Применение жидкости: Применение ионных жидкостей в химической промышленности Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

Содержание

Применение ионных жидкостей в химической промышленности Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

Д. Г. Логинов, В. В. Никешин

ПРИМЕНЕНИЕ ИОННЫХ ЖИДКОСТЕЙ В ХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Ключевые слова: ионные жидкости, растворитель, катализатор.

Рассмотрены виды ионных жидкостей, основные свойства, способы получения и основные области применения в химических технологиях.

Key words: ionic liquid solvent, catalyst.

The types of ionic liquids, the main properties, methods of preparation and the main applications in chemical technologies.

Несмотря на существование широкого набора известных катализаторов, химическая технология и органический синтез постоянно нуждаются в новых, более эффективных и экологически приемлемых катализаторах,

реакционных средах и растворителях.

При

разработке и усовершенствовании промышленных процессов основного и тонкого органического синтеза, так же как и в нефтехимии, необходимы новые подходы к решению существующих экономических и экологических проблем, связанных с большими энергетическими затратами и загрязнением окружающей среды. Современный

подход к решению проблемы замены летучих органических соединений, используемых в качестве растворителей в органическом синтезе, включает применение ионных жидкостей. Использование ионных жидкостей в качестве новых реакционных сред может решить проблему эмиссии

растворителей и повторного использования дорогостоящих катализаторов.

Термин «ионные жидкости» означает

вещества, которые являются жидкостями при температуре ниже 100°С и состоят из органических катионов, например, 1,3-диалкилимидазолия, Ы-

алкилпиридиния, тетралкиламмония,

тетраалкилфосфония, триалкилсульфония и разнообразных анионов: 01", [ВР4]", [РР6]", [$ЬР6]", СFзSОз", [(СFзSО2)2N]", РОБОз", RSОз", АгёОз", СР3СО2", СНзСО2", ЫОз", [А12С17]".

Природа аниона оказывает большое влияние на свойства ионных жидкостей -температуру плавления, термическую и электрохимическую стабильность и вязкость. Полярность, а также гидрофильность или гидрофобность ионных жидкостей можно оптимизировать путем соответствующего выбора пары катион/анион, и каждый новый анион и катион дает дополнительные возможности для варьирования свойств ионных жидкостей.

Повышенное внимание к ионным жидкостям обусловлено наличием у них следующих специфических свойств:

1. Широкий интервал жидкого состояния (> з00 °С) и низкие температуры плавления (Тпл < 100 °С).

2. Высокая удельная электропроводность.

3. Хорошая растворяющая способность по

отношению к разнообразным неорганическим, металлоорганическим и органическим

соединениям и полимерам [1] природного и синтетического происхождения.

4. Каталитическая активность, обуславливающая повышение селективности [2] органических реакций и выхода целевого продукта.

5. Нелетучесть, возможность многократного использования.

6. Негорючесть, невзрывоопасность, нетоксичность и обусловленное этим отсутствие вредного воздействия на окружающую среду.

7. Безграничные возможности в направленном синтезе ионных жидкостей с заданными свойствами.

Качества 3 и 4 делают ионные растворители особенно привлекательными в синтезе полимеров.

Ионные жидкости являются уникальными объектами для химических исследований, использования их в катализе, органическом синтезе [1] и других областях, включая биохимические процессы. Количество ионных жидкостей, описанных в литературе в настоящее время очень велико (около 300). ]-, [N(СN)2]-, [Ме(С0)п]- и др.)

Другим практически важным направлением синтеза ионных жидкостей является их приготовление непосредственно в реакторе. В этом случае соответствующий М-алкил галогенид и галогенид металла смешиваются в реакторе, и ионная жидкость образуется непосредственно перед запуском химического процесса или каталитической реакции. Наиболее часто ионные жидкости готовят на основе смеси хлорида алюминия с органическими хлоридами. При смешении двух твердых веществ, происходит экзотермическая

реакция, и образуются эвтектические смеси с температурами плавления вплоть до -90 °С. Это, как правило, прозрачная бесцветная или желтокоричневая жидкость (цвет обусловлен наличием примесей и локальными перегревами реакционной массы в процессе приготовления ионной жидкости).

Ионные жидкости, благодаря многообразию и особенностям своих свойств, оказались весьма привлекательными для катализа и органического синтеза. Что касается «экологичности» ионных жидкостей, многое должно быть и будет переоценено в последующих исследованиях, хотя, в целом, уже то, что они рециклизуемы, негорючи и имеют низкое давление насыщенных паров, делает их полноправными участниками «зеленой» химии, даже без учета тех выигрышей в производительности и селективности, примеры которых были даны в обзоре. Очевидно, из-за их высокой стоимости ионные жидкости вряд ли найдут широкое применение в многотоннажных процессах, если только не будут найдены дополнительные преимущества

гетерогенизированных систем. В то же время, малотоннажная химия, в первую очередь металлокомплексный катализ, может оказаться благодатной областью их использования, также как и электрохимия в целом и электрокатализ в частности.

Литература

1. А.Ф. Ягфарова, А.Р. Габдрахманова, Л.Р. Минибаева, И.Н. Мусин, Вестник Казан. технол. ун-та, 15, 13, 192-196(2012)

2. А.Р. Габдрахманова, А.Ф. Ягфарова, Л.Р. Минибаева,

А.В. Клинов, Вестник Казан. технол. ун-та, 15, 13, 6366 (2012).

© Д. Г. Логинов - магистр каф. процессов и аппаратов химической технологии КНИТУ, [email protected];

В. В. Никешин - канд. техн. наук, вед. програм. каф. процессов и аппаратов химической технологии КНИТУ, [email protected]

Магнитные жидкости: ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ | ИГЭУ

Магнитные жидкости: ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

Ввиду уникальности свойств магнитные жидкости находят широкое применение в различных областях науки и техники. Сегодня магнитные жидкости применяются в качестве рабочего тела в магнитожидкостных уплотнениях:

– динамические высоковакуумные уплотнения для герметизации ввода вращательного движения в замкнутый объем, находящийся под давлением или вакуумом;

– статические высоковакуумные уплотнения для герметизации неподвижных соединений;

– пылезащитные и парогазовые уплотнения;

– уплотнения для лабораторных и промышленных ферментеров;

– уплотнения для жидких и газовых агрессивных сред.

Магнитные жидкости используют:

– в качестве рабочего тела в датчиках угла наклона и акселерометрах;

– в магнитных сепараторах для разделения и сепарации материалов с различной плотностью;

– в качестве магнитоуправляемых смазок в узлах трения;

– в акустических динамиках радиотехнических и электронных устройств, в громкоговорителях, в CD и DVD приводах;

– в магнитожидкостных амортизаторах и демпферах;

– для очистки водных поверхностей от нефтепродуктов при аварийных разливах и катастрофах.

Возможность практического применения магнитных жидкостей определяется:

во-первых, их стабильностью и совокупностью необходимых технических характеристик;

во-вторых, их способностью выполнять свои функции в конкретных электромеханических и других устройствах в течение длительного времени под воздействием высоких и низких температур, агрессивных сред, магнитных и гравитационных полей.

В ПНИЛ ПФГД производятся стабильные магнитные жидкости с необходимым набором технических характеристик, позволяющим использовать их во всех приведенных выше областях.

Гарантийные сроки «работы» наших магнитных жидкостей в датчиках угла наклона составляют не менее 10 лет, в магнитожидкостных уплотнениях – не менее 2 – 7 лет в зависимости от условий эксплуатации МЖУ. Проведенные испытания показали эффективность использования наших магнитных жидкостей в акустических динамиках и громкоговорителях, в магнитных сепараторах и демпферах.

 

 

 

Проблемная научно-исследовательская лаборатория прикладной феррогидродинамики (ПНИЛ ПФГД)

 

Силиконовые жидкости - свойства, область применения и строени

Содержание:

Силиконовые жидкости (кремнийорганические жидкости, силиконовые масла) – олигоорганосилоксаны, не содержащие функциональных групп для последующей полимеризации, с замкнутыми концевыми не реакционноспособными звеньями. Представляют собой жидкости с разной вязкостью, температурой застывания и стеклования, термостойкостью и другими свойствами.

Свойства силиконовых жидкостей

Силиконовые жидкости представляют собой обширную группу высокоэффективных олигомерных веществ с комплексом свойств, присущим только этому классу полимерных соединений, и не повторяющимся ни в одном из других известных в настоящее время природных или синтетических материалов.

Они обладают низкими температурами стеклования и потери текучести (-60°С … -130°С) и одновременно высокой термостойкостью (200°С … 350°С), низким давлением насыщенных паров и малой летучестью, малой зависимостью вязкости, диэлектрических и других свойств от температуры, значительной сжимаемостью и высоким давлением затвердевания, малым поверхностным натяжением (18 – 26 мН/м) и высокой подвижностью, высокой гидрофобностью и лиофильностью, малой зависимостью вязкости от скорости сдвига при сохранении широкого диапазона ньютоновского течения при вязкости до 1500 мм2/с. Для некоторых жидких силоксанов характерно значительное повышение параметров теплофизических свойств (теплоёмкости и теплопроводности) в критических и закритических областях давления и температуры.

В зависимости от состава и строения силиконовые жидкости смешиваются в любых соотношениях со многими органическими средами либо полностью не смешиваются.

Радиационная стойкость жидких силоксанов также зависит от состава и строения молекул. Они могут проявлять высокую стойкость (до 2 Мрад), либо они сшиваются с образованием геля при дозе (1.5 - 3)×104 рад.

В зависимости от состава и строения молекул силиконовые жидкости проявляют хорошую смазывающую способность для различных пар трения или вообще не обладают смазочными свойствами. Особенно существенно влияют состав и строение молекул олигомеров на реологические свойства жидкостей в широком диапазоне температур. Для некоторых структур наблюдается аномально малая зависимость вязкости от молекулярной массы, что важно для всякого рода демпфирующих устройств.

Строение органических радикалов, обрамляющих силоксановую цепь, структура силиконового каркаса, а также наличие и характер концевых групп в молекулах определяют механизм и температуру термической и термоокислительной деструкции силоксанов, что в итоге обуславливает допустимые температурные пределы эксплуатации олигомеров. Инертность или реакционная способность также зависят от строения и состава жидкости. Однако, не содержащие функциональных групп олигомеры совершенно инертны и не вызывают коррозии подавляющего числа металлов и сплавов. Они являются неагрессивными и по отношению к живым организмам.

Структура олигомеров в зависимости от метода и условий синтеза может быть разной: олигомеры линейного или разветвлённого строения, циклические или циклолинейные, либо сочетания тех и других. Они могут иметь значительную либо малую полидисперсность по молекулярно-массовому составу смеси олигомергомологов.

Область применения силиконовых жидкостей

Отмеченные особенности свойств силиконовых жидкостей определяют и области возможного применения этих соединений. Первое и основное их свойство – жидкое состояние в широком диапазоне температур – определили круг их использования в качестве жидких рабочих сред для различных приборов и механизмов, дисперсионных сред для смазочных масел и смазок, вазелинов и паст, теплоносителей. Высокие диэлектрические свойства и малая их зависимость от температуры определили использование силиконовых жидкостей в качестве жидких диэлектриков в приборах, трансформаторо- и конденсатостроении, а сочетание этих свойств с гидрофобностью – в приборах радиоэлектроники. Низкие температуры стеклования и застывания в сочетании с термостойкостью позволили успешно применить их в космической технике, самолётостроении, приборостроении; низкое поверхностное натяжение – в качестве разделительных жидкостей и антивспенивателей.

Строение силиконовых жидкостей

Жидкие полисилоксаны могут быть:

  • линейного строения:
  • циклического строения:
  • или разветвлённого строения:

Их свойства существенно различны. Линейные молекулы могут сворачиваться в спираль. Они характеризуются высокой гибкостью и свободой вращения групп вокруг связей Si-C и Si-O, обладают мало ограниченной подвижностью и минимумом свободной энергии. Особенности строения линейных олигомеров приводят к малой зависимости их вязкости и других свойств от температуры, к низким температурам стеклования и плавления, малой энергией когезии и вязкого течения. Они обладают упругой сжимаемостью.

Олигомеры с циклическим строением молекул имеют в разной степени, деформированную от планарной структуру, и напряжение валентных углов силоксановой связи. Их свободная энергия и энтропия соответственно отличаются от олигомеров с линейными молекулами. Течение таких структур заторможенное, что проявляется в большей зависимости вязкости от температуры. Циклосилоксаны легче образуют кристаллические структуры, имеют большую плотность и коэффициент преломления, менее склонны к переохлаждению и сравнительно быстро перегруппировываются по силоксановым связям в молекулы большего размера с меньшим напряжением в цикле, что сопровождается повышением средней молекулярной массы и вязкости.

Разветвлённые олигомеры в связи с ассиметричным строением обладают более рыхлой структурой, не кристаллизуются при определённом оптимальном соотношении разветвлений, при охлаждении легче образуют клубки, их реологические свойства меньше зависят от молекулярной массы и температуры.

Полидиметилсилоксановые жидкости

Наиболее широкое применение в технике получил наиболее простой класс силиконовых жидкостей – полидиметилсилоксаны.

В основном, на практике применяются два типа полидиметилсилоксанов:

  • С линейным строением
    имеют в отечественной промышленности марку «ПМС» и отличаются между собой по числу звеньев n.
  • С разветвлённым строением

имеют промышленную марку «ПМС-р» и различаются между собой по общему числу звеньев n и m, и по соотношению этих звеньев.

