Главная

Новости

Каталог

Контакты

Статьи

Форумы

Промфото

Кремнийорганические соединения

Кремнийорганические соединения

Соединения кремния были известны человеку с незапамятных времен. Первое органическое соединение, содержащее кремний, было получено еще в 1845 г. в реакции этилового спирта с четыреххлористым кремнием: SiCl₄+4С₂Н₅OН→Si(OC₂Н₅)₄+4HCl. Но это не был первый синтез кремнийорганического соединения в том смысле, какой вкладывает в это понятие современная химическая номенклатура. Кремнийорганическими сейчас признают лишь те соединения, в которых есть связь углерод – кремний непосредственно или через атомы других элементов (O, N, S и др.).

Так что первое кремнийорганическое соединение – тетраэтил-силиций Si(C₂H₅)₄ – было получено лишь в 1863 г. при действии диэтилцинка на SiCl₄. Кремний, как и углерод, находится в IV группе периодической системы и по типу простейших соединений является аналогом последнего. Исследователей давно привлекала перспектива получения полимерных соединений, сочетающих теплостойкость хрупкого кварца и пластичность неустойчивых к нагреванию полиакрилатов или полистиролов. Кремнийорганические материалы как раз и характеризуются высокой износостойкостью и широко используются на практике в качестве силиконовых масел, клеев, каучуков, лаков.

Кремнийорганические соединения приобрели большое значение в связи с разработкой методов синтеза высокомолекулярных кремнийорганических соединений, нашедших широкое применение в различных областях техники.

Например, КРЕМНИЙОРГАНИЧЕСКИЕ ПОЛИМЕРЫ (силиконы), синтетические полимеры, в молекулах которых содержатся атомы кремния и углерода. Наибольшее значение в промышленности имеют полиорганосилоксаны (полисилоксаны), основная молекулярная цепь которых построена из чередующихся атомов кремния и кислорода, а атомы углерода входят в состав боковых (обрамляющих) групп, связанных с атомом кремния:  НО[ — Si(R,R') — O — Si(R, R') — O — ]nH (R, R' – органические радикалы, напр. СН3 —).

Высокая прочность связи -Si-O- делает ее устойчивой к воздействию теплоты и окислителей. Большая разница в электроотрицательности кремния и углерода придает подвижность – органическим радикалам и определяет повышенную гибкость полисилоксановых цепей. Вследствие этого полисилоксановые цепи имеют спиральное строение, при котором компенсируется полярность связи -Si-O-, а сами цепи оказываются окруженными нейтральными углеводородными радикалами. Подобное строение полисилоксановых полимеров объясняет их специфические свойства: хорошие диэлектрические характеристики, высокая термостойкость и термостабильность, гидрофобность (от греч. hydro – вода и phobos — страх, боязнь, неспособность вещества (материала) смачиваться водой), физиологическая инертность; незначительные силы межмолекулярного сцепления, резко отличающие их от углеродных полимеров.

Кремнийорганические полимеры широко применяются для гидрофобизации различных материалов, тканей, бумаги, стекла, керамики, строительных материалов и т.д.

Изменяя строение кремнийорганических полимеров и варьируя в них соотношение кремния, кислорода и углерода, удалось получить продукты с разнообразными свойствами. По строению полимерных цепей различают несколько типов кремнийорганических полимеров.Осуществлены синтезы кремнийорганических полимеров с циклосетчатой заданной структурой, обладающей высокими диэлектрическими показателями: Термин «органо» означает, что кремний в полимерной цепи свободными валентностями связан с органическими остатками. Наибольшее практическое применение получили силоксановые высокомолекулярные соединения. Помимо строения полимерной цепи, кремнийорганические полимеры отличаются остатками, связанными с атомами кремния, образующими полимерную цепь. Обычно это алкильные (арильные) радикалы, реже алкоксильные.

В зависимости от молекулярной массы кремнийорганические полимеры — вязкие бесцветные жидкости (кремнийорганические жидкости), твердые эластичные вещества (кремнийорганические каучуки) или хрупкие продукты (кремнийорганические пластики).

КРЕМНИЙОРГАНИЧЕСКИЕ ЖИДКОСТИ (силиконовые масла), один из видов кремнийорганических полимеров.

Силиконовые жидкости (полимерные метилсилоксаны, метилдифенилсилоксаны) вследствие малой зависимости вязкости от температуры успешно применяются в качестве гидравлических масел. В пределах от +500С до –700С минеральные масла изменяют вязкость в 400 раз, а метилсилоксаны – в 29 раз (также их применяют в качестве гидрофобизаторов). Полиметилфенилсилоксаны образуют термоустойчивые смазки различных трущихся металлических поверхностей. Метилсиликоновые масла являются эффективными пеногасителями, они химически инертны и применяются в минимальных концентрациях (1:1000, 1:10000). Кренийорганические теплоносители (мономерные и полимерные эфиры кремниевой кислоты) термоустойчивы, не коррозируют большинство материалов, почти негорючи и поэтому с успехом заменяют такие распространенные теплоносители, как воду, водяной пар, топочные газы.

.

КРЕМНИЙОРГАНИЧЕСКИЕ КАУЧУКИ (силиконовые каучуки), один из видов кремнийорганических полимеров невысокой молекулярной массы. Применяются в производстве оболочек проводов и кабелей, трубок для переливания крови, протезов (напр., искусственных клапанов сердца) и др. Жидкие кремнийорганические каучуки — герметики.

