silanação.

Este sistema de reticulação não produz subprodutos, tem um longo período de aplicabilidade (>8 h) e é adequado para revestimentos de precisão; no entanto, a concentração de platina deve situar-se no intervalo de 5 a 10 ppm, e um excesso fará com que o colóide se torne frágil.

Adesivo Sensível à Pressão de Silicone XJY-301

É feito a partir da estrutura específica de resina de silicone e polidimetilsiloxano de alto peso molecular em conjunto com adesivos orgânicos para condições específicas de cenário.

Em comparação com a borracha natural, caracteriza-se por resistência ao calor, alta estabilidade, boa isolação elétrica, boa transparência, alta adesão ao descolamento e resistência química. No processamento de produtos industriais, processamento eletrônico, materiais ópticos, saúde e fita de mica, fita de emenda, filme protetor e outros campos, as propriedades de PSA têm uma ampla gama de aplicações.

2. Campo médico e de saúde

2.1 Sistema de administração transdérmica de medicamentos

Os adesivos transdérmicos proporcionam uma libertação prolongada de fármacos (por exemplo, fentanil, medicamentos para terapia de substituição da nicotina) através da pele, evitando os efeitos de primeira passagem e melhorando a adesão do doente ao tratamento.

Advantages:

Adesão a longo prazo: deve permanecer fixado continuamente à superfície da pele durante 3 a 7 dias, com uma taxa de descolamento <5%;

Permeabilidade à humidade e permeabilidade ao ar: a taxa de transmissão de vapor de água (MVTR) deve ser superior a 2000 g/m²/dia para prevenir a maceração da pele;

Compatibilidade com o fármaco: o colóide não adsorve moléculas do fármaco, garantindo uma taxa de libertação estável (cinética de grau zero).

Soluções de adesivos sensíveis à pressão à base de silicone:

(1) Conceção da estrutura molecular: é utilizada uma rede de PDMS com baixa densidade de reticulação (espaçamento entre pontos de reticulação > 10 nm) para permitir a difusão livre das moléculas do fármaco;

(2) Modificação interfacial: introdução de cadeias laterais de polietilenoglicol (PEG) hidrofílicas para equilibrar a permeabilidade à humidade e a adesão;

(3) Validação clínica: Validação do perfil de libertação do fármaco através de experiências de permeação cutânea ex vivo (célula de difusão de Franz), para garantir que o desvio da libertação cumulativa ao longo de 72 horas seja <10%.

A aplicação de adesivos sensíveis à pressão à base de silicone em sistemas de administração transdérmica de fármacos requer atenção: pequenas moléculas de siloxano (por exemplo, D4, D5) podem causar irritação cutânea, e a quantidade residual deve ser reduzida para <50 ppm através de um processo de desvolatilização a vácuo a alta temperatura; os eletrólitos presentes no suor reduzem a adesão interfacial, e a resistência à transpiração pode ser melhorada através do enxerto superficial de polímeros iónicos anfotéricos (por exemplo, betaínas sulfonadas).

2.2 Eletrodos médicos e biossensores

Os elétrodos de ECG, os sensores de EEG e outros dispositivos de fixação de longa duração têm de garantir a estabilidade do sinal e a segurança da pele.

Advantages:

(1) Condutividade: resistividade volumétrica <1 Ω-cm, reduzindo o ruído do sinal;

(2) Biocompatibilidade: cumpre as normas de citotoxicidade da norma ISO 10993-5 (sobrevivência celular >90%);

(3) Viscoelasticidade dinâmica: adapta-se aos micromovimentos da pele (taxa de deformação de 0,1 a 10 Hz), flutuações da força de descolamento <15%.

Soluções de adesivos sensíveis à pressão à base de silicone:

(1) sistema compósito condutor: adicionar flocos de prata 20% - 30% (tamanho das partículas 3-5 μm, relação diâmetro/espessura > 50:1), a formação da rede condutora tridimensional, a resistência quadrática <1 Ω/sq;

(2) Aumento da flexibilidade: Introdução de uma topologia em forma de estrela em PDMS para reduzir o módulo de elasticidade para 50-100 kPa, de modo a corresponder às propriedades mecânicas da pele;

(3) Funcionalização antibacteriana: com nanopartículas de ZnO carregadas com 0,5%, a taxa de inibição bacteriana contra o Staphylococcus aureus é superior a 99%.

3. Campo de fabricação de dispositivos eletrônicos

3.1 Embalagem de dispositivos eletrônicos flexíveis

Flexible OLED displays, wearable sensors, etc. need to maintain stable packaging under bending (radius of curvature 20%) conditions.

Advantages:

(1) Resistência à fadiga: taxa de retenção da adesão >80% após 100 000 flexões;

(2) Módulo baixo: módulo de armazenamento de energia G' < 100 kPa, evitando a concentração de tensões que conduzem à fratura do dispositivo;

(3) Resistente à humidade e ao envelhecimento por calor: 1000 horas a 85℃/85% RH, atenuação da força de descolamento <20%.

Soluções de adesivos sensíveis à pressão à base de silicone:

(1) Otimização da topologia da cadeia molecular: utilização de uma estrutura de PDMS hiperramificada, com alongamento na ruptura > 500%;

(2) Disposição da orientação do enchimento: adicionar nanotubos de carbono (CNT) 1%, orientando-os através do campo elétrico para formar uma rede condutora anisotrópica;

(3) Tecnologia de melhoria da interface: pré-tratamento do substrato com um agente de acoplamento de silano (por exemplo, KH-550) e aumento da aderência para >200 mN/m.