Полидиметилсилоксановые жидкости циклического строения в промышленности используются редко. Одним из немногих примеров может служить жидкость ПМС-200А, представляющая собой смесь олигомеров линейной и циклической структуры, и использующаяся преимущественно в качестве пеногасящей присадки.

Линейные полидиметилсилоксаны

Молекулы линейных полидиметилсилоксанов построены регулярно, симметрично. Нарушает симметрию лишь концевая, триметилсилокси- группа, которая в силу подвижности метильных радикалов, расположенных у концевого атома кремния, образует подобие «зонтичной» структуры. Эта особенность строения линейных полидиметилсилоксанов обусловливает их способность при низких температурах (-60°С …-70°С) образовывать кристаллические структуры.

В низкомолекулярных олигомерах образованию кристаллических структур мешает близкое расположение концевых групп. В таких олигомерах кристаллизация может проявляться при -70°С … -82°С. В более длинных цепях, когда концевые группы разделены длинной, регулярно построенной цепью, способность образовывать кристаллические структуры проявляется уже в интервале температур -40°С … -60°С. В этом температурном интервале полидиметилсилоксаны теряют подвижность и кристаллизуются задолго до температуры стеклования, равной -123°С.

Гибкость и спиралевидная структура молекулы полидиметилсилоксана определяет реологические свойства олигомеров. В зависимости от величины nср. они имеют вязкость от 0.65 до 1×106 мм2/с. На практике именно вязкость выступает в роли основной эксплуатационной характеристики полидиметилсилоксанов. Вязкость полидиметилсилоксанов монотонно возрастает с увеличением их молекулярной массы.

Коэффициент преломления, плотность и поверхностное натяжение, а также энергия активации процесса вязкого течения силиконовых жидкостей возрастают по мере увеличения вязкости, асимптотически приближаясь к определённым предельным значениям, и далее остаются постоянные, независимые от вязкости. Предельные значения основных физических свойств достигаются у полидиметилсилоксанов с вязкостью порядка 500 – 1000 мм2/с. Это обстоятельство даёт основание разделить их на две группы: низковязкие, для которых наблюдается зависимость свойств от вязкости, и высоковязкие, для которых такая зависимость не наблюдается. Полидиметилсилоксаны – представители этих групп по разному ведут себя при течении: первые являются ньютоновскими жидкостями, для вторых характерно аномально вязкое течение.

Сравнительно низкие значения плотности жидких полидиметилсилоксанов (820 – 980 кг/м3) объясняется наличием в них свободного вращения метильных групп вокруг связи Si-C, которое не прекращается даже при температуре -196°С. Дополнительное разрыхляющее влияние на упаковку молекул в полидиметилсилоксанах оказывает вращение отдельных фрагментов молекул вокруг связи Si-O.

Для силиконовых жидкостей характерна высокая величина сжимаемости, что связано со спиральным строением молекулярных цепей, упруго деформирующихся под давлением. Например, относительное изменение объёма при 25°С при изменении давления от 0.1 до 10 Мпа для ПМС-1 составляет 8.8%, ПМС-100 – 7.3%, тогда как относительное изменение объёма парафиновых или фторуглеродных масел при таких условиях не превышает 4.45 – 4.95%.

Жидкие полидиметилсилоксаны обладают низким поверхностным натяжением, которое при 20°С повышается от 15.5мН/м до 21 мН/м для полидиметилсилоксанов с вязкостью 100 – 150 мм2/с и выше и далее не меняется. Низкое поверхностное натяжение силиконовых жидкостей обусловливает их хорошую растекаемость на различных поверхностях и способность проявлять водоотталкивающие свойства, что широко используется на практике.

При увеличении вязкости, температуры кипения жидких полидиметилсилоксанов возрастают до 300°С, и начиная с ПМС-100 остаются постоянными. Это явление связано с началом деполимеризации силоксановой цепи при 300°С, когда кипение олигомера связано с выделением более низкомолекулярных продуктов деполимеризации.

Полидиметилсилоксаны низкой вязкости в обычных условиях горят плохо. Полидиметилсилоксаны с большей молекулярной массой сами не горят, но при нагревании деполимеризуются с образованием летучих диметилциклосилоксанов, способных гореть.

Диметилсилоксаны разветвлённого строения

Диметилсилоксаны разветвлённого строения – диметил(метил)силоксаны - выпускаюся под марками ПМС-р и цифровым индексом, характеризующим величину кинематической вязкости. Как и их линейные аналоги, они представляют собой бесцветные прозрачные жидкости с вязкостью от 1 до 400 мм2/с. Аналогично диметилсилоксанам диметил(метил)силоксаны являются смесями молекул с разной степенью полимеризации, однако их состав сложнее состава диметилсилоксанов, так как диметил(метил)силоксаны могут содержать наряду с молекулами разной степени разветвлённости и молекулы чисто линейного строения.

Главное отличие диметил(метил)силоксанов разветвлённого строения от аналогичных по вязкости линейных диметилсилоксанов заключается в отсутствии у них склонности к кристаллизации при определённом содержании разветвляющих метилсилсесквиоксановых звеньев. Такие диметил(метил)силоксаны при охлаждении заметно теряют текучесть под влиянием небольших сдвиговых усилий при температуре около -110°С, а затем стеклуются. При нагревании диметил(метил)силоксаны сразу же переходят в вязкотекучее состояние.

Основной причиной подавления кристаллизации в диметил(метил)силоксанах считается нарушение регулярности строения силоксановых цепей при введении в их состав метилсилсесквиоксановых звеньев. Оптимальным соотношением между метилсилсесквиокси- и диметилсилокси- звеньями в олигомерах типа ПМС-р следует считать соотношение порядка 1:5, при котором наблюдается минимальная температура застывания олигомеров рассматриваемого состава независимо от средней длины их цепей в пределах 8- 50 звеньев. При меньшем соотношении метилсилсесквиокси- и диметилсилокси- звеньев в олигомерах наблюдается резкое повышение температур застывания, обусловленное, вероятно, кристаллизацией содержащихся в таких олигомерах линейных диметилсилоксановых цепей, вовлекающих в процесс кристаллизации и участки цепей с диметилсилокси- звеньями разветвлённых молекул. При большем значении указанного соотношения возрастание температур застывания происходит за счёт увеличения межмолекулярного взаимодействия в таких олигомерах и значительного нарастания их вязкости.

По физическим свойствам димелил(метил)силоксановые жидкости очень близки к своим аналогам линейной структуры. Близки не только свойства олигомеров ПМС и ПМС-р при 20°С, но и характер их изменения с изменением температуры и давления. Температурные зависимости вязкости диметил(метил)силоксанов и аналогичных диметилсилоксанов совпадают. Как и в случае диметилсилоксанов при увеличении давления наблюдается значительное увеличение вязкости и тем больше, чем ниже температура.

Диэлектрическая проницаемость диметил(метил)силоксанов несколько выше, чем у димелилсилоксанов той же вязкости, и это различие остаётся и при высоких температур.

Марки и области применения полиметилсилоксанов

Ассортимент полиметилсилоксанов

Из всего ассортимента кремнийорганических жидкостей именно полидиметилсилоксаны наиболее полно представлены на рынке. В отечественной промышленности это широко известные диметилсилоксановые жидкости, выпускаемые в соответствии с ГОСТ 13032-77.

Жидкости ПМС и ПМС-р обладают широким набором свойств, зависящих от состава, строения и молекулярной массы. Основным показателем, определяющим области их применения, как уже было упомянуто, является кинематическая вязкость, величина которой входит в марку жидкостей. Олигомеры этой группы органосилоксанов классифицируют по областям применения следующим образом:

  • жидкости ПМС-1÷ПМС-2 используют в качестве охлаждающих и демпфирующих жидкостей в приборах до -60°С;
  • жидкости ПМС-10÷ПМС-1000 используют в качестве демпфирующих, амортизационных, гидравлических жидкостей в приборах и механизмах, а также дисперсионных сред для пластичных смазок, вазелинов и паст, хорошо зарекомендовавших себя, в частности, в запорной арматуре газопроводов;
  • жидкости с вязкостью выше 10000мм2/с используют в качестве демпфирующих жидкостей в приборах, демпферах крутильных колебаний в тепловозостроении и в качестве дисперсионных сред в высоковязких пластичных смазках;
  • жидкости с разветвлённым строением молекул ПМС-1р÷ПМС-3р используют в приборах и механизмах в качестве охлаждающих и демпфирующих до -100°С, а ПМС-10р÷ПМС-400р в качестве дисперсионных сред в низкотемпературных маслах и смазках и демпфирующих жидкостей.

Из иностранных аналогов жидкостей ПМС можно упомянуть линейные силиконовые жидкости WACKER AK SILICONE FLUID, выпускаемые немецкой фирмой WACKER, и имеющие кинематические вязкости от 0.65 до 1000000 мм2/с.

Поскольку диметилсилоксановые жидкости имеют низкие значения поверхностного натяжения (18 – 20 мН/м), они широко используются также в качестве антипенных добавок в минеральные масла. Хорошую растекаемость и отсутствие пузырей в лаках и покрытиях, а также высокую полирующую способность в политурах придают ПМС жидкости при небольших добавках в указанные материалы.

Хорошо зарекомендовали себя жидкие полидиметилсилоксаны в качестве неподвижной фазы в газо-жидкостной хроматографии.

Диэлектрические свойства диметилсилоксанов и характер их зависимости от температуры указывают на высокие диэлектрические качества жидкостей ПМС. Если при этом учесть, что силиконовые жидкости не образуют токопроводящих углеродных частиц при электрическом пробое или искрении, то становится понятным их применение в качестве жидких диэлектриков в трансформаторах и других электрических устройствах. Хорошо зарекомендовала себя в качестве трансформаторной жидкости полидиметилсилоксановая жидкость POWERSIL FLUID TR 50 фирмы WACKER.

Cмазывающие свойства жидкости ПМС

Жидкости ПМС обладают невысокими смазывающими свойствами при трении сталь по стали, но некоторые сочетания трущихся пар, например, бронза - сталь, латунь – пластмассы, при гидродинамической смазке жидкими полидиметилсилоксанами работают удовлетворительно. Использование ПМС в качестве жидких сред в маслах и смазках, компаундированных разными противоизносными добавками и дисперсиями, создаёт благоприятные условия для избирательной адсорбции добавок на поверхностях трения и для образования противоизносной плёнки, позволяющей существенно повышать давление и скорости скольжения.

Жидкие полидиметилсилоксаны являются коррозионно-инертными

Жидкие полидиметилсилоксаны являются коррозионно-инертными веществами. В нормальных условиях и при нагревании до 100°С - 150°С они не вызывают коррозии и не изменяются сами в течение длительного времени при пропускании воздуха в контакте с алюминиевыми и магниевыми сплавами, бронзами, углеродистыми и легированными сталями, титановыми сплавами. Свойства жидкостей ПМС не изменяются при температурах до 100°С в атмосфере воздуха в течение 200 часов при контакте с перечисленными сплавами. При температурах 65°С - 100°С ПМС не изменяют своей вязкости и не вызывают значительного набухания или вымывания многих полимеров и полимерных материалов.

Силиконовые жидкости биологически инертны

Ещё одной полезной особенностью силиконовых жидкостей является их биологическая инертность, поэтому они широко используются в медицине, косметике и даже в пищевой промышленности.

Например, пищевая добавка Е900 представляет собой ни что иное, как жидкий полидиметилсилоксан и играет роль пеногасителя при промышленном производстве продуктов питания. Также добавка применяется как связующий агент, стабилизатор, текстуратор, антикомкователь и антислеживатель.

В основном пищевой антифламинг Е900 добавляется во фритюрные жиры и масла, некоторые виды соков, консервированные фрукты и овощи, которые выпускаются как в стеклянной, так и в металлической таре. Кроме того, вещество нередко входит в состав джемов, мармелада, повидла, желе, и других продуктов питания, основу которых составляют фрукты.

Помимо этого добавку Е900 можно встретить в изделиях, которые изготавливаются из зерновых, в концентрированных, а затем консервированных бульонах и супах. Добавляется полидиметилсилоксан и в безалкогольные напитки, вина, сидр, жидкое взбитое тесто, готовые смеси для омлетов, а также жевательную резинку.

Начиная с 70-х годов XX века силиконовые жидкости активно используются в средствах персонального ухода и декоративной косметики. Наибольшее распространение получили циклопентасилоксан D5 и полидиметилсилоксан, в косметике известный как диметикон. Среди самых распространённых задач силиконов в косметике: сохранение влаги, сохранение цвета, разглаживание волос и кожи, фиксирование средства на коже, противодействие проникновения в продукт влажности или пота. Силиконы не оставляют ощущения липкости или жирности. Их свойство удерживать средство на коже используется в водостойких продуктах, а также в солнцезащитных продуктах. Диметикон содержится в большинстве популярных шампуней Pantene.

Влияние заместителей у атома кремния на свойства олигомеров

Если в обрамление силоксановых цепей изменять органическую часть, начиная с монотонного строения молекул диметилсилоксанов только с метильными группами у атома кремния и внося в их строение элементы асимметрии, жёсткости, полярности, конформационную заторможенность и т.п., то свойства олигомеров существенно изменяются.

