Alcuni materiali polimerici condividono tratti simili. Tuttavia, hanno proprietà uniche che li definiscono. Il silicone e la gomma sono esempi di questi polimeri. Entrambi presentano somiglianze poiché sono elastomeri. Tuttavia, sono diversi a livello molecolare e hanno applicazioni specifiche. Questo articolo evidenzia queste differenze e somiglianze.
Silicone e gomma come materiali elastomerici
Nella scienza dei polimeri, le sostanze sono classificate in base a fattori quali forze molecolari, fonti, modalità di sintesi, ecc. Le forze molecolari sono ampiamente utilizzate per classificare i polimeri. Questa classificazione ci fornisce gli elastomeri, tra gli altri tipi di polimeri
Generalmente, il termine elastomero viene utilizzato per descrivere polimeri viscoelastici. Si tratta di polimeri che possono allungarsi e tornare alla loro forma senza deformarsi. Gli elastomeri hanno legami incrociati intermolecolari che tengono insieme i legami monomerici. Questi legami sono deboli per consentire all'elastomero di allungarsi quando viene tirato.
Gli elastomeri sono naturali o sintetici. Mentre la gomma è considerata un esempio perfetto di elastomero naturale, il silicone è un ottimo esempio di elastomero sintetico. Come vedrete nel corso dell'articolo, i due hanno molte somiglianze e differenze, se consideriamo le loro proprietà.
Cos'è il silicone?
Il termine chimico per silicone è polisilossano. Ciò significa che è un polimero costituito da unità ripetute di silossani. Questi silossani sono composti sintetici costituiti da elementi di silicone e ossigeno. Pertanto, si può dire che il silicone è un polimero sintetico costituito da composti di silicone e ossigeno.
Quello che abbiamo descritto qui è la base materiale siliconico. Ciò significa che esistono molte varianti di silicone a seconda dei metodi di sintesi e degli elementi aggiunti. Ad esempio, esistono diversi gradi di silicone fabbricati per sostenere condizioni specifiche.
Come viene sintetizzato il silicone?
La sabbia silicea è l'ingrediente principale nella sintesi del silicone. Utilizzando vari processi, il composto di silicio viene estratto da questa sabbia.
Il silicio subisce altre serie di reazioni, tra cui l'aggiunta di cloruro di metile, la distillazione, l'idratazione e infine la polimerizzazione. Ci sono fasi standard in questo processo, ma dipendono principalmente dal produttore. La fase finale è la polimerizzazione che produce polisilossano, il polimero siliconico.
Il silicone prodotto verrà sottoposto a processi di vulcanizzazione per migliorarne l'elasticità a determinate temperature. Inoltre, quest'ultimo passaggio comporta la classificazione del silicone e la sua preparazione per la macinazione di prodotti a base di silicone.
Cos'è la gomma?
In questo articolo, la gomma viene utilizzata per indicare gomma naturale. È fondamentale specificarlo per chiarire la differenza. Questo perché il silicone è considerato un tipo di gomma.
In generale, la gomma è un materiale elastico che ha molte proprietà desiderabili. Esiste naturalmente nell'estratto di lattice di vari alberi. Storicamente, è stato scoperto per la prima volta in Hevea brasiliana, un albero autoctono brasiliano.
Il polimero di gomma naturale è costituito da unità ripetute di monomeri di isoprene. Ecco perché la gomma naturale è anche nota come poliisoprene.
Come il lattice viene convertito in gomma
Il processo di produzione della gomma naturale inizia dopo che la sospensione di lattice viene estratta dalla corteccia di Pianta di Hevea brasiliensis. La sostanza acquosa bianco lattea viene pulita e gli vengono aggiunti degli acidi per aiutare a coagulare le particelle di gomma presenti nel lattice. Questo processo iniziale potrebbe variare a seconda degli standard di produzione seguiti.
La gomma coagulata viene sottoposta a masticazione per migliorarne l'elasticità. Vengono inoltre aggiunte alcune sostanze chimiche per migliorare ulteriormente le proprietà intrinseche. Tuttavia, il prodotto finale in questa fase è ancora in condizioni instabili.
