新型高分子材料有機硅

1、新型高分子材料有機硅姓名：王偉坤 學院：化科院 專業(yè)：化學類 學號:08130203 老師：周寧琳摘要有機硅聚合物是特種高分子材料，是分子結構中含有元素硅的高分子合成材料，一般 系指聚硅氧烷而言。包括硅油、硅橡膠、硅樹脂、硅烷偶聯劑四大門類幾千個品種牌 號。它是在第二次世界大戰(zhàn)期間作為飛機、火箭的特殊材料而發(fā)展起來的。經過40多 年的開發(fā)研究，現在不僅廣泛用于各種現代工業(yè)、新興技術和國防軍工中，而且還深 入到我們的日常生活中，成為化工新材料中的佼佼者。關鍵詞：有機硅有機硅活化劑有機硅發(fā)展簡史硅是世界上分布最廣的元素之一，其熔點為1420C,其豐度僅次于氧（約含 49.5% ）而占第二位，在地殼

2、中約含25.8% ；而碳僅占0.087%。自然界沒有游離的 硅，主要以二氧化硅和硅酸鹽存在，自然界中常見的硅化合物有石英石、長石、云 母、滑石粉等耐熱難熔的硅酸鹽材料。硅可以說是組成地殼的最主要元素之一。18世 紀下葉，當化學家都在競相研究有機化合物時，C.Friedel, J.M.Crafts , A.Ladenberg , F.S.Kipping等作了大量的工作，他們已注意到了硅和碳化合物的區(qū)別， 并進行了廣泛、深入地研究。特別是英國諾丁漢大學的F.S.Kipping的工作奠定了有機 硅化學的基礎?？茖W家對有機化合物和有機高分子聚合物廣泛深入研究的結果促進了有機合成材料如 酚醛、聚酯、環(huán)氧

3、、聚氨酯等樹脂及各種合成塑料、合成橡膠、合成纖維的開發(fā)、生 產和應用，使人類社會步入了合成材料時代。由于科技的高速發(fā)展，促進了經濟的發(fā) 展，雖然提高了效率，可是電機的溫度上升了，普通材料不能勝任，所以迫切需要開 發(fā)新的耐熱合成材料。美國康寧玻璃廠實驗室的G.F.Hyde.通用電氣公司的W.J.Patnode,E.G.Rochow和前蘇聯的B.H.多爾果夫，K.A.安德里阿諾夫等化學家聯想 到天然硅酸鹽中硅氧鍵結構的優(yōu)異耐熱性，并考慮到引入有機基團的優(yōu)越性。于1948 年開發(fā)出耐熱新型有機硅聚合物材料，并得到廣泛應用。（CH3）nSiCl4-n美國最初是用格式法合成有機硅單體的。此法不用溶劑，避

4、免了金屬有機化合物，是 直接將氯甲烷通入含催化劑的硅粉中去的氣-固相反應： nCH3Cl + Si C0廣這一貢獻為有機硅工業(yè)發(fā)展奠定了基礎。有機硅鍵的特征有機硅產品的基本結構單元是：I n ，與硅原子相連的為各種有機基團。從結構上看，這一類化合物是屬半無機、半有機結構的高分子化合物，他們兼 有有機聚合物和無機聚合物的特征。有機硅材料具有獨特的結構：Si原子上充足的甲 基將高能量的聚硅氧烷主鏈屏蔽起來；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）。由于有機硅獨特的結構，兼?zhèn)淞?/p>

5、無機材料與有機材 料的性能，具有表面張力低、粘溫系數小、壓縮性高、氣體滲透性高等基本性質，并 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，廣泛應用于航空航天、電子電氣、建筑、運輸、化工、紡 織、食品、輕工、醫(yī)療等行業(yè)，其中有機硅主要應用于密封、粘合、潤滑、涂層、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(xù)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。有機硅單體的制備有機鹵硅烷合成方法分為兩大類：一是硅烷的直接合成法，另一類是特殊硅烷合成

6、法。一直接法在工業(yè)生產中，所有的甲基氯硅烷都是通過硅和鹵代粒在加熱及銅催化劑存在下反應 生成的。反應溫度一般在250300。仁Si + RX Cu A RSiX4 n二特殊硅烷合成法有機金屬合成法是以有機金屬化合物為媒介，使有機基和硅化合物中的硅原子連接，生成有機硅化合 物的方法。如用格式試劑，反應：RX + Mg - RMgXSiCl4 + RMgX RSiCl3 + R2SiCl + R4SiSi(OR)4 + RMgX RSi(OR)3 + R2Si(OR)2 + R3SiOR硅氫合成和熱縮合法硅烷與粒類反應法，即利用含Si-H鍵的化合物和不飽和粒加成；或者與粒、鹵代烴在 一定條件下進行

