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硅化学基础

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硅化学基础

se作为地球上第二位的元素，我们在每天生活中可以看到硅材料像沙子、粘土花岗岩以及一些矿物质。它作为一种原材料是非常有用的。一些产品是在硅原子态下制成的。例如，在每一台计算机中都包含有一小块高纯度的硅晶片。非常典型的是硅按照大量的生产方式制作成大型的家庭产品，包括建筑材料，润滑剂，硅密封剂以及硅粘合剂。

在道康宁公司，我们致力于制造基于硅化学的产品。这些产品中的一部分是我们熟知的硅。事实上，在含有硅的大量产品中具很多有用的通性如高温稳定性，对老化、阳光、湿度、极端温度以及暴露于化学试剂具有很好的抵抗性。

硅是制作电子电路的基础

硅酮

硅酮是由自然界中的产品合成的聚合物。尽管“硅酮”经常地用于代表含有硅原子的几乎所有的材料，对他更准确的描述应该是含有Si-O主链的合成聚合物。对于这个主链来说有机基团通常是通过Si-C键与硅原子相连的。

一般性的描述将粗分类的聚合物定义为硅酮。最为典型的示例是聚二甲基硅氧烷或PDMS。这一聚合物具有重复的(CH3)2SiO单元。这些材料是硅化学工业中的基本结构片断。根据聚合物主链上单元的重复数以及交联程度（将这些聚合物链相互连接），产生了最少六类重要的商业化产品：

流体
乳液
化合物
润滑剂
树脂
弹性体或橡胶

This is a single polymer strand of poly(dimethylsiloxane) or PDMS. The chain is made up of an alternating Si-O-Si backbone, with each silicon atom bearing two methyl groups. This strand has a molecular weight of nearly 1,200 daltons (amu). In a typical PDMS, a distribution of chain lengths centers around an average molecular weight or size. Depending on how the polymer is manufactured, it may also contain some cyclic siloxane structures. The molecular weight for PDMS can be as small as a few hundred daltons to several hundreds of thousands.

硅酮是从何产生的?

通过我们称之为“直接反应”或“直接加工”的处理方式，由硅与氯化甲基制造了硅酮。这个介于硅和我们的循环反应剂之间的反应产生了甲基氯代硅烷。它们被加以蒸馏（纯化），并且二甲基氯代硅烷水解生成PDMS。这一产品可以制成上千种不同的产品，并且将进入到每个主要的工业单元中。

硅酮是如何被加以使用的?

由于硅酮结合了其他聚合物中所不具有的物理性能，因此硅酮是一种价值很高的材料。它们具有优异的热稳定性并且能够在有机材料可能会产生熔融或分解的条件下使用。一些硅酮似乎不受老化、季节、阳光、湿度、热、冷以及一些化学侵蚀的影响。如果您愿意，一些硅酮用来连接、结合或粘贴物品。

无论怎样，硅酮独特的表面性能使得其与其它的材料存在着差异。硅流体的表面张力小使得它们可以应用如下：

• 纸张释放中间体
• 光线润滑剂
• 手工织物修饰剂
• 脱模剂
• 防污材料
• 阻水剂

事实上，硅酮被用作泡沫控制剂，抗结块助剂，抗腐蚀剂，乳化剂，润滑剂以及上光剂，所有这些都是由于它的独特性能。

Gift bows are easy to use, as are thousands of peel-off products, because a silicon-based coating makes release easy and clean.

硅酮现在已有数千种应用。硅酮应用的多样性是非常显著的，但它仅仅是出于开始阶段。道康宁公司仍在坚持不懈地开发硅酮、改性硅酮有机材料以及硅基材料的应用。硅化学的未来一定是非常精彩的。

基础的硅酮生产以及硅氧烷聚合

前面我们讨论了硅酮的起源以及“直接加工”。现在让我们看看化学工业中更多的细节。

对于硅工业中的基础原材料是硅石，一种丰富的以沙的形式存在于自然界的资源。在道康宁公司，硅石在碳热熔炼处理中被转变为硅原子： SiO2 + 2C -> Si + 2CO.

聚合

硅元素与氯化甲基在流动床反应器进行直接反应，产生了一定分布的甲基氯化硅产品。

氯化硅被加以蒸馏或纯化，并且主要的产品-二甲基氯化硅(CH3)2SiCl2 与水发生反应（水解）生成了聚二甲基硅氧烷低聚体： [Me2SiO]n。整个过程是独立的：通过甲醇与HCl反应再生氯化甲基市的氯离子的以循环使用。因此，仅有可利用的原材料和有用的产品出现在该循环之中，正如这里所给出的：

在水解反应中同时形成了线性及环状硅氧烷低聚体。这就是形成硅酮产品的基础材料。

转变过程称之为聚合。在酸或碱催化剂存在的条件下，发生开环和/或缩聚反应形成了硅流体。在这个反应过程中，正如平衡给出的那样，SiO 键连续的发生断裂并形成了一系列的剧烈反应，这些剧烈反应包含了环状和线性片断，在最终达到平衡的时候形成了分子结构。

