1.國防高科技上的應用
矽橡膠與特種纖維制的複合材料能瞬時耐數千攝氏度高溫,是遠程運載火箭的耐燒蝕絕熱材料如火箭噴管及返回式航天運載器耐燒蝕隔熱塗層;耐熱、耐寒的矽橡膠用作耐高低溫的密封圈等適用於寒區、極地和高空及月球上;作航天、航空運載器耐寒密封條;作太陽能電池用的耐原子氧、耐輻照黏合劑;抗輻照性能好的高苯基矽油與高苯基矽橡膠用於原子能工業和加速器中;難燃矽橡膠絕緣電線電纜用於軍艦、飛機等 要求高可靠場合;耐油有機矽橡膠膩子作飛機油箱密封;航空太空飛行器用矽油作防凍、耐熱的潤滑油、液壓油、陀螺儀油、儀表油;有機矽塗料用於衛星作為隔熱溫控塗層,用於飛機作蒙皮漆、耐候漆;有機矽塑料作飛機發動機用耐高電壓、強電流、耐電弧的微動開關、耐熱、絕緣的支撐架;有機矽凝膠作飛機三合風檔玻璃的中間黏合層;耐高溫、耐潮溼、不變黃、透光率高達91%;有機矽單體是高性能矽碳纖維及矽氮纖維等的起始原料;有機矽是耐熱光導纖維不可缺少的塗覆材料。
2.農業上的應用
(1)植物生長促進劑:有生物活性的-種雜氮矽三環,在前蘇聯已有工業化生產稱為米哇爾(MиBaл) ,以其稀水溶液浸種,可促進棉花、蔬菜、玉米、小麥、大豆、土豆、葡萄、豌豆等農作物發芽,提高這些作物的生存能力和產量: 如用於處理棉花種子,可使棉花增產一成,特別是在貧瘠土地和惡劣氣候條件下增產效果更為明顯:處理小麥和玉米種子,可使小麥增產一成多。玉米增產可高達一半;栽土豆苗時先在坑中灌入米哇爾水溶液,收穫時增重三成多。處理葡萄苗,在-21°C下成活率近一半。另有一種稱為米古梗(MиryreH) 的雜氮矽三環,對棉花也有類似效果,但水解穩定性差,應用受到限制。米哇爾和米古梗還可作桑蠶和家禽的生長促進劑。滷代乙基烴氨基矽烷會產生乙烯對植物起催熟作用,比磷乙烯利藥效高、殘效期長、毒性小但價格較貴
(2)有機矽殺蟲劑德國研製成含矽的有機矽殺蟎劑,類似已在我國登記使用的、Shell公司推出的、稱為託爾克的殺蟎劑類似物,藥效基本相同。有一種殺蟎劑是廣譜殺蟲劑,配成乳液後,用250ppm (x10-6) 可殺死不同害蟎。日本推出的雜氨矽三環的有機錫化合物,是極好的殺菌劑。反式烯基三甲基矽烷可合成三類昆蟲性信息素:桃小食心蟲性誘激素,油松毛蟲性信息素,糧食昆蟲激素。含氨有機矽化合物也具有強烈的生物活性,如杜邦公司的有機矽殺蟲劑DPXH 6537,是一類抑制麥角甾醇生物合成,具有內吸性的廣譜殺菌劑,主要用在觀賞植物、蔬菜、花生、甜菜,穀物和水果等多種農作物上。對白粉病、銹病、根腐病、葉枯病、條紋病及蘋果的黑星病、白粉病;香蕉的黃斑病和花生的褐斑病均有效。
廣譜殺菌活性的高效殺菌劑氟矽唑可控制黃瓜白粉病,蘋果黑星病,花生早期褐斑病和小麥葉銹病的發生。
嗎啉類含矽殺菌劑可用於防治穀物尤其是大麥、小麥的白粉病,稻瘟病。含矽的擬除蟲菊酯殺蟲劑,含矽有機錫殺蟎劑對鞘翅目和直翅目害蟲都有防治效
(3)改性農藥如2,4-D 進行矽烷化後,藥效稍低於原藥,但毒性減小;將多黴淨矽烷化後對藥效有良好影響。
此外,農用薄膜加工時加入適量矽油和四甲氧基矽烷可改善壓延性、脫模性,減少或防止增塑劑析出;加適量矽油,可使薄膜表面的凝聚水珠迅速流開,防止形成水霧或使凝聚水珠迅速流開,提高透明度。
有機矽防水劑處理稻田或水溝能防止漏水,可節省寶貴的水資源。
3.冶金工業中的應用
矽油用於礦石浮選消泡;鐵渣用鎂脫硫時加微量矽油可減少因氧化而發生燃燒的危險;壓鑄鋁材時用有機矽脫模。
4.建築行業中的應用
