有機矽
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有機矽化合物，是指含有Si-O鍵、且至少有一個有機基是直接與矽原子相連的化合物，習(xí)慣上也常把那些通過氧、硫、氮等使有機基與矽原子相連接的化合物也當作有機矽化合物。其中，以矽氧鍵（-Si-0-Si-）為骨架組成的聚矽氧烷，是有機矽化合物中為數(shù)*多，研究*深、應(yīng)用*廣的一類，約占總用量的90%以上。
國內(nèi)*大的有機矽行業(yè)網(wǎng)站，有機矽專線網(wǎng)站上有各類詳細的文獻資料，參考文檔。
有機矽材料具有獨特的結(jié)構(gòu)：
?。?）Si原子上充足的甲基將高能量的聚矽氧烷主鏈屏蔽起來；
?。?）C-H無極性，使分子間相互作用力十分微弱；
?。?）Si-O鍵長較長，Si-O-Si鍵鍵角大。
?。?）Si-O鍵是具有50％離子鍵特征的共價鍵（共價鍵具有方向性，離子鍵無方向性）。
由於有機矽獨特的結(jié)構(gòu)，兼?zhèn)淞藷o機材料與有機材料的性能，具有表麵張力低、粘溫係數(shù)小、壓縮性高、氣體滲透性高等基本性質(zhì)，並具有耐高低溫、電氣絕緣、耐氧化穩(wěn)定性、耐候性、難燃、憎水、耐腐蝕、無毒無味以及生理惰性等優(yōu)異特性，廣泛應(yīng)用於航空航天、電子電氣、建築、運輸、化工、紡織、食品、輕工、*療等行業(yè)，其中有機矽主要應(yīng)用於密封、粘合、潤滑、塗層、表麵活性、脫模、消泡、抑泡、防水、防潮、惰性填充等。隨著有機矽數(shù)量和品種的持續(xù)增長，應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬，形成化工新材料界獨樹一幟的重要產(chǎn)品體係，許多品種是其他化學(xué)品無法替代而又必不可少的。
有機矽材料按其形態(tài)的不同，可分為：矽烷偶聯(lián)劑（有機矽化學(xué)試劑）、矽油（矽脂、矽乳液、矽表麵活性劑）、高溫硫化矽橡膠、液體矽橡膠、矽樹脂、複合物等。
一、有機矽的性能
有機矽產(chǎn)品的基本結(jié)構(gòu)單元是由矽－氧鏈節(jié)構(gòu)成的，側(cè)鏈則通過矽原子與其他各種有機基團相連。因此，在有機矽產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)中既含有"有機基團"，又含有"無機結(jié)構(gòu)"，這種特殊的組成和分子結(jié)構(gòu)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，有機矽產(chǎn)品的*突出性能是：
1．耐溫特性
有機矽產(chǎn)品是以矽－氧（Si－O）鍵為主鏈結(jié)構(gòu)的，C－C鍵的鍵能為82.6千卡/克分子，Si－O鍵的鍵能在有機矽中為121千卡/克分子，所以有機矽產(chǎn)品的熱穩(wěn)定性高，高溫下（或輻射照射）分子的化學(xué)鍵不斷裂、不分解。有機矽不但可耐高溫，而且也耐低溫，可在一個很寬的溫度範圍內(nèi)使用。無論是化學(xué)性能還是物理機械性能，隨溫度的變化都很小。
2．耐候性
有機矽產(chǎn)品的主鏈為－Si－O－，**鍵存在，因此不易被紫外光和臭氧所分解。有機矽具有比其他高分子材料更好的熱穩(wěn)定性以及耐輻照和耐候能力。有機矽中自然環(huán)境下的使用壽命可達幾十年。
3．電氣絕緣性能
有機矽產(chǎn)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(shù)和表麵電阻係數(shù)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(wěn)定的電絕緣材料，被廣泛應(yīng)用於電子、電氣工業(yè)上。有機矽除了具有優(yōu)良的耐熱性外，還具有優(yōu)異的拒水性，這是電氣設(shè)備在濕態(tài)條件下使用具有高可靠性的保障。
4．生理惰性
