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Chemie und Eigenschaften von Transformator Silikonöl

1. Vorstellung

Der Name „ Silikon „ wurde in 1901 bei Kipping gegeben um die Verbindungen mit roh Formel R2SiO analog zu Ketonen zu beschreiben. Diese wurden schnell identifiziert wie Polymeren und jetzt als Polydialkylsiloxan entsprechen. Darunter die häufigste sind Polydimethylsiloxan (PDMS), trymethylsilyloxy mit den Strukturen beendet :

Die Methyl Gruppen entlang der Kette können bei viele andere Gruppen ( bzw. phenyl, vinyl oder trifluoropropyl ) ersetzt. Die gleichzeitige Anwesenheit von „organische“ Gruppen an der „anorganische“ Gerüst gebunden gibt den Silikonen eine Kombination von einzigartige Eigenschaften und erlauben ihren Anwendung in verschiedene Felde als Raumfahrt ( Leistung am geringe und hohe Temperaturen), Elektronik ( elektrische Isolierung ), Gesundheitsversorgung ( ausgezeichnetes Biovereinbarkeit) oder in der Bauindustrie ( Witterungsbeständigkeit ).

2. Synthesis

Die Hauptkette aus wiederholten Einheiten in PDMS, – ( SiMe2O)-, ist oft verkürzt um Buchstaben D weil diese Einheit kann in dem Polymere in zwei Richtungen zu erweitern, da der Silizium Atom ist mit zwei Sauerstoff Atoms verbunden.

Zusammenfassend, PDMS ist durch eine Hydrolyse von dimethyldichlorosilane Me2SiCl2 enthaltet, die zu einer Mischung von linearen und zyklischen Oligomeren führt :

Höher Molekulargewicht PDMS ist erhalten nach Polymerisation ,zum Beispiel , von der oben Zyklus im Gegenwart von einem Endeblocker wie Hexamethyldisiloxan und stark Sauer- oder Basenkatalisiert nach folgender Reaktion :

Verwenden andere Chlorosilane, andere Ende-Blockers und/oder verschiedene Zyklische führt zu viele Strukturen, inklusive Polymere mit verschiedene funktionelle Gruppen gepfropft an der Polymerkette und/oder an der Polymerkettenende (zbw. Vinyl, Wasserstoff, Phenyl, Aminoalkyl ). Diese können als Lösemittelhaltige, Emulsionen oder Lösungsmittelfreie Produkten formulieren sein.

Reaktive Polymere können in Elastomere vernetzt werden wenn folgende ist verwendet :

– eine Peroxyd-gestartete Reaktion: insbesondere ob der Silikonpolymere etwa Vinyl Gruppen enthalt

– eine Kondensationreaktion : zum Beispiel , zwischen einem Hydroxy Ende-Blockierten PDMS und einem Alkoxysilan, in Gegenwart auf Zinnsalz oder Titanalkoxid als Katalysatore.

– eine Additionsreaktion : zum Beispiel, zwischen einem Vinylfunktionell PDMS und einem Wasserstoffmethyldimethylsiloxan Oligomer, in Gegenwart auf Platinumorganischem Komplex.
Solche Polymer, Vernetzer und Katalysator sind mit verschiedene Additive als einem-Teil, Einsatzbereit oder zwei-teilen Produkte formuliert für Mischung vor Gebrauch und Vernetzung am Raumtemperatur oder nur am hohe Temperaturen.

3. Physikalisch-chemischen Eigenschaften*)

Die Silizium Stelle, knapp unter Kohlenstoff im Periodensystem, lässt daran glauben in der Existenz von analoge Verbindungen wo das Silizium den Kohlenstoff ersetzt wurde. Viele von diesen analoge Verbindungen existieren nicht oder falls vorhanden, sie sich ganz anders verhalten. Es gibt nur wenige Ahnlichkeiten zwischen Si – X Verbindungen im Silikone und C – X Verbindungen.

Die Verbindungslänge zwischen jedem angegeben Element und Silizium sind länger als für Kohlenstoff mit demselben Element. Die niedriger Silizium Elektronegativität (1,8) gegen Kohlenstoff (2,5) führt zu einem sehr polarisiertem Si – O Verbindung, hoch ionisch und mit einer hohe Bindung Energie , 452 kJ/Mol ( 108 kcal/Mol). Die Si – -C Verbindung hat eine Bindung Energie von +/- 318 kJ/Mol ( 76 kcal/Mol), knapp unter als einem C – C Bindung, während die Si – Si Bindung ist schwach, 193 kJ/Mol ( 46,4 kcal/Mol).

Diese Werte nur teilweise die Stabilität der Silikone erklären; die Si–O Verbindung hat eine sehr gute Beständigkeit gegen Homolyse Aufteilung. Anderseits die Heterolyse Aufteilungen sind leicht wie es ist von der wieder-Gleichgewichtreaktion bei Sauerstoff oder Base katalysiert während Polymerisation Reaktion gezeigt. Die Silizium Atome bilden nicht stabile Doppelbindungen oder Dreifachbindungen von „sp“ Typen mit anderen Elemente, noch die Nähe von „d“ Orbital „dπ-pπ“ retro-Koordination erlaubt.
Dank dieser retro-Koordination, die Trialkylsilanole sind mehr Säure als den entsprechenden Alkoholen. Noch der Engagement von der retro-Koordination ist gefordert.

Ein anderes Beispiel für Differenzen zwischen Analoge ist der tetravalente diphenyldisilanol , (C6H5)2Si(OH)2, welche stabil ist, während seiner Kohlenstoff äquivalent , einen gem-Diole, dehydriert. Die Si–H Verbindung ist schwach polarisiert und ist reaktiver als C – H Verbindung. Insgesamt, es gibt wenige Ahnlichkeiten zwischen einem Silikonpolymer und einem Kohlenstoffpolymer.