羥基封端的聚二甲基矽氧烷為基膠的密封膠、俗稱玻璃膠,大量用於建築業,品種有脫醋酸或脫醇型等,在室溫下接觸空氣中的水分即能硫化成彈性體,無腐蝕,對玻璃陶瓷、金屬、混凝土等各種材料黏結性良好,有耐熱、耐寒、耐臭氧、耐紫外線及防水、防震等綜合性能。用於全視野玻璃幕牆、鋁合金門窗等結構部位的黏結密封。
建築防水劑是無毒、無味的鹼性水溶液,用清水稀釋即可噴塗於各種建材或建築物表面,幹後即能阻止雨水的滲透,起到防水、防汙、防風化的作用。
有機矽建築防水劑還可配入水泥砂漿中,用於地下工程或建築物防滲,或浸漬處理加氣磚,石膏製件等。
室溫熟化矽橡膠是各種藝術性的雕花裝飾建材的柔性模具。
用有機矽材料噴塗於不耐紫外線而質輕的聚氨酯泡沫材料上可以製作防水性好、體輕、隔熱的房頂,用於寒區,可節能30%~50%。也可用於高層建築作房頂,可減輕建築整體重量。
有機矽改性的丙烯酸型樹脂稱矽丙樹脂,其耐候性好,且憎水、抗汙,是高級外牆塗料。
用有機矽三官能,四官能單體水解縮聚製得的塗料可用於石刻保護。
用玻璃鋼(纖維增強塑料)製作船艇、漁船時,所用玻璃纖維必須用矽烷偶聯劑處理,才能使玻璃鋼在水中不失強。
5.機械工業中的應用
制精密鑄造用的殼模中使用矽烷增黏劑可提高殼模強度;制模芯或精密製件時,可將低熔點合金直接澆鑄在矽橡膠製的模具中。
金屬高速切削時用耐熱的有機矽油乳液作切削液;用有機矽消泡劑作金屬加工清洗液消泡。矽油作傳動介質、液體彈簧、黏結密封。
利用壓力變化使導電矽橡膠的電阻率變化製作壓力傳感器。
6.汽車工業中的應用
汽車工業中有機矽的應用越來越多,國外汽車中使用矽橡膠製件數以百計,諸如火花塞保護罩、油密封墊、隔板、軟管等。
矽油已用於風扇離合器和換熱器中。現在四輪驅動(4D)的轎車已將矽油作為黏性流體使用於液力耦合裝置中。
汽車或其他內燃機車輛用的氣缸墊一般用石棉板或紫銅片作墊片,如用有機矽改性樹脂處理石棉板,可防止墊片與缸體粘接並對石棉板起補強作用。室溫固化單組分矽橡膠就地成型氣缸墊,不僅可代替傳統的石棉或紫銅片,並可降低密封面的加工光潔度,節省氣缸加工費用。
耐高溫矽橡膠用於使用產生高熱的滷素燈泡的頭燈部位的燈座和密封:火花塞;點火電纜及發動機廢氣排氣管。耐油矽橡膠製作的波紋管密封高熱和有油部位效果好,可運行16萬公裡不漏油。室溫熟化型有機矽耐油密封膠作油箱密封墊。既耐溫又耐寒的矽油用於離合器和作液力傳動液、儀表油、阻尼液。矽橡膠膠乳用於安全氣囊的製造中。有機矽是高級汽車上光蠟的重要組分。
7.電器工業中的應用
有機矽有優良的電絕緣性能,可在-55~ 180°C下長期使用,屬H級絕緣材料,在短時過熱、過荷情況下不會燒壞。
高壓輸電網用矽橡膠複合絕緣子的傘裙有彈性、不易破碎,耐碰撞、耐汙穢。重量輕,只有瓷質絕緣子的1/10~1/5,便於施工和維修。耐汙閃性能好,在同樣條件下是瓷絕緣子耐汙閃電壓的2倍,適合用於汙穢嚴重的低淨空的接觸懸掛,可延長清掃期或免於清掃。在數十萬伏高壓輸電網中運行良好。
矽烷交聯聚乙烯電纜料,是用乙烯基三烷氧基矽烷於過氧化物存在下接枝後水解、交聯生成Si—O—Si鍵。 這種矽烷交聯聚乙烯(XLPE)的工作溫度比曾通聚乙烯和聚氯乙烯大幅提高。這種電纜料在發達國家已佔電纜料的80%,我國只佔5%。
有機矽材料絕緣的電動機等能短時超負荷運行且體積小、重量輕、可靠性高。有機矽油也大量用作開關油/電纜油和變壓器油。使用矽油的變壓器體積小,安全性高,適用於地鐵,高樓大廈內使用。
8.電子工業中的應用
