Кремний и силиконы. Интересные области применения кремнийорганических полимеров, страница 5

Пришло время, когда увеличение масштабов промышленного производства  с использованием прямого синтеза потребовало дальнейшего развития химической технологии. Это направление работы возглавил молодой профессор Массачусетского технологического института доктор Чарльз Е. Рид. Он не только организовал научные исследования, подобрал специалистов, но и внес много конструктивных новых идей. Наиболее важной из них было использование реактора с кипящим слоем. Принцип работы заключался в пропускании нагретого потока метилхлорида снизу вверх сквозь разогретую массу медно-кремниево порошка. Метилхлорид пропускают так быстро, что твердые частицы тщательно перемешиваются потоком горячих паров метилхлорида (поэтому реакция протекает без механического перемешивания, и не возникают «мертвые зоны», в которых перемешивание отсутствует).

ВНИКАЯ В ДЕТАЛИ

Мы уже видели, что основная реакция протекает за счет энергии элементного кремния, который в свою очередь, получает эту энергию в результате восстановления SiO₂ углеродом в дуговом разряде. Отметим, что это – не электролиз; за счет дугового разряда реакция идёт с поглощением тепла. Если бы вся энергия получалась в результате подачи электрической энергии (как в случае с магнием), потребовалось бы в три раза больше углерода (в виде угля), а также большое количество дорогостоящего оборудования. Поэтому прямой синтез – более дешевый процесс по сравнению с любым другим, в котором используется  энергия магния или натрия.

Кремнийорганические полимеры: основные типы

Силиконовые смолы

Мы уже видели, что метилсиликоновые смолы (например, полученные в 1938 и 1940 гг.) имели  сшитую структуру, в которой соотношение метильных групп и атомов кремния обязательно меньше двух (а возможно-1.5):

CH3         CH3          CH3                 O

      …    O      Si      O     Si     O      Si        O       Si       …

                     CH3            O    …    CH3              CH3

Мы также видели, что эти соединения можно было получить при согидролизе смеси (CH₃)₂SiCl₂ и CH₃SiCl₃ в необходимых пропорциях. Хорошо известны все соответствующие силанолы, которые конденсируются, выделяя воду, с образованием силоксановых  связей. При достаточно продолжительной конденсации (при высокой температуре в течение необходимого времени) процесс заканчивается только тогда, когда сшитая структура полимера затвердевает и концевые Si – OH-группы связываются в плотную массу. В таком случае смолы становятся нерастворимыми и неплавкими, для завершения полконденсации их необходимо отверждать.

Очевидно, что если смолу необходимо использовать для  электроизоляции или для образования покрытия, она должна обладать достаточной текучестью (для облегчения нанесения). И только после нанесения ее необходимо отверждать на месте. Это означает, что процесс конденсации, в котором происходит выделение воды при образовании больших молекул, нельзя доводить прежде, чем силиконовая смола    «не очутится в том месте», где ее необходимо отвердить.

Силиконовые смолы используют в качестве силиконовых лаков, которые удоляют впоследствии при нагревании с одновременным отвердением смолы. Метилсиланолы хорошо растворимы в растворителях как ацетон, высшие кетоны, простые эфиры и некоторые смеси толуола  и высших спиртов. Но это не означает получение хорошего лака, т.к. смола отверждается на месте, она дает усадку и пустот. Это можно исправить перегруппировкой структуры неотвержденной смолы, а для этого необходим катализатор

Джеймс Марзден обнаружил, что этих целей можно с успехом использовать гидрат трихлорида железа FeCl₃ .Полученные таким образом метилсиликоновые смолы в свое время были лучшими среди композиционных  изоляционных материалов класса H.