Это явление подтверждается изменением свойств органосилоксанов по мере усложнения структуры диметилсилоксанов путём замены в них части метильных радикалов на другие алкильные или арильные радикалы. Введение в обрамление цепи молекул, например, алкильных групп с числом атомов углерода два и более и изостроения вместо метильных у каждого атома кремния, существенно влияют на вязкость, температуры стеклования и застывания, энергию активации вязкого течения и температурный коэффициент вязкости. Увеличение числа атомов углерода в цепях алкила, то есть рост длины углеродной цепи закономерно понижает плотность, повышает температуру застывания и стеклования, коэффициент преломления, энергию активации вязкого течения и температурный коэффициент вязкости. Такие изменения могут быть объяснены, с одной стороны, увеличением рыхлости структуры молекул олигомера, приводящей к уменьшению плотности упаковки, с другой, - ростом межмолекулярного взаимодействия и уменьшением конформационной подвижности за счёт увеличения числа межмолекулярных зацеплений между длинными алкилами.

Такое же влияние на реологические свойства олигомеров наблюдается при использовании в обрамлении цепи диметилсилоксанов других видов асимметрии, например, введение атома водорода у атома кремния или разветвления за счёт трифункционального звена в цепи.

Полидиэтилсилоксаны

При замене обоих метильных радикалов у атома кремния этильными, мы сталкиваемся с новым классом органосилоксанов – полидиэтилсилоксаны, - которые приобрели большое практическое значение. Диэтилсилоксаны представляют собой смесь полимергомологов преимущественно линейной структуры общей формулы

с примесью циклических соединений [(С2Н5)2SiO]n и олигомеров разветвлённой структуры.

Диэтилсилоксаны являются прозрачными жидкостями с вязкостью от 1.5 до 1×106 мм2/с, зависящей от степени полимеризации. Эти жидкости имеют значительно более низкие температуры стеклования и застывания в сравнении с диметилсилоксанами, но влияние температуры на их вязкости существеннее. Диэтилсилоксаны имеют более высокую вязкость при 20°С, чем метилсилоксанами со сравнимой длиной цепи. Главное отличие диэтилсилоксанов заключается в экстремально низкой температуре потери текучести, которая в 1.5 – 2 раза ниже, и достигают -135°С ÷ 140°С.

В отечественной промышленности полидиэтилсилоксаны выпускаются под марками ПЭС. Они хорошо растворимы в большинстве органических растворителей и в отличие от других органосилоксанов полностью совмещаются с минеральными маслами, что обусловило широкое использование их в качестве основ масел и смазок.

Состав промышленных диэтилсилоксанов сложен, в общем случае они являются смесями молекул разной степени полимеризации и различного строения от чисто линейных до разветвлённых и циклических.

Замена в органосилоксанах метильных заместителей на этильные ограничивает свободу вращения атомов и групп вокруг связей ≡Si-O- и ≡Si-C≡. Это приводит к увеличению жёсткости цепей и тем самым препятствует реализации спиралеобразных конформаций силоксановых цепей и полной внутримолекулярной компенсации диполей полярных связей ≡Si-O-. Такое же влияние оказывает и разветвлённая структура некоторых диэтилсилоксанов.

С другой стороны, этильные заместители и разветвления препятствуют плотной упаковке цепей, что приводит к большим межцепным расстояниям в диэтилсилоксанах по сравнению с диметилсилоксанами и к снижению межмолекулярного взаимодействия.

Преобладающая область применения полидиэтилсилоксановых жидкостей:

  • ПЭС-1,
  • ПЭС-2,
  • ПЭС-3,
  • ПЭС-4,
  • ПЭС-5,
  • ПЭС-7,
  • ПЭС-С-1 (жидкость 132-24),
  • ПЭС-С-2 (жидкость 132-25).

Это использование их в качестве дисперсионной среды в маслах и смзках.

Температурные пределы эксплуатации жидких ПЭС лежат в интервале температур от -70°С÷-100°С до 125°÷150°С.

В зависимости от вязкости ПЭС классифицируются по областям применения следующим образом:

  • ПЭС-1, ПЭС-2 – низковязкие с температурой стеклования до -140°С – используют в качестве охлаждающих теплоносителей и рабочих жидкостей в гидравлических системах;
  • ПЭС-3 – в гидравлических системах и в качестве компонента полировальных составов;
  • ПЭС-4, ПЭС-7 с вязкостью в пределах 42 – 48 мм2/с при 20°С и с низкой температурой стеклования (-130°С) хорошо смешиваются с нефтяными маслами и другими органическими маслами, используют в качестве основы низкотемпературных приборных и гидравлических жидкостей и масел;
  • ПЭС-5 – теплоноситель, демпфирующая жидкость в приборах, дисперсионная среда в пластичных и разделительных смазках, компоненты полировально-очистительных составов, замасливателя в производстве синтетических волокон.

На основе ПЭС созданы широко известные смазки ЦИАТИМ-221, ВНИИНП-207, 219, 231.

Отличительной особенностью жидких полидиметилсилоксанов является полная совместимость с минеральными маслами и другими органическими продуктами. Добавка ПЭС к углеводородам улучшает низкотемпературную характеристику последних. Так смеси ПЭС-4 с маслами МС-14 и АУ имеют более низкие температуры потери текучести и удовлетворительную вязкость при температуре -50°С.

В некоторых оптимальных соотношениях смеси диэтилсилоксанов с углеводородами проявляют высокую смазочную активность. Предполагают, что механизм действия добавок органосилоксанов к нефтяным маслам заключается в разложении доэтилсилоксанов при трении с образованием двух поверхностных слоёв: первый очень высокой твёрдости (кремний) и второй – мягкий слой оксидов, выполняющий функцию смазки. Возможно также образование химических соединений другого состава, уменьшающих трение. Соотношением этих двух слоёв определяются смазочные свойства растворов диэтилсилоксанов в углеводородных средах.

При использовании смесей полидиметилсилоксанов и минеральных масел созданы приборные низкотемпературные масла марок 132-07, 132-08, 132-19, 132-20, 132-21, приборные смазки ОКБ-122-7, ОКБ-122-7-5, МЗ-5, морозостойкие смазки Северол-1, Унизол-3М.

Полидиэтилсилоксановые жидкости применяют в качестве рабочего масла диффузионных вакуум-насосов. Они выпускаются под маркой ПЭС-В и отличаются от органических вакуумных жидкостей повышенной термоокислительной стабильностью.

Полиметилфенилсилоксаны

С введением в обрамление цепи органосилоксанов фенильных радикалов образуется отдельная обширная группа полиметилфенилсилоксанов со специфическими заданными свойствами.

Полиметилфенилсилоксановые жидкости различаются по строению молекул и по соотношению в них метильных и фенильных радикалов.

(I)

(II)

R3-Si- = (Ch4)3-Si- , (Ch4)2(C6H5)-Si- , (Ch4)(C6H5)2-Si- или (C6H5)3-Si-.

Цепи молекул полиметилфенилсилоксанов могут состоять из метилфенилсилокси- звеньев (I) или диметил- и метилфенилсилокси- (II) или диметил- и дифенилсилокси- звеньев. При одинаковом соотношении в них метильных и фенильных радикалов свойства их близки. Наиболее существенное влияние на свойства оказывает структура молекул – линейная или циклическая.

Линейные молекулы метилфенилсилоксанов могут иметь широкий спектр молекулярных масс, который и определяет их вязкость.

Циклические метилфенилсилоксаны не достигают значительных величин молекулярных масс. Практически используют метилфенилциклотри- или тетрасилоксаны или смесь три, тетра и пентациклосилоксанов с разным соотношением в них диметил-, метилфенил- или дефинилсилокси- звеньев.

Отечественная промышленность выпускает большое число марок полиметилфенилсилоксановых жидкостей самого разного назначения, которые можно разбить на 4 группы.

Группа I – ω,ω’-гексаметилолигодиметил(метилфенил)силоксаны, являющиеся полидисперсными смесями линейных молекул общей формулы.

с разной степенью полимеризации и разным соотношением n:m (от 10 до 1.5). Распределение метилфенилсилокси- звеньев в молекулах имеет статистический характер.

К этой группе относятся следующие марки метилфенилсилоксанов: ФМ-5, ФМ-5, 6АП, 133-79 (или ФМ-1322), Сополимер 2, ФМ-6, ФМ-6ВВ, 133-158 (или ФМ-1322/300), Сополимер 2/300, Сополимер 5, Сополимер 3.

Группа II – ω,ω’-гексаметилолигометилфенилсилоксаны, также являющиеся полидисперсными смесями линейных молекул общей формулы

различной степени полимеризации. К этой группе относятся жидкость ПФМС-2/5л, ПФМС-2 и ПФМС-4.

Группа III – ω,ω’-диметилтетрафенилолигометилфенилсилоксаны, являющиеся полидисперсными смесями молекул общей формулы

c разной степенью полимеризации. Марки промышленного выпускаемых жидкостей этой группы: ФМ-1, ФМ-2, 133-165 (или ПФМС-5), 133-57 (или ПФМС-6).

Группа IV – олигометилфенилсилоксаны двух марок. Олигомер 133-35 (или МФТ-1) представляет собой тетраметилтетрафенилциклотетрасилоксан, а олигомер 133-38 (или ПФМС-13) – смесь метилфенилциклосилоксанов общей формулы

Все полиметилфенилсилоксаны представляют собой прозрачные бесцветные или слегка желтоватые жидкости. Наиболее вязкие олигомеры – 133-165 и 133-57 – могут иметь окраску от светло-жёлтой до светло-коричневой.

Из иностранных метилфенилсилоксановых жидкостей хорошо себя зарекомендовали жидкости фирмы WACKER – WACKER AP 200 SILICONE FLUID, WACKER AP 1000 SILICONE FLUID, представляющие собой полидиметилсилоксановые жидкости с высоким содержанием фенильных групп, WACKER AR 200 SILICONE FLUID, а также WACKER AS 100 SILICONE FLUID с низкой долей фенильных групп.

Введение фенильных групп в состав органосилоксанов значительно повышает уровень межмолекулярных взаимодействий за счёт увеличения жёсткости цепей молекул, ограничения свободы вращения атомов и групп атомов вокруг связей ≡Si-O- и ≡Si-C≡, а также за счёт появления специфических межмолекулярных взаимодействий, обусловленных присутствием в составе рассматриваемых олигомеров ароматических ядер. В результате изменяются физические свойства олигомеров.

Основное отличие полиметилфенилсилоксановых жидкостей от полидиметилсилоксановых заключается в повышенной термоокислительной и термической стойкости. Фенилльный радикал у атома кремния в сочетании с метильным повышает термическую и термоокислительную стабильность органосилоксанов на 50°С - 70°С, повышая при этом и температуру плавления, а также зависимость вязкости от температуры. Особенно сильное влияние на термостойкость и другие свойства метилфенилсилоксанов оказывает число фенильных радикалов в концевых группах олигомеров.

Метилфенилсилоксаны обладают также повышенной радиационной стойкостью, арильные группы которых, как и в органических ариленах, рассеивают энергию излучения сопряжёнными двойными связями ароматических колец.

Основные направления практического применения метилфенилсилоксановых жидкостей:

  • высоковакуумные масла для диффузионных насосов;
  • теплоносители для высоких и низких температур;
  • дисперсионные среды для термостойких масел и смазок.

Предел допустимых температур использования метилфенилсилоксанов лежит в широком диапазоне от -20°С÷-100°С до 200°С÷350°С в зависимости от состава, степени полимеризации и содержания фенильных заместителей в молекулах.

Характерное для метилфенилсилоксанов сочетание повышенной термостойкости, низких температур стеклования, низкое давление паров, совместимость с органическими средами определяет области их применения, которые можно классифицировать по маркам олигомеров следующим образом:

  • жидкости ФМ-5, ФМ-6, ФМ-5,6АП используют в качестве дисперсионных сред низкотемпературных масел и смазок, в малонагруженных высокоскоростных шарикоподшипниках и в фреоновых холодильных машинах, а также в качестве охлаждающих теплоносителей;
  • жидкости 133-79, 133-158, Сополимер 5 и Сополимер 3 используют в качестве термостойких и низкотемпературных сред в маслах и смазках, работоспособных в широком диапазоне температур и в глубоком вакууме. Их используют также в качестве теплоносителей и жидкостей для гидравлических систем;
  • жидкости ПФМС-2/5л, ФМ-1, ФМ-2, 133-35 и 133-38 используют в диффузионных вакуумных насосах с предельным вакуумом от 133.322 нПа до 13.332 мкПа;
  • жидкости ПФМС-4, 133-165 и 133-57 используют в качестве высокотемпературных и трудновоспламеняемых теплоносителей, диэлектриков, рабочих и дисперсионных сред для смазок и масел, неподвижных фаз газожидкостной хроматографии.

Области использования метилфенилсилоксанов для получения консистентных смазок охватывают как термостойкие смазки, вакуумные антифрикционные, так и специальные приборные, электроконтактные, уплотнительные и противозадирные смазки.

Наиболее ценными и высококачественными материалами на основе метилфенилсилоксанов, не имеющими по вакуумным свойствам аналогов среди других классов химических соединений, являются диффузионные масла для высоковакуумных насосов на предельный вакуум в насосе до 13.3 мкПа.

Полярные группы или атомы в органических радикалах органосилоксанов вносят свой вклад в свойства олигомеров. Обычно их используют для повышения смазывающих свойств органосилоксановых жидкостей при сохранении основных свойств или для достижения других заданных характеристик.

Метил(галогенооргано)силоксаны

Типичными представителями таких олигомеров являются органосилоксаны с галогеном в органических радикалах – метил(галогенооргано)силоксаны. Они становятся более полярными, обладают улучшенной смазывающей способностью и ограниченной горючестью, изменяется их растворимость и совместимость с органическими средами. Одновременно повышается уровень межмолекулярного взаимодействия, вязкость и её зависимость от температуры, температуры застывания и стеклования. Однако эти нежелательные изменения компенсируются значительным повышением смазывающей способности и полярности.

