標籤: 暫無標籤

有機硅,即有機硅化合物,是指含有Si-O鍵、且至少有一個有機基是直接與硅原子相連的化合物,習慣上也常把那些通過氧、硫、氮等使有機基與硅原子相連接的化合物也當作有機硅化合物。其中,以硅氧鍵(-Si-0-Si-)為骨架組成的聚硅氧烷,是有機硅化合物中為數最多,研究最深、應用最廣的一類,約佔總用量的90%以上。

1 有機硅 -簡介

英文名稱:silicone

有機硅,即有機硅化合物,是指含有Si-O鍵、且至少有一個有機基是直接與硅原子相連的化合物,習慣上也常把那些通過氧、硫、氮等使有機基與硅原子相連接的化合物也當作有機硅化合物。其中,以硅氧鍵(-Si-0-Si-)為骨架組成的聚硅氧烷,是有機硅化合物中為數最多,研究最深、應用最廣的一類,約佔總用量的90%以上。

2 有機硅 -結構

有機硅有機硅

(1) Si原子上充足的甲基將高能量的聚硅氧烷主鏈屏蔽起來;

(2) C-H無極性,使分子間相互作用力十分微弱;

(3) Si-O鍵長較長,Si-O-Si鍵鍵角大。

(4) Si-O鍵是具有50%離子鍵特徵的共價鍵(共價鍵具有方向性,離子鍵無方向性)。

由於有機硅獨特的結構,兼備了無機材料與有機材料的性能,具有表面張力低、粘溫係數小、壓縮性高、氣體滲透性高等基本性質,並具有耐高低溫、電氣絕緣、耐氧化穩定性、耐候性、難燃、憎水、耐腐蝕、無毒無味以及生理惰性等優異特性,廣泛應用於航空航天、電子電氣、建築、運輸、化工、紡織、食品、輕工、醫療等行業,其中有機硅主要應用於密封、粘合、潤滑、塗層、表面活性、脫模、消泡、抑泡、防水、防潮、惰性填充等。隨著有機硅數量和品種的持續增長,應用領域不斷拓寬,形成化工新材料界獨樹一幟的重要產品體系,許多品種是其他化學品無法替代而又必不可少的。

有機硅材料按其形態的不同,可分為:硅烷偶聯劑(有機硅化學試劑)、硅油(硅脂、硅乳液、硅表面活性劑)、高溫硫化硅橡膠、液體硅橡膠、硅樹脂、複合物等。 

3 有機硅 -性能

有機硅有機硅

有機硅產品的基本結構單元是由硅-氧鏈節構成的,側鏈則通過硅原子與其他各種有機基團相連。因此,在有機硅產品的結構中既含有" 有機基團",又含有"無機結構",這種特殊的組成和分子結構使它集有機物的特性與無機物的功能於一身。與其他高分子材料相比,有機硅產品的最突出性能是: 

1.耐溫特性

有機硅產品是以硅-氧(Si-O)鍵為主鏈結構的,C-C鍵的鍵能為82.6千卡/克分子,Si-O鍵的鍵能在有機硅中為 121千卡/克分子,所以有機硅產品的熱穩定性高,高溫下(或輻射照射)分子的化學鍵不斷裂、不分解。有機硅不但可耐高溫,而且也耐低溫,可在一個很寬的溫度範圍內使用。無論是化學性能還是物理機械性能,隨溫度的變化都很小。 

2.耐候性

有機硅產品的主鏈為-Si-O-,無雙鍵存在,因此不易被紫外光和臭氧所分解。有機硅具有比其他高分子材料更好的熱穩定性以及耐輻照和耐候能力。有機硅中自然環境下的使用壽命可達幾十年。

3.電氣絕緣性能

有機硅產品都具有良好的電絕緣性能,其介電損耗、耐電壓、耐電弧、耐電暈、體積電阻係數和表面電阻係數等均在絕緣材料中名列前茅,而且它們的電氣性能受溫度和頻率的影響很小。因此,它們是一種穩定的電絕緣材料,被廣泛應用於電子、電氣工業上。有機硅除了具有優良的耐熱性外,還具有優異的拒水性,這是電氣設備在濕態條件下使用具有高可靠性的保障。

