Силикон: состав, свойства и применение¶

Силикон — общее название группы синтетических полимеров на основе полисилоксанов, цепные молекулы которых состоят из чередующихся атомов кремния и кислорода с органическими боковыми группами (обычно метил- или фенильными). Относятся к классу кремнийорганических соединений. Общая формула звена — [R₂SiO], где R — органический радикал. Могут существовать в виде масел, жидкостей, резин, смол и твёрдых эластомеров.

¶Этимология и история

Термин «силикон» предложил в 1901 году английский химик Фредерик Стэнли Киппинг, объединивший латинское silicium (кремний) и окончание -one (указывающее на кетоны, к которым ошибочно были отнесены первые образцы). В 1904 году независимо аналогичный термин использовал Винсент Дж. Дилу.

Первые полисилоксаны получены Киппингом гидролизом дихлорсиланов. В 1930-е годы в США Эжен Рочо и Уильям Патрик в Dow Corning разработали промышленные методы синтеза, что сделало силиконы коммерчески доступными. В СССР производство кремнийорганических полимеров развивалось с 1940-х годов; крупнейшие заводы работали в Электростали, Перми и Воронеже.

¶Свойства

Силиконы сочетают необычный набор характеристик:

• Термостойкость. Рабочий диапазон большинства эластомеров от −60 до +200 °C, отдельные марки — до +300 °C.
• Химическая инертность. Устойчивы к озону, ультрафиолету, окислению, многим кислотам и щелочам.
• Гидрофобность. Масла и резины отталкивают воду, что используется в водоотталкивающих покрытиях.
• Электроизоляция. Диэлектрическая прочность высокая, свойства слабо зависят от температуры и влажности.
• Биологическая совместимость. Мало токсичны, не вызывают отторжения тканями, поэтому применяются в медицине и пищевой промышленности.
• Низкое поверхностное натяжение. Жидкие силиконы смачивают почти любые поверхности, обладают смазывающим действием.

¶Виды и классификация

По физическому состоянию и назначению силиконы делятся на:

По строению цепи различают линейные, разветвлённые и сетчатые полисилоксаны. Замена метилов на фенильные группы повышает термостойкость; введение винильных — позволяет применять перекрёстную вулканизацию.

¶Производство

Основной промышленный метод — гидролиз метилхлорсиланов, получаемых реакций кремнийорганического сырья (метилхлорида) с кремнием при 250–300 °C в присутствии меди в качестве катализатора. Продукт — смесь циклических и линейных силиксилоксанов, которую разделяют перегонкой. Циклотетрасилоксан М4 и пентаметилциклотриоксисилоксан М5 являются базовыми мономерами для синтеза масел и эластомеров.

В России действуют предприятия по выпуску кремнийорганической продукции: «Кремнийполимер» (Электросталь), «ИХС РАН» (разработки), заводы в Перми и Воронеже. Объём мирового рынка силиконов оценивается в несколько миллиардов долларов ежегодно.

¶Применение

¶Промышленность и строительство

Герметики и уплотнители для фасадов, окон, вентиляции; термостойкие прокладки; смазки для подшипников и цепей; покрытия, снижающие прилипание.

¶Медицина

Имплантаты (грудные, суставные), катетеры, капсулы для лекарств, шприцы, элементы слуховых аппаратов. Силиконовые гели используются в лечении рубцов.

¶Пищевая промышленность и кулинария

Силиконовые формы для выпечки, блюда, лопатки. Материал разрешён контактом с пищевыми продуктами при условии соответствия нормам безопасности.

¶Косметология и уход

Силиконовые масла (циклометиконы, диметикон) входят в состав кремов, шампуней, средств для укладки — придают гладкость и блеск, образуют защитную плёнку.

¶Электротехника

Заливка электронных модулей, изоляция трансформаторов, кабельные муфты.

¶Безопасность и экология

Полисилоксаны биологически инертны и не накапливаются в тканях. Отдельные низкомолекулярные циклические силиксилоксаны (D4, D5) проявляют эндокринную активность в опытах на животных и в ЕС ограничены в смываемых косметических средствах. В России санитарные нормы на содержание циклических силиксилоксанов в продуктах и косметике установлены техническими регламентами Таможенного союза.

При горении силиконовые эластомеры образуют диоксид кремния и следовые количества формальдегида; в отличие от углеводородных полимеров не поддерживают горение.

¶См. также

• Полисилоксаны
• Кремнийорганические соединения
• Органосилicon (терминология)
• Силиконовые герметики

¶Источники

• Кренцова Е. А., Лапин И. Н. «Кремнийорганические соединения». — М.: КолосС, 2008.
• Новиков Л. С. «Кремнийорганические полимеры: свойства и применение». — М.: Наука, 2001.
• Mark J. E., Allcock H. R., West R. «Inorganic Polymers». — Oxford University Press, 2005.
• Kipping F. S. Journal of the Chemical Society, 1901.
• Материалы ГОСТ Р 55510-2013 «Изделия из кремнийорганических каучуков».