Применение фенольного промежуточного соединения — дифенилдиметоксисилана (часть 2) 

В предыдущей статье уже были рассмотрены области применения DPDMS в синтезе фенилового силиконового масла, фенилового силиконового каучука и фениловой силиконовой смолы, а также в синтезе лекарственных препаратов, пассивации микросхем и модификации покрытий оптических волокон. В данной статье основное внимание будет уделено его применению в обработке поверхности белого диоксида кремния.
Белый наполнитель является важнейшим упрочняющим наполнителем для силиконовых каучуков, однако поверхность необработанного белого наполнителя содержит большое количество активных гидроксильных групп, что придает ему чрезвычайно высокую гидрофильность и высокую поверхностную энергию, из-за чего он с трудом равномерно диспергируется в органической матрице и склонен к агломерации; что еще более важно, гидроксильные группы образуют водородные связи с атомами кислорода в полисилоксановых цепях, что приводит к постепенному отвердеванию смешанного каучука при хранении, то есть к явлению «структурирования». В промышленности для гидрофобизации обычно используют такие вещества, как гексаметилдисилан, однако простое метилирование не может обеспечить функциональные свойства, необходимые для применения в условиях высоких температур, ультрафиолетового излучения и химической коррозии.
Модификация белого наполнителя с помощью DPDMS основана на реакции гидролизной конденсации метоксигрупп: после гидролиза метоксигрупп с образованием силиловых групп происходит дегидратирующая конденсация с гидроксилгруппами на поверхности белого наполнителя, в результате чего образуются стабильные ковалентные связи Si-O-Si, и дифенилсилоксигруппы присоединяются к поверхности белого наполнителя.
Введение фенильной группы дает три преимущества:
Во-первых, сопряженная π-связь фенильной группы позволяет эффективно поглощать и рассеивать тепловую энергию, что значительно повышает стабильность характеристик наполненного силиконового каучука при высоких температурах; температура длительного использования может достигать 250 °C и выше;
Во-вторых, жесткая структура бензольного кольца улучшает совместимость границы раздела между белым наполнителем и кремнийорганической матрицей, особенно в системах, содержащих фенольные группы, таких как фенолсилокон; π-π-взаимодействие между фенольными группами дополнительно усиливает сцепление на границе раздела и снижает риск отслоения при высоких температурах;
В-третьих, благодаря гидрофобности и химической инертности фенильной группы модифицированный белый наполнитель обладает превосходной атмосферостойкостью и устойчивостью к воздействию кислот и щелочей.
В практическом применении DPDMS можно использовать как отдельно, так и в сочетании с другими обработными агентами для усиления эффекта. В области герметизации светодиодов (LED) газофазный белый наполнитель после совместной обработки DPDMS и винилсиланом может использоваться в качестве армирующего наполнителя для силиконовой резины с высоким показателем преломления. Регулируя дозировку DPDMS, можно точно контролировать показатель преломления белого наполнителя, чтобы он соответствовал показателю преломления герметизирующего состава, что позволяет снизить потери на рассеивание света. В изоляционном силиконовом каучуке для высоковольтных кабельных аксессуаров DPDMS используется в смеси с гексаметилдисиланидом и винилтриметоксисиланом в соотношении 5:3:2. Каждый из этих компонентов отвечает за снижение поверхностной полярности, введение винильной группы, способной к вулканизации, и повышение атмосферостойкости и термостойкости, что в совокупности улучшает диэлектрические свойства изоляционного силиконового каучука и его долгосрочную эксплуатационную стабильность. Кроме того, DPDMS может также непосредственно использоваться в смешиваемом силиконовом каучуке в качестве агента контроля структурирования, подавляя структурирование белого наполнителя, а введение фенильной группы делает термостойкость вулканизированного каучука лучше, чем у традиционных обработчиков. С технологической точки зрения необходимо следить за тем, чтобы на поверхности белого углерода не было избыточного количества влаги, чтобы избежать самоконденсации DPDMS и снижения эффективности прививки; температура реакции обычно контролируется в пределах 100–150 °C, а после реакции необходимо удалить низкомолекулярные побочные продукты в вакууме.
Таким образом, основная ценность DPDMS в обработке поверхности белого наполнителя заключается в том, что посредством гидролизной конденсации фенольные функциональные группы присоединяются к поверхности белого наполнителя, что позволяет не только обеспечить гидрофобную модификацию, но и придать такие свойства, как термостойкость, атмосферостойкость и химическая стойкость, которые недоступны при традиционной метилировании. Это особенно актуально для таких высокотехнологичных областей применения, как фенол-силиконовые каучуки, упаковочные материалы с высоким показателем преломления, высоковольтной изоляционной силиконовой резины и других высокотехнологичных областей. По мере постоянного повышения требований конечного рынка к комплексным характеристикам силиконовых композитных материалов, возможности их применения по-прежнему имеют широкий простор для расширения.