Slide Thuyết Trình Giới Thiệu Về Chất Lỏng Silicon ĐHBKHN

TỔNG QUAN CHẤT
LỎNG SILICON
Nhóm 03 :

1. Bùi Xuân Nam
2. Nguyễn Viết Lương
3. Nguyễn Lệ Quyên
4. Nguyễn Thị Thêu

20124962


NỘI DUNG
*Phần 1: Lịch sử phát triển
*Phần 2: Phương pháp tổng hợp
*Phần 3: Tính chất và ứng dụng của chất
lỏng silicon.


PHẦN 1: LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN

*Silicon được phát hiện năm 1824 bởi Berzelius từ

phản ứng của kali fluorosilicate với Kali:
4 K + K2SiF6 → Si + 6 KF
*Phản ứng silicon với clo đã tạo ra một hợp chất dễ
bay hơi, đó là tetrachlorosilane, SiCl4 :
Si + 2 Cl2 → SiCl4
*Năm 1863, Friedel và Craft tổng hợp được các
chất hữu cơ silicon đầ tiền, tetraethylsilane:
2 Zn(C2H5 )2 + SiCl4 → Si(C2H5 )4 + 2 ZnCl2

*Năm 1871, Ladenburg quan sát thấy rằng, với sự có
mặt của axit loãng, các diethyldiethoxysilane,
(C2H5 )2Si (OC2H5)2, là một chât lỏng chỉ bị phân
hủy ở nhiệt độ rất cao.
*Năm 1901, thuật ngữ ‘‘ silicon ’’ được đưa ra bởi
Kipping để mô tả các hợp chất mới với công thức
R2SiO.
*Trong những năm 1940, silicon đã trở thành sản
phẩm thương mại.


PHẦN 2: PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP

1. Giới thiệu cấu trúc chung polymer silicon
-. Các sản phẩm silicon đều được tạo ra từ các mắt xích
gọi là M, D, T, Q. Chúng có thể định nghĩa như là các
mắt xích cơ bản tạo ra hầu hết các sản phẩm silicon.

Hình 1: Các mắt xích cơ bản của polyme silicon


2. Giới thiệu về cấu trúc của chất lỏng Silicon,
-Chất lỏng silicon là các polysiloxan mạch thẳng bị
khóa hai đầu mạch

Hình 2: Công thức tổng quát của chất lỏng silicon

R thường là nhóm metyl và R' thường là nhóm hydro,

metyl, etyl hay phenyl. Chất lỏng silicon còn có thể
chứa một số nhóm chức khác ở giữa hoặc cuối mạch
hay là sản phẩm đồng trùng hợp tạo polyme khối.


- Polyme silicon có khối lượng phân tử trải dài trên

khoảng rộng.
- Chất lỏng silicon có mạch ngắn nhất với n=0
(hexamethylsiloxane) có độ nhớt 0,65cst, Với chất
lỏng silicon mạch dài, độ nhớt có thể lên tới 1.106
cst và thậm chí có thể cao hơn nữa.
- Trong chất lỏng silicon không tồn tại liên kết
ngang và liên kết nội phân tử yếu nên trạng thái của
nó vẫn là lỏng nhớt.


- Chất lỏng silicon phổ biến nhất là α,ωtrimetylsiloxypolydimetylsiloxan:


-Cũng như các sản phẩm polysilicon khác, các

tính chất của chất lỏng silicon rất ổn định trong
khoảng nhiệt độ rộng, kỵ nước, có khả năng chịu
nén, hoạt động vật lý và hóa học kém, khả năng
chịu nhiệt độ cao…


3. Tổng hợp chất lỏng silicon
3.1. Silic từ thạch anh

- Silic thu được bằng cách nhiệt phân thạch anh
(SiO2) với Cacbon:

- Silic được tạo ra nhìn chung có độ tinh khiết rất

cao, ít nhất là 99%, đủ tiêu chuẩn để tổng hợp các
hợp chất silicon.


2.2. Tổng hợp Closilan
2.2.1. Phương pháp trực tiếp (Quy trình Rochow)
-Silic được tổng hợp dưới dạng kim loại rắn, sau đó
được nghiền thành bột có hạt từ 100 – 350 nm để
phản ứng hóa học trong quy trình Rochow.
-Bước tiếp theo là điều kiển quá trình phản ứng để
có được sản phẩm thích hợp cho quá trình tổng hợp
nguyên liệu của hỗn hợp silicon.


