Добавлен: 12.12.2023
Просмотров: 486
Скачиваний: 8
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Министерство науки и высшего образования Российской ФедерацииФедеральное государственное автономное образовательное учреждениевысшего образования«Пермский национальный исследовательский политехнический университет»Аэрокосмический факультетКафедра «Проектирование и производство энергетических конденсированных систем и изделий из них для ракетно-космической техники и энергетических установок»Направление(профиль) программы магистратуры:18.04.01-Химическая технология«Химическая технология энергетических конденсированных систем»РЕФЕРАТ на тему: «Кремнийорганические полимеры»Выполнил: студент гр. ТЭКС- 21-1мозПищулева Наталья Федоровна(Фамилия, имя, отчество)______________________________(подпись)Проверил:Профессор, доктор технических наук Зиновьев Василий Михайлович(должность, Ф.И.О. руководителя от кафедры) __________ _________________________(оценка) (подпись)_____________(дата)Пермь 2022СодержаниеВведение…………………………………………………………………………...31. Сырье для получения кремнийорганических полимеров………….………...42. Особенности получения и отверждения кремнийорганических полимеров……………………………………………………………………….....63. Производство полиорганосилоксанов с разветвленными и циклолинейными цепями ……………………………………………………….104. Свойства и применение полиорганосилоксанов……………………………11 Заключение……………………………………………………………………….21Список использованных источников…………………………………………...23ВВЕДЕНИЕКремнийорганические полимеры - высокомолекулярные соединения, содержащие атомы кремния, углерода и других элементов в элементарном звене макромолекулы. В зависимости от химического строения основной цепи кремнийорганические полимеры делят на три основные группы: 1) с неорганическими главными цепями
макромолекул, которые состоят из чередующихся атомов кремния и других элементов (О, N, S, Al, Ti, В и др.), при этом углерод входит лишь в состав групп, обрамляющих главную цепь; 2) с органонеорганическими главными цепями макромолекул, которые состоят из чередующихся атомов кремния и углерода, а иногда и кислорода; 3) с органическими главными цепями макромолекул . Наиболее подробно изучены и широко применяются полиорганосилоксаны, а также полиметаллоорганосилоксаны и полиорганосилазаны.В 1937 г. советский академик К.А. Андрианов получил впервые в мире кремнийорганические полимеры – полиорганосилоксаны, которые относятся к классу элементорганических полимеров и являются среди них наиболее распространенными и ценными. Они принадлежат к группе полимеров с неорганическими главными цепями макромолекул, которые состоят из чередующихся атомов кремния и кислорода, а углерод входит лишь в состав групп, обрамляющих главную цепь:R RSi O Si O R R Многие особенности механических и физико-химических свойств этих полимеров связаны с высокой гибкостью их макромолекул и относительно малым межмолекулярным взаимодействием. Высокая гибкость силоксановой цепи утрачивается при переходе от линейной структуры к лестничной. Линейные и разветвленные полиорганосилоксаны с невысокой молярной массой — вязкие бесцветные жидкости. Высокомолекулярные линейные полиорганосилоксаны — эластомеры, а сшитые и разветвлённые — эластичные или хрупкие стеклообразные вещества. Полиорганосилоксаны характеризуются высокой термостойкостью, обусловленной высокой энергией связи Si—O, а также отличными диэлектрическими характеристиками [3]. Во многих странах и в России налажено производство кремнийорганических пластических масс (пресс-материалов, стеклопластиков, пенопластов и др.) Кремнийорганические соединения применяются в производстве каучуков и резин, лаков и эмалей, клеев, заливочных компаундов, смазочных веществ, пеногасящих и пропиточных средств, эмульгаторов и т.п. [1].
Исходные вещества для получения кремнийорганических полимеров могут быть разделены на две группы: алкил(арил)хлорсиланы и замещенные эфиры ортокремневой кислоты.
