История развития силикона: от случайного открытия до основного промышленного материала 

Разработка кремнийорганических соединений началась со случайного лабораторного открытия. В 1863 году французские химики К. Фридель и Ж. М. Крафтс, работая с SiCl₄ и ZnEt₂, провели реакцию соединений в герметичной пробирке при температуре 160 °C, синтезировав таким образом первое кремнийорганическое соединение, содержащее Si-C-связь.

В 1872 году А. Ладенбург синтезировал силаны, содержащие функциональные группы кремния, путем реакции ZnEt₂ и Si(OEt)₃Cl с натрием. Два года спустя он получил PhSiCl₃ в герметичной трубке, используя HgPh₂ и SiCl₄ в качестве исходных материалов. В 1885 году А. Полис использовал реакцию Вюрца для синтеза таких соединений, как SiPH₄. В течение всего периода до 1903 года многие химики приложили значительные усилия для развития кремнийорганической химии. Этот этап обычно считается эпохой зарождения кремнийорганической химии.

С 1898 по 1944 год британский химик Ф. С. Киппинг проводил обширные и глубокие исследования в области химии кремнийорганических соединений, опубликовав 57 статей. Одним из его выдающихся вкладов было применение реакции Гриньяра для синтеза гидролизуемых силанов с различными функциональными группами, что заложило основу для последующего развития кремнийорганической промышленности. Это открытие преодолело ограничения традиционных материалов по своим характеристикам, заложив основу для развития кремнийорганического сектора. В 1947 году доктор Ницше присоединился к Wacker Chemie и начал систематические исследования в скромных деревянных бараках завода в Бургхаузене. Он стал известен как «отец силиконов Wacker», хотя General Electric и Dow Corning в США уже получили патенты в этой области.
1950-е годы стали поворотным моментом для индустриализации силиконов. В 1951 году компания Wacker подписала лицензионное соглашение с Dow Corning и выпустила свои первые продукты, в том числе силиконовые масла и пеногасители, достигнув в том же году объема продаж в несколько миллионов марок. Одновременно американские предприятия продвигались вперед благодаря технологическим итерациям, выводя силиконы из лабораторных исследований в промышленное применение и решая проблему масштабирования производства от промежуточных продуктов на основе силана до конечных продуктов. В период с 1938 по 1965 год увеличение выхода мономеров и разнообразия продуктов в сочетании с достижениями в области технологий разделения и очистки, а также усовершенствованием процессов полимеризации привело к последовательному внедрению различных силиконовых масел, силиконовых каучуков и силиконовых смол. Этот период признан этапом развития органосиликоновой химии.
После 1965 года промышленно развитые страны вступили в новую эру всестороннего прогресса в области исследований, промышленного производства и расширения применения кремнийорганических соединений. С 1960-х по 1980-е годы технологические прорывы привели к диверсификации форм силиконов, которые вышли за пределы базовых жидкостей и стали включать эластомеры и смолы. Области применения расширились от промышленных пеногасителей до электронной изоляции и строительных герметиков.

