有机硅材料小知识.doc
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有机硅材料及其产品简介
成都硅宝科技实业有限责任公司 技术部
1 综述
1.1 硅的存在
硅,元素符号Si,在元素周期表中是第三周期第IV主族元素,原子序数为14,平均相对原子质量为28.086,原子半径为0.040nm。
硅,在地壳中含量位居第二位,约占地壳组成的27.6%。但并不是以单质硅存在,而是以硅的氧化物和硅酸盐的形态出现。硅与氧的化合物二氧化硅(硅石)几乎遍布整个地球,占地壳总质量的87%。
1.2.1 硅元素(Silicon)与硅酮(Silicone)
硅元素(silicon)与硅酮(silicone),这两个术语乍一看,英语上似乎很相似,但在化学上却是有着严格区分的概念。Silicon是指以化学符号Si表示的暗灰色金属硅,是一种暗灰色金属性物质。而今天大部分产业领域必须使用的高功能材料-硅酮(silicone),是一种兼备有机性与无机性的独特的化学材料,是指有机硅化合物(organosilicone)和硅氧烷(Siloxane)相互连接成的聚合体。追溯这一名称的由来,硅元素学者A.LADENBURG认为,(C2H5)2SiCl2的加水分解脱水生成物具有与酮((C2H5)2C=O )类似的结构-(C2H5)2Si=O,于是将其称为Silico-Ketone,以后的1905年,W.DILTHEY证实脱水生成物是环状(Cyclic)的,Silico-Ketone名称经过简化,变成了『Silicone』,成为硅酮化合物的统称,这一术语就此制定并被广泛使用。
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1.2.2 硅元素和碳元素
硅酮的分子骨架由硅元素(Si)和氧元素(O)构成,在这一点上,与以碳元素(C)为主骨架的一般合成高分子有着本质的不同。碳元素(C)和硅元素(Si)在元素周期表上同属于第四族,碳元素(C)为第2周期,硅元素(Si)为第3周期,两者相邻,因此可以推定两者性质相似。从上图可知,碳元素或硅元素才有4个共价键,构成以原子为中心的正四面体形。但3周期元素比2周期元素多一个电子轨道,从这点而言,两种元素在化学性方面有着差异。首先,与碳元素的共价键半径0.77相比,硅元素的共价键半径是1.17,约是碳的1.5倍。共价键半径对元素的性质产生绝对的影响。另外,如下表所示,由于负电性的差异,其物理化学性质,即键能等方面也存在差异。在负电性方面,硅元素比碳元素小,而近似于同族的金属Ge或Sn,容易从分子中获得电子。此外,硅元素生成双键及三键的倾向很小,配价键性大,这也是与碳元素原子不同之外。
负电性
H2.1
Li 1.0
Be 1.5
B 2.0
C 2.5
N 3.0
O 3.5
F 4.0
Na 0.9
Mg 1.2
Al 1.5
Si 1.8
P 2.1
S 2.5
Cl 3.0
K 0.8
Ca 1.0
Sc 1.3
Ge 1.7
As 2.0
Se 2.4
Br 2.8
Rb 0.8
Sr 1.0
Y 1.3
Sn 1.7
Sb 1.8
Te 2.1
I 2.4
Cs 0.7
Ba 0.9
1.2.3 硅酮的物理、化学性质
硅酮的最大特征之一在于强耐热及抗氧化,这可以通过化学键强度来说明。如右表所示,作为硅酮主骨架的Si-O键比其它键都要大,这是因为Si和O的负电性差异较大所致,Si-O键近似于离子键,从能量上讲更稳定,这正是原因之一。
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键能 ( Kcal / mol )
C
Si
C
83.2
58 ~ 80
Si
58 ~ 80
45.0
H
98.8
72.6
O
83.2
101.0
硅酮的耐热、耐氧化性良好,即,可以在高温下使用,这是实用上的重要特征之一。
液体的表面张力 (温度 : 20℃)
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与象C-C这种单纯的共价键不同,由于Si-O键处于离子键和共价键的中间状态,分子间引力小,因此,与其它液体相比,硅酮油的表面张力特别低。也正是由于这种原因,硅橡胶及硅酮油具有非常优秀的耐寒性,对各种物性值的温度依存度低,这是在实用上又一重要特征。
液体的种类
表面张力(dyn/cm)
二甲硅油
20 ~ 21
氯化物油
18 ~ 19
Tetra decane
26.5
液体状石蜡
29.7
聚乙烯
34 ~ 36
甲苯
28.5
甘油
63.1
水
72
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ilicone。有机硅产品有四大类:一、Silicone oil 硅油,二、Silicone resin 硅树脂,三、Silicone rubber 硅橡胶,四、硅烷
2.2 硅酮的化学结构
2.2.1 硅油
Polydimethylsiloxane (PDMS)
OH-terminatedpolydimethylsiloxane
Vinyl-terminatedpolydimethylsiloxane
硅酮油为了物性的改善和重整,存在多种变性结
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