電子工業離不開有機矽產品,當前電路的發展水平已成為衡量大國標誌的一個主要標誌。在集成電路生產中,離不開使用有機矽抗蝕劑、晶片絕緣及器件的灌封、包封料等。今後在發展64M DRAM及256M DRAM等集成電路的生產中,更離不開有機矽產品的支撐。
聚矽烷將在導電聚合物、集成電路抗蝕劑、矽碳陶瓷前驅體、液晶、非線性光學材料、有機光電材料及薄膜光波導器等方面獲得有效應用。
9.紡織工業中的應用
各種絲綢、合成纖維織物經有機矽製劑處理後能得到如下獨特性能,如防水、膨鬆、柔軟、透氣、富有彈性、耐洗、耐折皺、增深;還可增加織物的耐磨性,抗撕裂性和滑爽的手感,改善縫紉性能,從而提高處理後的織物檔次。還有有機矽羊毛防縮整理劑、抗靜電劑等。
用有機矽羥乳處理真絲織物作絲綢防皺整理,可使其柔軟、厚實、滑爽、高彈性,撓曲磨損性成倍提高。收縮率可降到3%以下,抗皺性極佳,折皺回復率也可提高,耐洗性也很好。
專門合成的如二甲基十八烷基[3-三甲氧基矽烷基]丙基]氯化銨,應用於衛生襪品的生產以及用作醫院、賓館的寢具和家庭的睡衣、貼身內衣等的衛生整理劑。
用甲基矽油作紗線潤滑防熔處理劑,處理過的滌綸縫紉線,能降低摩擦係數,減少摩擦熱,使縫紉速度提高到7000 ~ 8000針/min而不熔斷。
耐熱的有機矽潤滑脂作印染機械潤滑劑,在高溫下仍保持穩定,無汙染,使用壽命長。
織物染整過程中會因高速運轉產生大量泡沫,有機矽消泡劑表面張力低,抑泡性強,且用量少,對生物無害,不影響色牢度,對噴射染色等高泡沫工藝有很好的消泡效果。
10.醫學上的應用
有機矽材料有生理惰性、很好的血液相容性和組織相容性,沒有炎症等生物體反應和異物反應,不致癌,不引起過敏反應,不凝血,有透氣選擇性和消毒簡便等特性,可製作能植入人體的醫用製件和各種導管、插管,可減輕病人痛苦、支持病人的生命和恢復人體正常功能。已廣泛應用於醫學,特別是外科中。有機矽在醫學上的具體應用見表1。
表1有機矽在醫學中的應用
11.藥物上的應用
雜氮矽三環也是--類具有醫療效能的新型藥物。一定結構的雜氨矽三環能促進結締組織的再生,因此可用來治療創傷、燒傷和潰瘍,促進毛髮的生長。有的雜氮矽三環具有安神和鎮靜作用,有的是治療前列腺癌和麻痺綜合症的藥。
甲基矽鉀或鈉的水楊酸鹽是一類治療 動脈粥樣硬化的藥物,還能治療各種炎症。矽油作消脹片,矽油製劑用作急性吸入氯氣、氨氣引發的肺水腫的氣霧劑。有機矽改性的有機藥物,可提高脂溶性和藥效,如睪丸甾酮;巴比妥酸鹽類。
抗菌素藥物中間體合成中用六甲基二矽氮烷作基團保護劑。
12.皮革工業中的應用
用有機矽處理的皮革和含有機矽組分的加脂劑、光亮劑整理的皮革具有優異的疏水、柔軟、滑爽、防黴、透氣等性能,大大提高了皮革的防水、滑爽、撓曲性,可提高皮革的檔次。
如棉子油用有機矽接枝改性製得的多功能含矽加脂劑可使皮革光亮、柔軟、豐滿,能賦予皮革強烈的絲綢感。
用有機矽與聚氨酯接枝共聚改性自乳化體系乳液作皮革頂層防水光亮塗飾,耐溼擦可達4~4.5級;耐乾擦4~5級。
13.紙張業中的應用
有機矽作紙張防粘處理劑,大量用於不乾膠帶、標籤的隔離背紙。有機矽玻璃樹脂可使紙張表面光滑、防汙染。可以處理纜芯用絕緣紙。耐熱的矽橡膠膠輥是高速印刷機的防粘轉移輥和覆膜機的覆膜輥。
14.食品業中的應用
食品釀造工業中發酵時易起泡,用有機矽消泡劑只要(1~100) x10-°的濃度就有良好的效果,能提高發酵罐利用係數。
用於糖果、巧克力等食品模具內防粘、脫模,以及黏稠的麵團、糖漿的輸送帶脫模等。
15.化妝品中的應用
有機矽油或其改性製劑有良好的綜合性能,廣泛用於護膚乳膏、浴液、香波、頭髮調理劑、面部用化妝品及防曬劑等。在皮膚保健、美容、梳洗用品中使用有機矽製劑可增強使用效果,已成為優質化妝品不可缺少的組分。