С началом XXI века органическая кремниевая промышленность Китая пережила бурный рост. К 2016 году она составляла 55 % мировых производственных мощностей и 45 % потребления, создав полную промышленную систему, охватывающую все от сырья до конечного применения, и став основной силой мировой промышленности.
Современные кремнийорганические соединения можно разделить на четыре основные группы продуктов в зависимости от структуры и формы. Кремнийорганические промежуточные продукты, представленные диметилдихлорсиланом, служат основой отрасли, выступая важным звеном между металлическим кремнием-сырьем и конечными продуктами. Жидкие продукты включают силиконовые масла и эмульсии, которые благодаря широкому диапазону температурной стабильности от -45 °C до 150 °C являются незаменимыми материалами в пеногашении, смазке и других областях применения. Эластомеры включают в себя как твердый силиконовый каучук, так и жидкий силиконовый каучук (LSR), сочетающие в себе гибкость и устойчивость к погодным условиям, что делает их незаменимыми в производстве уплотнений и форм. Смолы и клеи, характеризующиеся превосходной адгезией и термостойкостью, находят широкое применение в покрытиях и электронной герметизации. Кроме того, силаны функционируют как «молекулы-мосты», эффективно связывая органические и неорганические материалы, тем самым расширяя границы применения кремнийорганических соединений.
Силиконы проникли во все сферы стратегически важных новых отраслей промышленности. В строительстве их герметики имеют срок службы в три раза дольше, чем традиционные материалы, а смоляные покрытия снижают теплопотери на 40 %. Ежегодное потребление Китая только в строительных материалах достигает 67 600 тонн. В электронике конформные покрытия и заливочные компаунды защищают прецизионные устройства, такие как мобильные телефоны и светодиоды, причем только в электронной промышленности Китая ежегодно закупается силиконов на сумму 1,1 млрд юаней. В энергетике силиконы служат прозрачными герметизирующими материалами для солнечных панелей и долговечными клеями для ветряных турбин, повышая эффективность возобновляемых источников энергии. В сфере личной гигиены силиконовые масла, ценные за низкую аллергенность и гладкую текстуру, являются основными ингредиентами средств по уходу за кожей; а в здравоохранении такие продукты, как катетеры и протезы, используют его биосовместимость для защиты здоровья. От случайного лабораторного открытия до глобальной отрасли стоимостью 73 миллиарда юаней, кремнийорганические соединения продолжают стимулировать промышленные инновации и улучшать качество жизни благодаря своему уникальному преимуществу «неорганический скелет + органические свойства».
В перспективе кремнийорганическая промышленность находится на перепутье технологических прорывов и структурной перестройки, демонстрируя многомерный прогресс. В области технологических инноваций основными направлениями являются высокая производительность и инновации в процессах. Эти специализированные продукты для высокотехнологичных применений ускоряют процесс замены традиционных материалов. Одновременно с этим интеграция технологии 3D-печати открыла новые возможности для кремнийорганических соединений. Благодаря модификации нанонаполнителями и оптимизации процесса стереолитографии кремнийорганические материалы преодолевают препятствия, связанные с вязкостью и точностью. Они демонстрируют огромный потенциал в таких областях, как сложные компоненты для аэрокосмической промышленности и индивидуальные медицинские протезы, с перспективами перехода от лабораторных прототипов к крупномасштабному производству.

С точки зрения промышленного ландшафта, глобальная реструктуризация производственных мощностей и высокотехнологичная трансформация китайских предприятий выделяются как определяющие черты. По мере того как зарубежные компании, такие как Dow Chemical, постепенно закрывают традиционные производственные линии из-за резкого роста цен на энергоносители, доля зарубежных промежуточных производственных мощностей к 2025 году сократится до 26,4%. Между тем, доминирующее положение Китая в глобальных производственных мощностях продолжает укрепляться, опираясь на преимущества полной производственной цепочки. Под руководством политики конкуренция в отрасли смещается от интенсификации низких цен к технологической премиализации. Ведущие предприятия, благодаря интегрированным операциям и технологиям переработки побочных продуктов, обеспечили стабильные поставки сырья и одновременно улучшили экологические показатели. К 2025 году коэффициент концентрации CR5 в отрасли вырос до 63,2%, что создало условия для стабильного ценообразования и увеличения инвестиций в технологии.
Одновременно с этим экологические и низкоуглеродные требования стимулируют технологические инновации. Предприятия повышают эффективность производства, сокращая выбросы сточных вод, отработанных газов и твердых отходов за счет цифровой трансформации и модернизации экологического оборудования. Разработка новых материалов, таких как биоразлагаемые кремнийорганические соединения и биосилан, продвигает отрасль к циркулярной экономике. От лабораторной случайности до промышленного столпа, кремнийорганика теперь использует инновации в области материалов как средство для создания более широкого будущего в рамках плана новой энергетической революции и высокотехнологичного производства.