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矽氮聚合物是一種耐高溫的無機聚合物。能在超越金屬或陶瓷所能勝任的苛刻條件下使用,在腐蝕及高溫條件仍能保持其獨特的韌性和硬度、具有良好絕熱性耐腐蝕性、抗熱能力超過陶瓷。在氮氣流中,在火焰噴霧狀矽粉製取矽氮聚合物。
聚有機矽氧烷自40年代以來在合成研究和工業套用方面獲得很大成功。矽氮烷的結構與矽氧烷近似,引起許多研究者的興趣。但是由於合成線型的、分子量大的矽氮聚合物很困難,矽氮鍵水解穩定性又不好,限制了它發展。然而,對這類化合物的研究仍在不斷進行。它的某些特性逐漸被認識並得到套用。中國科學院化學研究所十 多年來在用它作為矽氮陶瓷前體、改進矽橡膠的性能及它的結構分析等方面都做了一些工作。
套用
作為矽氮陶瓷前體
非氧陶瓷(如碳化矽、氮化矽等)是非常耐高溫、耐氧化、高強度、高硬度的新型無機材料。它們通常是由含矽的聚合物高溫裂解來製備。已知從聚矽碳烷高溫裂解拉絲製成的連續矽碳纖維可在1000℃下使用。這促進了聚矽氮烷陶瓷前體的研究。
用作陶瓷前體的高分子應該是:
(1)含碳氫量少 ,裂解後陶瓷收率才高;
(2)分子量足夠大而且是線型的,才有希望拉成纖維;
(3)裂解時產生一定的交聯點,使成型性好;
(4)不含氧,以免生成二氧化矽晶體;
(5)成本較低。它們的合成方法可分為兩類:一類是從氯矽烷和胺縮聚;另一類是從環二矽氮烷開環聚合。
作為矽橡膠的共聚組分
矽氮烷和矽氧烷的共聚研究累有報導。例如(MeSiNH)與 (MeSiO) 用陰離子開環共聚,將6.1%的矽氮鏈節引入聚矽氧烷可使其10%的熱失重溫度提高100℃以上。
作為提高矽橡膠熱穩定性的添加劑
苯基矽氮膠雖然性能優越,但在引入苯基一步時須經高溫重排,產物還要在66.7Pa的真空下分離,條件要求較高。後來發現,在二甲基矽橡膠中加入一些聚矽氮烷(1%一10%)即可大幅度地提高它的熱穩定性,聚矽氮烷以苯基矽氮膠最好,甲基矽氮膠和六苯基環三矽氮烷稍差。加入到二苯基矽橡膠中也有相似效應。
作為室溫硫化膠的交聯劑
室溫硫化矽橡膠是成型方便、套用廣泛的材料。它通常是羥基聚矽氧烷HO(SiOMeO)H以Si(OEt)為交聯劑、有機錫鹽為催化劑脫乙醇製備,或者以MeSiX(X為一OC(CH)=CH、一ON=CMe等)為交聯劑脫丙酮來製備。因有機錫鹽殘留在其中將影響其熱穩定性,有研究者提出了一種含有矽氮鍵的聚合物KH一CL為交聯劑,它可與矽氧鏈上的輕基脫NH而產生交聯,在室溫固化完全。這種交聯劑之優點是不用金屬鹽催化。同時它比計算量過量使用。過量的KH一CL還能消除體系中殘存羥基和水,故這種室溫膠的熱穩定性得到大幅度提高。