7、縮合反應，生成有機硅化合物。平衡法利用硅原子上連接的不同取代基，在一定條件下可以互換的原理，達到調整官能度或 生成新的有機硅化合物。有機硅表面活化劑有機硅表面活性劑是隨著有機硅材料發(fā)展起來的一種新型表面活性劑，于20世紀80 年代開始大規(guī)模發(fā)展與應用，主要是以聚二甲基硅氧烷為其疏水主鏈，在其中間位或端位 連接一個或多個極性基團為親水基而構成的一類表面活性劑。有機硅表面活性劑具有 以下幾個特征：(1)優(yōu)良的表面活性,僅次于氟表面活性劑。能將水的表面張力降至約20mN/m而典型 的烷粒類表面活性劑為30mN/m;對低能表面的潤濕能力優(yōu)異；在水溶液和非水溶液中都具有優(yōu)良的表面活性；優(yōu)良的消泡能力；可

8、以制備出不同分子結構的高分子表面活性劑。有機硅表面活性劑按親水基團分類,可分為離子型(陽離子型、陰離子型和兩性離子型 和非離子型;按分子量的大小分類測可以分為高分子(聚醚改性硅油)和低分子表面活性 劑。非離子型表面活性劑非離子型聚硅氧烷表面活性劑該類非離子型表面活性劑主要是以聚硅氧烷主鏈作為疏水基，聚醚為親水基組成 的有機硅-聚酸共聚物。其典型的制備方法為:先合成含氫硅油，再與含不飽和鍵聚酸 在Speier s或者Karstedt s催化劑條件下通過硅氧加成而制備得到非離子型有 機硅表面活性劑。嵌段型聚硅氧烷表面活性劑(AB)n嵌段型有機硅表面活性劑中PDMS-b-PEO型最具有代表性，聚醚改

9、性硅油主要 是采用丁基鋰與六甲基環(huán)三桂氧烷進行陰離子聚合制備單端含氫硅油,再與含乙稀基聚 醚進行硅氫加成制備聚二甲基硅氧烷與聚酸的共聚物(PDMS-b-PEO。非離子型三硅氧烷表面活性劑非離子型有機硅表面活性劑中，三硅氧烷表面活性劑研究是當前的研究熱點，通常有兩 種結構式,MDM和MDM型。MDM和MDM型有機硅表面活性劑中，又以MDM型最 受學者和工業(yè)界青睞。它是以1,1,1,3,5,5,5-七甲基三硅氧基為疏水基團，聚醚鏈段為親 水基團的一類有機硅表面活性劑，是一種支鏈化的高效表面活性劑，主要以多個甲基列 在界面上，以傘形結構分布在界面，可使水的表面張力降至20mN/m左右。陽離子型硅氧烷

10、表面活性劑親水基團中含有季銨鹽、咪唑鹽、毗咯鹽、毗啶鹽等結構單元時為陽離子有機硅表面 活性劑。常用的有機硅季銨鹽能賦予織物優(yōu)良抗菌性能洞時還能使織物具備良好的吸 水吸汗性、柔軟性、平滑性、回彈性、防靜電性和抗污染性。故廣泛應用于紡織及日 用化工等行業(yè)。一般采用環(huán)氧基硅烷與叔胺的加成反應、鹵烴基硅烷與叔胺的取代反 應、氨基硅烷的季銨化反應以及氨基硅烷與環(huán)氧化合物的開環(huán)反應等制備季銨鹽型有 機硅表面活性劑。陽離子型聚硅氧烷表面活性劑通過聚醚改性硅油，再通過季銨化反應合成的有機硅表面活性劑是陽離子型聚硅氧烷 表面活性劑。如以含氫硅油、丙稀醇、相對分子質量不同的不飽和聚醚、一氯醋酸、 叔胺為原料通過催

11、化氫化、酯化、季銨化可得到新的梳形結構的聚醚季銨化聚硅氧 烷。也可將有機硅醚先與二元酸酯化，得到側鏈端基含羧基的聚硅氧烷醚酸，然后再與叔 胺反應即可。Sinclair采用含氫硅油與烯丙基縮水甘油醚在酸催化作用下，制備出含環(huán) 氧基團的聚硅氧烷，利用環(huán)氧基團與有機胺反應合成季銨鹽結構的合物。此路線可任 意改變聚硅氧烷及聚合物中環(huán)氧基的含量，并可選用不同的有機胺和季銨化試劑，合成 一系列有機硅季銨鹽。有機硅的發(fā)展有機硅自20世紀40年代以來，經過幾十年的高速發(fā)展，現已被廣泛應用于電子、電 器、航天、航空、建筑、紡織、醫(yī)藥等領域，已成為國民經濟發(fā)展和人民生活水平提 高不可或缺的新材料?，F在有機硅已進入了走向未來、開發(fā)發(fā)展的階段。今后有機硅 產品的發(fā)展方向是高性能、多功