Структура молекул метил(галогенооргано)силоксанов, как и других органосилоксанов, может быть линейной, разветвлённой или циклической, и все закономерности свойств олигомеров, связанные со структурой молекул, для данных олигомеров аналогичны другим органосилоксанам.

Отечественная промышленность выпускает три типа метил(галогенооргано)силоксанов:

  • метил(хлорфенил)силоксаны,
  • метил-γ-трифторпропилсилоксаны
  • метил(галогенооргано)силоксаны, содержащие как γ-трифторпропильные, так и хлорфенильные заместители.

Все названные метил(галогенооргано)силоксаны представляют собой прозрачные бесцветные или светло-жёлтые жидкости, хорошо растворимые в таких полярных растворителях, как ацетон, метилэтилкетон, этилацетат, изопропиловый спирт, фреон-13 и т.д.

По своей природе промышленные метил(галогенооргано)силоксаны являются сложными смесями молекул, отличающихся между собой как степенью полимеризации, так и составом.

Диметилхлорфенилсилоксаны

В настоящее время в качестве смазывающих веществ широко используют диметилхлорфенилсилоксаны. Полагают, что атомы в хлорорганосилоксанах активируются в горячих точках при трении металла о металл и атомы хлора с металлом образуют тонкую плёнку хлорида металла на поверхности, что способствует снижению сил трения и предотвращает заедание. Активность атомов хлора диметил(метилхлорфенил)силоксанов при трении зависит от их числа в фенильном радикале, расположения хлорфенильных радикалов в полимерной цепи и от общего содержания хлора в олигомерах.

Исследование и сравнение смазывающих свойств органохлорфенилсилоксанов и органофторпропилсилоксанов показало, что при граничном трении механизм смазывания трущихся пар различен. Не вдаваясь в подробности, интересен конечный вывод исследования – при небольших нагрузках смазывающие свойства лучше у диметил-метил-γ-трифторпропилсилоксанов, а при высоких – у олигодимелил-метил-хлорфенилсилоксанов.

Получается, что для получения жидких олигомеров с хорошими смазывающими свойствами в широком диапазоне нагрузок целесообразно совмещение указанных двух типов органосилоксанов в одну систему.

Одновременное присутствие дихлорфенильного и γ-трифторпропильного радикалов в молекуле органосилоксана даёт эффект синергизма при граничном трении. Соответственно, диметил-(метилдихлорфенил)-(метил-γ-трифторпропил)силоксаны обладают лучшими смазывающими свойствами, чем диметил-(метилдихлорфенил)силоксаны и диметил-метил-γ-трифторпропилсилоксаны, отдельно взятые. Такие силиконовые жидкости выпускаются промышленностью (жидкости 169-36, 169-106, 169-168).

Итак, основными областями применения метил(галогенооргано)силоксанов являются смазочные материалы и жидкости, работающие в условиях граничного и гидродинамичного трения.

Одной из наиболее существенных областей применения являются гидравлические системы, эксплуатирующиеся при повышенных температурах (200 - 250°С). Для этих целей была создана диметил(метилдихлорфенил)силоксановая жидкость ХС-2-1, которая не вызывает коррозии при температурах до 250°С в течении 100 часов алюминиевых сплавов АЛ-9, бронзы, стали ШХ-15, 12ХНЗА.

Жидкости на основе метил(фтороргано)силоксанов с соответствующими противоизносными добавками и антиоксидантами обладают хорошими смазывающими свойствами при температурах до 300°С при использовании в узлах трения, работающих в гидродинамическом режиме.

Метилфторхророрганосилоксаны работоспособны при температурах до 250°С в гидравлических системах, гидроамортизаторах и других системах с узлами трения сталь по стали, обладая в таких условиях повышенной смазывающей способностью и стабильными характеристиками.

Метил(галогенооргано)силоксаны успешно применяют в качестве дисперсионных сред для термостойких ( до 250°С - 350°С) смазок с пигментами-загустителями, литиевыми мылами и различными антиоксидантами. Некоторые из них работоспособны в вакууме до 10 нПа при температурах от -80°С до 160°С в малонагруженных подшипниках качения и маломощных редукторах, эксплуатируемых в высоком вакууме.

В последнее время установлены новые уникальные области применения метилфторорганосилоксанов и олигометилфторхлорорганосилоксанов для консервации изделий и предметов материальной культуры из дерева, керамики, кожи и др. с целью их защиты от разрушения насекомыми (древоточцами) и от действия неблагоприятных факторов окружающей среды. Эти олигомеры оказались высокоэффективными антивспенивателями в химической чистке одежды. На основе метил(галогенооргано)силоксанов разработана композиция 137-183, имеющая название «Пластоль» для изготовления слепков и отливов палеонтологических и археологических объектов, представляющих большую научную и художественную ценность.

Препарат на основе метил(галогенооргано)силоксанов 169-116, имеющий марку «Антишашелин», оказался биологически активным по отношению к насекомым-древоточцам, полностью уничтожая их при малых дозах (0.1% раствор), оставаясь при этом нетоксичным по отношению к теплокровным организмам.

Органоалкоксисилоксаны

Проблема повышения смазывающей способности и поверхностной активности органосилоксанов наряду с сохранением термостойкости и совместимости их с разными средами привела к исследованию и синтезу обширной группы органоалкоксисилоксанов.

На практике наиболее широко применяются органо(2-этилгексокси)силоксановые жидкости.

Основное влияние на свойства этого ряда олигомеров оказывают объём и природа органического радикала. Особенно чувствительны к этим факторам коэффициент преломления, вязкость, температура застывания, энергия активации вязкого течения, т.е. характеристики, связанные с полярностью радикала, межмолекулярным взаимодействием и конформационной подвижности молекул. Температура застывания большинства рассматриваемых олигомеров лежит ниже -100°С или около этой величины, что объясняется асимметрией строения молекул, препятствующей плотной упаковке и кристаллизации при охлаждении.

Среди разработанных и исследованных органоалкоксисиланов лучшими эксплуатационными свойствами обладают фенил-(2-этилгексокси)силоксаны (ПФГОС-4 и ПФГОС-3) и тиенил-(2-этилгексокси)силоксан (ПТГОС-3). Эти олигомеры хорошо смазывают трущиеся металлические пары, смешиваются со многими органическими и фторорганическими жидкостями и маслами, имеют высокую активность как пеногасители, инертны к фреонам и конструкционным материалам, применяемым в холодильных машинах. Они стабильны при температурах до 150°С и застывают при температуре ниже -65°÷-75°С. Такой комплекс свойств определил области применения указанных органосилоксанов.

В связи с хорошей совместимостью с фреонами олигомер ПФГОС-4 применяют в качестве смазочного масла в холодильной технике. Масло ПФГОС-4 в смеси с фреоном Ф-22 инертно по отношению к резине ИРП-1068, графиту, отверждённому бакелитовому лаку. Оно также рекомендовано для применения для тяжелонагруженных быстроходных компрессоров. Кроме того, оно испытано и рекомендовано в качестве смазочного масла для бессальниковых компрессоров с уплотнителями из фторопластовых колец.

Хорошие диэлектрические свойства олигомера ПФГОС-4 позволяют применять её для электроконтактной пасты. Масло ПФГОС-4 хорошо гасит пену в водно-гликолевых смесях. С учётом этого свойства на его основе разработаны водно-гликолевые охлаждающие жидкости для двигателей автомобилей и для литьевых машин.

Жидкость ПФГОС-3 используется в гидравлических муфтах забойных конвейеров и наиболее полно соответствует требованиям к амортизаторным жидкостям для автомобиле- и тракторостроении.

Реакционноспособные органосилоксаны

Среди различных групп кремнийорганических жидкостей особняком стоят реакционноспособные органосилоксаны, нашедшие широкое практическое применение для гидрофобизации поверхности различных материалов, - алкилгидридсилоксаны и алкилсилоксаноляты щелочных и других металлов.

Представителями первых являются метилгидридсилоксаны и этилгидридсилоксаны. В обоих случаях реакционноспособной по отношению к активной поверхности выступает ≡Si-H связь, которая легко взаимодействует с гидроксильными группами или связью кислород – металл, образуя валентную ≡Si-O- связь с поверхностью материала. Алкильный радикал, связанный с атомом кремния, при этом ориентируется от поверхности, придавая ей гидрофобные свойства. Таким образом, на поверхности образуется тончайшая плёнка полиалкилсилоксана, не смываемая и не удаляемая обычными способами.

Молекулы таких олигомеров могут быть линейными

или циклическими

Реакционная способность таких олигомеров различна. В случае алкилгидридциклосилоксана активная поверхность может не только взаимодействовать с ≡Si-H связью, но и вызывать раскрытие цикла по Si-O-Si связи и взаимодействовать со связями раскрытого цикла по типу реакции теломеризации. Такая возможность делает алкилгидридциклосилоксаны более универсальными гидрофобизаторами, что реализуется на практике в гидрофобизирующих жидкостях ГКЖ-94 и ГКЖ-94М.

Основными областями применения алкилгидридсилоксанов является строительство, текстильная и лёгкая промышленность.

В гидрофобизаторах типа алкилсилоксанолятов металлов

(R – алкил, Me – Na, Al)
реакционноспособной по отношению к поверхности строительных материалов является связь ≡Si-OMe, которая вступая в реакции замещения с гидроксидами или солями (например, цементом), также образует плёнку полиалкилсилоксана. Эта плёнка, привязанная силоксановой связью к поверхности, также имеет ориентированные от поверхности алкильные радикалы, придающие ей гидрофобные свойства.

В крупном промышленном масштабе выпускаются и нашли широкое применение алкилсиликонаты натрия: ГКЖ-10 (этилсиликонат натрия) и ГКЖ-11 (метилсиликонат натрия). Они растворимы в воде, не имеют запаха, не опасны в обращении.

Широкое применение получили кремнийорганические гидрофобизаторы в строительстве для повышения долговечности и в первую очередь морозостойкости тяжёлого и лёгкого бетона и железобетона в тяжёлых условиях эксплуатации: при попеременном замораживании и оттаивании, увлажнении и высыхании, капиллярном подсосе и испарении солевых растворов, а также при длительном и непрерывном воздействии растворов солей.

Жидкости ГКЖ-94, ГКЖ-10 и ГКЖ-11 используют для повешения трещинностойкости и формоустойчивости тяжёлых и лёгких бетонов. ГКЖ-10 и ГКЖ-11 повышают атмосферостойкость цементно-песчаных растворов, бетонов, кирпича, гипса, туфов, известняков, а также долговечности покрытий из силикатных и известковых красок.

Заключение

Рассмотренные выше силиконовые жидкости наиболее широко применяются в промышленности в различных сферах. Тем не менее, продолжаются исследования по получению и изучению свойств многих других классов кремнийорганических жидкостей. К примеру, достаточно перспективными классами являются органосилоксановые жидкости с объёмными радикалами у атома кремния (адамантил, карборан), органосилоксаны с гетерозвеньями, гетероциклами и гетероатомами.

 

Следующая новость

Силиконовые жидкости - свойства, область применения и строени

Содержание:

Силиконовые жидкости (кремнийорганические жидкости, силиконовые масла) – олигоорганосилоксаны, не содержащие функциональных групп для последующей полимеризации, с замкнутыми концевыми не реакционноспособными звеньями. Представляют собой жидкости с разной вязкостью, температурой застывания и стеклования, термостойкостью и другими свойствами.

Свойства силиконовых жидкостей

Силиконовые жидкости представляют собой обширную группу высокоэффективных олигомерных веществ с комплексом свойств, присущим только этому классу полимерных соединений, и не повторяющимся ни в одном из других известных в настоящее время природных или синтетических материалов.

Они обладают низкими температурами стеклования и потери текучести (-60°С … -130°С) и одновременно высокой термостойкостью (200°С … 350°С), низким давлением насыщенных паров и малой летучестью, малой зависимостью вязкости, диэлектрических и других свойств от температуры, значительной сжимаемостью и высоким давлением затвердевания, малым поверхностным натяжением (18 – 26 мН/м) и высокой подвижностью, высокой гидрофобностью и лиофильностью, малой зависимостью вязкости от скорости сдвига при сохранении широкого диапазона ньютоновского течения при вязкости до 1500 мм2/с. Для некоторых жидких силоксанов характерно значительное повышение параметров теплофизических свойств (теплоёмкости и теплопроводности) в критических и закритических областях давления и температуры.

В зависимости от состава и строения силиконовые жидкости смешиваются в любых соотношениях со многими органическими средами либо полностью не смешиваются.

Радиационная стойкость жидких силоксанов также зависит от состава и строения молекул. Они могут проявлять высокую стойкость (до 2 Мрад), либо они сшиваются с образованием геля при дозе (1.5 - 3)×104 рад.

В зависимости от состава и строения молекул силиконовые жидкости проявляют хорошую смазывающую способность для различных пар трения или вообще не обладают смазочными свойствами. Особенно существенно влияют состав и строение молекул олигомеров на реологические свойства жидкостей в широком диапазоне температур. Для некоторых структур наблюдается аномально малая зависимость вязкости от молекулярной массы, что важно для всякого рода демпфирующих устройств.

Строение органических радикалов, обрамляющих силоксановую цепь, структура силиконового каркаса, а также наличие и характер концевых групп в молекулах определяют механизм и температуру термической и термоокислительной деструкции силоксанов, что в итоге обуславливает допустимые температурные пределы эксплуатации олигомеров. Инертность или реакционная способность также зависят от строения и состава жидкости. Однако, не содержащие функциональных групп олигомеры совершенно инертны и не вызывают коррозии подавляющего числа металлов и сплавов. Они являются неагрессивными и по отношению к живым организмам.

