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有機(jī)硅化學(xué)主要研究有機(jī)硅化合物的性質(zhì)及反應(yīng)活性。有機(jī)硅化合物就是含有碳硅鍵的有機(jī)化合物。和碳類似,有機(jī)硅也是四配位的四面體結(jié)構(gòu)。
在生物分子中,還沒有找到含有碳硅鍵的化合物。第一個有機(jī)硅化合物是在1863年由法國化學(xué)家查爾斯·傅里德爾(Friedel C)和美國化學(xué)家詹姆斯·克拉夫茨(Crafts J)共同發(fā)現(xiàn)。
他們用四氯化硅和二乙基鋅反應(yīng)得到四乙基硅。簡單的碳硅化合物——碳化硅則是無機(jī)化合物。
有機(jī)硅是化工新材料產(chǎn)業(yè)的重要組成部分,是國務(wù)院提出的七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展所需的重要基礎(chǔ)材料,具有許多其它化工材料無可替代的作用,是名副其實(shí)的“工業(yè)維生素”和“科技催化劑”。
物理結(jié)構(gòu)
一:有機(jī)硅材料具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu):
(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%離子鍵特征的共價鍵(共價鍵具有方向性,離子鍵無方向性)。
二:性能:
由于有機(jī)硅獨(dú)特的結(jié)構(gòu),兼?zhèn)淞藷o機(jī)材料與有機(jī)材料的性能,具有表面張力低、粘溫系數(shù)小、壓縮性高、氣體滲透性高等基本性質(zhì),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(yīng)用于航空航天、電子電氣、建筑、運(yùn)輸、化工、紡織、食品、輕工、醫(yī)療等行業(yè),其中有機(jī)硅主要應(yīng)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(jī)硅數(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(dú)樹一幟的重要產(chǎn)品體系,許多品種是其他化學(xué)品無法替代而又必不可少的。
生物體新陳代謝也需要有機(jī)硅參與,通常此類有機(jī)硅化學(xué)式表現(xiàn)為CH3(SiOH)3。有機(jī)硅對于身體各項(xiàng)功能起著重要的作用并且與礦物質(zhì)的吸收有著直接關(guān)系。 人體平均擁有約七克硅,其數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他重要礦物質(zhì),如鐵。 鐵和硅是人體必需的,對維持正常的新陳代謝是非常重要的作用。
有機(jī)硅材料按其形態(tài)的不同,可分為:硅烷偶聯(lián)劑(有機(jī)硅化學(xué)試劑)、生物活性有機(jī)硅、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、復(fù)合物等。
性能介紹
有機(jī)硅產(chǎn)品的基本結(jié)構(gòu)單元是由硅-氧鏈節(jié)構(gòu)成的,側(cè)鏈則通過硅原子與其他各種有機(jī)基團(tuán)相連。因此,在有機(jī)硅產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)中既含有" 有機(jī)基團(tuán)",又含有"無機(jī)結(jié)構(gòu)",這種特殊的組成和分子結(jié)構(gòu)使它集有機(jī)物的特性與無機(jī)物的功能于一身。與其他高分子材料相比,有機(jī)硅產(chǎn)品的最突出性能是:
1.耐溫特性
有機(jī)硅產(chǎn)品是以硅-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(jī)硅中為 121千卡/克分子,所以有機(jī)硅產(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(jī)硅不但可耐高溫,而且也耐低溫,可在一個很寬的溫度范圍內(nèi)使用。無論是化學(xué)性能還是物理機(jī)械性能,隨溫度的變化都很小。
2.耐候性
有機(jī)硅產(chǎn)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(jī)硅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(jī)硅中自然環(huán)境下的使用壽命可達(dá)幾十年。
3.電氣絕緣性能
有機(jī)硅產(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、體積電阻系數(shù)和表面電阻系數(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)用于電子、電氣工業(yè)上。有機(jī)硅除了具有優(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.低表面張力和低表面能
有機(jī)硅的主鏈?zhǔn)秩犴槪浞肿娱g的作用力比碳?xì)浠衔镆醯枚啵虼耍韧肿恿康奶細(xì)浠衔镎扯鹊停砻鎻埩θ酰砻婺苄。赡つ芰?qiáng)。這種低表面張力和低表面能是它獲得多方面應(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(xiàng)優(yōu)異性能。
由于有機(jī)硅具有上述這些優(yōu)異的性能,因此它的應(yīng)用范圍非常廣泛。它不僅作為航空、尖端技術(shù)、軍事技術(shù)部門的特種材料使用,而且也用于國民經(jīng)濟(jì)各部門,其應(yīng)用范圍已擴(kuò)到:建筑、電子電氣、紡織、汽車、機(jī)械、皮革造紙、化工輕工、金屬和油漆、醫(yī)藥醫(yī)療等。