4.生理惰性

聚硅氧烷類化合物是已知的最無活性的化合物中的一種。它們十分耐生物老化,與動物體無排異反應,並具有較好的抗凝血性能。

5.低表面張力和低表面能

有機硅的主鏈十分柔順,其分子間的作用力比碳氫化合物要弱得多,因此,比同分子量的碳氫化合物粘度低,表面張力弱,表面能小,成膜能力強。這種低表面張力和低表面能是它獲得多方面應用的主要原因:疏水、消泡、泡沫穩定、防粘、潤滑、上光等各項優異性能。

4 有機硅 -用途

有機硅有機硅

由於有機硅具有上述這些優異的性能,因此它的應用範圍非常廣泛。它不僅作為航空、尖端技術、軍事技術部門的特種材料使用,而且也用於國民經濟各部門,其應用範圍已擴到:建築、電子電氣、紡織、汽車、機械、皮革造紙、化工輕工、金屬和油漆、醫藥醫療等。

硅油及其衍生物的主要應用為:脫膜劑、減震油、介電油、液壓油、熱傳遞油、擴散泵油、消泡劑、潤滑劑、疏水劑、油漆添加劑、拋光劑、化妝品和日常生活用品添加劑、表面活性劑、顆粒和纖維處理劑、硅脂、絮凝劑。  

硅橡膠分為室溫硫化硅橡膠和高溫硫化硅橡膠。前者主要應用於:密封劑、粘合劑、保形塗料、墊片、泡沫橡膠、模壓部件、封裝材料、電氣絕緣、玻璃裝配、醫療植入物、外科手術輔助材料、制模材料;後者主要應用於:管材和軟管、帶材、電線電纜絕緣材料、外科手術輔助材料、阻燃橡膠件、穿透密封材料、模壓部件、壓花輥筒、汽車點火電纜和火花塞罩、擠壓部件、醫療植入物、層壓製品、導電橡膠、纖維塗料、泡沫橡膠。  

硅樹脂的主要應用有:清漆、絕緣漆、模塑化合物、保護塗料、封裝材料、接合塗料、壓敏膠、層壓樹脂、脫膜劑、粘合劑、磚石防水劑。 

硅烷偶聯劑主要應用於油漆、塑料橡膠加工、粘合劑。 

有機硅不僅可以作為一種基礎材料、結構材料在一些大工業中大量應用,而且可以作為補助劑或輔助材料與其它材料共用或改善其他材料的的工藝性能。  

5 有機硅 -分類

有機硅有機硅

有機硅主要分為硅橡膠、硅樹脂、硅油三大類。

室溫硫化硅橡膠簡介及其分類

室溫硫化硅橡膠(RTV)是六十年代問世的一種新型的有機硅彈性體, 這種橡膠的最顯著特點是在室溫下無須加熱、如壓即可就地固化,使用極其方便。因此,一問世就迅成為整個有機硅產品的一個重要組成部分。現在室溫硫化硅橡膠已廣泛用作粘合劑、密封劑、防護塗料、灌封和制模材料,在各行各業中都有它的用途。

室溫硫化硅橡膠按其包裝方式可分為單組分和雙組分室溫硫化硅橡膠,按硫化機理又可分為縮合型和加成型。因此,室溫硫化硅橡膠按成分、硫化機理和使用工藝不同可分為三大類型,即單組分室溫硫化硅橡膠、雙組分縮合型室溫硫化硅橡膠和雙組分加成型室溫硫化硅橡膠。這三種系列的室溫硫化硅橡膠各有其特點:單組分室溫硫化硅橡膠的優點是使用方便,但深部固化速度較困難;雙組分室溫硫化硅橡膠的優點是固化時不放熱, 收縮率很小,不膨脹,無內應力,固化可在內部和表面同時進行,可以深部硫化;加成型室溫硫化硅橡膠的硫化時間主要決定於溫度,因此,利用溫度的調節可以控制其硫化速度。

