Tìm hiểu nhựa silicone k58 đại học bách khóa hà nội

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
TRUNG TÂM NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU POLYME

TÌM HIỂU NHỰA SILICON

GVHD: TS. NGUYỄN PHẠM DUY LINH
NHÓM SINH VIÊN THỰC HIỆN :

1. Phạm Ngọc
2. Hoàng Ngọc
3. Nguyễn Thị
4. Đoàn Mạnh
5. Nguyễn Sĩ
6. Đặng Phúc

7. Hoàng Thị
8. Vũ Lan
9.Hoàng Đình
10. Ngô Văn
11. Phan Công
12. Lê Huyền Trà

1


I. lịch sử phát triển
- Đầu thế kỷ 20: Kipping tổng hợp thành công các hợp chất organoclosilan sử dụng tác nhân
Grignard.
- 1930: Stock tổng hợp thành công silicon hydrit và các hợp chất có liên kết Si–Si.
- 1939: Corning Glass đưa ra những sản phẩm thương mại đầu tiên ứng dụng các hợp chất
organosiloxan.

2


- 1940: Rochow tạo ra quy trình tổng hợp trực tiếp diclodimetylsilan, hay còn gọi là quy trình Rochow.
- Những năm 1940: Nhu cầu vật liệu organosiloxan tăng mạnh do sự leo thang của Thế Chiến II.
- Năm 1950 cho đến nay đánh dấu sự phát triển rất nhanh của polyme silicon khi các nhà máy bắt
đầu sản xuất những vật liệu silicon ứng dụng trong nhiều trong cuộc sống và trong khoa học.

3


II. Nhựa Silicon
Tổng quan

Polyorganosiloxan

Polysiloxan mạch thẳng

Polysiloxan mạch

Polysiloxan mạch

thẳng phân nhánh

vòng

Polysiloxan có các liên kết ngang,
dạng mạng lưới không gian

4

Chất lỏng
silicon

Cao su silicon

Nhựa silicon


CẤU TRÚC CHUNG
T

Q

5


Ngoài các mắt xích T và Q còn có các mắt xích M và D

: Mắt xích M

: Mắt xích D

6

6


•

Khi phân tử chỉ gồm các mắt xích T thì chỉ gồm các cấu trúc :

•

Khi phân tử gồm các mắt xích T và Q thì có cấu trúc :

7


Trong cấu tạo của nhựa silicon còn có thể có:
1. Các nhóm –OH chưa phản ứng
2. Các liên kết Si-H
3. Các nhóm hydrocacbon không no, như:
vinyl, anlyl,…

8


CÁC PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP
nhựa silicon

Tổng hợp monome

Tổng hợp Nhựa silicon

Tổng hợp polyme từ monome

9

Giai đoạn 1: tổng hợp monome
*Monome thường dùng là triclosilan, hoặc có thể là triankoxysilan.
1. Phương pháp tổng hợp triclosilan.
1.1. Được tổng hợp bằng phương pháp trực tiếp

Rochow:

 Phản ứng ở 500oC xúc tác Cu, áp suất 2-4 bar

10


1.1 Tổng hơp closilan bằng phương pháp
tổng hợp trực tiếp

Sản phẩm thu được là một hỗn hợp của

Chính vì vậy, hiệu quả cho sản phẩm RSiX 3 không cao, chỉ khoảng 15-20%.

11


1.2 Tổng hợp closilan bằng
phản ứng Grinhiar

12


1.2. Tổng hợp closilan bằng phản ứng Grignard

 Hỗn hợp sản phẩm thu được sẽ được chưng cất để tách loại dung môi,
 Dung môi tách ra sẽ sử dụng cho phản ứng tổng hợp RMgCl.

13


1.3. Tổng hợp closilan bằng phản ứng của tetraclosilan với
hydrocacbon

CH4 + SiCl4

CH3 SiCl3 + HCl

HCl + Si

SiCl4

+

H2

Điều kiện phản ứng:
o

1.

Nhiệt độ 275-600

2.

Áp suất 5atm,

3.

Xúc tác AlCl3 hoặc BCl3

C,

14


2. TriAnkoxysilan
 Triankoxysilan có công thức RSi(OR’)
3
 Mức độ hoạt động của liên kết Si-OR là kém hơn so với liên kết Si-Cl, nên các
ankoxysilan khó bị thủy phân tạo nhóm –OH để ngưng tụ.