使用像六甲基二硅氧烷衍生物的端基封闭剂对分子量进行控制。这可以用公式简单的标示出来l [Me2SiO]n + Me3SiOSiMe3 -> Me3SiO[Me2SiO]n SiMe3 硅氧烷流体。

通过测量反应中三甲基与而甲基的比例可以得到分子量以及最终性能，如粘度。样品硅酮流体需要经过与其它单体或填充物的进一步处理，以获得交联网络树脂及不同的弹性体。这个复杂的环形链平衡过程被广泛地加以研究并了解了硅氧烷聚合的机理。可以使用一些综合性参考文献。

一般形式

硅氧烷聚合物以多种形式出现-流体、凝胶体，弹性体以及树脂，并具有广泛的应用。

硅酮流体是可用三甲基硅烷基团封端的聚二甲基硅氧烷或PDMS的直链。PDMS流体具有所有的粘度——从像水一样的液体到难以处理的流体。所有这些都是不溶于水的。可以使用在聚合物主链的任意位置存在有机官能团的添加剂对PDMS流体进行进一步的改性。

硅酮凝胶体是轻微交联的PDMS流体，交联是通过三官能团硅烷，例如CH3SiCl3 ，形成一种T型接枝硅酮结构或是通过一个主链上的Si- viny 基团与另外一个主链上的氢键之间发生反应形成的。这些硅氧烷之间的化学连接产生了三维网状结构，使得PDMS 不需要重排就可以发生膨胀而产生粘结效果。

硅酮弹性体是比凝胶体更为复杂的交联流体。同时，在母体中只有少量的自由流体。像无定形的硅石的填充剂经常被加入到母体材料中以增大网络间的作用力并且从而增加产品的强度。

硅酮通过引入占优势的三及四官能团的单体，例如CH3SiCl3，形成重度的交联网络。通过改变接枝和线性硅氧烷的比例以及附着在硅酮上的官能团，使得生产的硅酮的物理性能可以为不同的应用而发生改变。

硅烷及中间体

道康宁公司在硅烷及中间体的生产中处于领导地位，这正是我们工作的核心。我们的硅烷业务部门包括以下产品组：

氯代硅烷
有机官能团化硅烷
专业硅烷
烷基化硅烷

氯代甲基硅烷

在所有我们的硅基材料之中，氯代硅烷是基础的生产单元。它们用于基础的硅烷和硅氧烷的合成，并且为药物综合体中的中间体提供保护。

氯代硅烷氯代硅烷

是电工业与通讯工业中的基础原材料并且用于生产光学纤维，硅晶片以及处理器，例如作为发烟硅石的起始材料。

有机官能团化硅烷

有机官能团化硅烷的基本结构是：RnSi(OR)4-n (其中"R"代表烷基、芳基或是有机官能团，"OR"代表甲氧基、乙氧基以及环氧乙酸)。

有机官能团化硅烷的基本结构是：RnSi(OR)4-n (其中"R"代表烷基、芳基或是有机官能团，"OR"代表甲氧基、乙氧基以及环氧乙酸)。

使用有机官能团化硅烷的行业包括：

• 粘合剂和密封剂
• 电子工业
• 铸造树脂
• 玻璃纤维/织物
• 矿物质填充剂
• 涂料和涂层
• 医用品
• 颜料
• 硅酮
• 纺织物
• 热固型熟料
• 导线及电缆

道康宁公司的硅烷产品生产线包括为进一步的市场应用提供铝化硅烷以及有机官能团化硅烷。这包括疏油性的和疏水性的纺织物应用，例如增强材料，涂层，构造化学试剂，电子学以及医药学应用。

有机官能团化以及主要的应用如下。

氨基

粘合促进剂，耦合剂以及树脂添加剂
改善树脂的化学键接，充当无机填充物以及增强材料
用于环氧树脂、酚醛树脂、三聚氰胺、尼龙、PVC、丙烯酸树脂、聚烯烃、聚酰胺橡胶以及腈化橡胶
填充剂与增强剂的表面预处理

乙烯基

用于自由基交联聚酯、橡胶、聚烯烃、苯乙烯以及丙烯酸树脂
用于将玻璃纤维耦联在树脂上
用于与乙烯共聚
为湿固化而接枝聚乙烯

环氧树脂

环氧树脂、聚酰胺树脂以及丙烯酸的粘合促进剂
填充剂和增强剂的表面处理

甲基丙烯酸

粘合促进剂以及耦联剂
用于自由基交联聚酯、橡胶、聚烯烃、苯乙烯以及丙烯酸树脂
用于将填充剂或玻璃纤维耦联在树脂上
丙烯酸树脂的潮湿交联

固化

在固化橡胶中作为无机添充剂的耦联剂

烷基

填充剂和无机表面的表面水解处理
硅酮的合成
苯基

合成硅烷和硅氧烷
表面水解处理
其他硅烷耦联剂的疏水添加剂
其他硅烷的热稳定添加剂 (end)

文章内容仅供参考 (投稿) (11/17/2007)


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