二甲基硅油,亦称为甲基硅油,是一种无色透明的油状液体,具有广泛的商业用途。

国产的产品牌号一般为201,化学式以MDnM表示,其中M代表甲基(-CH3),D代表二甲基硅氧烷单元。

化学式为:

技术指标参考

外观:无机械杂质,无色透明油状液体。

黏度:10~200000mm²/s(25℃),允许偏差为±10%。

密度:0.930~0.975(25℃)。

折射率:1.390~1.410(25℃)。

凝固点:低于-65℃至-50℃。

闪点:对于黏度大于100mm²/s的硅油,闪点大于300℃。

耐热性:可在170℃下长期使用,在隔绝空气或惰性气体中可在200℃下长期使用。

耐寒性:可在-50℃至-60℃的低温下使用而不凝固。

黏度温度系数:0.31~0.61,表明黏度随温度变化小。

防水性:能在各种物体表面形成防水膜。

表面张力:15.9~21.5mN/m。

化学稳定性:对金属无腐蚀(铅除外),强酸、强碱会使黏度变化。

导热性:热导率为0.134~0.159W/(m·K)。

比热容:0.33~0.37cal/(g·℃),具有良好的抗压缩性与抗剪切性。

电绝缘性:体积电阻1014~1015Ω·cm;介电常数2.6~2.8;介电损耗角正切值小于1×10^-4;击穿电压大于10kV/mm。

溶解性:可溶于苯、甲苯、二甲苯等溶剂,可配制成多种浓度的溶液。

生理惰性:为无毒品,对可见光透光率为100%。

 

甲基硅油的特性

黏温性能
甲基硅油的黏温系数远低于矿物油,大约为0.6,意味着其黏度随温度变化较小。

可压缩性与润滑性
甲基硅油具有较高的可压缩性,但低于矿物油。随着分子量的增加,其可压缩性降低。甲基硅油的抗剪切能力非常强,是顶级矿物油的20倍以上,因此非常适合用作润滑剂。尽管它在钢铁表面难以形成稳定的润滑膜,且不适用于承受重负荷,但在塑料材料间的润滑应用中表现出色。

耐温性能
甲基硅油展现了卓越的耐高低温性能,可在-40℃至200℃的宽温度范围内长期使用,这是大多数矿物油所不能比拟的。它在150℃以下几乎不发生氧化,即使在200℃下加热16小时,黏度也仅增加10%。仅当温度超过200℃时,甲基硅油的侧链氧化交联趋势才会变得明显。

表面活性
由于甲基硅油具有较低的表面张力,它展现出较高的表面活性和疏水性,使其成为高效的消泡剂和脱模剂。

热物理特性
甲基硅油的比热容较小,大约是水的三分之一。它的热膨胀性大于水和水银,与苯相近。甲基硅油的热导率介于0.14~0.16W/(m·K),大约为水的四分之一。

电绝缘性能
甲基硅油是优良的电绝缘材料,其体积电阻率超过1×10^14Ω·cm,绝缘强度超过14kV/mm。其介电常数(ε)在2.64~2.75之间,介电损耗角正切值(tanδ)小于6×10^-4。这些参数在103~10^7Hz的频率范围和-40℃至150℃的温度范围内变化极小。

吸湿性与处理
尽管甲基硅油不溶于水,但它容易吸湿。一般情况下,每升硅油中可能含有100~200ppm的水。微量水分会显著降低硅油的电绝缘性能。因此,当用作电绝缘油时,需要在减压条件下进行加热干燥处理。

抗辐射性能
在聚合物中,甲基硅油的抗辐射性能属于中等水平。在辐射线照射下,硅油分子中的Si—C和C—H键可能断裂,形成自由基,导致交联。

光学性质
甲基硅油可以透过可见光,但对紫外光的透过率随着波长的减少而降低。其折射率随着黏度的增加而提高。

声学性质与稳定性
甲基硅油的传音速度处于中等水平,提高其摩尔质量可以增加传音速度,但传音速度会随着温度的升高而降低。作为化学性质稳定的物质,甲基硅油对大多数材料无腐蚀作用,常温下对水和空气稳定,但不宜接触强酸和强碱。

安全性
脱除低沸物的甲基硅油对人体无毒无害,其动物致死量LD50大于35g/kg。经过口服毒性试验、皮肤刺激吸收试验、眼睛刺激试验、吸入毒性试验、胃吸收及代谢功能试验以及遗传系试验,均未发现异常现象。

 

 

二甲基硅油的合成方法

原料与封端剂

二甲基硅油的合成过程通常起始于二氯二甲基硅烷(CH3)2SiCl2的水解产物或八甲基环四硅氧烷(D4),并引入封端剂,如六甲基二硅氧烷(MM)或十甲基四硅氧烷(MD2M),通过酸碱催化的平衡反应来完成。

催化剂的选择

为了制备高分子量(即高黏度)的二甲基硅油,工业上倾向于使用碱性催化剂。相反,酸性催化剂通常用于制备低分子量(即低黏度)的二甲基硅油。

反应活性顺序 在碱性催化环境下,有机硅氧烷单元的反应活性顺序依次为:

D3(三甲基硅氧烷)> D4(八甲基环四硅氧烷)> MD2M(十甲基四硅氧烷)> MDM(甲基二硅氧烷)> MM(六甲基二硅氧烷)。

而在酸性催化环境下,反应活性顺序则有所不同,依次为D3 > MM > MDM > MD2M > D4。

封端剂的选择

在采用碱性催化剂进行聚合时,为了防止生产过程中黏度的急剧增加,通常选用MD2M作为封端剂。MD2M具有较高的沸点(194℃),不易在反应过程中挥发,可以通过MM和D4在浓硫酸催化下制备。 在酸性催化条件下,考虑到成本因素,通常会选择MM作为封端剂。

分子量的控制

二甲基硅油的平均分子量可以通过调整起始原料D(二氯二甲基硅烷的水解产物)和M单元(封端剂)的投料比例来控制。理论上,D和M单元的投料比例决定了硅油的平均聚合度。但由于平衡反应可能产生环状体,实际生产中还需要依赖于经验数据和实验结果。

生产实例

例如,为了合成具有100个硅氧烷链节的硅油(预期黏度约为120mm²/s),可以使用7400份硅氧烷和108份六甲基二硅氧烷作为原料。由于平衡体系中存在10%~15%的环状体,最终得到的硅油可能会比较稀薄。这些环状体可以通过真空薄膜蒸发法去除,从而降低硅油中可挥发组分的含量,以满足应用领域对挥发性的要求。

后处理

合成反应完成后,必须通过过滤或其他方法去除催化剂或使其失活,以确保产品的热稳定性。

甲基硅油25℃时的运动黏度和重均分子量的关系可以按以下经验公式来计算:

logν=3.71logMw-13.56(Mw>3×104)

logν=1.39logMw-3.2789(Mw<3×104)

公式中Mw为重均分子量。运动黏度ν的单位是mm2/s。

二甲基硅油MDnM在25℃时的运动黏度和n平方根的关系

维赐化学优势供应二甲基硅油产品,粘度有2——50万cst不等。

 

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