聚矽氧烷類化合物是已知的*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(yīng)，並具有較好的抗凝血性能。
5．低表麵張力和低表麵能
有機矽的主鏈十分柔順，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，表麵張力弱，表麵能小，成膜能力強。這種低表麵張力和低表麵能是它獲得多方麵應(yīng)用的主要原因：疏水、消泡、泡沫穩(wěn)定、防粘、潤滑、上光等各項優(yōu)異性能。
二、有機矽的用途
由於有機矽具有上述這些優(yōu)異的性能，因此它的應(yīng)用範圍非常廣泛。它不僅作為航空、**技術(shù)、**技術(shù)部門的特種材料使用，而且也用於國民經(jīng)濟各部門，其應(yīng)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、*藥*療等。
三、有機矽的分類
有機矽主要分為矽橡膠、矽樹脂、矽油三大類。
室溫硫化矽橡膠簡介及其分類
室溫硫化矽橡膠（RTV）是六十年代問世的一種新型的有機矽彈性體，這種橡膠的*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矽產(chǎn)品的一個重要組成部分。現(xiàn)在室溫硫化矽橡膠已廣泛用作粘合劑、密封劑、防護塗料、灌封和製模材料，在各行各業(yè)中都有它的用途。
室溫硫化矽橡膠按其包裝方式可分為單組分和雙組分室溫硫化矽橡膠，按硫化機理又可分為縮合型和加成型。因此，室溫硫化矽橡膠按成分、硫化機理和使用工藝不同可分為三大類型，即單組分室溫硫化矽橡膠、雙組分縮合型室溫硫化矽橡膠和雙組分加成型室溫硫化矽橡膠。這三種係列的室溫硫化矽橡膠各有其特點：單組分室溫硫化矽橡膠的優(yōu)點是使用方便，但深部固化速度較困難；雙組分室溫硫化矽橡膠的優(yōu)點是固化時不放熱,收縮率很小，不膨脹，無內(nèi)應(yīng)力，固化可在內(nèi)部和表麵同時進行，可以深部硫化；加成型室溫硫化矽橡膠的硫化時間主要決定於溫度，因此，利用溫度的調(diào)節(jié)可以控製其硫化速度。
一．單組分室溫硫化矽橡膠
單組分室溫硫化矽橡膠的硫化反應(yīng)是靠與空氣中的水分發(fā)生作用而硫化成彈性體。隨著鏈劑的不同，單組分室溫硫化矽橡膠可為脫酸型、脫肟型、脫醇型、脫胺型、脫酰胺型和脫酮型等許多品種。單組分室溫硫化矽橡膠的硫化時間取決於硫化體係、溫度、濕度和矽橡膠層的厚度，提高環(huán)境的溫度和濕度，都能使硫化過程加快。在典型的環(huán)境條件下，一般15～30分鐘後，矽橡膠的表麵可以冇有粘性，厚度0.3厘米的膠層在**之內(nèi)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。
單組分室溫硫化矽橡膠具有優(yōu)良的電性能和化學(xué)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(nèi)能長期保持彈性。它固化時不吸熱、不放熱，固化後收縮率小，對材料的粘接性好。因此，主要用作粘合劑和密封劑，其它應(yīng)用還包括就地成型墊片、防護塗料和嵌縫材料等。許多單組分矽橡膠粘接劑的配方表現(xiàn)出對多種材料如大多數(shù)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(yīng)活性的矽烷單體或樹脂，當它們在基材上固化後，生成一層改性的適合於有機矽粘接的表麵。單組分室溫硫化矽橡膠雖然使用方便，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製，隻能用於需要6毫米以下厚度的場合。單組分室溫硫化矽橡膠的硫化反應(yīng)是從表麵逐漸往深處進行的，膠層越厚，固化越慢。當深部也要快速固化時，可采用分層澆灌逐步硫化法，每次可加一些膠料，等硫化後再加料，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矽橡膠
