Долгосрочное естественное старение изменяет механику PDMS и тепловую реакцию, стабильность устройств с микропотоком вызывает озабоченность

Предыстория исследования и основные выводы

Исследование, опубликованное в онлайновом режиме в журнале Polymer Testing (авторы: Николас Сото, Франсиско Гонсалес Варела, Александр Кордоба, Констанса Маулен, Энзо Брито, Эстебан Самора, Фабиан Альварес – Карраско, Паула А. Сапата, Клаудио Гарсия – Эррера, Диего А. Васко, Мария Луиса Кордеро, Альдо Абарка – Ортега) Были изучены изменения в механической и тепловой реакции полидиметилсилоксана (PDMS) после длительного естественного старения. В исследовании отмечается, что естественное старение не только приводит к изменениям внешнего вида поверхности, но и влияет на механическое поведение и тепловые свойства материала, а это означает, что функциональная надежность гибких полимеров, представленных PDMS, в долгосрочной эксплуатации требует переоценки.

Ценность этого исследования заключается в том, чтобы оттянуть « старение» от лабораторных ускоренных условий до реальных сценариев естественного воздействия. Для исследования полимерного старения естественное старение включает в себя синергию многих факторов, таких как ультрафиолетовое облучение, температурный цикл, влажность и кислород, и его путь действия не полностью соответствует одному ускоренному испытанию, поэтому полученные данные механической и тепловой реакции имеют справочное значение для понимания фактической модели отказа.

Значение

для полимерной промышленности

PDMS относится к основной цепи для специальных эластомеров с силиконовой кислородной связью, механизм разложения отличается от углеродно – цепного полимера, но процесс старения также включает в себя окисление свободных радикалов, перегруппировку сегментов цепи и изменение плотности соединения и другие вопросы. Изменения в механике и тепловой реакции, наблюдаемые в исследовании, указывают на то, что в сценариях долгосрочного использования способность к движению соединительной сети материала и молекулярной цепи изменяется, что напрямую связано с целью антиоксидантной системы подавлять окислительное разложение и поддерживать стабильность структуры сети. Для микросхем управления потоком, гибких датчиков и биомедицинских устройств, которые требуют непрерывной работы на открытом воздухе или в течение длительного времени, формула должна быть разработана с учетом устойчивости к погоде, а не только с учетом первоначальных механических показателей.

С точки зрения технологического маршрута стабилизации, чувствительность силиконовой кислородной системы к ультрафиолетовому и окислительному воздействию отличается от чувствительности к полимерам углеродной цепи, применимость HALS (блокируемый аминокислотный фотостабилизатор) и UVA (ультрафиолетовый поглотитель) должна оцениваться в сочетании с химической структурой матрицы. В исследовании не было дано конкретного варианта добавок, но его результаты показывают, что, полагаясь только на один стабилизатор, трудно покрыть дрейф производительности, вызванный многофакторной связью в естественном старении, и что идея системы спаривания – то есть совместная конструкция двух путей окисления и фотостарения – более актуальна в долгосрочной стабильности. Для разработки формулы на основе PDMS соответствие антиоксидантной системы и компонентов фотостабилизации может быть в центре внимания проверки, а стабилизационный эффект может быть оценен совместно с механическими и тепловыми характеристиками до и после старения.

Откровение для обнаружения и представления

Исследование использует механическую и тепловую реакцию в качестве показателя оценки старения, эта идея имеет справочную ценность для обнаружения старения полимеров. Обычная оценка старения часто фокусируется на внешнем виде, цвете или одной механической прочности, в то время как изменения в тепловых реакциях могут отражать изменения в движении сегмента цепи и агрегационной структуре, а сочетание с механическими данными может более полно отображать степень старения. Для поставщиков добавок и производителей продуктов внедрение многомерного представления на этапе скрининга устойчивой формулы помогает определить синергию или антагонизм в системе репликации и избежать ошибок, основанных только на одном показателе.

Важно отметить, что исследование фокусируется на естественном старении PDMS в приложениях с микроконтролем потока и не включает в себя эффект добавления конкретных антиоксидантов, HALS или UVA, а также не дает сравнительных данных по стабилизирующим рецептам. Поэтому его выводы следует понимать как указание на феномен старения и методы оценки, а не как прямую проверку вспомогательной системы. Индустрия полимерных добавок может, таким образом, обратить внимание на долгосрочную эволюцию свойств эластомеров на основе кремния в условиях реального воздействия и в сочетании со своей собственной системой формул провести целенаправленную проверку старения.

Источник: Long-term natural aging alters the mechanical and thermal response of PDMS for microfluidic applications， Обработано химикатами Herun.