Структура олигомеров в зависимости от метода и условий синтеза может быть разной: олигомеры линейного или разветвлённого строения, циклические или циклолинейные, либо сочетания тех и других. Они могут иметь значительную либо малую полидисперсность по молекулярно-массовому составу смеси олигомергомологов.

Область применения силиконовых жидкостей

Отмеченные особенности свойств силиконовых жидкостей определяют и области возможного применения этих соединений. Первое и основное их свойство – жидкое состояние в широком диапазоне температур – определили круг их использования в качестве жидких рабочих сред для различных приборов и механизмов, дисперсионных сред для смазочных масел и смазок, вазелинов и паст, теплоносителей. Высокие диэлектрические свойства и малая их зависимость от температуры определили использование силиконовых жидкостей в качестве жидких диэлектриков в приборах, трансформаторо- и конденсатостроении, а сочетание этих свойств с гидрофобностью – в приборах радиоэлектроники. Низкие температуры стеклования и застывания в сочетании с термостойкостью позволили успешно применить их в космической технике, самолётостроении, приборостроении; низкое поверхностное натяжение – в качестве разделительных жидкостей и антивспенивателей.

Строение силиконовых жидкостей

Жидкие полисилоксаны могут быть:

  • линейного строения:
  • циклического строения:
  • или разветвлённого строения:

Их свойства существенно различны. Линейные молекулы могут сворачиваться в спираль. Они характеризуются высокой гибкостью и свободой вращения групп вокруг связей Si-C и Si-O, обладают мало ограниченной подвижностью и минимумом свободной энергии. Особенности строения линейных олигомеров приводят к малой зависимости их вязкости и других свойств от температуры, к низким температурам стеклования и плавления, малой энергией когезии и вязкого течения. Они обладают упругой сжимаемостью.

Олигомеры с циклическим строением молекул имеют в разной степени, деформированную от планарной структуру, и напряжение валентных углов силоксановой связи. Их свободная энергия и энтропия соответственно отличаются от олигомеров с линейными молекулами. Течение таких структур заторможенное, что проявляется в большей зависимости вязкости от температуры. Циклосилоксаны легче образуют кристаллические структуры, имеют большую плотность и коэффициент преломления, менее склонны к переохлаждению и сравнительно быстро перегруппировываются по силоксановым связям в молекулы большего размера с меньшим напряжением в цикле, что сопровождается повышением средней молекулярной массы и вязкости.

Разветвлённые олигомеры в связи с ассиметричным строением обладают более рыхлой структурой, не кристаллизуются при определённом оптимальном соотношении разветвлений, при охлаждении легче образуют клубки, их реологические свойства меньше зависят от молекулярной массы и температуры.

Полидиметилсилоксановые жидкости

Наиболее широкое применение в технике получил наиболее простой класс силиконовых жидкостей – полидиметилсилоксаны.

В основном, на практике применяются два типа полидиметилсилоксанов:

  • С линейным строением
    имеют в отечественной промышленности марку «ПМС» и отличаются между собой по числу звеньев n.
  • С разветвлённым строением

имеют промышленную марку «ПМС-р» и различаются между собой по общему числу звеньев n и m, и по соотношению этих звеньев.

Полидиметилсилоксановые жидкости циклического строения в промышленности используются редко. Одним из немногих примеров может служить жидкость ПМС-200А, представляющая собой смесь олигомеров линейной и циклической структуры, и использующаяся преимущественно в качестве пеногасящей присадки.

Линейные полидиметилсилоксаны

Молекулы линейных полидиметилсилоксанов построены регулярно, симметрично. Нарушает симметрию лишь концевая, триметилсилокси- группа, которая в силу подвижности метильных радикалов, расположенных у концевого атома кремния, образует подобие «зонтичной» структуры. Эта особенность строения линейных полидиметилсилоксанов обусловливает их способность при низких температурах (-60°С …-70°С) образовывать кристаллические структуры.

В низкомолекулярных олигомерах образованию кристаллических структур мешает близкое расположение концевых групп. В таких олигомерах кристаллизация может проявляться при -70°С … -82°С. В более длинных цепях, когда концевые группы разделены длинной, регулярно построенной цепью, способность образовывать кристаллические структуры проявляется уже в интервале температур -40°С … -60°С. В этом температурном интервале полидиметилсилоксаны теряют подвижность и кристаллизуются задолго до температуры стеклования, равной -123°С.

Гибкость и спиралевидная структура молекулы полидиметилсилоксана определяет реологические свойства олигомеров. В зависимости от величины nср. они имеют вязкость от 0.65 до 1×106 мм2/с. На практике именно вязкость выступает в роли основной эксплуатационной характеристики полидиметилсилоксанов. Вязкость полидиметилсилоксанов монотонно возрастает с увеличением их молекулярной массы.

Коэффициент преломления, плотность и поверхностное натяжение, а также энергия активации процесса вязкого течения силиконовых жидкостей возрастают по мере увеличения вязкости, асимптотически приближаясь к определённым предельным значениям, и далее остаются постоянные, независимые от вязкости. Предельные значения основных физических свойств достигаются у полидиметилсилоксанов с вязкостью порядка 500 – 1000 мм2/с. Это обстоятельство даёт основание разделить их на две группы: низковязкие, для которых наблюдается зависимость свойств от вязкости, и высоковязкие, для которых такая зависимость не наблюдается. Полидиметилсилоксаны – представители этих групп по разному ведут себя при течении: первые являются ньютоновскими жидкостями, для вторых характерно аномально вязкое течение.

Сравнительно низкие значения плотности жидких полидиметилсилоксанов (820 – 980 кг/м3) объясняется наличием в них свободного вращения метильных групп вокруг связи Si-C, которое не прекращается даже при температуре -196°С. Дополнительное разрыхляющее влияние на упаковку молекул в полидиметилсилоксанах оказывает вращение отдельных фрагментов молекул вокруг связи Si-O.

Для силиконовых жидкостей характерна высокая величина сжимаемости, что связано со спиральным строением молекулярных цепей, упруго деформирующихся под давлением. Например, относительное изменение объёма при 25°С при изменении давления от 0.1 до 10 Мпа для ПМС-1 составляет 8.8%, ПМС-100 – 7.3%, тогда как относительное изменение объёма парафиновых или фторуглеродных масел при таких условиях не превышает 4.45 – 4.95%.

Жидкие полидиметилсилоксаны обладают низким поверхностным натяжением, которое при 20°С повышается от 15.5мН/м до 21 мН/м для полидиметилсилоксанов с вязкостью 100 – 150 мм2/с и выше и далее не меняется. Низкое поверхностное натяжение силиконовых жидкостей обусловливает их хорошую растекаемость на различных поверхностях и способность проявлять водоотталкивающие свойства, что широко используется на практике.

При увеличении вязкости, температуры кипения жидких полидиметилсилоксанов возрастают до 300°С, и начиная с ПМС-100 остаются постоянными. Это явление связано с началом деполимеризации силоксановой цепи при 300°С, когда кипение олигомера связано с выделением более низкомолекулярных продуктов деполимеризации.

Полидиметилсилоксаны низкой вязкости в обычных условиях горят плохо. Полидиметилсилоксаны с большей молекулярной массой сами не горят, но при нагревании деполимеризуются с образованием летучих диметилциклосилоксанов, способных гореть.

Диметилсилоксаны разветвлённого строения

Диметилсилоксаны разветвлённого строения – диметил(метил)силоксаны - выпускаюся под марками ПМС-р и цифровым индексом, характеризующим величину кинематической вязкости. Как и их линейные аналоги, они представляют собой бесцветные прозрачные жидкости с вязкостью от 1 до 400 мм2/с. Аналогично диметилсилоксанам диметил(метил)силоксаны являются смесями молекул с разной степенью полимеризации, однако их состав сложнее состава диметилсилоксанов, так как диметил(метил)силоксаны могут содержать наряду с молекулами разной степени разветвлённости и молекулы чисто линейного строения.

Главное отличие диметил(метил)силоксанов разветвлённого строения от аналогичных по вязкости линейных диметилсилоксанов заключается в отсутствии у них склонности к кристаллизации при определённом содержании разветвляющих метилсилсесквиоксановых звеньев. Такие диметил(метил)силоксаны при охлаждении заметно теряют текучесть под влиянием небольших сдвиговых усилий при температуре около -110°С, а затем стеклуются. При нагревании диметил(метил)силоксаны сразу же переходят в вязкотекучее состояние.

Основной причиной подавления кристаллизации в диметил(метил)силоксанах считается нарушение регулярности строения силоксановых цепей при введении в их состав метилсилсесквиоксановых звеньев. Оптимальным соотношением между метилсилсесквиокси- и диметилсилокси- звеньями в олигомерах типа ПМС-р следует считать соотношение порядка 1:5, при котором наблюдается минимальная температура застывания олигомеров рассматриваемого состава независимо от средней длины их цепей в пределах 8- 50 звеньев. При меньшем соотношении метилсилсесквиокси- и диметилсилокси- звеньев в олигомерах наблюдается резкое повышение температур застывания, обусловленное, вероятно, кристаллизацией содержащихся в таких олигомерах линейных диметилсилоксановых цепей, вовлекающих в процесс кристаллизации и участки цепей с диметилсилокси- звеньями разветвлённых молекул. При большем значении указанного соотношения возрастание температур застывания происходит за счёт увеличения межмолекулярного взаимодействия в таких олигомерах и значительного нарастания их вязкости.

По физическим свойствам димелил(метил)силоксановые жидкости очень близки к своим аналогам линейной структуры. Близки не только свойства олигомеров ПМС и ПМС-р при 20°С, но и характер их изменения с изменением температуры и давления. Температурные зависимости вязкости диметил(метил)силоксанов и аналогичных диметилсилоксанов совпадают. Как и в случае диметилсилоксанов при увеличении давления наблюдается значительное увеличение вязкости и тем больше, чем ниже температура.

Диэлектрическая проницаемость диметил(метил)силоксанов несколько выше, чем у димелилсилоксанов той же вязкости, и это различие остаётся и при высоких температур.

Марки и области применения полиметилсилоксанов

Ассортимент полиметилсилоксанов

Из всего ассортимента кремнийорганических жидкостей именно полидиметилсилоксаны наиболее полно представлены на рынке. В отечественной промышленности это широко известные диметилсилоксановые жидкости, выпускаемые в соответствии с ГОСТ 13032-77.

Жидкости ПМС и ПМС-р обладают широким набором свойств, зависящих от состава, строения и молекулярной массы. Основным показателем, определяющим области их применения, как уже было упомянуто, является кинематическая вязкость, величина которой входит в марку жидкостей. Олигомеры этой группы органосилоксанов классифицируют по областям применения следующим образом:

  • жидкости ПМС-1÷ПМС-2 используют в качестве охлаждающих и демпфирующих жидкостей в приборах до -60°С;
  • жидкости ПМС-10÷ПМС-1000 используют в качестве демпфирующих, амортизационных, гидравлических жидкостей в приборах и механизмах, а также дисперсионных сред для пластичных смазок, вазелинов и паст, хорошо зарекомендовавших себя, в частности, в запорной арматуре газопроводов;
  • жидкости с вязкостью выше 10000мм2/с используют в качестве демпфирующих жидкостей в приборах, демпферах крутильных колебаний в тепловозостроении и в качестве дисперсионных сред в высоковязких пластичных смазках;
  • жидкости с разветвлённым строением молекул ПМС-1р÷ПМС-3р используют в приборах и механизмах в качестве охлаждающих и демпфирующих до -100°С, а ПМС-10р÷ПМС-400р в качестве дисперсионных сред в низкотемпературных маслах и смазках и демпфирующих жидкостей.

Из иностранных аналогов жидкостей ПМС можно упомянуть линейные силиконовые жидкости WACKER AK SILICONE FLUID, выпускаемые немецкой фирмой WACKER, и имеющие кинематические вязкости от 0.65 до 1000000 мм2/с.

Поскольку диметилсилоксановые жидкости имеют низкие значения поверхностного натяжения (18 – 20 мН/м), они широко используются также в качестве антипенных добавок в минеральные масла. Хорошую растекаемость и отсутствие пузырей в лаках и покрытиях, а также высокую полирующую способность в политурах придают ПМС жидкости при небольших добавках в указанные материалы.

Хорошо зарекомендовали себя жидкие полидиметилсилоксаны в качестве неподвижной фазы в газо-жидкостной хроматографии.

Диэлектрические свойства диметилсилоксанов и характер их зависимости от температуры указывают на высокие диэлектрические качества жидкостей ПМС. Если при этом учесть, что силиконовые жидкости не образуют токопроводящих углеродных частиц при электрическом пробое или искрении, то становится понятным их применение в качестве жидких диэлектриков в трансформаторах и других электрических устройствах. Хорошо зарекомендовала себя в качестве трансформаторной жидкости полидиметилсилоксановая жидкость POWERSIL FLUID TR 50 фирмы WACKER.

Cмазывающие свойства жидкости ПМС

Жидкости ПМС обладают невысокими смазывающими свойствами при трении сталь по стали, но некоторые сочетания трущихся пар, например, бронза - сталь, латунь – пластмассы, при гидродинамической смазке жидкими полидиметилсилоксанами работают удовлетворительно. Использование ПМС в качестве жидких сред в маслах и смазках, компаундированных разными противоизносными добавками и дисперсиями, создаёт благоприятные условия для избирательной адсорбции добавок на поверхностях трения и для образования противоизносной плёнки, позволяющей существенно повышать давление и скорости скольжения.

