有机硅材料小知识

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1、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%。石英、水晶、砂子、花岗石、陶土、云母等，其主要成分都为二氧化 硅。1.2硅酮概述121硅元素(Silicon)与硅酮(Silicone)硅元素(silicon)与硅酮(silicone),这

2、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(silic on e)，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(orga no silico ne)和硅氧烷(Siloxa ne)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)2SiCI2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-Keto ne, 以后的1905年

3、，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。122硅元素和碳元素CfirbonSi原E熔点2355-28,0855ijimw 半负电性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

4、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区相比，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1H2.1Li 1.0Be 1.5B 2.0C 2.5N 3.0O 3.5F 4.0Na 0.9Mg 1.2Al 1.5Si

5、1.8P 2.1S 2.5Cl 3.0K 0.8Ca 1.0Sc 1.3Ge 1.7As 2.0Se 2.4Br 2.8Rb 0.8Sr 1.0Y 1.3Sn 1.7Sb 1.8Te 2.1I 2.4Cs 0.7Ba 0.91.2.3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。键能(Kcal / mol )C1 SiC83.258 80Si58 8045.0H98.872.6O83.2101.0

6、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:20C)与象C-C这种单纯的共价键不同，由于液体的种类表面张力(dy n/cm)二甲硅油20 21氯化物油18 19Tetradeca ne26.5液体状石蜡29.7聚乙烯34 36甲苯28.5甘油63.1水72Si-0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。2 硅酮产品的性能及应用2.1 硅酮产品通常所说的硅酮产品，是指聚硅氧烷

7、和硅烷而言，英文名为Silicone。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Polydimethylsiloxa ne (PDMS)硅酮油为了物性的改善和重整，存在多种变性结构，但代表性的物质是上述分子。形成 该分子骨架的硅氧烷键，它集合并形成物质时，各个分子是独立的，因此，分子链相互间可 以自由移动，所以，从外部看来具有流动性，也就是说，具有液体的性质。根据聚合度的不 同，粘度等各异，在聚甲基硅酮油中，聚合度是2的，存在于从0.65cSt直至

8、数十万cSt。2.2.2 硅橡胶(Silicone Rubber)*訐;硅檢胶的分子链Ri主哽有CH3,此夕卜还Phenyl(-CflHs)-CHCH2CF3分子抵的交联直如上图所示，硅橡胶由网状结构的分子构成，与硅酮油不同，其分子链不能相互移动， 所以不具有流动性，但由于分子的自由度大，产生伸缩性，表现出橡胶的性质。2.2.3 硅酮树脂(Silicone Resin) 0Si 00黑0 S i 0 S i 0 S i 0 0RR随着硅橡胶进行交联，分子的自由度减小，伸缩性也被降低，变得坚硬。把这种极大地 提高了交联密度的物质称为硅酮树脂。硅酮油及硅橡胶等产品主要以 2 官能团构成，不同 于此

9、，硅酮树脂大量含有3 官能团甚至 4 官能团。这些树脂有这样一种特征，即在硬化后 形成坚韧的表膜和形成品，可以作为电气绝缘用的清漆、耐候性涂料的基础树脂，以及成型 材料的基础树脂以及排水、脱模等使用。2.3 硅酮的应用领域硅酮作为具有独特特性的材料，从建筑、电气、电子、机械、汽车、化妆品、纤维产业等各种产业 直至日常生活，几乎在所有的领域都得到广泛应用。目前应用硅酮的产品数达到数千个，随着产业的分 化、多样化、高功能化，其需要日益增加，而且，应用的范围也急剧扩大。作为硅酮应用领域之一的硅酮密封剂，由于其性能的优秀性和特异性，在聚氨酯、复硫化物等其它有机 密封剂领域的用途也在日益扩大。2.3.1

10、电气电子工业与其它领域相比，尤其是在电气电子工业中，由于硅酮的耐热性、稳定的电气特性，已经成为了不可 缺少的材料。随着电气电子工业的成长，硅酮市场不断成长，而且，今后无疑仍将随着电气电子工业 的发展而扩大。大该领域，硅酮产品作为旋转机械或变压器等高压设备的绝缘材料，应用范围广泛。下 面对其进行部分介绍。2.3.2运输设备工业nrraI应 用 领 域干式变压器的绝缘高压电容器的绝缘混合IC的绝缘、防震、固定所需的封装/密封，发热体与散热体的粘接各种电子设备的防水装置密封需要阻燃性设备的粘接密封Sign Board的防水、粘接模压精细涂层微波炉门等要求耐热性的设备的密封冰箱的内部密封在化学材料中，

