Силиконовые мономеры и промежуточные продукты: эволюция и применение от кремниевых ресурсов до функциональных материалов
2025-10-27
Основная траектория развития кремнийорганической промышленности начинается с интенсивной разработки кремниевых ресурсов, проходит через синтез мономеров и промежуточное преобразование и в конечном итоге приводит к получению функциональных материалов, используемых в различных секторах. Каждый этап эволюции вращается вокруг последовательности «сырье – преобразование – применение». Как основное сырье для синтеза кремнийорганических полимеров, хлорсилиланы составляют основную категорию кремнийорганических мономеров. К ним относятся метилхлорсиланы, фенилхлорсиланы, винилхлорсиланы и другие. Промежуточные продукты силикона, получаемые в результате дальнейшего преобразования мономеров, представляют собой линейные или циклические олигомеры силоксана. Типичными примерами являются гексаметилдисилоксан (MM), октаметилциклотетрасилоксан (D4) и смеси диметилциклосилоксана (DMC). Вместе они образуют центральный узел цепочки силиконовой промышленности.
Используя кремниевый порошок или кристаллы кремния в качестве исходного материала, прямая реакция с хлорбензолом при определенных условиях процесса дает ключевой мономер в фенилхлорсиланах — дифенилдихлорсилан. В качестве альтернативы, когда в качестве сырья используется кремнезем или кремниевый порошок, подвергаемый реакции восстановления с углеродом, получается тетрахлорид кремния. Тетрахлорид кремния затем служит важным сырьем для дальнейшего преобразования в смесь фенилхлорсиланов. Эта смесь состоит из трех основных мономеров: фенилтрихлорсилана, дифенилдихлорсилана и трифенилмонохлорсилана. Среди них дифенилдихлорсилан, благодаря своей большей практической ценности, становится основным объектом для последующего преобразования. Он может использоваться не только для производства дифенилдигидроксисилана, но и подвергается нуклеофильному алкоголизу с метанолом с образованием дифенилдиметоксисилана (DDS). Кроме того, он служит важным агентом контроля структуры в производстве силиконового каучука.
Другая важная ветвь синтеза мономеров сосредоточена на метилхлорсиланах. При реакции хлорметана с кремнием образуются два основных мономера метилхлорсилана: диметилдихлорсилан и триметилхлорсилан. Эти мономеры подвергаются гидролизу с превращением в различные промежуточные органические кремниевые соединения: Гидролиз диметилдихлорсилана дает диметилциклосилоксан (DMC). Как типичный циклический олигомер силоксана, DMC служит основным промежуточным продуктом в производстве силиконового масла и силиконового каучука, широко используется в производстве различных высокотемпературных и атмосферостойких изделий из силиконового каучука, таких как автомобильные уплотнители и герметики для электронных компонентов. При гидролизе триметилхлорсилана образуется гексаметилдисилоксан (MM). Этот линейный олигомер силоксана обычно служит в качестве капсулирующего агента для силиконовых масел, эффективно регулируя их молекулярную массу и вязкость. Он также находит применение в косметике и фармацевтике, выполняя функцию растворителя или стабилизатора.
В рамках ключевой мономерной системы фенилхлорсиланов эти соединения служат важными строительными блоками для синтеза кремнийорганических полимеров. Благодаря улучшению таких свойств материалов, как термостойкость, атмосферостойкость и радиационная стойкость, фенилхлорсиланы незаменимы в производстве силиконового каучука, силиконового масла и силиконовой смолы. В настоящее время основными методами синтеза являются метод Гриньяра, конденсационный синтез и прямой синтез. Промежуточные соединения, полученные из фенилхлорсилана, обладают аналогичными разнообразными функциональными свойствами. Помимо дифенилдигидроксисилана и дифенилтрихлорсилана, образующихся в результате превращения дифенилдихлорсилана, DDS, монофенилтрихлорсилан также может участвовать в получении силиконовых смол и масел посредством таких реакций, как гидролиз. Например, полученные олигомеры фенилсилоксана могут использоваться для производства высокотемпературных покрытий, наносимых на компоненты авиационных двигателей для выдерживания экстремальных тепловых условий. Кроме того, DDS служит промежуточным звеном, которое не только регулирует структуру силиконового каучука, но и улучшает совместимость между органическими и неорганическими материалами, играя важную роль в области композиционных материалов.
Преобразование кремнийорганических мономеров и промежуточных соединений также демонстрирует перекрестные связи. Например, тетрахлорид кремния может служить сырьем для синтеза фенилхлорсиланов, а также участвовать в получении других кремнийорганических соединений, образуя таким образом взаимодополняющие и синергетические отношения в рамках промышленной цепочки. Октаметилциклотетрасилоксан (D4), ключевой циклический промежуточный продукт, хотя и не указанный явно в прямых путях преобразования, обычно получают путем гидролиза с последующей циклизацией диметилдихлорсилана. Он служит сырьем для производства высокочистых силиконовых масел и силиконовых каучуков, находящих широкое применение в высокотехнологичной электронике и медицине, например, в производстве изоляционных покрытий для прецизионных электронных компонентов.