Жидкие полидиметилсилоксаны являются коррозионно-инертными

Жидкие полидиметилсилоксаны являются коррозионно-инертными веществами. В нормальных условиях и при нагревании до 100°С - 150°С они не вызывают коррозии и не изменяются сами в течение длительного времени при пропускании воздуха в контакте с алюминиевыми и магниевыми сплавами, бронзами, углеродистыми и легированными сталями, титановыми сплавами. Свойства жидкостей ПМС не изменяются при температурах до 100°С в атмосфере воздуха в течение 200 часов при контакте с перечисленными сплавами. При температурах 65°С - 100°С ПМС не изменяют своей вязкости и не вызывают значительного набухания или вымывания многих полимеров и полимерных материалов.

Силиконовые жидкости биологически инертны

Ещё одной полезной особенностью силиконовых жидкостей является их биологическая инертность, поэтому они широко используются в медицине, косметике и даже в пищевой промышленности.

Например, пищевая добавка Е900 представляет собой ни что иное, как жидкий полидиметилсилоксан и играет роль пеногасителя при промышленном производстве продуктов питания. Также добавка применяется как связующий агент, стабилизатор, текстуратор, антикомкователь и антислеживатель.

В основном пищевой антифламинг Е900 добавляется во фритюрные жиры и масла, некоторые виды соков, консервированные фрукты и овощи, которые выпускаются как в стеклянной, так и в металлической таре. Кроме того, вещество нередко входит в состав джемов, мармелада, повидла, желе, и других продуктов питания, основу которых составляют фрукты.

Помимо этого добавку Е900 можно встретить в изделиях, которые изготавливаются из зерновых, в концентрированных, а затем консервированных бульонах и супах. Добавляется полидиметилсилоксан и в безалкогольные напитки, вина, сидр, жидкое взбитое тесто, готовые смеси для омлетов, а также жевательную резинку.

Начиная с 70-х годов XX века силиконовые жидкости активно используются в средствах персонального ухода и декоративной косметики. Наибольшее распространение получили циклопентасилоксан D5 и полидиметилсилоксан, в косметике известный как диметикон. Среди самых распространённых задач силиконов в косметике: сохранение влаги, сохранение цвета, разглаживание волос и кожи, фиксирование средства на коже, противодействие проникновения в продукт влажности или пота. Силиконы не оставляют ощущения липкости или жирности. Их свойство удерживать средство на коже используется в водостойких продуктах, а также в солнцезащитных продуктах. Диметикон содержится в большинстве популярных шампуней Pantene.

Влияние заместителей у атома кремния на свойства олигомеров

Если в обрамление силоксановых цепей изменять органическую часть, начиная с монотонного строения молекул диметилсилоксанов только с метильными группами у атома кремния и внося в их строение элементы асимметрии, жёсткости, полярности, конформационную заторможенность и т.п., то свойства олигомеров существенно изменяются.

Это явление подтверждается изменением свойств органосилоксанов по мере усложнения структуры диметилсилоксанов путём замены в них части метильных радикалов на другие алкильные или арильные радикалы. Введение в обрамление цепи молекул, например, алкильных групп с числом атомов углерода два и более и изостроения вместо метильных у каждого атома кремния, существенно влияют на вязкость, температуры стеклования и застывания, энергию активации вязкого течения и температурный коэффициент вязкости. Увеличение числа атомов углерода в цепях алкила, то есть рост длины углеродной цепи закономерно понижает плотность, повышает температуру застывания и стеклования, коэффициент преломления, энергию активации вязкого течения и температурный коэффициент вязкости. Такие изменения могут быть объяснены, с одной стороны, увеличением рыхлости структуры молекул олигомера, приводящей к уменьшению плотности упаковки, с другой, - ростом межмолекулярного взаимодействия и уменьшением конформационной подвижности за счёт увеличения числа межмолекулярных зацеплений между длинными алкилами.

Такое же влияние на реологические свойства олигомеров наблюдается при использовании в обрамлении цепи диметилсилоксанов других видов асимметрии, например, введение атома водорода у атома кремния или разветвления за счёт трифункционального звена в цепи.

Полидиэтилсилоксаны

При замене обоих метильных радикалов у атома кремния этильными, мы сталкиваемся с новым классом органосилоксанов – полидиэтилсилоксаны, - которые приобрели большое практическое значение. Диэтилсилоксаны представляют собой смесь полимергомологов преимущественно линейной структуры общей формулы

с примесью циклических соединений [(С2Н5)2SiO]n и олигомеров разветвлённой структуры.

Диэтилсилоксаны являются прозрачными жидкостями с вязкостью от 1.5 до 1×106 мм2/с, зависящей от степени полимеризации. Эти жидкости имеют значительно более низкие температуры стеклования и застывания в сравнении с диметилсилоксанами, но влияние температуры на их вязкости существеннее. Диэтилсилоксаны имеют более высокую вязкость при 20°С, чем метилсилоксанами со сравнимой длиной цепи. Главное отличие диэтилсилоксанов заключается в экстремально низкой температуре потери текучести, которая в 1.5 – 2 раза ниже, и достигают -135°С ÷ 140°С.

В отечественной промышленности полидиэтилсилоксаны выпускаются под марками ПЭС. Они хорошо растворимы в большинстве органических растворителей и в отличие от других органосилоксанов полностью совмещаются с минеральными маслами, что обусловило широкое использование их в качестве основ масел и смазок.

Состав промышленных диэтилсилоксанов сложен, в общем случае они являются смесями молекул разной степени полимеризации и различного строения от чисто линейных до разветвлённых и циклических.

Замена в органосилоксанах метильных заместителей на этильные ограничивает свободу вращения атомов и групп вокруг связей ≡Si-O- и ≡Si-C≡. Это приводит к увеличению жёсткости цепей и тем самым препятствует реализации спиралеобразных конформаций силоксановых цепей и полной внутримолекулярной компенсации диполей полярных связей ≡Si-O-. Такое же влияние оказывает и разветвлённая структура некоторых диэтилсилоксанов.

С другой стороны, этильные заместители и разветвления препятствуют плотной упаковке цепей, что приводит к большим межцепным расстояниям в диэтилсилоксанах по сравнению с диметилсилоксанами и к снижению межмолекулярного взаимодействия.

Преобладающая область применения полидиэтилсилоксановых жидкостей:

  • ПЭС-1,
  • ПЭС-2,
  • ПЭС-3,
  • ПЭС-4,
  • ПЭС-5,
  • ПЭС-7,
  • ПЭС-С-1 (жидкость 132-24),
  • ПЭС-С-2 (жидкость 132-25).

Это использование их в качестве дисперсионной среды в маслах и смзках.

Температурные пределы эксплуатации жидких ПЭС лежат в интервале температур от -70°С÷-100°С до 125°÷150°С.

В зависимости от вязкости ПЭС классифицируются по областям применения следующим образом:

  • ПЭС-1, ПЭС-2 – низковязкие с температурой стеклования до -140°С – используют в качестве охлаждающих теплоносителей и рабочих жидкостей в гидравлических системах;
  • ПЭС-3 – в гидравлических системах и в качестве компонента полировальных составов;
  • ПЭС-4, ПЭС-7 с вязкостью в пределах 42 – 48 мм2/с при 20°С и с низкой температурой стеклования (-130°С) хорошо смешиваются с нефтяными маслами и другими органическими маслами, используют в качестве основы низкотемпературных приборных и гидравлических жидкостей и масел;
  • ПЭС-5 – теплоноситель, демпфирующая жидкость в приборах, дисперсионная среда в пластичных и разделительных смазках, компоненты полировально-очистительных составов, замасливателя в производстве синтетических волокон.

На основе ПЭС созданы широко известные смазки ЦИАТИМ-221, ВНИИНП-207, 219, 231.

Отличительной особенностью жидких полидиметилсилоксанов является полная совместимость с минеральными маслами и другими органическими продуктами. Добавка ПЭС к углеводородам улучшает низкотемпературную характеристику последних. Так смеси ПЭС-4 с маслами МС-14 и АУ имеют более низкие температуры потери текучести и удовлетворительную вязкость при температуре -50°С.

В некоторых оптимальных соотношениях смеси диэтилсилоксанов с углеводородами проявляют высокую смазочную активность. Предполагают, что механизм действия добавок органосилоксанов к нефтяным маслам заключается в разложении доэтилсилоксанов при трении с образованием двух поверхностных слоёв: первый очень высокой твёрдости (кремний) и второй – мягкий слой оксидов, выполняющий функцию смазки. Возможно также образование химических соединений другого состава, уменьшающих трение. Соотношением этих двух слоёв определяются смазочные свойства растворов диэтилсилоксанов в углеводородных средах.

При использовании смесей полидиметилсилоксанов и минеральных масел созданы приборные низкотемпературные масла марок 132-07, 132-08, 132-19, 132-20, 132-21, приборные смазки ОКБ-122-7, ОКБ-122-7-5, МЗ-5, морозостойкие смазки Северол-1, Унизол-3М.

Полидиэтилсилоксановые жидкости применяют в качестве рабочего масла диффузионных вакуум-насосов. Они выпускаются под маркой ПЭС-В и отличаются от органических вакуумных жидкостей повышенной термоокислительной стабильностью.

Полиметилфенилсилоксаны

С введением в обрамление цепи органосилоксанов фенильных радикалов образуется отдельная обширная группа полиметилфенилсилоксанов со специфическими заданными свойствами.

Полиметилфенилсилоксановые жидкости различаются по строению молекул и по соотношению в них метильных и фенильных радикалов.

(I)

(II)

R3-Si- = (Ch4)3-Si- , (Ch4)2(C6H5)-Si- , (Ch4)(C6H5)2-Si- или (C6H5)3-Si-.

Цепи молекул полиметилфенилсилоксанов могут состоять из метилфенилсилокси- звеньев (I) или диметил- и метилфенилсилокси- (II) или диметил- и дифенилсилокси- звеньев. При одинаковом соотношении в них метильных и фенильных радикалов свойства их близки. Наиболее существенное влияние на свойства оказывает структура молекул – линейная или циклическая.

Линейные молекулы метилфенилсилоксанов могут иметь широкий спектр молекулярных масс, который и определяет их вязкость.

Циклические метилфенилсилоксаны не достигают значительных величин молекулярных масс. Практически используют метилфенилциклотри- или тетрасилоксаны или смесь три, тетра и пентациклосилоксанов с разным соотношением в них диметил-, метилфенил- или дефинилсилокси- звеньев.

Отечественная промышленность выпускает большое число марок полиметилфенилсилоксановых жидкостей самого разного назначения, которые можно разбить на 4 группы.

Группа I – ω,ω’-гексаметилолигодиметил(метилфенил)силоксаны, являющиеся полидисперсными смесями линейных молекул общей формулы.

с разной степенью полимеризации и разным соотношением n:m (от 10 до 1.5). Распределение метилфенилсилокси- звеньев в молекулах имеет статистический характер.

К этой группе относятся следующие марки метилфенилсилоксанов: ФМ-5, ФМ-5, 6АП, 133-79 (или ФМ-1322), Сополимер 2, ФМ-6, ФМ-6ВВ, 133-158 (или ФМ-1322/300), Сополимер 2/300, Сополимер 5, Сополимер 3.

Группа II – ω,ω’-гексаметилолигометилфенилсилоксаны, также являющиеся полидисперсными смесями линейных молекул общей формулы

различной степени полимеризации. К этой группе относятся жидкость ПФМС-2/5л, ПФМС-2 и ПФМС-4.

Группа III – ω,ω’-диметилтетрафенилолигометилфенилсилоксаны, являющиеся полидисперсными смесями молекул общей формулы

c разной степенью полимеризации. Марки промышленного выпускаемых жидкостей этой группы: ФМ-1, ФМ-2, 133-165 (или ПФМС-5), 133-57 (или ПФМС-6).

Группа IV – олигометилфенилсилоксаны двух марок. Олигомер 133-35 (или МФТ-1) представляет собой тетраметилтетрафенилциклотетрасилоксан, а олигомер 133-38 (или ПФМС-13) – смесь метилфенилциклосилоксанов общей формулы

Все полиметилфенилсилоксаны представляют собой прозрачные бесцветные или слегка желтоватые жидкости. Наиболее вязкие олигомеры – 133-165 и 133-57 – могут иметь окраску от светло-жёлтой до светло-коричневой.

Из иностранных метилфенилсилоксановых жидкостей хорошо себя зарекомендовали жидкости фирмы WACKER – WACKER AP 200 SILICONE FLUID, WACKER AP 1000 SILICONE FLUID, представляющие собой полидиметилсилоксановые жидкости с высоким содержанием фенильных групп, WACKER AR 200 SILICONE FLUID, а также WACKER AS 100 SILICONE FLUID с низкой долей фенильных групп.

Введение фенильных групп в состав органосилоксанов значительно повышает уровень межмолекулярных взаимодействий за счёт увеличения жёсткости цепей молекул, ограничения свободы вращения атомов и групп атомов вокруг связей ≡Si-O- и ≡Si-C≡, а также за счёт появления специфических межмолекулярных взаимодействий, обусловленных присутствием в составе рассматриваемых олигомеров ароматических ядер. В результате изменяются физические свойства олигомеров.

Основное отличие полиметилфенилсилоксановых жидкостей от полидиметилсилоксановых заключается в повышенной термоокислительной и термической стойкости. Фенилльный радикал у атома кремния в сочетании с метильным повышает термическую и термоокислительную стабильность органосилоксанов на 50°С - 70°С, повышая при этом и температуру плавления, а также зависимость вязкости от температуры. Особенно сильное влияние на термостойкость и другие свойства метилфенилсилоксанов оказывает число фенильных радикалов в концевых группах олигомеров.

