Кремнийорганические полимеры
КРЕМНИЙОРГАНИЧЕСКИЕ ПОЛИМЕРЫ (силиконы), высокомол. соед., содержащие атомы Si в мономерном звене. В зависимости от природы осн. цепи различают три типа кремнийорганических полимеровГомоцепные кремнийорганические полимеры
Как и углерод, атом Si способен участвовать в образовании длинных цепных молекул. В гомологич. ряду силанов SinH2n+2 значение п не превышает 10 и полисиланы химически неустойчивы. Более длинные и стабильные цепи образуют орг. производные полисиланов - полиорганосиланы [—(R)2Si—]n. Для полидиметилсилана (R=СН3) определить точное значение п не удалось вследствие его нерастворимости; мол. масса полидигексилсилана (R=С6Н13) может превышать неск. млн. (п>104). Полиорганосиланы получают взаимод. диорганодихлорсиланов с Na или др. щел. металлами по р-ции Вюрца. Образующиеся полимеры м.б. использованы как инициаторы радикальных р-ций, вулканизующие агенты, фото- и электронорезисторы. Полидиметилсилан находит применение в произ-ве поликарбосиланов и карбида кремния.
Гетероцепные кремнийорганические полимеры
(Э=О, NH, S или двухвалентный орг. радикал).
Из всех кремнийорганических полимеров наиб. практически важны и подробно изучены полиорганосилоксаны. Их мировое произ-во (без СССР) достигло ~500 тыс. т/год (1981). Как и др. полимеры, полиорганосилоксаны м. б. линейными, разветвленными, трехмерными и лестничными (циклолинейными) в зависимости от типа звеньев:
(М, D, Т и Q-соотв. моно-, ди-, три- и тетрафункциональные звенья; индекс 0,5 у атома О показывает, что этот атом является общим для данного и соседнего атомов Si). Кремнийорганические полимеры, макромолекулы к-рых состоят в осн. из звеньев М и D, являются кремнийорг. жидкостями; строение их можно представить след. образом:
Обычно для жидкостей значение х или сумма х+у+2+w не более 100. Полиорганосилоксаны общей ф-лы М(D)xМ, где х>100, используют как кремнийорг. каучуки. Если в составе полиорганосилоксана значительна доля звеньев Т и средняя функциональность системы >2, то на ранней стадии образования он представляет собой термореактивный олигомер. При регулярном соединении звеньев Т образуются лестничные полиорганосилоксаны общей ф-лы [RSiO1,5]x, наз. полиорганосилсесквиоксанами:
В макромолекулах полиорганосилоксанов могут содержаться также атомы др. элементов; в этом случае полимеры наз. полиэлементосилоксанами, а если элементом в цепи является металл-полиметаллоорганосилоксанами, напр. полиалюмосилоксан и полиферросилоксан (орг. радикалы для упрощения не показаны):
Известны полиэлементосилоксаны мн. металлов, в т. ч. и редкоземельных. Методы синтеза полиорганосилоксанов: 1) гидролитич. поликонденсация кремнийорг. соед. (мономеров) (кат. - к-ты, щелочи):
(Х-хлор, алкокси- или ацилоксигруппы) Из монофункцион. соед. R3SiX образуются гексаоргано-дисилоксаны, из дифункцион. мономеров R2SiX2 - линейные полимеры или циклим. олигомеры. Вероятность образования тех или иных продуктов зависит от природы и кол-ва групп R и X в исходном мономере, полярности, величины рН и фазового состояния реакц. системы. При гидролитич. поликондснсации трифункцион. мономеров RSiX3 чаще образуются трехмерные полиорганосилоксаны; в пром-сти синтез проводят только до образования термореактивных олигомеров, переходящих в трехмерное состояние (см. Сетчатые полимеры) при послед. переработке в изделия. В особых условиях (специфичных для каждого трифункцион. мономера) можно получить олигомеры циклолинейной структуры. При использовании мономеров с объемными группами R (напр., фенильная, изобутильная) необходимо проводить процесс при строго определенном соотношении силан:вода (1:1,5) в смешивающемся с водой полярном орг. р-рителе и большом разбавлении. При пром. получении полиметилсилсесквиоксана процесс осуществляют гетерофазным методом при большом избытке воды в условиях рецикла реакц. смеси. Более сложен состав продуктов гидролитич. поликонденсации тетрафункцион. мономеров, напр. (C2H5O)4Si. 2) Каталитич. полимеризация циклоорганосилоксанов [в осн. 3- или 4-членных; кат.-чаще КОН, NaOH, R4NOH (R=СН3, С4Н9, С6Н5СН2 или др.), силаноляты щелочных металлов, эфират BF3, H2SO4, нек-рые к-ты Льюиса и сульфокислоты] - основной метод синтеза линейных высокомол. полиорганосилоксанов:
С увеличением концентрации катализатора мол. масса образующегося полидиорганосилоксана понижается. Скорость р-ции описывается ур-нием:
v=k.К[Кат.][М],
где k - константа скорости, К - константа равновесия цикл - полимер, [Кат.] и [М] - концентрации катализатора и мономера соответственно. В строго контролируемых условиях концентрация катализатора не изменяется и ур-ние можно представить в виде: v=ka[M](ka=k.K). В пром-сти этим методом получают ряд кремнийорг. каучуков, пленкообразователей для лакокрасочных материалов.
