Effetti dell’inversione dei ruoli dei reticolanti sulle proprietà degli elastomeri in silicone reticolati per idrosililazione

Perché questo studio conta per i materiali di uso quotidiano

I gomme siliconiche sono ovunque, dalle custodie per telefoni e gli utensili da cucina fino ai dispositivi medicali e ai robot morbidi. Tuttavia, il modo in cui questi materiali vengono chimicamente «impostati» può influire in modo sottile ma significativo su quanto siano rigidi, estensibili o durevoli. Questo articolo esplora cosa accade quando i chimici scambiano i ruoli di due ingredienti chiave durante la reticolazione e mostra come quel semplice cambiamento rimodelli la struttura interna e le prestazioni degli elastomeri in silicone.

Due modi per legare insieme le catene di silicone

I ricercatori si concentrano sul polidimetilsilossano, o PDMS, il silicone «da lavoro» impiegato in molti prodotti perché resta flessibile, sopporta caldo e freddo ed è biocompatibile. Per trasformare il PDMS liquido in gomma, piccole molecole chiamate reticolanti connettono lunghe catene polimeriche in una rete. Nella ricetta «tradizionale», le catene lunghe portano gruppi vinilici mentre i reticolanti portano gruppi idruro reattivi. Il gruppo si è chiesto cosa succederebbe se invertissero questi ruoli, in modo che le catene lunghe portino gruppi idruro e i reticolanti portino gruppi vinilici, e se ciò cambierebbe il modo in cui la rete si forma e si comporta.

Indagare i blocchi costitutivi

Usando avanzate misure di risonanza magnetica nucleare (NMR), gli autori hanno prima mappato la struttura fine dei due reticolanti. Hanno scoperto che il reticolante idruro tende ad avere i suoi gruppi reattivi raggruppati in brevi blocchi lungo la catena, mentre il reticolante vinilico presenta i gruppi reattivi più uniformemente alternati con unità non reattive. Questa differenza sottile risulta però molto rilevante. I segmenti idruro a blocchi favoriscono regioni di reticolazione molto dense, mentre una disposizione più alternata dei gruppi vinilici promuove uno spaziamento dei legami più regolare e omogeneo una volta che la rete si forma.

Come la velocità di reticolazione modella la rete interna

Il team ha quindi seguito come ciascun sistema reticola nel tempo usando la reologia, che misura la resistenza al flusso di un materiale, e NMR in situ, che osserva i gruppi chimici mentre reagiscono. Quando viene usato il reticolante idruro, la miscela passa rapidamente da liquido a gel in un unico passaggio, sia a temperatura ambiente sia a temperature più elevate. I gruppi idruro molto reattivi non solo si legano ai gruppi vinilici sulle catene polimeriche ma iniziano anche a reagire tra loro. Questo crea una rete densa con connessioni aggiuntive e patch di elevata rigidità. Al contrario, quando è usato il reticolante vinilico, la reticolazione è più lenta e procede a tappe. Per un certo periodo il catalizzatore al platino si lega ai gruppi vinilici vicini e ne rallenta la reattività, così il sistema si addensa gradualmente prima di trasformarsi infine in un solido gommato.

Cosa significa per morbidezza, allungamento e uniformità

I test meccanici hanno mostrato che gli elastomeri reticolati con idruro sono più rigidi, più resistenti e si gonfiano meno in solvente, tutti segnali di una rete più strettamente legata. Contengono anche meno catene libere che possono essere lavate via. Tuttavia, NMR a stato solido ed esperimenti di gonfiamento hanno rivelato che questa rete è più eterogenea, con cluster di reticolazione intensa. Negli elastomeri reticolati con vinilico si osserva la tendenza opposta: la gomma è più morbida e più estensibile, con segmenti più lunghi tra i reticoli e una struttura interna più uniforme. È interessante notare che aggiungere più reticolante vinilico non aumenta significativamente la rigidità una volta che tutti gli estremi reattivi delle catene lunghe sono consumati, mentre aggiungere più reticolante idruro continua a modificare sia la densità sia l’uniformità della rete.

Implicazioni per progettare silicones migliori

Per un non specialista, il messaggio chiave è che «chi porta cosa» nella ricetta di reticolazione controlla fortemente sia la velocità con cui un silicone si indurisce sia il tipo di trama interna che si forma. Quando il piccolo reticolante porta i gruppi idruro molto reattivi, il risultato è una rete compatta e in parte a macchie che può essere modulata variando la quantità di reticolante. Quando invece quei gruppi idruro sono spostati sulle catene lunghe e il reticolante porta gruppi vinilici, la reticolazione rallenta e produce una rete più delicata e uniforme le cui proprietà dipendono meno dall’eccesso di reticolante. Comprendendo questa inversione di ruoli, i produttori possono scegliere meglio i sistemi di reticolazione che favoriscono o la tenacità e la rigidità o la morbidezza e l’estensibilità uniforme, a seconda delle esigenze di applicazioni che vanno dai sigillanti all’elettronica flessibile.

Citazione: Yu, L., Enemark-Rasmussen, K., Madsen, F.B. et al. Effects of crosslinker role reversal on the properties of hydrosilylation-cured silicone elastomers. npj Soft Matter 2, 12 (2026). https://doi.org/10.1038/s44431-026-00023-y

Parole chiave: elastomeri in silicone, PDMS, idrosililazione, reti polimeriche, chimica del reticolamento