雙組分室溫硫化矽橡膠硫化反應(yīng)不是靠空氣中的水分,而是靠催化劑來進行引發(fā)。通常是將膠料與催化劑分彆作為一個組分包裝。隻有當兩種組分完全混合在一起時才開始發(fā)生固化。雙組分縮合型室溫硫化矽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矽椽膠在室溫下要達到完全固化需要**左右的時間，但在150℃的溫度下隻需要1小時。通過使用促進劑進行協(xié)合效應(yīng)可顯著提高其固化速度。
雙組分室溫硫化矽橡膠可在一65～250℃溫度範圍內(nèi)長期保持彈性，並具有優(yōu)良的電氣性能和化學(xué)穩(wěn)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，廣泛用作灌封和製模材料。各種電子、電器元件用室溫硫化矽橡膠塗覆、灌封後，可以起到防潮（防腐、防震等保護作用。可以提高性能和穩(wěn)定參數(shù)。雙組分室溫硫化矽橡膠特彆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(yōu)於單組分室溫硫化矽橡膠之處。雙組分室溫硫化矽橡膠硫化後具有優(yōu)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(huán)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矽橡膠的高仿真性能可以在文物上複製各種精美的花紋。雙組分室溫硫化矽橡膠在使用時應(yīng)注意：首先把膠料和催化劑分彆稱量，然後按比例混合?；炝线^程應(yīng)小心操作以使夾附氣體量達到*小。膠料混勻後（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,待氣泡全部排出後，在室溫下或在規(guī)定溫度下放置一定時間即硫化成矽橡膠。
三．雙組分加成型室溫硫化矽橡膠
雙組分加成型室溫硫化矽橡膠有彈性矽凝膠和矽橡膠之分，前者強度較低，後者強度較高。它們的硫化機理是基於有機矽生膠端基上的乙烯基（或丙烯基）和交鏈劑分子上的矽氫基發(fā)生加成反應(yīng)（氫矽化反應(yīng)）來完成的。在該反應(yīng)中，不放出副產(chǎn)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矽橡膠在硫化過程中不產(chǎn)生收縮。這一類硫化膠無毒、機械強度高、具有**的抗水解穩(wěn)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製等優(yōu)點，因此是目前國內(nèi)外大力發(fā)展的一類矽橡膠。
1．加成型室溫硫化矽橡膠
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矽橡膠由於線收縮率低、硫化時不放出低分子，因此是製模的優(yōu)良材料。在機械工業(yè)上已廣泛用來製模以鑄造環(huán)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．矽凝膠
這種膠硫化後成為柔軟透明的有機矽凝膠，可在-65～200℃溫度範圍內(nèi)長期保持彈性，它具有優(yōu)良的電氣性能和化學(xué)穩(wěn)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(yōu)點，有機矽凝膠在電子工業(yè)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。如采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，損壞了的矽凝膠可再次灌封修補。有機矽凝膠由於純度高，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(nèi)塗覆材料,可提高半導(dǎo)體器件的合格率及可靠性；有機矽凝膠也可用作光學(xué)儀器的彈性粘接劑。在*療上有機矽凝膠可以用來作為植人體內(nèi)的器官如人工**等，以及用來修補已損壞的器官等.