L'ultimo passaggio è la vulcanizzazione. Questo passaggio comporta il trattamento della gomma calandrata con zolfo e calore per indurirla. La vulcanizzazione è necessaria per garantire che la gomma sia sufficientemente resistente per applicazioni che richiedono gomma dura. Tuttavia, questo processo non influisce sull'elasticità della gomma naturale.
Silicone vs gomma: confronto delle proprietà comuni
Il modo migliore per comprendere la differenza tra silicone e gomma è confrontare le proprietà comuni. In altre parole, ci sono caratteristiche che entrambi gli elastomeri condividono, ma ognuno ha un grado di proprietà. Ciò diventerà più chiaro quando inizieremo a confrontare somiglianze e differenze.
Elasticità
Gli elastomeri sono noti per essere viscoelastici. In altre parole, sono in grado di allungarsi quando vengono tirati. Vediamo quanto è elastico il silicone rispetto alla gomma.
Silicone
Il silicone è piuttosto elastico e allungabile. La struttura elicoidale delle molecole di silicone contribuisce a questa elevata elasticità. La reticolazione dei monomeri forma una forma conica o cilindrica. In parole povere, l'elasticità del silicone è radicata nella sua struttura molecolare.
Il silicone mantiene la sua elasticità sia a basse che ad alte temperature. Pertanto, ciò amplia la gamma di applicazioni ad alto stress adatte al silicone.
L'elasticità del silicone viene misurata utilizzando un test noto come modulo di elasticità o modulo di Young (E). Il modulo è espresso in Megapascal (MPa) e i valori variano a seconda delle condizioni del test e del grado di silicone utilizzato.
Vale la pena sottolineare che l'elasticità della gomma, come la maggior parte delle sue proprietà, può essere migliorata durante la sua sintesi. Pertanto, è possibile ottenere un'elasticità personalizzata se si intende utilizzare il silicone in ambienti ad alto stress.
Gomma
Il motivo principale per cui gli elastomeri come la cinghia di gomma naturale sono elastici è perché la loro struttura polimerica è composta da lunghe catene di monomeri. Inoltre, anche i legami incrociati creati dagli agenti vulcanizzanti contribuiscono all'elasticità.
La gomma è altamente elastica e non si deforma né fisicamente né a livello molecolare quando viene allungata. Questa proprietà meccanica della gomma la rende un materiale molto desiderabile per l'uso in situazioni in cui il movimento è inevitabile.
L'elasticità della gomma si osserva quando il materiale è sottoposto a una forza esterna. Tali casi costringono il materiale ad allungarsi fino a una lunghezza considerevole e a deformarsi o aumentare di lunghezza. Quando la forza viene rilasciata, il materiale torna al suo stato iniziale senza alcun danno.
La gomma ha un limite di allungamento che viene misurato dall'allungamento a rottura. Questo rappresenta l'aumento percentuale di lunghezza che la gomma può sostenere prima di rompersi. L'allungamento a rottura dipende da fattori come la resistenza alla trazione e allo strappo. In particolare, l'allungamento a rottura della gomma è 700%.
Differenze
La differenza principale tra l'elasticità del silicone e della gomma è che la gomma è più elastica e allungabile del silicone, nelle loro configurazioni standard. Se la composizione molecolare del silicone viene alterata chimicamente, l'allungamento a rottura può aumentare drasticamente, rendendo il silicone più elastico.
Altre differenze tra questi due elastomeri in relazione all'elasticità includono:
- I siliconi sono più rigidi quando vengono allungati rispetto alla gomma naturale.
- L'elasticità del silicone può essere influenzata dalle variazioni di temperatura, mentre la gomma mantiene la sua elasticità in tutte le condizioni.
- Rispetto al silicone, la gomma naturale riacquista la sua forma fisica originale meglio e più velocemente dopo un allungamento.
- L'elasticità del silicone non può essere influenzata dalle sostanze chimiche; la gomma naturale può essere influenzata in modo significativo a seconda delle sostanze chimiche.