Благодаря исключительной термостойкости, на ряду с высокими диэлектрич. свойствами и хорошей морозостойкостью, резины, изготовленные на основе кремнийорганического каучука, применяются для жароупорных формовых прокладок, уплотнений, диафрагм, мембран, клапанов, деталей мощных прожекторных установок, электроизоляций и др. резиновых технич. изделий,  предназначенных для работы в условиях низких и высоких температур. Эластичность резин на основе кремнийорганического каучука сохраняется длительное время при температурах от -60 до +225°C, а кратковременно до +250 - 300°C

Кремнийорганические соединения выгодно отличаются от  каучуков: а) прежде всего незначительной изменчивостью свойств в широком интервале температур и, следовательно, высокой морозостойкостью (при рабочих температурах до 2000С их механические свойства мало меняются, при –600С они также сохраняют упругость); б) значительной химической стойкостью, особенно к кислороду и озону, гидрофобностью; в) негорючестью при нагревании без соприкосновения с пламенем; г) диэлектрическими свойствами. Силиконовые каучуки (состоят из полимера, наполнителя и вулканизатора) представляют собой обычные линейные полидиметилсилоксаны с относительной молекулярной массой 250000-450000. Нагревание приводит к сшивке линейных полимеров поперечными связками.

ГИДРОФОБНОСТЬ КРЕМНИЙОРГАНИКИ

Кремнийорганические соединения получили разнообразное техническое применение. Они придают материалам гидрофобность (стеклу, керамике, бетону, текстилю), образуют на поверхности самых различных материалов пленки, отталкивающие воду. Так, диметилдихлорсилан, адсорбированный на поверхности керамического материала, при гидролизе водой образует пленку толщиной 1,9-10-5 см, состоящую примерно из 300 молекул. Причина гидрофобности заключается в ориентации молекул кремнийорганического полимера: углеводородные радикалы направлены наружу, а кислород – в сторону гидрофильной поверхности. Гидрофобизация стекла (обычно метилхлорсиланами) повышает точность и воспроизводимость результатов при работе и лабораторной посудой и уменьшает обледенение стекол самолетов и автомашин. Гидрофобизация строительных материалов (бетона, известняка, кирпича) предохраняет их от преждевременного разрушения под влиянием атмосферных условий, а в некоторых случаях является непременным условием их применения (гипс, гипсосилановый бетон). Хорошие результаты дают водные растворы алкилсиликонатов натрия. Текстильные материалы после гидрофобизации не смачиваются и не пропускают воду, однако сохраняют проницательность для воздуха и водяных паров. Влагопоглощение понижается примерно в 20 раз при расходе 1,5-2,5% кремнийорганического соединения от массы текстиля.

кремнийорганические лаки, смолы и клеи  очень важны для современной электротехники. Они представляют собой растворы кремнийорганических полимеров и обладают отличными электроизоляционными свойствами, устойчивы к атмосферным воздействиям, перепадам температур, солнечной радиации. Вот лишь один пример эффективности подобных материалов в технике. После внедрения кремнийорганических лаков изоляция электродвигателя врубовой машины в условиях шахты срок службы в среднем увеличивается в 6 раз.

Силиконовые смолы используют в качестве изоляционных лаков, защитных покрытий, стойких и к высокой температуре, и к химическим воздействиям. Их обычно получают из метилтрихлорсилана, диметилдихлорсилана, финилтрихлорсилана, дифенилдихлорсилана, которые гидролизуются и поликонденсируются при нагревании в инертных растворителях. Смешанные с термостойкими наполнителями, они выдерживают нагревание в течение нескольких часов при 5000С и нескольких суток до 2500С.  Смолы также применяются в производстве лаков, пластмасс (композиционные пластмассы и слоистые пластики, включая и стеклопластики), электрические изоляции

В 1937 г. советский академик К.А. Андрианов получил впервые в мире кремнийорганические полимеры – полиорганосилоксаны Открытие Андриановым способности алкил- и арилалксисиланов при гидролизе превращаться в полимерные кремнийорганические соединения привело к получению принципиально новых соединений, имеющих весьма отдаленную аналогию с природными полимерами. Сегодня полиорганосилоксаны применяют в производстве различных электроизоляционных материалов, а также теплостойких пластмасс (в частности, стеклопластиков) и кремнийорганических клеев.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Опытная хозяйка перед стиркой смажет руки силиконовым кремом, который предохранит их не только от воды, но и от разъедающего действия соды или стирального порошка. Сдавая в чистку платье или костюм, мы охотно доплачиваем за несминаемую складку и за «пропитку», благодаря которой платье будет меньше грязниться. И в том и в другом случае нашу одежду на фабрике химической чистки обработают кремнийорганическими жидкостями...

Таких примеров можно привести сотни, и  их будет еще больше с каждым годом: появляются новые вещества, в состав которых наряду с кремнием и традиционными элементами органического мира входят алюминий, титан и другие металлы. Каждый привносит в молекулу что-то свое, и на каком-то этапе количество переходит в качество.

ЗАО Научно-производственная компания ЕРМАКХИМ уже более 14 лет поставляет кремнийорганические жидкости, смолы, клеи, лаки, каучуки (Полиметилсилоксановая –ПМС, Полиэтилсилоксаны ПЭС, гидрофобизирующие ГКЖ, 136-41 и др.), а также фторорганические жидкости и шлифпорошки.

Наш сайт www.omtc.ru