11、硅酮属于高价材料，因此，最初时并未被用作汽车材料,现在，硅酮总需求的15%左右被用于汽车相关行业，其用途与应用正在迅速扩大。这是因为硅酮产品解决了汽车工业所面临的诸 多问题，从而也充分说明了硅酮的高功能性和性能的优秀性。3 建筑土木工业应油箱及0-环用电场配件（点火系统的火花塞防尘罩、配电盖等）领发动机密封垫（FIPG）域使用硅酮油的风扇离合器使用硅酮油的粘性联轴节镜子及轮毂盖的粘合使用硅凝胶的缓冲器用减震器其它需要弹性粘接的部位的密封硅酮代表性用途之一就是建筑土木工业的密封材料。硅酮密封剂填充进各种材料间的连接处或缝隙之间，使接缝具有防水、密封性，此外还用于固定玻璃等。应 用 领 域普通玻璃

12、窗框的密封（上玻璃用）基于拒霉性的浴池密封 内外墙的接缝密封应用于 SSG（structural Seala nt Glazi ng）措施方法（玻璃幕墙）建筑物外墙防水剂 机场跑道接缝密封 隔热双层玻璃的密封 石材建筑物的非污染性密封4 化妆品医疗用品的应用硅酮作为化妆品原料使用，是从20世纪80年开始正式研究的，在化妆品行业高功能化、高附加 值化的战略下被使用。目前，甲基聚硅氧烷、甲基苯基硅氧烷、硅酮聚合体等原料已经符合化妆品原料 标准的安全性，被化妆品行业所采纳并使用。另外，在医疗用具领域，由于其功能性和生物体适合性等 优点，应用范围正在逐渐扩大。5 在食品工业的应用护发（香波、染发水、护

13、发剂、摩丝等）护肤剂（护手霜、护肤液等）化妆产品（Powder type、Pan cake type 等基础。）输血管、血液保存容器、人工皮肤、牙科印形材料硅酮以其无毒性等特征，在食品工业中也得到广泛应用。6 在橡胶塑胶工业的应用应用领域食品容器的垫圈、塞子、密封材料奶瓶的奶嘴双层蒸锅的热媒体食品制造设备的润滑油面包、蛋糕、饼干等的松脱剂食品的成型用在橡胶、塑胶工业中，硅酮使用量最大的领域是作为硅橡胶形成品的材料。7 在纤维工业的应用应 用 领 域成型加工的脱模剂模具的制作（成型用） 表面改进用涂层剂通过内部添加的改进剂硅酮具有低表面张力、低磨擦系数、耐热性、排水性等特征，在整个纤维工业得到广

14、泛应用，作为纤维表面活化、处理剂，是不可缺少的材料之一。应用领域雨伞、雨衣、帐蓬、包、皮革、皮鞋等的防水处理剂 利用润滑作用的纤维处理剂扩张剂柔顺剂防污处理剂防水及防菌加工8 在纸纸浆工业的应用在纸纸浆工业，由于硅酮具有的优秀特性，即脱模性、防水性、泡沫抑制性，硅酮应用产品得到9 在涂料工业的应用了广泛应用。应用领域各种削离纸用涂层剂造纸工序的泡沫抑制剂各种辊子在涂料工业中，硅酮被用作耐热性及耐候性涂料的基础。应用 飞机、汽车的排气管、吸热管等所应用的耐热涂料的基础领域耐候涂料的原料涂料表膜的矫平剂3 硅橡胶3.1 硅橡胶的性能3.1.1 耐高温性能硅橡胶最显著的特点就是其高温稳定性，它可在250300C的环境中长期使用，若选 用适当的填充剂和耐高温添加剂，其使用温度可高达375C，并可耐瞬间数千度的高温。据 估计，硅橡胶在120C下使用寿命可达20年，在150C下可达5年。不同温度下硅橡胶的使用寿命