Алкил(арил)хлорсиланы представляют собой наиболее распространенный класс кремнииорганических соединений, пригодный для получения полимеров. Во всех химических реакциях принимает участие галоген, а органический радикал остается неизменным. Алкил(арил)хлорсиланы делятся на три группы: трифункциональные RSiCl3, дифункциональные R2SiCl2 и монофункциональные R3SiCl. Из них промышленное применение для синтеза кремнийорганических соединений нашли метил, этил- и фенилхлорсиланы. Синтез их осуществляется главным образом прямым взаимодействием при температурах 250-5000С алкил- или арилхлоридов в газовой фазе с кремнием в присутствии катализатора (меди): 2RCl + Si R2SiCl2 Одновременно образуются соединения типа RSiCl3, R3SiCl и различные побочные продукты. Разделяют их ректификацией.Карбофункциональные алкилхлорсиланы синтезируют по реакции гидросилирования – взаимодействия простейших кремнийорганических соединений, имеющих связь Si – Н, с непредельными органическими соединениями. Процесс проводят под давлением. Катализаторами реакции являются соединения платины и органические перекиси.Большинство алкил(арил)хлорсиланов представляет собой бесцветные жидкости с резким запахом, плотность которых составляет 850—1320 кг/м3, Ткип= 65 - 2200С. Они растворяются в эфирах, ароматических углеводородах и галогенуглеводородах. При взаимодействии со спиртами и фенолами образуют алкил(арил)алкокси- и соответсвующие арилоксисиланы; при действии атмосферной влаги гидролизуются с выделением хлористого водорода [2].Замещенные эфиры ортокремневой кислоты представляют собой продукты, в которых наряду с органическими радикалами содержится одна, две или три алкоксигруппы. Различают три типа продуктов: трифункциоиальные RSi(OR')3, дифункциональные R2Si(OR')2 и монофункциональные R3SiOR'.Одним из основных методов получения замещенных эфиров является реакция этерификации алкил(арил)хлорсиланов спиртами: RnSiCl4-n+ (4-n) R'OH RnSi (OR')4-n+ (4-n)HClДля устранения побочных реакций процесс проводят в присутствии нейтрализующих веществ (третичных аминов, алкоголятов).
Другим методом получения замещенных эфиров ортокремневой кислоты является обработка полных эфиров ортокремневой кислоты магнийорганическими соединениями (синтез по Гриньяру): Si (OR)4 +RMgX RSi(OR)3 + ROMgXЗамещенные эфиры ортокремневой кислоты, в частности метил-, этил- и фенилэтоксисиланы, представляют собой бесцветные жидкости, плотность которых составляет 750—1010 кг/м3, Ткип= 150 - 2500С. Перегоняются при атмосферном давлении без разложения и хорошо растворяются в спиртах, эфирах, хлорированных и ароматических углеводородах. С водой они не смешиваются, но легко гидролизуются по эфирным связям. Конечным продуктом гидролиза являются полиорганосилоксаны.Свойства алкил(арил)хлорсиланов и замещенных эфиров ортокремневой кислоты приведены ниже [1]:
макромолекул, которые состоят из чередующихся атомов кремния и других элементов (О, N, S, Al, Ti, В и др.), при этом углерод входит лишь в состав групп, обрамляющих главную цепь; 2) с органонеорганическими главными цепями макромолекул, которые состоят из чередующихся атомов кремния и углерода, а иногда и кислорода; 3) с органическими главными цепями макромолекул . Наиболее подробно изучены и широко применяются полиорганосилоксаны, а также полиметаллоорганосилоксаны и полиорганосилазаны.В 1937 г. советский академик К.А. Андрианов получил впервые в мире кремнийорганические полимеры – полиорганосилоксаны, которые относятся к классу элементорганических полимеров и являются среди них наиболее распространенными и ценными. Они принадлежат к группе полимеров с неорганическими главными цепями макромолекул, которые состоят из чередующихся атомов кремния и кислорода, а углерод входит лишь в состав групп, обрамляющих главную цепь:R RSi O Si O R R Многие особенности механических и физико-химических свойств этих полимеров связаны с высокой гибкостью их макромолекул и относительно малым межмолекулярным взаимодействием. Высокая гибкость силоксановой цепи утрачивается при переходе от линейной структуры к лестничной. Линейные и разветвленные полиорганосилоксаны с невысокой молярной массой — вязкие бесцветные жидкости. Высокомолекулярные линейные полиорганосилоксаны — эластомеры, а сшитые и разветвлённые — эластичные или хрупкие стеклообразные вещества. Полиорганосилоксаны характеризуются высокой термостойкостью, обусловленной высокой энергией связи Si—O, а также отличными диэлектрическими характеристиками [3]. Во многих странах и в России налажено производство кремнийорганических пластических масс (пресс-материалов, стеклопластиков, пенопластов и др.) Кремнийорганические соединения применяются в производстве каучуков и резин, лаков и эмалей, клеев, заливочных компаундов, смазочных веществ, пеногасящих и пропиточных средств, эмульгаторов и т.п. [1].
-
СЫРЬЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КРЕМНИЙОРГАНИЧЕСКИХ ПОЛИМЕРОВ
блестящее кристаллическое вещество, хрупкое и очень твердое, кристаллизуется в решетке алмаза. Это типичный полупроводник. При высокой температуре кремний весьма реакционноспособен и взаимодействует с большинством элементов, образуя силициды.