Метилфенилсилоксаны обладают также повышенной радиационной стойкостью, арильные группы которых, как и в органических ариленах, рассеивают энергию излучения сопряжёнными двойными связями ароматических колец.

Основные направления практического применения метилфенилсилоксановых жидкостей:

  • высоковакуумные масла для диффузионных насосов;
  • теплоносители для высоких и низких температур;
  • дисперсионные среды для термостойких масел и смазок.

Предел допустимых температур использования метилфенилсилоксанов лежит в широком диапазоне от -20°С÷-100°С до 200°С÷350°С в зависимости от состава, степени полимеризации и содержания фенильных заместителей в молекулах.

Характерное для метилфенилсилоксанов сочетание повышенной термостойкости, низких температур стеклования, низкое давление паров, совместимость с органическими средами определяет области их применения, которые можно классифицировать по маркам олигомеров следующим образом:

  • жидкости ФМ-5, ФМ-6, ФМ-5,6АП используют в качестве дисперсионных сред низкотемпературных масел и смазок, в малонагруженных высокоскоростных шарикоподшипниках и в фреоновых холодильных машинах, а также в качестве охлаждающих теплоносителей;
  • жидкости 133-79, 133-158, Сополимер 5 и Сополимер 3 используют в качестве термостойких и низкотемпературных сред в маслах и смазках, работоспособных в широком диапазоне температур и в глубоком вакууме. Их используют также в качестве теплоносителей и жидкостей для гидравлических систем;
  • жидкости ПФМС-2/5л, ФМ-1, ФМ-2, 133-35 и 133-38 используют в диффузионных вакуумных насосах с предельным вакуумом от 133.322 нПа до 13.332 мкПа;
  • жидкости ПФМС-4, 133-165 и 133-57 используют в качестве высокотемпературных и трудновоспламеняемых теплоносителей, диэлектриков, рабочих и дисперсионных сред для смазок и масел, неподвижных фаз газожидкостной хроматографии.

Области использования метилфенилсилоксанов для получения консистентных смазок охватывают как термостойкие смазки, вакуумные антифрикционные, так и специальные приборные, электроконтактные, уплотнительные и противозадирные смазки.

Наиболее ценными и высококачественными материалами на основе метилфенилсилоксанов, не имеющими по вакуумным свойствам аналогов среди других классов химических соединений, являются диффузионные масла для высоковакуумных насосов на предельный вакуум в насосе до 13.3 мкПа.

Полярные группы или атомы в органических радикалах органосилоксанов вносят свой вклад в свойства олигомеров. Обычно их используют для повышения смазывающих свойств органосилоксановых жидкостей при сохранении основных свойств или для достижения других заданных характеристик.

Метил(галогенооргано)силоксаны

Типичными представителями таких олигомеров являются органосилоксаны с галогеном в органических радикалах – метил(галогенооргано)силоксаны. Они становятся более полярными, обладают улучшенной смазывающей способностью и ограниченной горючестью, изменяется их растворимость и совместимость с органическими средами. Одновременно повышается уровень межмолекулярного взаимодействия, вязкость и её зависимость от температуры, температуры застывания и стеклования. Однако эти нежелательные изменения компенсируются значительным повышением смазывающей способности и полярности.

Структура молекул метил(галогенооргано)силоксанов, как и других органосилоксанов, может быть линейной, разветвлённой или циклической, и все закономерности свойств олигомеров, связанные со структурой молекул, для данных олигомеров аналогичны другим органосилоксанам.

Отечественная промышленность выпускает три типа метил(галогенооргано)силоксанов:

  • метил(хлорфенил)силоксаны,
  • метил-γ-трифторпропилсилоксаны
  • метил(галогенооргано)силоксаны, содержащие как γ-трифторпропильные, так и хлорфенильные заместители.

Все названные метил(галогенооргано)силоксаны представляют собой прозрачные бесцветные или светло-жёлтые жидкости, хорошо растворимые в таких полярных растворителях, как ацетон, метилэтилкетон, этилацетат, изопропиловый спирт, фреон-13 и т.д.

По своей природе промышленные метил(галогенооргано)силоксаны являются сложными смесями молекул, отличающихся между собой как степенью полимеризации, так и составом.

Диметилхлорфенилсилоксаны

В настоящее время в качестве смазывающих веществ широко используют диметилхлорфенилсилоксаны. Полагают, что атомы в хлорорганосилоксанах активируются в горячих точках при трении металла о металл и атомы хлора с металлом образуют тонкую плёнку хлорида металла на поверхности, что способствует снижению сил трения и предотвращает заедание. Активность атомов хлора диметил(метилхлорфенил)силоксанов при трении зависит от их числа в фенильном радикале, расположения хлорфенильных радикалов в полимерной цепи и от общего содержания хлора в олигомерах.

Исследование и сравнение смазывающих свойств органохлорфенилсилоксанов и органофторпропилсилоксанов показало, что при граничном трении механизм смазывания трущихся пар различен. Не вдаваясь в подробности, интересен конечный вывод исследования – при небольших нагрузках смазывающие свойства лучше у диметил-метил-γ-трифторпропилсилоксанов, а при высоких – у олигодимелил-метил-хлорфенилсилоксанов.

Получается, что для получения жидких олигомеров с хорошими смазывающими свойствами в широком диапазоне нагрузок целесообразно совмещение указанных двух типов органосилоксанов в одну систему.

Одновременное присутствие дихлорфенильного и γ-трифторпропильного радикалов в молекуле органосилоксана даёт эффект синергизма при граничном трении. Соответственно, диметил-(метилдихлорфенил)-(метил-γ-трифторпропил)силоксаны обладают лучшими смазывающими свойствами, чем диметил-(метилдихлорфенил)силоксаны и диметил-метил-γ-трифторпропилсилоксаны, отдельно взятые. Такие силиконовые жидкости выпускаются промышленностью (жидкости 169-36, 169-106, 169-168).

Итак, основными областями применения метил(галогенооргано)силоксанов являются смазочные материалы и жидкости, работающие в условиях граничного и гидродинамичного трения.

Одной из наиболее существенных областей применения являются гидравлические системы, эксплуатирующиеся при повышенных температурах (200 - 250°С). Для этих целей была создана диметил(метилдихлорфенил)силоксановая жидкость ХС-2-1, которая не вызывает коррозии при температурах до 250°С в течении 100 часов алюминиевых сплавов АЛ-9, бронзы, стали ШХ-15, 12ХНЗА.

Жидкости на основе метил(фтороргано)силоксанов с соответствующими противоизносными добавками и антиоксидантами обладают хорошими смазывающими свойствами при температурах до 300°С при использовании в узлах трения, работающих в гидродинамическом режиме.

Метилфторхророрганосилоксаны работоспособны при температурах до 250°С в гидравлических системах, гидроамортизаторах и других системах с узлами трения сталь по стали, обладая в таких условиях повышенной смазывающей способностью и стабильными характеристиками.

Метил(галогенооргано)силоксаны успешно применяют в качестве дисперсионных сред для термостойких ( до 250°С - 350°С) смазок с пигментами-загустителями, литиевыми мылами и различными антиоксидантами. Некоторые из них работоспособны в вакууме до 10 нПа при температурах от -80°С до 160°С в малонагруженных подшипниках качения и маломощных редукторах, эксплуатируемых в высоком вакууме.

В последнее время установлены новые уникальные области применения метилфторорганосилоксанов и олигометилфторхлорорганосилоксанов для консервации изделий и предметов материальной культуры из дерева, керамики, кожи и др. с целью их защиты от разрушения насекомыми (древоточцами) и от действия неблагоприятных факторов окружающей среды. Эти олигомеры оказались высокоэффективными антивспенивателями в химической чистке одежды. На основе метил(галогенооргано)силоксанов разработана композиция 137-183, имеющая название «Пластоль» для изготовления слепков и отливов палеонтологических и археологических объектов, представляющих большую научную и художественную ценность.

Препарат на основе метил(галогенооргано)силоксанов 169-116, имеющий марку «Антишашелин», оказался биологически активным по отношению к насекомым-древоточцам, полностью уничтожая их при малых дозах (0.1% раствор), оставаясь при этом нетоксичным по отношению к теплокровным организмам.

Органоалкоксисилоксаны

Проблема повышения смазывающей способности и поверхностной активности органосилоксанов наряду с сохранением термостойкости и совместимости их с разными средами привела к исследованию и синтезу обширной группы органоалкоксисилоксанов.

На практике наиболее широко применяются органо(2-этилгексокси)силоксановые жидкости.

Основное влияние на свойства этого ряда олигомеров оказывают объём и природа органического радикала. Особенно чувствительны к этим факторам коэффициент преломления, вязкость, температура застывания, энергия активации вязкого течения, т.е. характеристики, связанные с полярностью радикала, межмолекулярным взаимодействием и конформационной подвижности молекул. Температура застывания большинства рассматриваемых олигомеров лежит ниже -100°С или около этой величины, что объясняется асимметрией строения молекул, препятствующей плотной упаковке и кристаллизации при охлаждении.

Среди разработанных и исследованных органоалкоксисиланов лучшими эксплуатационными свойствами обладают фенил-(2-этилгексокси)силоксаны (ПФГОС-4 и ПФГОС-3) и тиенил-(2-этилгексокси)силоксан (ПТГОС-3). Эти олигомеры хорошо смазывают трущиеся металлические пары, смешиваются со многими органическими и фторорганическими жидкостями и маслами, имеют высокую активность как пеногасители, инертны к фреонам и конструкционным материалам, применяемым в холодильных машинах. Они стабильны при температурах до 150°С и застывают при температуре ниже -65°÷-75°С. Такой комплекс свойств определил области применения указанных органосилоксанов.

В связи с хорошей совместимостью с фреонами олигомер ПФГОС-4 применяют в качестве смазочного масла в холодильной технике. Масло ПФГОС-4 в смеси с фреоном Ф-22 инертно по отношению к резине ИРП-1068, графиту, отверждённому бакелитовому лаку. Оно также рекомендовано для применения для тяжелонагруженных быстроходных компрессоров. Кроме того, оно испытано и рекомендовано в качестве смазочного масла для бессальниковых компрессоров с уплотнителями из фторопластовых колец.

Хорошие диэлектрические свойства олигомера ПФГОС-4 позволяют применять её для электроконтактной пасты. Масло ПФГОС-4 хорошо гасит пену в водно-гликолевых смесях. С учётом этого свойства на его основе разработаны водно-гликолевые охлаждающие жидкости для двигателей автомобилей и для литьевых машин.

Жидкость ПФГОС-3 используется в гидравлических муфтах забойных конвейеров и наиболее полно соответствует требованиям к амортизаторным жидкостям для автомобиле- и тракторостроении.

Реакционноспособные органосилоксаны

Среди различных групп кремнийорганических жидкостей особняком стоят реакционноспособные органосилоксаны, нашедшие широкое практическое применение для гидрофобизации поверхности различных материалов, - алкилгидридсилоксаны и алкилсилоксаноляты щелочных и других металлов.

Представителями первых являются метилгидридсилоксаны и этилгидридсилоксаны. В обоих случаях реакционноспособной по отношению к активной поверхности выступает ≡Si-H связь, которая легко взаимодействует с гидроксильными группами или связью кислород – металл, образуя валентную ≡Si-O- связь с поверхностью материала. Алкильный радикал, связанный с атомом кремния, при этом ориентируется от поверхности, придавая ей гидрофобные свойства. Таким образом, на поверхности образуется тончайшая плёнка полиалкилсилоксана, не смываемая и не удаляемая обычными способами.

Молекулы таких олигомеров могут быть линейными

или циклическими

Реакционная способность таких олигомеров различна. В случае алкилгидридциклосилоксана активная поверхность может не только взаимодействовать с ≡Si-H связью, но и вызывать раскрытие цикла по Si-O-Si связи и взаимодействовать со связями раскрытого цикла по типу реакции теломеризации. Такая возможность делает алкилгидридциклосилоксаны более универсальными гидрофобизаторами, что реализуется на практике в гидрофобизирующих жидкостях ГКЖ-94 и ГКЖ-94М.

Основными областями применения алкилгидридсилоксанов является строительство, текстильная и лёгкая промышленность.

В гидрофобизаторах типа алкилсилоксанолятов металлов

(R – алкил, Me – Na, Al)
реакционноспособной по отношению к поверхности строительных материалов является связь ≡Si-OMe, которая вступая в реакции замещения с гидроксидами или солями (например, цементом), также образует плёнку полиалкилсилоксана. Эта плёнка, привязанная силоксановой связью к поверхности, также имеет ориентированные от поверхности алкильные радикалы, придающие ей гидрофобные свойства.

В крупном промышленном масштабе выпускаются и нашли широкое применение алкилсиликонаты натрия: ГКЖ-10 (этилсиликонат натрия) и ГКЖ-11 (метилсиликонат натрия). Они растворимы в воде, не имеют запаха, не опасны в обращении.

Широкое применение получили кремнийорганические гидрофобизаторы в строительстве для повышения долговечности и в первую очередь морозостойкости тяжёлого и лёгкого бетона и железобетона в тяжёлых условиях эксплуатации: при попеременном замораживании и оттаивании, увлажнении и высыхании, капиллярном подсосе и испарении солевых растворов, а также при длительном и непрерывном воздействии растворов солей.