Somiglianze
Il silicone e la gomma hanno sufficiente elasticità per sostenere la tensione. Inoltre, la loro elasticità è misurata utilizzando gli stessi standard poiché entrambi sono considerati viscoelastici. Ecco perché hanno valori di modulo di Young variabili. Non ci sono molte somiglianze a causa delle differenze nella composizione molecolare e nel metodo di sintesi.
Durata
La durevolezza è la misura del tempo che impiega la gomma o il silicone a perdere le loro proprietà principali. Questi elastomeri presentano differenze e somiglianze nella durevolezza.
Silicone
Una delle caratteristiche distintive di silicone è la sua capacità di sopportare condizioni difficili senza perdere la sua resistenza, per lunghi periodi. In particolare, uno studio ha rivelato che il silicone può resistere a temperature fino a 200°C per oltre diecimila ore senza sciogliersi. Questo spiega perché il silicone è utilizzato in automobilistico E aerospaziale industrie.
La durevolezza del silicone si riscontra anche nel modo in cui i prodotti in silicone richiedono una manutenzione minima. Questa proprietà deriva dall'ingegneria innovativa applicata durante la sintesi di questo elastomero.
I ricercatori spendono risorse per mettere a punto la natura chimica e molecolare del silicone e farlo resistere a condizioni difficili. Inoltre, l'ingrediente di base del silicone, la silice, è naturalmente durevole, il che rende il prodotto finale altrettanto durevole.
Gomma
La gomma naturale ha una durata limitata in determinate condizioni. Le alte temperature, ad esempio, sciolgono la gomma dopo un po' di tempo. Le temperature più elevate che la gomma naturale può sopportare senza deformarsi sono intorno agli 80°C, per un uso prolungato.
Questo elastomero subirà anche una rapida degradazione se esposto a condizioni con sostanze chimiche corrosive per periodi prolungati. Altri fattori di degradazione includono l'alta tensione, che accelera l'usura della gomma.
Principalmente, la gomma naturale non può resistere a queste condizioni perché è biodegradabile e organica. In altre parole, i suoi prodotti chimici non sono sintetici o inorganici. Inoltre, i loro attributi non possono essere alterati artificialmente. Ciò significa che la gomma è bloccata con le caratteristiche naturali dei suoi componenti.
Differenze
Evidentemente, il silicone è altamente durevole rispetto alla gomma naturale. Gli elementi di silicio nel silicio conferiscono a questa sostanza qualità superiori. Quando si confrontano in termini di resistenza alla trazione, la gomma ottiene un punteggio più alto del silicone. La bassa durezza e l'elevata elasticità della gomma contribuiscono notevolmente alla sua elevata resistenza alla trazione.
Somiglianze
Fondamentalmente, entrambi gli elastomeri sono considerati durevoli. Sono entrambi durevoli fino a un certo punto. Il silicone può resistere alla maggior parte delle condizioni, mentre la gomma è limitata a condizioni ambientali specifiche.
Resistenza alla temperatura
La temperatura influisce in modo diverso sugli elastomeri in base alla loro composizione molecolare. A questo proposito, sia il silicone che la gomma subiscono la temperatura in modi diversi.
Silicone
La resistenza alla temperatura è esattamente ciò che sembra: la capacità di mantenere forma e natura a temperature estreme.
Il silicone resiste alla temperatura a tutti i gradi, sia bassi che alti. Quando si esamina la resistenza alla temperatura del silicone, dobbiamo considerare due fattori. Uno, c'è l'impatto del calore sul materiale. In secondo luogo, dovremmo considerare la conduttività termica o il coefficiente di trasferimento di calore.
Questo materiale mantiene la sua forma, sia fisicamente che chimicamente, a temperature ambiente, basse e alte.
Il silicone è anche un ottimo isolante termico, il che significa che non trasferisce calore tra gli oggetti. Questa proprietà lo rende il materiale ideale per la fabbricazione di prodotti elettronici.
Gomma
La resistenza alla temperatura della gomma naturale è determinata da quella che viene chiamata resistenza alla transizione vetrosa (Tg). Tg è il punto in cui la gomma naturale passa da dura a fragile quando esposta al calore.