-

Tuy nhiên, hỗn hợp closilan thu được chứa rất nhiều sản phẩm


- Phản ứng tổng hợp closilan rất phức tạp và được tiến hành
ở nhiệt độ khoảng 300oC, với áp suất khoảng 3 bar.
- Phản ứng được tiến hành trong một thiết bị tầng sôi ở pha
rắn/khí:

Hình 3: Thiết bị phản

ứng tầng sôi


* Phản ứng của xúc tác Cu2O khi có mặt CH-3Cl:
mCu2O + n CH-3Cl → CuCl + H2O + CH3OH + HCl +CO2 +
CH3OCH3…
* Khi có mặt silic
4CuCl + Si → 4Cu + SiCl4
* Đồng sinh ra kết tủa trên bề mặt silic, ở nhiệt độ 300oC tạo ra
Cu3Si:
3Cu + Si → Cu3Si
* Cu3Si tương tác với CH-3Cl để tạo ra metylclosilan :
Cu3Si + 2CH-3Cl → 3Cu + (CH3)2SiCl2


- Việc phân tách sản phẩm rất phức tạp vì nhiệt

sôi của metelclosilan gần bằng nhau nên không
phân tách được bằng chưng cất thông thường.
- Có 2 phương pháp phân tách:
+ Phương pháp chưng cất đẳng phí.
+ Phương pháp hóa học: dựa trên sự khác nhau
về vận tốc thủy phân và este hóa của SiCl4 và
(CH3)SiCl (phương pháp este hóa hợp lý hơn).


Hình 4: Sơ đồ dây chuyền công nghệ của một nhà máy sản xuất
closilan

2.2.2. Phương pháp tổng hợp dựa trên hợp chất cơ kim.
Phản ứng Grinhiar, lấy theo tên Victor Grignard, ông
tìm ra tác nhân Grinha RMgX (R là gốc hữu cơ, X halogen) có khả năng phản ứng rất cao, được dùng để
tổng hợp nhiều loại hợp chất hữu cơ khác nhau.
* Phương trình phản ứng:
- CH3Cl + Mg → CH3MgCl (tác nhân Grinhiar)
- CH3MgCl + SiCl4 → (CH3)2SiCl2 + MgCl2
- CH3MgCl + CH3SiCl3 → (CH3)2SiCl2 + MgCl2
- C6H5MgCl + CH3SiCl3 → C6H5(CH3)SiCl2 +
MgCl2


2.3. Tổng hợp Polydimetylsiloxan.
Quy trình tổng hợp chất lỏng silicon, cụ thể là
dimetylpolysiloxan được miêu tả theo sơ đồ dưới đây:

Hình 5: Sơ đồ tổng
hợp polysiloxan


2.3.1. Phản ứng thủy phân.
- Sản xuất Polydimetylsiloxan là một quá trình gồm nhiều
bước:
+ Đầu tiên người ta tiến hành thủy phân các closilan. Quá
trình thủy phân trực tiếp closilan cho một hỗn hợp vòng và
oligome silanol mạch thẳng. Trong một số trường hợp ta
có thể thu được polyme với khối lượng phân tử nhỏ.

Năng suất điển hình của oligome vòng là khoảng 35% 50%. Hỗn hợp của oligome vòng chủ yếu là các vòng 4 và
5 cạnh. Chỉ một lượng nhỏ vòng 3 cạnh được tạo thành.

+ Diclodimetylsilan cũng có thể được chuyển hóa thành
oligome silosan với nhóm cuối sinanol bởi quá trình metyl
hóa:

Quá trình chuyển hóa diclomethylsilan thành oiligome
mạch thằng hoàn toàn cũng có thể thực hiện được trong
một quá trình thủy phân liên tục. Trong quá trình này, sản
phẩm vòng được phân tách ra khỏi các oligome mạch
thẳng bởi một quá trình rửa và được trộn lại với
diclodimetylsilan.


Hình 6: Sơ đồ thủy phân closilan thành dimetyloligosiloxan-α,ω-diol
mạch thẳng có hồi lưu các sản phẩm oligome mạch vòng


2.3.2. Trùng ngưng oligome mạch thẳng

-

Quá trình trùng ngưng của nhóm cuối silanol:

Xúc tác có thể sử dụng những dung dịch axit hay bazơ
mạnh, các hợp chất amin và các muối cacboxylic của
chúng, các loại nhựa trao đổi ion hoặc đất sét được kích
hoạt bởi axit khoáng….

-Có thể tiến hành đồng trùng ngưng hai oligome silanol
để tạo polyme khối:


- 1980, phản ứng trùng ngưng của siloxanol được
nghiên cứu bằng cách sử dụng mô hình hỗn hợp
oligome:


*Cơ chế trùng ngưng xúc tác axit và bazơ:
Cơ chế đề xuất của xúc tác ngưng tụ axit là một proton
của nhóm silanol thay thế thay thế nucleophin cuối ở
silicon.