利用矽油的良好的潤溼作用,擦在皮膚上不油不膩,使皮膚感覺滑爽,舒適,可製成各種護膚霜、美容霜、皮膚滋潤液,不使皮膚龜裂。
配有矽油的髮油等為非黏性,可使頭髮鬆軟,有光澤,不發黏,不易纏結,易於梳理,保持髮型穩定。
利用苯基矽油製成防曬霜,保護皮膚免受紫外線的傷害。
有揮發性的低分子的聚矽氧烷可作止汗劑、爽身液和除狐臭液。
16.用於文物保護
室外文物如石雕,石碑等易風化,有機矽材料能起保護作用。塗刷有機矽後均有明顯的防水性和防青苔、雜草生長的作用。
有機矽材料可對泥胎、磚雕等進行補強,增強防水性,長期泡在水中也不會發酥。
有機矽氧烷-聚丙烯酸酯互穿網絡塗料作石刻防風化塗料,具有透明、硬度高、附著力強、耐候等優良性能。
17.用於生物標本塑化
醫學院校教學用的人體、器官甚至古屍以及生物如龜、蛇、青蛙等製作標本時,可用矽凝膠充填到生物體內再經熟化便可製成保持生物的原有色澤、形態,並有一定彈性的標本,不需特殊條件即可長期保存。
18.石油業與化工中的應用
有機矽製劑在油井中作破乳劑,使油水分離,降低原油的含水量、提高採集率並可減緩井口結蠟從而可提高油井的產油量。
寒區原油輸送管道用矽橡膠電熱帶保溫。
石油與化學工業中各種氣體洗滌、發酵、聚合等過程中用有機矽消泡劑消泡。
有機矽是聚烯烴合成催化劑中重要組分。
有機矽製劑是聚氨酯泡沫製品的勻泡劑。
有機矽處理吸溼性粉體可提高防潮性、流動性和防止結塊。如防止化肥結塊,處理碳酸氫鈉作乾粉滅火劑。
矽橡膠製作氣體分離膜和富氧膜。
19.塗料工業中的應用
有機矽材料以其優異的耐紫外線、耐幅照、抗原子氧侵蝕等性能,無論在高科技和民用領域都起著重要作用,如空間熱控塗料、大型客機蒙皮修補漆。
有機矽改性丙烯酸系塗料,特別適用於建築物外牆、橋梁、輸電鐵塔等處使用。
醇酸改性有機矽樹脂配以鋁粉等填料製成的塗料能長期耐500°C的高溫,是高溫爐、煙囪等用的耐溫塗料。
有機矽改性聚酯等樹脂是彩色卷鋼塗料的基體樹脂。
有機矽是高檔塗料的流平劑。
20.合成樹脂改性中應用
在多種合成樹脂中引入有機矽可獲得下述效果:提高耐熱性、 耐候性、耐寒性;可撓性和抗衝擊性;增大透氣性,賦予疏水性和脫模性;提高耐熱性和電絕緣性;提高對生物體的安全性。
含氫矽氧烷低聚物和乙烯基矽氧烷低聚物與PA、PC等熱塑性樹脂混合,再加入有機矽製劑造粒,注射成型後,具有有機矽的潤滑性、抗衝擊性和生物適應性,可制高質量齒輪、軸承和醫療器械。
一般用滷素化合物、磷化合物、氨基化合物作塑料阻燃劑,但存在環境汙染及影響塑料物性、加工性能問題,而有機矽系阻燃劑添加2%~ 5%即可達到阻燃效果,並有以下特點:燃燒時的發熱速度、發煙性低,二氧化碳產生少。因添加量少,不影響塑料物性,並能提高其抗衝擊性能,表面光澤度提高,流動性和加工性提高。因不含滷素及金屬,對環境無汙染。
矽油改性聚甲醛可較大幅度降低純聚甲醛的摩擦係數、減低磨痕寬度和磨耗量;提高極限PV值,而且材料的機械強度、熱性能良好,可代替銅、鋅、鋁等材料。作齒輪、軸承、滑塊等耐磨零件,有自潤滑功能,使用壽命長。
在塑料中加入的填料,如碳酸鈣、滑石粉、高嶺土、矽灰石、雲母、氫氧化鋁、氫氧化鎂、石英砂等,均可用矽烷偶聯劑處理,能提高填料的表面性能。樹脂、橡膠所用無機填料經有機矽處理後流動性好,提高與聚合物的黏附力,可提高製品的力學性能和填料添加量。
①本文摘自《有機矽工業及其在中國的發展》,傅積賚編著,化學工業出版社出版