Poiché la resistenza alla temperatura della gomma naturale è bassa, anche la sua Tg è solitamente piuttosto bassa, con stime di -70°C. L'incapacità della gomma di resistere alla temperatura è un fattore limitante per la sua gamma di applicazioni. In altre parole, la gomma non è adatta per applicazioni in cui sono previste temperature estreme.
Differenze
Chiaramente, silicone e gomma hanno vari gradi di resistenza alla temperatura. Il silicone ha la composizione molecolare richiesta per resistere al calore mentre la gomma ha delle limitazioni. Inoltre, il silicone ha una migliore stabilità termica rispetto alla gomma. In pratica, il silicone supera la gomma in termini di resistenza alla temperatura.
Somiglianze
Entrambi gli elastomeri condividono il privilegio di avere ampi intervalli di temperatura. Ciò significa che hanno un intervallo di valori di temperatura che possono sopportare. La resistenza alla temperatura è una proprietà essenziale e desiderabile per gli elastomeri.
Resistenza chimica
La resistenza chimica è l'opposto della reattività chimica. Rappresenta la capacità dei materiali di resistere alla corrosione e all'abrasione delle sostanze chimiche. Gli elastomeri hanno vari gradi di resistenza. È determinata da fattori.
Silicone
La stabilità del silicone sotto esposizione a sostanze chimiche dipende da fattori come il periodo, il tipo di sostanza chimica e il suo livello di reattività. Le sostanze chimiche esistono in vari composti in natura. Gli acidi, ad esempio, sono composti chimici corrosivi a cui sono esposti i siliconi.
In genere, il silicone non viene influenzato dalla maggior parte degli acidi. Questa proprietà è anche nota come inerzia chimica. È resistente all'ossidazione e alla dissoluzione causata da sostanze chimiche presenti negli acidi e in altre fonti.
Tuttavia, il silicone non è completamente inerte. In altre parole, può essere influenzato da alcune sostanze chimiche per lunghi periodi di esposizione. In particolare, le sostanze chimiche sintetiche o gli acidi altamente reattivi come gli acidi solforici possono corrodere la superficie esterna dei siliconi. Fortunatamente, gli ibridi di silicone come il fluorosilicone hanno una migliore resistenza chimica.
Gomma
Esiste un numero enorme di sostanze chimiche note. Pertanto, determinare la resistenza della gomma a queste sostanze chimiche è una sfida. Alcune risorse come questo grafico di resistenza mostrarti il livello di resistenza della gomma naturale.
La gomma naturale si dissolve quando entra in contatto con soluzioni di nafta e trementina. Anche il benzene può danneggiare notevolmente la gomma se esposto per periodi prolungati. Questa sostanza chimica provoca rigonfiamento, scolorimento e screpolature della gomma, tutti fattori che ne influenzano le proprietà meccaniche.
Differenze
Il livello di resistenza alle sostanze chimiche varia tra i due elastomeri. Come ci si aspetterebbe, le gomme sintetiche sono rinforzate chimicamente per renderle più resistenti. Ciò garantisce che i prodotti in silicone possano funzionare in modo ottimale in ambienti con alti livelli di composti chimici corrosivi e reattivi.
Somiglianze
Entrambi gli elastomeri resistono alle perturbazioni chimiche. Possono resistere alle sostanze chimiche senza perdita completa di rigidità.
La resistenza chimica del silicone e della gomma è influenzata dalla loro composizione molecolare e dalla loro struttura. Inoltre, i tipi di legami intermolecolari che tengono le unità monomeriche sono responsabili della resistenza.
Resistenza alla trazione
Nel contesto degli elastomeri, la resistenza alla trazione è definita come la quantità di stress necessaria per rompere il materiale quando viene allungato. Questa proprietà è importante perché indica quanta forza possono sostenere il silicone o la gomma.
Silicone
Esistono molti tipi di silicone e ognuno ha la sua resistenza alla trazione. Questa forza è espressa in Megapascal (MPa) e influenza altre proprietà come la resistenza allo strappo e l'allungamento a rottura. Queste proprietà hanno un valore minimo e massimo a seconda del tipo di silicone testato.