 Tuy nhiên, các nhóm –OR khi bị thay thế bởi nhóm –OH thì không sinh ra sản phẩm phụ
là axit, nên thích hợp cho các ứng dụng phải tránh sự ăn mòn như: màng phủ, sơn.

15


Giai đoạn 2: tổng hợp polyme
 Có rất nhiều phương pháp khác nhau để tổng hợp polyorganosiloxan từ các organosilan
nhưng quá trình phổ biến nhất vẫn là thủy phân.
Để thực hiện tổng hợp nhựa silicon có thể đi từ các phương pháp thủy phân: thủy phân
trực tiếp, thủy phân ngược, sử dụng thêm dung môi cho quá trình thủy phân.
Sự hình thành mạng không gian giữa các phân tử silicon có thể với các cơ chế: phản ứng
của các nhóm –OH, phản ứng cộng hợp của H với nhóm vinyl hoặc sự cộng hợp các

nhóm vinyl sử dụng tia bức xạ, peoxit.

16


1. Phương pháp thủy phân trực tiếp
1.

Chuẩn bị môi trường thủy phân( nước)

2.

Thêm silan vào môi trường

3.

Tăng nhiệt độ để thực hiện phản ứng thủy phân.

⇒.Phương pháp này silan hòa tan kém trong nước, tốc độ thủy phân không đồng đều, dẫn
đến hình thành các sản phẩm không đồng nhất, có thể dẫn đến sự gel hóa.

17


2. Phương pháp thủy phân ngược.

Quá trình thực hiện phản ứng gồm các giai đoạn
1. Chuẩn bị hỗn hợp monome silan.
2. Cho môi trường thủy phân gồm ancol và nước vào hỗn hợp monome.
3. Gia nhiệt cho hỗn hợp để thực hiện phản ứng thủy phân và ngưng tụ

Với phương pháp này, sự đồng thủy phân là đồng nhất và tránh được sự gel hóa.

18


3. Sử dụng dung môi không tan trong nước
 Để cải thiện 2 quá trình thủy phân ở trên, ta thêm các dung môi mà chỉ hòa tan silan,
nhựa silicon, nhưng không hòa tan với nước.

 Các silan sẽ phân tán vào dung môi và dung môi phân tán trong nước dưới dạng các
giọt giống như dạng nhũ tương.

 Sự thủy phân và ngưng tụ sẽ diễn ra trên bề mặt phân chia pha giữa dung môi hữu cơ
và nước.

 HCl sinh ra sẽ hòa tan vào nước và không ảnh hưởng đến tính chất của nhựa.

19


4. Đưa vào dung môi hòa tan cả nước và silan.
 Phương pháp đưa vào dung môi không hòa tan trong nước sẽ tạo được nhựa tinh khiết,
tuy nhiên khối lượng phân tử không cao.

 Để cải thiện, người ta sử dụng 1 dung môi hòa tan cả nước và axeton, sau đó đưa thêm
một ancol vào hỗn hợp.

 Với phương pháp này, phản ứng thủy phân và ngưng tụ diễn ra từ từ, khối lượng phân
tử lớn, không bị gel hóa trong quá trình.

20


Sự khâu mạch tạo cấu trúc mạng không gian

21


III. tính chất nhựa silicon
a. Khả năng chịu nhiệt
Chịu được nhiệt độ cao (duy trì nhiệt độ từ 200-250 o C liên tục, có thể lên tới 600 o C trong thời
gian ngắn).

22


c. Chống cháy

Cơ chế chống cháy của blend PC-Silicon. Từ đó ta biết được cơ chế chống cháy của
silicon.
23


d. Chống ẩm, kín khí





Nhựa silicon có sức căng bề mặt thấp
Cấu trúc mạng không gian.
Do nhóm -R có tính phân cực yếukỵ nước

nhựa silicon không thấm nước và đề kháng với các sản phẩm xăng dầu và axit là
tốt.

24


e. Tính chất điện môi:
Chúng thể hiện tính chất điện môi tuyệt vời trên một phạm vi nhiệt độ rộng.

25