一. 單組分室溫硫化硅橡膠

單組分室溫硫化硅橡膠的硫化反應是靠與空氣中的水分發生作用而硫化成彈性體。隨著鏈劑的不同,單組分室溫硫化硅橡膠可為脫酸型、脫肟型、脫醇型、脫胺型、脫醯胺型和脫酮型等許多品種。單組分室溫硫化硅橡膠的硫化時間取決於硫化體系、溫度、濕度和硅橡膠層的厚度,提高環境的溫度和濕度,都能使硫化過程加快。在典型的環境條件下,一般15~30分鐘后,硅橡膠的表面可以沒有粘性, 厚度0.3厘米的膠層在一天之內可以固化。固化的深度和強度在三個星期左右會逐漸得到增強。

單組分室溫硫化硅橡膠具有優良的電性能和化學惰性,以及耐熱、耐自然老化、耐火焰、耐濕、透氣等性能。它們在-60~200℃範圍內能長期保持彈性。它固化時不吸熱、不放熱,固化后收縮率小,對材料的粘接性好。因此,主要用作粘合劑和密封劑,其它應用還包括就地成型墊片、防護塗料和嵌縫材料等。許多單組分硅橡膠粘接劑的配方表現出對多種材料如大多數金屬、玻璃、陶瓷和混凝上的自動粘接性能。當粘接困難時,可在基材上進底塗來提高粘接強度,底塗可以是具有反應活性的硅烷單體或樹脂,當它們在基材上固化后,生成一層改性的適合於有機硅粘接的表面。單組分室溫硫化硅橡膠雖然使用方便,但由於它的硫化是依懶大氣中的水分,使硫化膠的厚度受到限制,只能用於需要6毫米以下厚度的場合。單組分室溫硫化硅橡膠的硫化反應是從表面逐漸往深處進行的,膠層越厚,固化越慢。當深部也要快速固化時, 可採用分層澆灌逐步硫化法,每次可加一些膠料,等硫化后再加料,這樣可以減少總的硫化時間。添加氧化鎂可加速深層膠的硫化。

二.雙組分縮合型室溫硫化硅橡膠

雙組分室溫硫化硅橡膠硫化反應不是靠空氣中的水分, 而是靠催化劑來進行引發。通常是將膠料與催化劑分別作為一個組分包裝。只有當兩種組分完全混合在一起時才開始發生固化。雙組分縮合型室溫硫化硅橡膠的硫化時間主要取決於催化劑的類型、用量以及溫度。催化劑用量越多硫化越快, 同時擱置時間越短。在室溫下,擱置時間一般為幾小時,若要延長膠料的擱置時間,可用冷卻的方法。雙組分縮合型室溫硫化硅椽膠在室溫下要達到完全固化需要一天左右的時間,但在150℃的溫度下只需要1小時。通過使用促進劑進行協合效應可顯著提高其固化速度。

雙組分室溫硫化硅橡膠可在一65~250℃溫度範圍內長期保持彈性,並具有優良的電氣性能和化學穩定性, 能耐水、耐臭氧、耐氣候老化,加之用法簡單,工藝適用性強,因此,廣泛用作灌封和制模材料。各種電子、電器元件用室溫硫化硅橡膠塗覆、灌封后,可以起到防潮(防腐、防震等保護作用。可以提高性能和穩定參數。雙組分室溫硫化硅橡膠特別適宜於做深層灌封材料並具有較快的硫化時間,這一點是優於單組分室溫硫化硅橡膠之處。雙組分室溫硫化硅橡膠硫化后具有優良的防粘性能,加上硫化時收縮率極小,因此,適合於用來製造軟模具,用於鑄造環氧樹脂、聚酯樹脂、聚苯乙烯、聚氨酯、乙烯基塑料、石蠟、低熔點合金等的模具。此外,利用雙組分室溫硫化硅橡膠的高模擬性能可以在文物上複製各種精美的花紋。雙組分室溫硫化硅橡膠在使用時應注意:首先把膠料和催化劑分別稱量,然後按比例混合。混料過程應小心操作以使夾附氣體量達到最小。膠料混勻后(顏色均勻),可通過靜置或進行減壓(真空度700毫米汞柱)除去氣泡,待氣泡全部排出后,在室溫下或在規定溫度下放置一定時間即硫化成硅橡膠。