HTV e LSR sono siliconi comunemente usati. In genere, LSR ha una migliore resistenza alla trazione rispetto a HTV. Ciò è dovuto principalmente al basso compression set, un parametro utilizzato per informare la velocità con cui il silicone si riprende dopo che la sua forza di compressione è stata esercitata su di esso. Il silicone ha anche un durometro (durezza) elevato rispetto ad altri siliconi.
Gomma
Come la maggior parte degli elastomeri, la resistenza alla trazione viene misurata dopo la vulcanizzazione o la polimerizzazione. La gomma ha una resistenza alla trazione relativamente buona e può sopportare la tensione fino a un certo punto.
Ecco alcuni valori specifici relativi alla resistenza alla trazione della gomma naturale.
| Proprietà | Valori |
| Campo di durezza del durometro | 30 – 90 Shore A |
| Gamma di resistenza alla trazione | 500 – 3600 PSI |
| Allungamento a rottura (%) | 300 – 900% |
Se la gomma è destinata a essere utilizzata in condizioni di bassa tensione, questi valori sono affidabili. Ciò significa che il materiale può sostenere forze di compressione e tensione senza spezzarsi o rompersi.
Differenze
La gomma ha una resistenza alla trazione migliore del silicone. Questo perché la sua struttura molecolare è più densa rispetto a quella del silicone. I legami incrociati della gomma sono costituiti da forti legami intermolecolari che ne rinforzano la durezza. Il silicone resiste alla rottura quando viene allungato, ma non rispetto alla gomma.
Somiglianze
Non ci sono molte somiglianze tra silicone e gomma per quanto riguarda la resistenza alla trazione e la resistenza. Tuttavia, entrambi gli elastomeri sono piuttosto elastici e flessibili. Questa proprietà fa sì che sopportino la tensione.
Resilienza di rimbalzo
La resilienza informa la velocità di recupero che gli elastomeri mostrano dopo che è stata applicata loro una forza. Tecnicamente, questa proprietà è espressa come rapporto tra energia esercitata ed energia dissipata dopo che si è verificata una deformazione dovuta alla forza.
Silicone
Considerare la resilienza di rimbalzo del silicone è una mossa intelligente. Ti aiuterà a decidere se il materiale è adatto alle applicazioni previste.
Questa proprietà è influenzata da fattori quali le specifiche del polimero, tra cui il peso e il rapporto dei monomeri utilizzati.
Il silicone ha una bassa resilienza di rimbalzo. Questo perché i legami incrociati del silicone influenzano il libero movimento delle molecole nella struttura. Questa limitazione causa una velocità di recupero più lenta dall'impatto causato dalla forza. Tuttavia, questa proprietà può essere migliorata regolando la composizione molecolare del silicone.
Gomma
La struttura polimerica della gomma naturale è per lo più lineare. Pertanto, ciò conferisce alle molecole sufficiente libertà di movimento. Di conseguenza, questo movimento contribuisce a un tasso di recupero più rapido. In altre parole, la gomma ha un'eccellente resilienza al rimbalzo.
Differenze
La differenza principale è che la gomma naturale ha una maggiore resilienza al rimbalzo rispetto al silicone. Si riprende più velocemente grazie alla sua struttura molecolare lineare. La struttura molecolare non lineare del silicone limita il movimento delle molecole, il che ostacola la velocità di recupero dopo la deformazione.
Somiglianze
Il silicone e la gomma hanno la capacità di riacquistare forma dopo la deformazione. In altre parole, sono entrambi resilienti. Inoltre, questa proprietà viene misurata in modo simile. Il test è fisico con strumenti specializzati. A livello internazionale, i test sono descritti da Norma ISO 4662:2009.
Invecchiamento e resistenza alle intemperie
Gli scienziati hanno condotto vari test, come l'irradiazione, per testare l'invecchiamento degli elastomeri sintetici e naturali. I test hanno rivelato risultati interessanti che possono dirci come invecchiano il silicone e la gomma.
Silicone
Questo studio ha dimostrato che il silicone può sostenere le radiazioni per 1000 ore e la sua superficie rimarrebbe invariata. Tuttavia, la superficie è diventata notevolmente porosa, ma non tanto da influenzarne la funzione.
