Polydimethyl siloxan trong phụ gia thực phẩm là gì
|
– Công thức hóa học của loại cao su silicone đơn giản nhất là polydimethylsiloxane (MQ) được thể hiện bên dưới. – Trong công thức này, do liên kết Si-O (444 kJ/mol) bền hơn liên kết C-C (356 kJ/mol) làm cho cao su silicone có tính kháng nhiệt độ cao tốt hơn các loại cao su hữu cơ truyền thống. Bên cạnh đó, mạch chính cao su silicone không có các liên kết đôi chưa bão hòa làm cao su silicone trơ, kháng tốt với các yếu tố môi trường như oxy, ozon, ánh sáng mặt trời. Ngoài ra, do năng lượng quay tự do của liên kết Si-O thấp tạo nên tính mềm dẻo cho cao su silicone chưa gia công. – Thực tế, các mạch phân tử polysiloxane được biến tính, thêm vào các nhánh bên để đạt được những tính chất nhất định cho các ứng dụng riêng biệt. Nhìn chung, methyl, vinyl, phenyl và trifluoropropyl là các nhóm nhánh thông dụng nhất tạo thành các sản phẩm polysiloxane thương mại khác nhau. – Sự kết hợp của các nhóm vinyl (ít hơn 1% mol) như nhánh bên của chuỗi phân tử polysiloxane (loại VMQ) tăng đáng kể hiệu quả kết mạng với các peroxide hữu cơ. Điều này giúp loại VMQ có tính biến dạng dư thấp và tính kháng dầu nóng cải thiện so với loại MQ. Nhánh vinyl có thể được kết hợp vào mạch chính ở những vị trí nhất định, giúp kiểm soát các liên kết mạng, tính chất cơ lý của sản phẩm tốt hơn và ổn định trong thời gian dài. Ngày nay, hầu hết các loại cao su silicone thương mại đều chứa một lượng đơn vị vinyl nhất định. – Tương tự, việc thế một phần các nhóm methyl (5 tới 10%) bằng các nhóm phenyl (loại PMQ) sẽ giúp cao su silicone cải thiện tính kháng nhiệt độ thấp. Một loại cao su silicone khác là fluorosilicone, các nhánh trifluoropropyl được gắn vào chuỗi polydimethylsiloxane mang lại tính phân cực cho cao su silicone, giúp kháng được nhiên liệu, dầu mỡ và dung môi. Tính chất hóa lý của cao su silicone– Nhìn chung, cơ tính của cao su silicone tương đối kém. Độ bền kéo của chúng phụ thuộc nhiều vào chất độn silica gia cường nhưng rất khó để nâng độ bền kéo của cao su silicone trên 15 MPa. Tuy vậy trong các ứng dụng nhiệt độ cao, sự duy trì độ bền kéo của cao su silicone tốt hơn rất nhiều so với cao su thiên nhiên và các loại cao su tổng hợp khác. Độ bền xé và độ mỏi của cao su silicone nhìn chung thấp. Độ bền xé được cải thiện đáng kể bằng cách thay đổi sự phân bố liên kết mạng, bề mặt silica và cấu trúc phân tử của polymer silicone. Ngoài ra, cao su silicone thể hiện sự biến dạng dư sau nén thấp trong một dãy rộng nhiệt độ. Nhờ nhiều cải tiến, cao su silicone giờ đây có độ bền tương đối, được sử dụng trong các ứng dụng động học thông thường, không quá khắc nghiệt. – Đặc tính vốn có của chuỗi polymer silicone, liên kết‘Si-O-Si’ uốn dẻo, ổn định cao dẫn đến sự duy trì nhiều tính chất mong muốn trong một khoảng nhiệt độ rộng. Tính kháng nhiệt và tuổi thọ dự tính của các loại cao su silicone phụ thuộc vào nhiệt độ mà chúng tiếp xúc, nhiệt độ tiếp xúc càng cao thì tuổi thọ dự tính càng thấp. Cao su silicone thể hiện tính năng lâu hơn và tốt hơn ở nhiệt độ cao so với hầu hết các loại cao su hữu cơ khác. Tính kháng lạnh của cao su silicone phụ thuộc nhiều vào cấu trúc của nó. Cao su silicone loại MQ và VMQ có thể chịu được nhiệt độ khoảng -55 oC, trong khi cao su silicone chứa nhóm phenyl, PMQ và PVMQ, có thể chịu được tới khoảng -90 oC. Tính chất cơ lý của cao su silicone– Cao su silicone là vật liệu đàn hồi có tính kháng nhiệt và uốn dẻo ở nhiệt độ thấp tốt nhất. Dãy nhiệt độ hoạt động hiệu quả của chúng từ -51oC tới 232oC. Fluorosilicone có dãy nhiệt độ hoạt động hiệu quả từ -73oC tới 190oC. – Cao su silicone có tính cách điện tốt, nổi bật so với hầu hết những vật liệu đàn hồi khác. Sản phẩm phân hủy của vật liệu đàn hồi carbon là than đen dẫn điện, trong khi sản phẩm phân hủy của cao su silicone là silicone dioxide cách điện. – Cao su silicone có tính kháng mài mòn, độ bền kéo và độ bền xé kém, nhưng chúng duy trì những tính chất cơ học này ở nhiệt độ cao tốt hơn rất nhiều so với các loại cao su khác. Tính kháng biến dạng dư sau nén và tính tưng nảy tốt ở cả nhiệt độ thấp và cao. Tính kháng cháy tốt. – Cao su silicone có tính thấm khí cao do khả năng chuyển động của chuỗi cao. Tính thấm khí có khuynh hướng giảm xuống khi tăng mật độ kết mạng polymer, tăng mức chất độn. Nhìn chung, cao su silicone loại polydimethylsiloxane có tính thấm khí oxy cao gấp 25 lần cao su thiên nhiên, và cao gấp 429 lần cao su butyl. – Cao su silicone có tính tương thích sinh học tốt, không có ảnh hưởng lên mô cơ thể. Ngoài ra, cao su silicone có giá trị năng lượng bề mặt thấp hơn hầu hết các loại cao su hữu cơ. Do đó, silicone thể hiện tính phân tách rất tốt, giúp cho phép sử dụng chúng trong nhiều quá trình chế biến thực phẩm và trong sản xuất các lớp màng polymer nhiệt dẻo. Tính kháng nhiệt cao kết hợp với tính phân tách, đặc tính trơ sinh lý làm cho vật liệu đàn hồi silicone là một sự lựa chọn tốt cho các khay, dĩa dùng trong lò nướng và các ứng dụng trong nhà khác. – Cao su fluorosilicone có tính chất vật lý và cơ học tương tự cao su silicone nhưng cải thiện hơn trong kết dính với kim loại và tính không thấm khí Ứng dụng– Cao su silicone được dùng rộng rãi trong nhiều ứng dụng như trong dược phẩm, y khoa, dây điện và dây cáp, ô tô và không gian vũ trụ, những ứng dụng cần tính chất trơ rất tốt của silicone. |