Die Silikone zeigen die ungewöhnliche Kombination von einer anorganische Kette ähnlich zu Silikaten und oft in Zusammenhang mit hohen Oberflächen Energie, aber mit Seite Methyl Gruppen welche in Gegenteil sehr organisch und oft in Zusammenhang mit geringen Oberflächen Energie sind. Die Si – O Verbindungen sind stark polarisiert und ohne Schutz zu starken Intermolekularen Interaktionen führen dürfen. Die Methyl Gruppen jedoch abschirmen die Hauptkette weil sie nur schwach miteinander interagieren.
Das ist leichter bei der hohe Flexibilität von der Siloxan Kette gemacht ;die Drehung Barrieren sind schwach und die Siloxan Kette kann viele Konformationen einnehmen. Die Drehung Energie rund um die CH2 – CH2 Verbindung in Polyäthylen ist 13,8 kJ/Mol, aber nur 3,3 kJ/Mol rund eine Me2Si – O Verbindung, entsprechend einer nahezu freier Drehung. Die Siloxan Kette setzt eine maximale Anzahl von Methyl Gruppen nach aussen . In Kohlenwasserstoff Polymere die relative Rückgrat Steifigkeit erlaubt nicht eine „selektive“ Setzung der organisch oder hydrophobisch Methyl Gruppen .Kette–zu-Kette Interaktionen sind schwach und die Distanz zwischen benachbarten Ketten ist auch grösser in Silikone.

Die Silikone können mit Paraffine vergleichen sein, mit eine geringe kritische Oberflächenspannung von Benetzung, trotz eine sehr polarisierte Kette. Abhängig von ihrer geringen intermolekular Kräfte die PDMS Materialien bleiben flüssig in einer viel breitere Palette von Molekular Gewichte und Viskosität als Kohlenwasserstoffen.

Die Oberflächenaktivität von der Silikone in viele Fällen dargestellt wurde :

– Die Polydimethylsiloxane haben eine geringe Oberflächenspannung ( 20,4 mN/m ) und sind fähig vielen Oberflächen zur Benutzung. Das gibt sehr hydrophobische Filmen und eine Oberfläche mit gute freilassen Eigenschaften mit den Methyl Gruppen die zur Aussenseite zeigen. Das Silikone Oberflächenspannung ist auch in dem viel versprechend Reihe für biokompatibel Elastomere ( 20 zu 30 mN/m) ausgesehen.

– Die Silikone haben eine kritische Oberflächenspannung von Benetzung ( 24mN/m), welche ist höhere als seine eigene Oberflächenspannung. Das bedeutet die Silikone von eigene Benutzung fähig sind, eine Eigenschaft die gute Film Bildung und guten Oberfläche Belag befördert.

– Die organische Silikone Copolymere können mit dem Silikone als Hydrophobie Teil und mit Tensid Eigenschaften zubereiten werden ( bzw. in Silikone Polyether Copolymere )

Die geringe Intermolekulare Interaktionen in Silikone haben auch andere Konsequenzen :

– Die Glasübergangstemperaturen sind sehr niedrig ( bzw. 146°K für einen Polydimethylsiloxan im Vergleich zu 200°K für Polyisobutylene, der analoge Kohlenwasserstoff); vernetzt PDMS wird Elastomere am RT in der Abwesenheit von einer Weichmacher sein.

– Die Gegenwart von einem hohem freie Volumen vergleicht zu Kohlenwasserstoffen erklärt die hohe Löslichkeit und der hohe Diffusionkoeffizient von Gas in Silikon. Die Silikone haben eine hohe Permeabilität zu Sauerstoff, Stickstoff und Wasserdampf , selbst wenn in diesem Fall das flüssig Wasser nicht fähig zu Benutzung einer Silikone Oberflächen ist. Wie erwartet, die Druckfestigkeit der Silikone ist auch hoch.

– Die Aktivierungsenergie in der Silikone für den viskos Bewegung ist sehr niedrig und die Viskosität ist weniger abhängig von der Temperatur vergleicht zu Kohlenwasserstoffen Polymere. Ausserdem die Kettensverschränkungen am hoher Temperaturen beteiligt sind und beitragen die Viskosität Reduktion zu begrenzen.

Die Gegenwart von anderen Gruppen als Methyl entlang der Kette erlaubt die Anderung von einiger obergenannten Eigenschaften :

– Ein kleinen Prozentsatz von Phenyl Gruppen entlang der Kette beunruhigt genug zu Kristallisation Reduzierung und erlaubt den Polymer flexibel am sehr niedrige Temperaturen zu bleiben. Die Phenyl Gruppen erhöhen auch den Brechungsindex.

– Die Gruppen Trifluoropropyl entlang der Kette wechseln den Löslichkeitparameter der Polymere von 7,5 bis 9,5 (cal/cm3)

Diese Copolymere sind zur Herstellung von Elastomere mit wenige Schwellung in Aromatische oder Alkan Lösungmittel benutzt. In Anbetracht der vorstehend genannten Gründe , viele Polymere „Architekturen“ können in verschiedene physikalische Formen ( volatile, flüssig, viskoelastisch, festkörper ) mit verschiedene Funktionalitäten, inerte oder fähig zu interreagieren oder reagieren mit viele andere Verbindungen zubereiten werden. Die Formulierung in günstige Produkte führt zu mehrere Produkte. Das erklärt die grosse Auswahl von Industrien wo die Silikone benutzt sind.

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*) www.dowcorning.com