Come elastomero sintetico, il silicone ha una composizione molecolare quasi perfetta per prevenire l'invecchiamento dovuto a radiazioni e altri fattori di stress esterni. La temperatura è un altro acceleratore di invecchiamento degli elastomeri. A condizione che il silicone possa sostenere condizioni di alte e basse temperature, viene leggermente invecchiato dalla temperatura.
Gomma
La gomma invecchia più rapidamente del silicone. Inoltre, si deteriora più rapidamente. L'invecchiamento può essere definito in molti modi. Per la gomma, l'indurimento dopo una lunga esposizione alla luce solare conta come invecchiamento.
Alcuni studi hanno rivelato che la gomma si indurisce quando esposta ai raggi solari per lunghi periodi. Questo indurimento porta a una diminuzione dell'allungamento a rottura, rendendo il materiale fragile e meno elastico.
La decolorazione è un'altra caratteristica di invecchiamento che si osserva nella gomma. In sostanza, la maggior parte dei fattori ambientali influenzano l'integrità strutturale della gomma naturale.
Differenze
Il silicone invecchia meno della gomma naturale. L'effetto delle radiazioni, ad esempio, è molto più significativo sulla gomma che sul silicone. Questo perché, a differenza della gomma, gli elementi inorganici del silicone come il silicio sono resistenti agli effetti delle radiazioni.
Somiglianze
La principale somiglianza tra silicone e gomma è che entrambi hanno una durata. Capita che il silicone abbia una durata maggiore della gomma grazie alle sue proprietà superiori. Nelle loro formulazioni standard, sono influenzati da un'eccessiva esposizione alle radiazioni infrarosse.
Silicone vs gomma: vantaggi e svantaggi
In che modo la gomma o il silicone sono vantaggiosi o svantaggiosi? Questa è una domanda che devi porti se stai prendendo in considerazione questi materiali per la tua attività. Elenchiamo questi pro e contro in base alle proprietà degli elastomeri.
Confronto tra vantaggi e svantaggi del silicone e della gomma
| Vantaggi | Svantaggi | |
| Silicone | – Resistenza alle alte temperature
– Elevata resistenza chimica – Elevata resistenza all’acqua – In grado di mantenere la forma dopo la deformità – Lunga durata – Richiede una manutenzione minima – Elevata stabilità termica – Elevata resistenza elettrica |
– Relativamente costoso
– Bassa resistenza alla trazione, allo strappo e all’allungamento |
| Gomma | – Elevato allungamento a rottura a 700%
– Elevata resistenza al rimbalzo – Eccellente resistenza alla trazione – Biodegradabile – Prezzo conveniente |
– Disponibilità limitata
– Invecchia velocemente – Bassa inerzia chimica – Bassa resistenza al calore elevato – Tendente alla degradazione dell’ozono |
Quale materiale è più adatto a te?
Scegliere tra silicone o gomma potrebbe rivelarsi una sfida. Questo perché entrambi hanno i loro punti di forza e di debolezza. Un approccio più diretto potrebbe essere quello di valutare i loro pro e contro in base all'applicazione prevista.
Ad esempio, se l'ambiente di utilizzo richiede un'elevata tolleranza al calore, allora il silicone sarebbe più adatto per questo scenario. Nella maggior parte dei casi, dovrai considerare le proprietà come fattori di base.
Altri fattori ugualmente importanti sono i casi d'uso. Alcune industrie traggono maggiori benefici da materiali meno tossici. Ad esempio, se si realizzano utensili da cucina, si dovrebbero prendere in considerazione prodotti in silicone, poiché sono meno tossici. Inoltre, la stabilità termica del silicone è utile in questa applicazione.
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Conclusione
Questo articolo completo ha delineato come il silicone e la gomma naturale si confrontano tra loro in termini di proprietà. Ha rivelato che entrambi gli elastomeri condividono differenze e somiglianze. Soprattutto, ognuno ha i suoi punti di forza e di debolezza. Se non altro, l'elastomero specifico è definito dalle sue proprietà uniche.
Ulteriori risorse:
Cosa sono gli elastomeri siliconici – Fonte: LEGENDAY