Кремний – второй по распространенности (после кислорода) элемент в земной коре, где он составляет более 25% (масс.). Встречается в природе в основном в виде песка, или кремнезема, который представляет собой диоксид кремния, и в виде силикатов (полевые шпаты M[AlSi3O8] (M = Na, K, Ba), каолинит Al4[Si4O10](OH)8, слюды). Кремний можно получить прокаливанием измельченного песка с алюминием или магнием; в последнем случае его отделяют от образующегося MgO растворением оксида магния в соляной кислоте. Технический кремний получают в больших количествах в электрических печах путем восстановления кремнезема углем или коксом. Высокочистый кремний получают выращиванием монокристалла из расплава полупроводникового кремния по методу Чохральского или методом бестигельной зонной плавки кремниевых стержней [4].
| СВОЙСТВА КРЕМНИЯ | |
| Атомный номер | 14 |
| Атомная масса | 28,086 |
| Изотопы | |
| стабильные | 28, 29, 30 |
| нестабильные | 25, 26, 27, 31, 32, 33 |
| Температура плавления, °С | 1410 |
| Температура кипения, °С | 2355 |
| Плотность, г/см3 | 2,33 |
| Твердость (по Моосу) | 7,0 |
| Содержание в земной коре, % (масс.) | 27,72 |
| Степени окисления | –4, +2, +4 |
Алкил(арил)хлорсиланы представляют собой наиболее распространенный класс кремнииорганических соединений, пригодный для получения полимеров. Во всех химических реакциях принимает участие галоген, а органический радикал остается неизменным. Алкил(арил)хлорсиланы делятся на три группы: трифункциональные RSiCl3, дифункциональные R2SiCl2 и монофункциональные R3SiCl. Из них промышленное применение для синтеза кремнийорганических соединений нашли метил, этил- и фенилхлорсиланы. Синтез их осуществляется главным образом прямым взаимодействием при температурах 250-5000С алкил- или арилхлоридов в газовой фазе с кремнием в присутствии катализатора (меди): 2RCl + Si R2SiCl2 Одновременно образуются соединения типа RSiCl3, R3SiCl и различные побочные продукты. Разделяют их ректификацией.Карбофункциональные алкилхлорсиланы синтезируют по реакции гидросилирования – взаимодействия простейших кремнийорганических соединений, имеющих связь Si – Н, с непредельными органическими соединениями. Процесс проводят под давлением. Катализаторами реакции являются соединения платины и органические перекиси.Большинство алкил(арил)хлорсиланов представляет собой бесцветные жидкости с резким запахом, плотность которых составляет 850—1320 кг/м3, Ткип= 65 - 2200С. Они растворяются в эфирах, ароматических углеводородах и галогенуглеводородах. При взаимодействии со спиртами и фенолами образуют алкил(арил)алкокси- и соответсвующие арилоксисиланы; при действии атмосферной влаги гидролизуются с выделением хлористого водорода [2].Замещенные эфиры ортокремневой кислоты представляют собой продукты, в которых наряду с органическими радикалами содержится одна, две или три алкоксигруппы. Различают три типа продуктов: трифункциоиальные RSi(OR')3, дифункциональные R2Si(OR')2 и монофункциональные R3SiOR'.Одним из основных методов получения замещенных эфиров является реакция этерификации алкил(арил)хлорсиланов спиртами: RnSiCl4-n+ (4-n) R'OH RnSi (OR')4-n+ (4-n)HClДля устранения побочных реакций процесс проводят в присутствии нейтрализующих веществ (третичных аминов, алкоголятов).
Другим методом получения замещенных эфиров ортокремневой кислоты является обработка полных эфиров ортокремневой кислоты магнийорганическими соединениями (синтез по Гриньяру): Si (OR)4 +RMgX RSi(OR)3 + ROMgXЗамещенные эфиры ортокремневой кислоты, в частности метил-, этил- и фенилэтоксисиланы, представляют собой бесцветные жидкости, плотность которых составляет 750—1010 кг/м3, Ткип= 150 - 2500С. Перегоняются при атмосферном давлении без разложения и хорошо растворяются в спиртах, эфирах, хлорированных и ароматических углеводородах. С водой они не смешиваются, но легко гидролизуются по эфирным связям. Конечным продуктом гидролиза являются полиорганосилоксаны.Свойства алкил(арил)хлорсиланов и замещенных эфиров ортокремневой кислоты приведены ниже [1]:
| НАЗВАНИЕ | Плотность, кг/м3 | Температура кипения, 0С |
| Четыреххлористый кремний | 1481 | 57,6 |
| Метилтрихлорсилан | 1275 | 66,1 |
| Диметилдихлорсилан | 1064 | 72 |
| Триметилхлорсилан | 858 | 57,7 |
| Фенилтрихлорсилан | 1324 | 201,5 |
| Дфенилдихлорсилан | 1222 | 304 |
| Трифенилхлорсилан | - | 378 |
| Тетраэктосисилан | 833 | 166,5 |
| Метилтриэктоксисилан | 938 | 151 |
| Диметилдиэктоксисилан | 890 | 111 |
| Триметилэтоксисилан | 757 | 75 |
-
ОСОБЕННОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ И ОТВЕРЖДЕНИЯ КРЕМНИЙОРГАНИЧЕСКИХ ПОЛИМЕРОВ