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硅树脂的发展历史

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硅树脂,作为一种半无机半有机聚合物,其主链由硅氧键(-Si-O-)组成,并带有有机基团的侧链。这种材料因其耐高低温、耐气候老化、憎水防潮、高绝缘强度等特性而被广泛使用。硅树脂的发展历史是一段充满创新与突破的旅程,从最初的实验室合成到如今的广泛应用,经历了多个重要阶段。

早期探索

硅树脂的发展可以追溯到19世纪中叶。1863年,法国化学家弗里得尔(C. Friedel)和克拉夫茨(J.M. Crafts)首次合成了第一个含Si-C键的有机硅化合物,这标志着有机硅化学的开始。然而,此时的有机硅化合物还远远未达到实用化的程度。在接下来的几十年里,科学家们对有机硅化合物进行了广泛而深入的研究,为后来的硅树脂开发奠定了理论基础。

英国化学家Kipping在这一时期做出了突出贡献。他从1898年到1944年对有机硅化学进行了广泛的研究,极大地丰富了有机硅化合物的种类,并为有机硅化学及工业的发展奠定了良好的基础。然而,尽管Kipping的工作取得了很大进展,但他对硅烷的水解缩合反应以及生成的高分子产物缺乏兴趣,因此未能进一步推动有机硅向实用方面发展。

工业化生产

20世纪30年代末,聚合物理论日趋成熟,实用化研究成为主流。此时,美国康宁玻璃公司的海德(J.F. Hyde)、通用电气公司的帕特诺得(W.J. Patnode)及罗乔(E.C. Rochow)等科学家围绕各种硅烷单体的水解缩合反应及制取耐热硅树脂做了大量的基础工作,并取得了长足的进展。海德成功地合成了第一个有机硅产品——一种用于电气绝缘的硅树脂绝缘漆,这标志着硅树脂开始走向实用化。

1941年,罗乔发明了直接法合成有机氯硅烷,紧接着德国化学家米勒也申请了直接法专利。直接法系在铜催化下,由氯甲烷直接与硅粉反应,一步得到甲基氯硅烷。这一方法无论从技术、经济及安全角度考虑,都明显优于之前的格利雅法,从而为有机硅的工业化生产奠定了基础,并促使有机硅化学及技术的飞速发展。

1942年,美国道化学公司建成了甲基苯基硅树脂中间试验装置。1943年,道化学公司与康宁玻璃公司合资成立道康宁(Dow-Corning)公司,专门从事有机硅的生产与研究。起初采用格利雅法生产有机氟硅烷单体,进而生产聚硅氧烷产品。1947年,通用电气公司成立有机硅部,并采用直接法生产的有机氯硅烷制取聚硅氧烷产品。此后建成的有机硅生产厂均采用此技术。

广泛应用

二次世界大战结束后,有机硅产品在军工生产中的成功应用引起了人们对有机硅的极大兴趣。于是,主要工业国家均致力于有机硅的研究与生产。进入20世纪50年代,德国的瓦克(Wacker)、拜耳(Bayer)等公司,日本的信越化学等公司,法国的罗纳-普朗克等公司,以及美国的联合碳化物等公司纷纷建成有机硅生产装置,各种有机硅树脂产品如雨后春笋般涌现。

在随后的几十年里,硅树脂的应用领域不断扩大。在电子电器领域,硅树脂因其优异的绝缘性能和耐热性能而被广泛用于电机、变压器、电容器等电子元器件的绝缘和封装。在建筑装饰领域,硅树脂密封胶、涂料等产品因其良好的耐候性、耐水性和耐沾污性而得到广泛应用。在汽车制造领域,硅树脂被用于制造各种密封件、垫片和涂层,以提高汽车的密封性和耐久性。此外,硅树脂还在新能源、环保和生物医学等领域展现出巨大的应用潜力。

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