Karet silikon (seperti karet silikon vulkanisasi-suhu tinggi, karet silikon vulkanisasi-suhu ruangan, dan karet cair) banyak digunakan dalam kemasan elektronik, penyegelan penerbangan, dan manufaktur otomotif karena sifat-sifatnya yang sangat baik, termasuk ketahanan terhadap cuaca, insulasi listrik, dan ketahanan-suhu tinggi dan rendah. Namun, pada suhu 250 derajat ke atas, karet silikon rentan terhadap degradasi oksidatif termal, yang menyebabkan putusnya rantai polimer dan pelepasan gugus liontin. Hal ini disertai dengan penguapan molekul-molekul kecil dan penghancuran struktur ikatan silang, yang mengakibatkan penurunan berat dan penurunan sifat mekanik, sehingga sangat membatasi masa pakainya dalam kondisi pengoperasian yang ekstrem. Meningkatkan stabilitas-suhu tinggi pada karet silikon telah menjadi topik hangat dalam bidang penelitian material.
Nano-titanium dioksida (TiO₂) memiliki potensi untuk berfungsi sebagai aditif fungsional dan pengisi pada karet silikon karena stabilitas termal, kelembaman kimia, dan efek-nano. Diantaranya, nano-titanium dioksida NT-50, yang dibuat dengan metode fase uap, memiliki prospek penerapan yang luas pada karet silikon karena ukuran partikelnya yang kecil, dispersibilitas yang baik, dan aktivitas permukaan yang tinggi.
Teknisi memilih tiga jenis karet silikon:-suhu tinggi, suhu-ruangan, dan cairan. Mereka menyiapkan sampel eksperimental dengan tambahan 1,5% NT-50, dan sampel kosong tanpa nano-TiO₂. Semua sampel disimpan panas pada suhu 250 derajat dan ditimbang secara berkala. Retensi berat dihitung (retensi berat=berat setelah penyimpanan panas / berat awal × 100%), dan kurva yang menggambarkan retensi berat versus hari penyimpanan panas dibuat.
Pada kurva retensi berat karet silikon tanpa NT-50, karet suhu ruangan mengalami penurunan berat lebih dari 40% setelah 7 hari, dan kompon karet menjadi bubuk, sehingga percobaan dihentikan. Namun karet suhu tinggi dan karet cair mengalami penurunan berat sebesar 50% setelah 21 hari, dan kompon karet menjadi bubuk, sehingga percobaan dihentikan.
Pada kurva retensi berat untuk karet silikon yang mengandung 1,5% NT-50, kehilangan berat pada suhu ruangan, suhu tinggi, dan karet silikon cair kurang dari 5% setelah 7 hari, dan bahkan setelah 60 hari, tidak melebihi 15%. Retensi berat ketiga jenis karet silikon tetap di atas 85% selama periode 60 hari, menunjukkan bahwa penambahan NT-50 secara efektif menghambat degradasi oksidatif termal dan secara signifikan meningkatkan stabilitas karet silikon pada suhu tinggi.
NT-50 meningkatkan stabilitas suhu tinggi karet silikon dalam tiga cara utama:
Efek penghalang fisik: Partikel nano-TiO₂ membentuk jaringan padat di dalam matriks karet silikon, yang, di satu sisi, menghalangi penetrasi media agresif seperti oksigen dan uap air, sehingga mengurangi reaksi oksidasi termal; di sisi lain, ia menghambat penguapan molekul kecil yang dihasilkan oleh dekomposisi termal karet silikon, sehingga mengurangi penurunan berat badan.
Penangkapan radikal bebas: Sebagai bahan semikonduktor, pasangan elektron permukaan nano-TiO₂ menangkap radikal bebas yang dihasilkan oleh degradasi termal, menghentikan reaksi berantai radikal bebas dan secara fundamental menghambat degradasi oksidatif bahan tersebut.
Konduktivitas termal yang dioptimalkan: Konduktivitas termal yang tinggi dari nano-TiO₂ meningkatkan keseragaman distribusi termal pada karet silikon, mengurangi percepatan degradasi yang disebabkan oleh panas berlebih secara lokal, memungkinkan pembuangan panas yang lebih efisien, dan memperlambat proses penuaan termal secara keseluruhan.
Nano-titanium dioksida NT-50 secara efektif menghambat degradasi oksidatif termal karet silikon pada suhu tinggi, memberikan solusi yang layak untuk memperpanjang masa pakai karet silikon di lingkungan ekstrem. Dari perspektif aplikasi industri, karet silikon yang mengandung NT-50 dapat diperluas lebih lanjut ke area yang memerlukan ketahanan-suhu tinggi yang ketat, seperti penyegelan mesin pesawat, pengemasan baterai kendaraan energi baru, dan pembuangan panas pada peralatan elektronik kelas atas. Hal ini mengatasi masalah "kerentanan terhadap penuaan-suhu tinggi" pada karet silikon tradisional, yang berpotensi menciptakan sistem stabilitas termal yang lebih efisien dan mendorong peningkatan bahan karet silikon ke sifat-bersuhu lebih tinggi, lebih andal, dan tahan lama, sehingga memberikan dukungan material utama untuk pengembangan manufaktur kelas atas.