三.雙組分加成型室溫硫化硅橡膠

雙組分加成型室溫硫化硅橡膠有彈性硅凝膠和硅橡膠之分,前者強度較低,後者強度較高。它們的硫化機理是基於有機硅生膠端基上的乙烯基(或丙烯基)和交鏈劑分子上的硅氫基發生加成反應(氫硅化反應)來完成的。在該反應中,不放出副產物。由於在交鏈過程中不放出低分子物,因此加成型室溫硫化硅橡膠在硫化過程中不產生收縮。這一類硫化膠無毒、機械強度高、具有卓越的抗水解穩定性(即使在高壓蒸汽下)、良好的低壓縮形變、低燃燒性、可深度硫化、以及硫化速度可以用溫度來控制等優點,因此是目前國內外大力發展的一類硅橡膠。

1.加成型室溫硫化硅橡膠

包裝方式一般是分A、B兩種組分進行包裝:將催化劑作為一種組分;交鏈劑作另一種組分。高強度的加成型室溫硫化硅橡膠由於線收縮率低、硫化時不放出低分子,因此是制模的優良材料。在機械工業上已廣泛用來制模以鑄造環氧樹脂、聚酯樹脂、聚氨酯、聚苯乙烯、乙烯基塑料、石蠟、低熔點合金、混凝上等。利用加成型窒溫硫化

2.硅凝膠

這種膠硫化后成為柔軟透明的有機硅凝膠,可在- 65~200℃溫度範圍內長期保持彈性,它具有優良的電氣性能和化學穩定性能、耐水、耐臭氧、耐氣候老化、憎水、防潮、防震、無腐蝕,且具有生理惰性、無毒、無味、易於灌注、能深部硫化、線收縮率低、操作簡單等優點,有機硅凝膠在電子工業上廣泛用作電子元器件的防潮、絕緣的塗覆及灌封材料,對電子元件及組合件起防塵、防潮、防震及絕緣保護作用。如採用透明凝膠灌封電子元器件,不但可起到防震防水保護作用,還可以看到元器件並可以用探針檢測出元件的故障,進行更換,損壞了的硅凝膠可再次灌封修補。有機硅凝膠由於純度高,使用方便,又有一定的彈性,因此是一種理想的晶體管及集成電路的內塗覆材料,可提高半導體器件的合格率及可靠性;有機硅凝膠也可用作光學儀器的彈性粘接劑。在醫療上有機硅凝膠可以用來作為植人體內的器官如人工乳房等,以及用來修補已損壞的器官等.

3.硅樹脂

硅樹脂硅樹脂是高度交聯的網狀結構的聚有機硅氧烷,通常是用甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、苯基三氯硅烷、二苯基二氯硅烷或甲基苯基二氯硅烷的各種混合物,在有機溶劑如甲苯存在下,在較低溫度下加水分解,得到酸性水解物。水解的初始產物是環狀的、線型的和交聯聚合物的混合物,通常還含有相當多的羥基。水解物經水洗除去酸,中性的初縮聚體於空氣中熱氧化或在催化劑存在下進一步縮聚,最後形成高度交聯的立體網路結構。 硅樹脂是一種熱固性的塑料,它最突出的性能之一是優異的熱氧化穩定性。250℃加熱24小時后,硅樹脂失重僅為2~8%。硅樹脂另一突出的性能是優異的電絕緣性能,它在寬的溫度和頻率範圍內均能保持其良好的絕緣性能。 鑒於上述特性,有機硅樹脂主要作為絕緣漆(包括清漆、瓷漆、色漆、浸漬漆等)浸漬 H級電機及變壓器線圈, 以及用來浸漬玻璃布、玻布絲及石棉布后製成電機套管、電器絕緣繞組等。用有機硅絕緣漆粘結雲母可製得大面積雲母片絕緣材料,用作高壓電機的主絕緣。此外,硅樹脂還可用作耐熱、耐候的防腐塗料,金屬保護塗料,建築工程防水防潮塗料,脫模劑,粘合劑以及二次加工成有機硅塑料,用於電子、電氣和國防工業上,作為半導體封裝材料和電子、電硅樹脂按其主要用途和交聯方式大致可分為有機硅絕緣漆、有機硅塗料、有機硅塑料和有機硅粘合劑等幾大類。

