سیلیکون سورفکتانت AK-8805 مایستا

معرفی شیمیایی و خواص عمومی

سیلیکون سورفکتانت AK-8805 یک کوپلیمر پلی سیلوکسان-پلی اتر از نوع غیر هیدرولیتیک است که دارای پیوند سیلیکون-کربن است. این مایع ویسکوز و شفاف، یک تثبیت کننده فوم است که در تولید انواع فوم‌­های سخت پلی‌­یورتانی استفاده می­‌شود و زمینه کاربرد آن بسیار گسترده است. به عنوان مثال، می‌­توان از آن در سیستم‌های فوم‌سازی مختلف از جمله هیدروکربن‌ها (مانند سیکلوپنتان)، 141b و سیستم حاوی مقادیر بالای آب (245fa) و سیستم فوم  365mfc استفاده کرد ^[1].

روش تولید و ساختار شیمیایی

به‌­طور کلی، تشکیل پیوند Si-C با hydrosilylation یا همان افزودن پیوندهای Si-H یک پلی سیلوکسان در میان پیوندهای غیراشباع C=C  یک allyloxy polyether انجام می‌شود. رایج‌ترین ساختارهای پلی‌اتر سیلیکونی از نوع rake یا pendant هستند و با فرمول Me3SiO(Me2SiO)x(RMeSiO)ySiMe3 نشان داده می‌شوند، که در آن Me نشان‌دهنده یک گروه متیل و R نشان‌دهنده عاملیت پلی‌اتر است که می‌تواند متفاوت باشد. مقدار x و y و نسبت x/y  که خواص فیزیکی، شیمیایی و سطح کوپلیمر حاصل را تعیین می‌­کند، می­‌تواند بسیار متفاوت باشد , .  

ویژگی‌های فنی محصول

بیش‌ترین سورفکتانت‌هایی که در صنعت پلی‌یورتان استفاده می‌شوند، کوپلیمرهای پلی دی متیل سیلوکسان-پلی اتر هستند. از اواخر دهه 1950، این سیلیکون سورفکتانت‌ها تقریباً به طور کامل جایگزین سایر سورفکتانت­‌های آلی غیریونی شده‌اند. این جایگزینی تا حد زیادی به دلیل توانایی آن­‌ها در کاهش کشش سطحی به حدود 20 dyne/cm است در حالی که سورفکتانت‌های آلی معمول، دارای کشش سطحی 30 dyne/cm هستند. این توانایی در کاهش کشش سطحی می­‌تواند از ادغام سلول‌های فوم در یکدیگر جلوگیری کند , . با توجه به ساختار مولکولی منحصر به فرد سیلیکون سورفکتانت AK-8805 ، این سورفکتانت دارای ظرفیت فوق العاده ای در ایجاد امولسیون است، بنابراین، سبب هسته‌­زایی حباب‌ها در فرآیند اختلاط، پایدارسازی سلول­‌های فوم، تنظیم سلول­‌های باز و بسته، اندازه سلول و به‌­طور کلی سبب تنظیم ساختار فوم می­‌شود. استفاده از این سورفکتانت سبب بهترشدن روندگی (سیالیت) مواد فوم­‌زا شده و منجر به توزیع یکنواخت چگالی محصول نهایی می­‌شود. هم­چنین، درکنار این­‌که فوم­ نهایی تعداد بسیار بالایی سلول‌های بسته و با اندازه کوچک دارد که سبب افزایش خاصیت عایق بودن فوم می­‌شود، این سلول­‌ها دارای توزیع بسیار باریکی هستند. بنابراین سیلیکون سورفکتانت،­ تاثیر قابل توجهی بر خواص نهایی فوم دارد ^[1] , , .