3) Гетерофункциональная поликонденсация включает след. основные р-ции:
Эти р-ции происходят также при гидролитич. поликонденсации органохлор- и органоалкоксисиланов и могут значительно влиять на строение конечных олиго- и полисилоксанов. Вторая р-ция протекает при вулканизации кремнийорг.
каучуков с концевыми ОН-группами под действием алкоксисиланов.
Один из перспективных методов синтеза полиорганосилоксанов - метанолиз органохлорсиланов, напр.:
Преимущество метода - образование в качестве побочного низкомол. соединения не НСl, а легко утилизируемого СН3Сl, что делает возможным осуществление процесса практически по безотходной технологии.
4) Гидросилилирование используют для синтеза поликарбосиланов и поликарбосилоксанов:
(кат. - соед. Pt и Rh, чаще H2PtCl6.6H2O). Реагирующие группы могут находиться в одном соед. (мономере или олигомере) или в разных. Напр., гидросилилирование n-диметилсилилвинилбензола приводит к образованию полидиметилсилил-n-фениленэтилена:
Гидросилилирование м. б. использовано для вулканизации кремнийорг. каучуков, содержащих у атома Si винильные группы и атомы Н.
Для полиорганосилоксанов характерна высокая гибкость скелета макромолекул. Так, полидиметилсилоксан-один из наиб. гибкоцспных полимеров (размер сегмента Куна 0,7-1,0 нм). С увеличением объема и полярности боковых (обрамляющих) орг. заместителей у атома Si гибкость цепи нeск. уменьшается. Особенно высока жесткость у лестничных полиорганосилоксанов (размер сегмента Куна у полифенилсилсесквиоксана 30 нм). Благодаря гибкости однотяжная силоксановая цепь легко сворачивается в a-спираль с "наружной" ориентацией боковых орг. радикалов. Следствие этого-слабое межмол. взаимод. и малая энергия когезии, что определяет невысокие мех. св-ва полиорганосилоксанов и малый температурный коэф. вязкости кремнийорг. жидкостей.
Для полиорганосилоксанов характерна высокая термостойкость. Кремнийорг. каучуки и изделия на их основе можно длительно эксплуатировать при т-рах до 250 °С, а пластмассы на основе кремнийорганических полимеров-до 400°С (иногда - при более высоких т-рах). Кремнийорганические полимеры - хорошие диэлектрики, что обусловило их широкое использование в электро- и радиотехн. пром-сти. Кремнийорганические полимеры (в частности, полидиметилсилоксаны) как и продукты их разложения в живых организмах биологически инертны.
Применяют полиорганосилоксаны в качестве кремнийорганических каучуков, кремнийорганических жидкостей, кремнийорганических лаков, связующих для пластмасс, клеев.
Карбоцепные кремнийорганические полимеры где Y=Н, орг. радикал, атом галогена или др.
Из них наиб. доступны поливинил-триорганосиланы, получаемые радикальной полимеризацией соответствующих мономеров:
Поливинилтриметилсилан (R=СН3, X=H) образует эластичные пленки, обладающие высокой газо- и паропроницаемостью. Еще более высокая газопроницаемость характерна для политриметилсилилпропена (R=X=СН3).
Лит.. Воронков М. Г., Милешкевич В. П., Южелевский Ю А.. Силоксановая связь, Новосиб., 1976; Хананашвили Л М. Андрианов
К. А.. Технология хлементоорганических мономеров и полимеров, 2 изд.. М.. 1983. с 140 311. В. В. Киреев.
===
Исп. литература для статьи «КРЕМНИЙОРГАНИЧЕСКИЕ ПОЛИМЕРЫ»: нет данных
Страница «КРЕМНИЙОРГАНИЧЕСКИЕ ПОЛИМЕРЫ» подготовлена по материалам химической энциклопедии.