4.硅油 

硅油是一種不同聚合度鏈狀結構的聚有機硅氧烷。最常用的硅油是甲基硅油。硅油一般是無色(或淡黃色),無味、無毒、不易揮發的液體。硅油不溶於水、甲醇、二醇和- 乙氧基乙醇,可與苯、二甲醚、甲基乙基酮、四氯化碳或煤油互溶,稍溶於丙酮、二惡烷、乙醇和了醇。它具有很小的蒸汽壓、較高的閃點和燃點、較低的凝固點。隨著鏈段數n的不同,分子量增大,粘度也增高, 固此硅油可有各種不同的粘度。硅油按化學結構來分有甲基硅油、乙基硅油、苯基硅油、甲基含氫硅油、甲基苯基硅油、甲基氯苯基硅油、甲基乙氧基硅油、甲基三氟丙基硅油、甲基乙烯基硅油、甲基羥基硅油、乙基含氫硅油、羥基含氫硅油、含氰硅油等;從用途來分,則有阻尼硅油、擴散泵硅油、液壓油、絕緣油、熱傳遞油、剎車油等。 硅油具有卓越的耐熱性、電絕緣性、耐候性、疏水性、生理惰性和較小的表面張力,此外還具有低的粘溫係數、較高的抗壓縮性)有的品種還具有耐輻射的性能。

6 有機硅 -市場概況

有機硅是功能獨特、性能優異的化工新材料,其在耐低溫、耐老化、耐化學腐蝕性、絕緣、不燃等方面性能突出。 中國有機硅工業經過20年尤其是「十五」期間的自主開發建設,取得了令人矚目的成就。無論是甲基氯硅烷單體的生產規模,還是有機硅產品的應用技術,都有長足的進步。 近年來,中國的有機硅市場是全球增長最快的市場,有機硅市場的發展速度高於GDP增速,增幅超過25%。國內的有機硅單體規模發展迅速,1999年星新材料投入運行的裝置僅為2萬噸/年,2007年下半年投產的單體裝置已達到了10萬噸/年。到2008年,中國已形成藍星星火、新安集團、吉化集團、梅蘭集團、江蘇鎮江宏達5家有機硅單體生產企業,年產能達40萬噸。中國在建的有機硅產能約有35萬噸,擬建的有80-100萬噸。中國有機硅深加工及其應用,正在形成一批以高溫膠、液體硅橡膠、紡織助劑、硅烷偶聯劑等有特色的企業和產業群,活躍在國內外市場。但另一方面,近年國內有機硅缺口仍然很大,2007年全年進口依賴率在50%左右。

預計到2010年國內有機硅企業的產能將達120萬噸/年,加上道康寧和瓦克合資企業在江蘇張家港建設的40萬噸/年裝置,總產能將達到160萬噸/年。但未來3-5年中國有機硅消費仍將保持25%左右的增長,2010年之前國內有機硅單體的自給率仍將保持在較低的水平。到2009年後,中國有機硅行業將進入產能釋放的集中期。預計2009年中國新增有機硅單體約為20萬噸左右。但國內單體總需求量為96萬噸左右,對外依存度仍然高達50%以上。

業內人士認為,有機硅行業未來或將突出重點發展高端產品、調整單體領域產業結構,以促進行業有序發展。預計與新興產業相關的太陽能、信息產業等領域的專用有機硅產品(如硅橡膠)將有望獲得爆髮式發展。

上一篇[威爾特·張伯倫]    下一篇 [花穂]

相關評論

同義詞:暫無同義詞