حوزه‌های کاربرد

امروزه بزرگ­‌ترین کاربرد تجاری سورفکتانت­‌های سیلیکونی، استفاده از آن­‌ها به عنوان افزودنی برای تولید فوم­‌های پلی‌­یورتانی است. فوم سخت پلی‌­یورتان (RPUF) یک پلیمر سلولی با سلول­‌های بسته است. هندسه­‌ی سلول بسته معمولا ماهیت سفت و سختی دارد و به دلیل هدایت حرارتی کم، چگالی کم، نسبت استحکام به وزن بالا و نفوذپذیری رطوبت کم، مناسب عایق­ حرارتی است. ساختار سلول‌­های بسته فوم‌­های سخت، سبب محبوس کردن گاز درون خود می­‌شود که انتقال حرارت از روش هدایت یا رسانش را کاهش می‌­دهد. از طرفی وجود سلول­‌های کوچک در فوم سخت، انتقال حرارت از روش همرفت را کاهش می‌­دهد. از آ­ن‌­جایی که سورفکتانت، جهت تنظیم اندازه سلول و همچنین تنظیم نوع سلول­‌های باز و بسته، تثبیت ساختار سلول برای جلوگیری از فروپاشی و حفره‌های زیرسطحی استفاده می­‌شود، تاثیر قابل توجهی در خواص فوم نهایی و بخصوص در خواص عایق‌­بندی آن دارد , . AK-8805 یک سورفکتانت با کاربرد عمومی است که در تولید انواع فوم­‌های سخت پلی‌­یورتانی استفاده می‌­شود ^[1]. بنابراین در صنایع مختلف ازجمله تولید ساندویچ پنل در صنایع ساختمان، فوم­‌های یخچالی در صنایع لوازم خانگی و عایق بندی لوله­‌ها و مخازن در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی کاربرد دارد.

شرایط فرآیندی و نکات کاربردی محصول

• مقدار سورفکتانت برای فرمولاسیون­‌های مختلف پلی­‌یورتان، متفاوت است و معمولاً در مقادیر 0.4 تا 5 درصد وزنی پلی‌ال اضافه می­‌شوند. برای برآوردن نیازهای فرآیندی خاص سیستم­‌های تولید فوم­‌های مختلف، ساختار مولکولی ممکن است با تغییر طول و ترکیب زنجیره اصلی پلی دی متیل سیلوکسان یا تعداد، طول و ترکیب زنجیره‌­های جانبی پلی اتر، تنظیم شود. سورفکتانت­‌های فوم سخت معمولاً حاوی 10 تا 50 واحد Si در هر مولکول هستند در حالی که میانگین وزن مولکولی یک زنجیره پلی اتر بین 400 تا 1500 گرم در مول است. مقدار اتیلن اکساید معمولاً از حدود 50 تا 100 درصد متغیر است و نسبت پلی­‌سیلوکسان به پلی­‌اتر در محدوده 3 به 1 تا 10 به 1 است .
• فومی که در نتیجه تبخیر عامل فوم‌­زا ایجاد می­‌شود، معمولاً ناپایدار است و اگر واکنش بدون افزودن پایدارکننده­‌ها یا همان سورفکتانت‌­ها ادامه یابد، فوم دچار فروپاشی می­‌شود. زیرا سینتیک واکنش پلی‌­یورتان در غیاب سورفکتانت شدیدتر است و واکنش با سرعت بیش­تری انجام می­‌شود. مطالعات در این زمینه نشان داده که افزودن سورفکتانت سبب افزایش 10 درصدی در زمان­‌های cream time, gel time and tack-free time شده است که نشان­‌دهنده انجام واکنش با سینتیک ملایم‌­تر است. , .

خواص فوم عمدتاً به نوع پلی‌­ال شامل عاملیت و تعداد گروه هیدروکسیل و نوع و مقدار سورفکتانت بستگی دارد. نوع و مقدار سورفکتانت باتوجه به سایر اجزا واکنش انتخاب می­‌شود. هم­چنین مطالعات نشان داده که مقدار سورفکتانت بر کاهش پارامترهایی نظیر کشش سطحی، دانسیته فوم و اندازه سلول­‌های فوم و افزایش پارامرهایی نظیر تخلخل فوم و استحکام فشاری آن موثر است که درنهایت منجر به بهبود خواص عایق‌­بندی فوم در برابر انتقال حرارت می­‌شود، بنابراین بهینه‌­سازی مقدار سورفکتانت جهت تولید فوم با کیفیت و کارایی بالا، امری ضروری است .