Chlorsilan sind chemische Verbindungen, die durch Reaktion von Siliciumpulver und Methylchlorid (CH3CI) -Gas durch direkte Synthese hergestellt werden. Die hergestellten Methylchlorsilane (Trimethyl-, Dimethyl- und Methylchlorsilan) sind die Bausteine für verschiedene Siliconsubstanzen.
Von Silizium zu Chlorsilanen:
Die Herstellung von Silikonen erfordert zunächst die Synthese ihrer Vorläufer: Chlorsilane. Diese werden durch Reaktion von Siliciumpulver (extrahiert aus natürlicher Kieselsäure mittels eines elektrochemischen Prozesses) und CH3CI oder Methylchloridgas (gebildet in der Reaktion zwischen HCI und CH30H oder Methanol) hergestellt. Diese Reaktion wird als direkte Synthese bezeichnet. Es wird in Großreaktoren durchgeführt und erzeugt ein rohes Gemisch aus mehreren flüssigen Chlorsilanen, die dann durch Destillation getrennt werden müssen. Die erzeugten Chlorsilane sind die Bausteine, mit denen dann die verschiedenen Siliconsubstanzen hergestellt werden: das zentrale Siliciumatom ist an eine unterschiedliche Anzahl von Chloratomen gebunden, von denen jedes eine potentielle reaktive Stelle für die Hydrolysereaktion bereitstellt, die es ermöglicht, die Länge und Verzweigung des Polymermolekülgerüsts zu steuern. Die drei Arten von Methylchlorsilanen, die bei der Direktsynthese erhalten werden und dann zur Herstellung von Siliconen verwendet werden, sind: Trimethylchlorsilan, Dimethyldichlorsilan und Methyltrichlorsilan, wie in den folgenden Diagrammen gezeigt.
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Von Chlorsilanen zu basischen Silikonprodukten:
Chlorsilane werden hydrolysiert und polykondensiert, um die basischen Silikonprodukte zu erhalten: Öle, Gummis und Harze. Öle und Gummis sind geradkettige Verbindungen, die entweder reaktiv oder nicht reaktiv sind. Wenn die Verbindungen eine flüssige Konsistenz haben, werden sie als Öle betrachtet. Wenn ihre Viskosität bis zur Verfestigung ansteigt, gelten sie als Zahnfleisch. Öle und Gummis können auch zu einem späteren Zeitpunkt einer weiteren physikalischen und chemischen Verarbeitung unterzogen werden. Harze haben eine verzweigte Struktur, die Molekülgitter bildet. Diese basischen Silikonprodukte haben ein molekulares Gerüst, das auf den vier verschiedenen Gruppen basiert, die sich direkt aus den ursprünglichen Chlorsilanen ergeben.
Die Hydrolyse von Chlorsilanen zur Bildung des Siloxanrückgrats
Die Hydrolyse erzeugt kurzkettige Polymere, die dann verlängert werden müssen, um das erforderliche Molekulargewicht zu erhalten. Reine Dimethyldichlorsilane werden zu Ölen hydrolysiert. Harze werden durch Hydrolyse einer Mischung aus Dimethyldichlorsilanen und Benzyltrichlorsilanen erhalten, denen Lösungsmittel zugesetzt werden, um ein Gelieren zu vermeiden.
Die Verlängerung von Polymerketten durch Polykondensation
Die Polykondensation von Präpolymeren erfolgt unter Verwendung von Katalysatoren. Durch den Zusatz von Kettenabbrechern können die Polymerkettenenden desaktiviert werden, d.h. nicht reaktive Öle erhalten. Um bestimmte Spezialsiliconprodukte mit besonderen Eigenschaften herzustellen, ist es manchmal notwendig, die CH3-Gruppen (nicht reaktiv) zu modifizieren, die anfänglich an die Siliciumatome gebunden sind. Daher werden diese Gruppen teilweise durch andere nicht reaktive Gruppen ersetzt (-C6H5 usw.) oder reaktive Gruppen (-H, CH=CH2, etc.) in bestimmten Fällen vor oder nach der Hydrolyse.