3.矽樹脂
矽樹脂矽樹脂是高度交聯(lián)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的聚有機矽氧烷，通常是用甲基三氯矽烷、二甲基二氯矽烷、苯基三氯矽烷、二苯基二氯矽烷或甲基苯基二氯矽烷的各種混合物，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(chǎn)物是環(huán)狀的、線型的和交聯(lián)聚合物的混合物，通常還含有相當多的羥基。水解物經(jīng)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，*後形成高度交聯(lián)的立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。矽樹脂是一種熱固性的塑料，它*突出的性能之一是優(yōu)異的熱氧化穩(wěn)定性。250℃加熱24小時後,矽樹脂失重僅為2～8%。矽樹脂另一突出的性能是優(yōu)異的電絕緣性能,它在寬的溫度和頻率範圍內(nèi)均能保持其良好的絕緣性能。鑒於上述特性,有機矽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、玻布絲及石棉布後製成電機套管、電器絕緣繞組等。用有機矽絕緣漆粘結(jié)雲(yún)母可製得大麵積雲(yún)母片絕緣材料，用作高壓電機的主絕緣。此外，矽樹脂還可用作耐熱、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矽塑料，用於電子、電氣和國防工業(yè)上，作為半導(dǎo)體封裝材料和電子、電矽樹脂按其主要用途和交聯(lián)方式大致可分為有機矽絕緣漆、有機矽塗料、有機矽塑料和有機矽粘合劑等幾大類。
4.矽油
矽油是一種不同聚合度鏈狀結(jié)構(gòu)的聚有機矽氧烷。*常用的矽油是甲基矽油。矽油一般是無色（或淡黃色），無味、無毒、不易揮發(fā)的液體。矽油不溶於水、甲醇、二醇和-乙氧基乙醇，可與苯、二甲醚、*****、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(shù)n的不同，分子量增大，粘度也增高，固此矽油可有各種不同的粘度。矽油按化學(xué)結(jié)構(gòu)來分有甲基矽油、乙基矽油、苯基矽油、甲基含氫矽油、甲基苯基矽油、甲基氯苯基矽油、甲基乙氧基矽油、甲基三氟丙基矽油、甲基乙烯基矽油、甲基羥基矽油、乙基含氫矽油、羥基含氫矽油、含氰矽油等；從用途來分，則有阻尼矽油、擴散泵矽油、液壓油、絕緣油、熱傳遞油、剎車油等。矽油具有**的耐熱性、電絕緣性、耐候性、疏水性、生理惰性和較小的表麵張力，此外還具有低的粘溫係數(shù)、較高的抗壓縮性）有的品種還具有耐輻射的性能。
4.有機矽市場概況
中國有機矽工業(yè)經(jīng)過20年尤其是“十五”期間的自主開發(fā)建設(shè)，取得了令人矚目的成就。無論是甲基氯矽烷單體的生產(chǎn)規(guī)模，還是有機矽產(chǎn)品的應(yīng)用技術(shù)，都有長足的進步。
近年來，中國的有機矽市場是**增長*快的市場，有機矽市場的發(fā)展速度高於GDP增速，增幅超過25%。國內(nèi)的有機矽單體規(guī)模發(fā)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(chǎn)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(zhèn)江宏達5家有機矽單體生產(chǎn)企業(yè)，年產(chǎn)能達40萬噸。中國在建的有機矽產(chǎn)能約有35萬噸，擬建的有80-100萬噸。中國有機矽深加工及其應(yīng)用，正在形成一批以高溫膠、液體矽橡膠、紡織助劑、矽烷偶聯(lián)劑等有特色的企業(yè)和產(chǎn)業(yè)群，活躍在國內(nèi)外市場。但另一方麵，近年國內(nèi)有機矽缺口仍然很大，2007年全年進口依賴率在50%左右。
預(yù)計到2010年國內(nèi)有機矽企業(yè)的產(chǎn)能將達120萬噸/年，加上道康寧和瓦克合資企業(yè)在江蘇張家港建設(shè)的40萬噸/年裝置，總產(chǎn)能將達到160萬噸/年。但未來3-5年中國有機矽消費仍將保持25%左右的增長，2010年之前國內(nèi)有機矽單體的自給率仍將保持在較低的水平。到2009年後，中國有機矽行業(yè)將進入產(chǎn)能釋放的集中期。