3.2 Fixação temporária de chips semicondutores

Os processos de corte de pastilhas e de encapsulamento de chips exigem a fixação temporária do dispositivo e que não fiquem resíduos de adesivo nos processos subsequentes.

Advantages:

(1) Estabilidade a altas temperaturas: resiste a 180-250 ℃ processo de soldadura por refluxo, sem derramamento de cola nem carbonização;

(2) Força de descolagem controlada: força de descolagem à temperatura ambiente > 2 N/cm, aquecida a 80 ℃ até <0,1 N/cm;

(3) Contaminação iônica ultrabaixa: Na⁺, K⁺ teor <1 ppb, para evitar a corrosão do chip.

Soluções de adesivos sensíveis à pressão à base de silicone:

(1) sistema termossensível: adicionar microcápsulas de parafina 5% (temperatura de transição de fase de 70 ℃), a expansão volumétrica após o aquecimento para provocar a separação da interface;

(2) Síntese ultralimpra: utilização de uma reação de adição catalisada por platina para evitar resíduos de peróxido;

(3) Controlo da espessura à escala nanométrica: a espessura da camada adesiva é de 5±0.5 μm através da tecnologia de revestimento por microgravura.

4. Fabricação industrial e campos emergentes

4.1 Montagem de baterias para veículos de nova energia

Fixação do isolamento entre as células do módulo da bateria de potência, preenchimento da interface de dissipação de calor, etc.

Advantages:

(1) Retardador de chamas: classe UL94 V-0, índice de oxigénio limite (LOI) > 30%;

(2) Condutividade térmica: condutividade térmica no plano > 5 W/mK, diferença de temperatura < 5℃ (50 Condições de carga/descarga);

(3) Resistência à corrosão por eletrólitos: 30 dias de imersão em LiPF₆/Eletrólito EC-DMC, taxa de expansão volumétrica <3%.

Soluções de adesivos sensíveis à pressão à base de silicone:

(1) Sistema sinérgico retardador de chamas: formação de carbono catalisada por hidróxido de magnésio (60%) e compostos de platina, taxa de carbono residual >40%;

(2) Construção de uma rede de condutividade térmica: disposição vertical de nanofolhas de nitreto de boro (50%), com condutividade térmica no plano de 12 W/mK;

(3) Modificação da resistência química: ramificação de ligações laterais de perfluoroalquilo, ângulo de contacto >120°, resistência à penetração de eletrólitos.

4.2 Sistema de controle térmico aeroespacial

Pasta térmica para dissipadores de calor de satélites, fixação do isolamento multicamadas (MLI) de naves espaciais e outras aplicações em ambientes extremos.

Advantages:

(1) Resistente à irradiação espacial: resistente a >1000 kGy γirradiação com raios -ray, perda de qualidade <1%;

(2) Adesão em intervalo de temperatura ultra-amplo: variação da força de descolamento <30% entre -196°C (azoto líquido) a +300°C;

(3) Resistência à erosão por protões e oxigénio: ambiente da Órbita Terrestre Baixa (LEO), taxa de perda de massa <0,1 mg/cm²-h.

Soluções de adesivos sensíveis à pressão à base de silicone:

(1) Copolimerização de fenilsiloxano: introdução da cadeia lateral fenílica 20%, temperatura de transição vítrea (Tg) reduzida para -120℃;

(2) Conceção da camada de proteção nanométrica: camada de óxido de cério de 10 nm aplicada na superfície, que reflete 99% da radiação UV;

(3) Otimização da compatibilidade com o vácuo: teor de matérias voláteis (CVCM) <0,01%, aprovado no teste ASTM E595 da NASA.

5. Quais são os desafios dos adesivos sensíveis à pressão de silicone?

(1) Melhoria ambiental: Desenvolvimento de monómeros de silano de base biológica (por exemplo, siloxanos derivados da celulose) para reduzir a dependência de matérias-primas derivadas do petróleo;

(2) Fabrico digital: Otimizar formulações com aprendizagem automática (por exemplo, algoritmos de otimização bayesiana para reduzir os ciclos de desenvolvimento em 50%);

(3) Integração entre escalas: concretizar a conceção integrada do nano-enchimento-estrutura micrométrica-dispositivo macro, ultrapassando o limite de desempenho existente.

6. Como fazer com que o adesivo sensível à pressão de silicone tenha um melhor desempenho?

O adesivo sensível à pressão à base de silicone é um adesivo sensível à pressão de alto desempenho, com as seguintes características de excelente desempenho: possui uma excelente resistência à temperatura, podendo ser utilizado a -75 ℃ a 300° ℃ em condições de temperaturas extremas para manter a estabilidade, e não é fácil de amolecer, deformar-se ou falhar. Possui excelente resistência a produtos químicos, água, óleo, solventes, degradação térmica e degradação oxidativa， boa aderência ao descascamento e resistência de aderência. Como melhorar a competitividade dos produtos?

XJY Silicones é um dos principais resina de silicone MQ e Silicone VMQ fabricantes na China, com mais de 30 anos de experiência em P&D e fabricação na indústria de silicone e mais de 15 patentes relacionadas e suporte técnico. Nossos produtos de matérias-primas de silicone pode satisfazer as necessidades dos campo de adesivo sensível à pressão de silicone e apoiar o fornecimento de soluções personalizadas diversificadas.