Жидкости ГКЖ-94, ГКЖ-10 и ГКЖ-11 используют для повешения трещинностойкости и формоустойчивости тяжёлых и лёгких бетонов. ГКЖ-10 и ГКЖ-11 повышают атмосферостойкость цементно-песчаных растворов, бетонов, кирпича, гипса, туфов, известняков, а также долговечности покрытий из силикатных и известковых красок.

Заключение

Рассмотренные выше силиконовые жидкости наиболее широко применяются в промышленности в различных сферах. Тем не менее, продолжаются исследования по получению и изучению свойств многих других классов кремнийорганических жидкостей. К примеру, достаточно перспективными классами являются органосилоксановые жидкости с объёмными радикалами у атома кремния (адамантил, карборан), органосилоксаны с гетерозвеньями, гетероциклами и гетероатомами.

 

Следующая новость

Силиконовые жидкости - свойства, область применения и строени

Содержание:

Силиконовые жидкости (кремнийорганические жидкости, силиконовые масла) – олигоорганосилоксаны, не содержащие функциональных групп для последующей полимеризации, с замкнутыми концевыми не реакционноспособными звеньями. Представляют собой жидкости с разной вязкостью, температурой застывания и стеклования, термостойкостью и другими свойствами.

Свойства силиконовых жидкостей

Силиконовые жидкости представляют собой обширную группу высокоэффективных олигомерных веществ с комплексом свойств, присущим только этому классу полимерных соединений, и не повторяющимся ни в одном из других известных в настоящее время природных или синтетических материалов.

Они обладают низкими температурами стеклования и потери текучести (-60°С … -130°С) и одновременно высокой термостойкостью (200°С … 350°С), низким давлением насыщенных паров и малой летучестью, малой зависимостью вязкости, диэлектрических и других свойств от температуры, значительной сжимаемостью и высоким давлением затвердевания, малым поверхностным натяжением (18 – 26 мН/м) и высокой подвижностью, высокой гидрофобностью и лиофильностью, малой зависимостью вязкости от скорости сдвига при сохранении широкого диапазона ньютоновского течения при вязкости до 1500 мм2/с. Для некоторых жидких силоксанов характерно значительное повышение параметров теплофизических свойств (теплоёмкости и теплопроводности) в критических и закритических областях давления и температуры.

В зависимости от состава и строения силиконовые жидкости смешиваются в любых соотношениях со многими органическими средами либо полностью не смешиваются.

Радиационная стойкость жидких силоксанов также зависит от состава и строения молекул. Они могут проявлять высокую стойкость (до 2 Мрад), либо они сшиваются с образованием геля при дозе (1.5 - 3)×104 рад.

В зависимости от состава и строения молекул силиконовые жидкости проявляют хорошую смазывающую способность для различных пар трения или вообще не обладают смазочными свойствами. Особенно существенно влияют состав и строение молекул олигомеров на реологические свойства жидкостей в широком диапазоне температур. Для некоторых структур наблюдается аномально малая зависимость вязкости от молекулярной массы, что важно для всякого рода демпфирующих устройств.

Строение органических радикалов, обрамляющих силоксановую цепь, структура силиконового каркаса, а также наличие и характер концевых групп в молекулах определяют механизм и температуру термической и термоокислительной деструкции силоксанов, что в итоге обуславливает допустимые температурные пределы эксплуатации олигомеров. Инертность или реакционная способность также зависят от строения и состава жидкости. Однако, не содержащие функциональных групп олигомеры совершенно инертны и не вызывают коррозии подавляющего числа металлов и сплавов. Они являются неагрессивными и по отношению к живым организмам.

Структура олигомеров в зависимости от метода и условий синтеза может быть разной: олигомеры линейного или разветвлённого строения, циклические или циклолинейные, либо сочетания тех и других. Они могут иметь значительную либо малую полидисперсность по молекулярно-массовому составу смеси олигомергомологов.

Область применения силиконовых жидкостей

Отмеченные особенности свойств силиконовых жидкостей определяют и области возможного применения этих соединений. Первое и основное их свойство – жидкое состояние в широком диапазоне температур – определили круг их использования в качестве жидких рабочих сред для различных приборов и механизмов, дисперсионных сред для смазочных масел и смазок, вазелинов и паст, теплоносителей. Высокие диэлектрические свойства и малая их зависимость от температуры определили использование силиконовых жидкостей в качестве жидких диэлектриков в приборах, трансформаторо- и конденсатостроении, а сочетание этих свойств с гидрофобностью – в приборах радиоэлектроники. Низкие температуры стеклования и застывания в сочетании с термостойкостью позволили успешно применить их в космической технике, самолётостроении, приборостроении; низкое поверхностное натяжение – в качестве разделительных жидкостей и антивспенивателей.

Строение силиконовых жидкостей

Жидкие полисилоксаны могут быть:

  • линейного строения:
  • циклического строения:
  • или разветвлённого строения:

Их свойства существенно различны. Линейные молекулы могут сворачиваться в спираль. Они характеризуются высокой гибкостью и свободой вращения групп вокруг связей Si-C и Si-O, обладают мало ограниченной подвижностью и минимумом свободной энергии. Особенности строения линейных олигомеров приводят к малой зависимости их вязкости и других свойств от температуры, к низким температурам стеклования и плавления, малой энергией когезии и вязкого течения. Они обладают упругой сжимаемостью.

Олигомеры с циклическим строением молекул имеют в разной степени, деформированную от планарной структуру, и напряжение валентных углов силоксановой связи. Их свободная энергия и энтропия соответственно отличаются от олигомеров с линейными молекулами. Течение таких структур заторможенное, что проявляется в большей зависимости вязкости от температуры. Циклосилоксаны легче образуют кристаллические структуры, имеют большую плотность и коэффициент преломления, менее склонны к переохлаждению и сравнительно быстро перегруппировываются по силоксановым связям в молекулы большего размера с меньшим напряжением в цикле, что сопровождается повышением средней молекулярной массы и вязкости.

Разветвлённые олигомеры в связи с ассиметричным строением обладают более рыхлой структурой, не кристаллизуются при определённом оптимальном соотношении разветвлений, при охлаждении легче образуют клубки, их реологические свойства меньше зависят от молекулярной массы и температуры.

Полидиметилсилоксановые жидкости

Наиболее широкое применение в технике получил наиболее простой класс силиконовых жидкостей – полидиметилсилоксаны.

В основном, на практике применяются два типа полидиметилсилоксанов:

  • С линейным строением
    имеют в отечественной промышленности марку «ПМС» и отличаются между собой по числу звеньев n.
  • С разветвлённым строением

имеют промышленную марку «ПМС-р» и различаются между собой по общему числу звеньев n и m, и по соотношению этих звеньев.

Полидиметилсилоксановые жидкости циклического строения в промышленности используются редко. Одним из немногих примеров может служить жидкость ПМС-200А, представляющая собой смесь олигомеров линейной и циклической структуры, и использующаяся преимущественно в качестве пеногасящей присадки.

Линейные полидиметилсилоксаны

Молекулы линейных полидиметилсилоксанов построены регулярно, симметрично. Нарушает симметрию лишь концевая, триметилсилокси- группа, которая в силу подвижности метильных радикалов, расположенных у концевого атома кремния, образует подобие «зонтичной» структуры. Эта особенность строения линейных полидиметилсилоксанов обусловливает их способность при низких температурах (-60°С …-70°С) образовывать кристаллические структуры.

В низкомолекулярных олигомерах образованию кристаллических структур мешает близкое расположение концевых групп. В таких олигомерах кристаллизация может проявляться при -70°С … -82°С. В более длинных цепях, когда концевые группы разделены длинной, регулярно построенной цепью, способность образовывать кристаллические структуры проявляется уже в интервале температур -40°С … -60°С. В этом температурном интервале полидиметилсилоксаны теряют подвижность и кристаллизуются задолго до температуры стеклования, равной -123°С.

Гибкость и спиралевидная структура молекулы полидиметилсилоксана определяет реологические свойства олигомеров. В зависимости от величины nср. они имеют вязкость от 0.65 до 1×106 мм2/с. На практике именно вязкость выступает в роли основной эксплуатационной характеристики полидиметилсилоксанов. Вязкость полидиметилсилоксанов монотонно возрастает с увеличением их молекулярной массы.

Коэффициент преломления, плотность и поверхностное натяжение, а также энергия активации процесса вязкого течения силиконовых жидкостей возрастают по мере увеличения вязкости, асимптотически приближаясь к определённым предельным значениям, и далее остаются постоянные, независимые от вязкости. Предельные значения основных физических свойств достигаются у полидиметилсилоксанов с вязкостью порядка 500 – 1000 мм2/с. Это обстоятельство даёт основание разделить их на две группы: низковязкие, для которых наблюдается зависимость свойств от вязкости, и высоковязкие, для которых такая зависимость не наблюдается. Полидиметилсилоксаны – представители этих групп по разному ведут себя при течении: первые являются ньютоновскими жидкостями, для вторых характерно аномально вязкое течение.

Сравнительно низкие значения плотности жидких полидиметилсилоксанов (820 – 980 кг/м3) объясняется наличием в них свободного вращения метильных групп вокруг связи Si-C, которое не прекращается даже при температуре -196°С. Дополнительное разрыхляющее влияние на упаковку молекул в полидиметилсилоксанах оказывает вращение отдельных фрагментов молекул вокруг связи Si-O.

Для силиконовых жидкостей характерна высокая величина сжимаемости, что связано со спиральным строением молекулярных цепей, упруго деформирующихся под давлением. Например, относительное изменение объёма при 25°С при изменении давления от 0.1 до 10 Мпа для ПМС-1 составляет 8.8%, ПМС-100 – 7.3%, тогда как относительное изменение объёма парафиновых или фторуглеродных масел при таких условиях не превышает 4.45 – 4.95%.

Жидкие полидиметилсилоксаны обладают низким поверхностным натяжением, которое при 20°С повышается от 15.5мН/м до 21 мН/м для полидиметилсилоксанов с вязкостью 100 – 150 мм2/с и выше и далее не меняется. Низкое поверхностное натяжение силиконовых жидкостей обусловливает их хорошую растекаемость на различных поверхностях и способность проявлять водоотталкивающие свойства, что широко используется на практике.

При увеличении вязкости, температуры кипения жидких полидиметилсилоксанов возрастают до 300°С, и начиная с ПМС-100 остаются постоянными. Это явление связано с началом деполимеризации силоксановой цепи при 300°С, когда кипение олигомера связано с выделением более низкомолекулярных продуктов деполимеризации.

Полидиметилсилоксаны низкой вязкости в обычных условиях горят плохо. Полидиметилсилоксаны с большей молекулярной массой сами не горят, но при нагревании деполимеризуются с образованием летучих диметилциклосилоксанов, способных гореть.

Диметилсилоксаны разветвлённого строения

Диметилсилоксаны разветвлённого строения – диметил(метил)силоксаны - выпускаюся под марками ПМС-р и цифровым индексом, характеризующим величину кинематической вязкости. Как и их линейные аналоги, они представляют собой бесцветные прозрачные жидкости с вязкостью от 1 до 400 мм2/с. Аналогично диметилсилоксанам диметил(метил)силоксаны являются смесями молекул с разной степенью полимеризации, однако их состав сложнее состава диметилсилоксанов, так как диметил(метил)силоксаны могут содержать наряду с молекулами разной степени разветвлённости и молекулы чисто линейного строения.

Главное отличие диметил(метил)силоксанов разветвлённого строения от аналогичных по вязкости линейных диметилсилоксанов заключается в отсутствии у них склонности к кристаллизации при определённом содержании разветвляющих метилсилсесквиоксановых звеньев. Такие диметил(метил)силоксаны при охлаждении заметно теряют текучесть под влиянием небольших сдвиговых усилий при температуре около -110°С, а затем стеклуются. При нагревании диметил(метил)силоксаны сразу же переходят в вязкотекучее состояние.

Основной причиной подавления кристаллизации в диметил(метил)силоксанах считается нарушение регулярности строения силоксановых цепей при введении в их состав метилсилсесквиоксановых звеньев. Оптимальным соотношением между метилсилсесквиокси- и диметилсилокси- звеньями в олигомерах типа ПМС-р следует считать соотношение порядка 1:5, при котором наблюдается минимальная температура застывания олигомеров рассматриваемого состава независимо от средней длины их цепей в пределах 8- 50 звеньев. При меньшем соотношении метилсилсесквиокси- и диметилсилокси- звеньев в олигомерах наблюдается резкое повышение температур застывания, обусловленное, вероятно, кристаллизацией содержащихся в таких олигомерах линейных диметилсилоксановых цепей, вовлекающих в процесс кристаллизации и участки цепей с диметилсилокси- звеньями разветвлённых молекул. При большем значении указанного соотношения возрастание температур застывания происходит за счёт увеличения межмолекулярного взаимодействия в таких олигомерах и значительного нарастания их вязкости.

По физическим свойствам димелил(метил)силоксановые жидкости очень близки к своим аналогам линейной структуры. Близки не только свойства олигомеров ПМС и ПМС-р при 20°С, но и характер их изменения с изменением температуры и давления. Температурные зависимости вязкости диметил(метил)силоксанов и аналогичных диметилсилоксанов совпадают. Как и в случае диметилсилоксанов при увеличении давления наблюдается значительное увеличение вязкости и тем больше, чем ниже температура.

Диэлектрическая проницаемость диметил(метил)силоксанов несколько выше, чем у димелилсилоксанов той же вязкости, и это различие остаётся и при высоких температур.

Марки и области применения полиметилсилоксанов

Ассортимент полиметилсилоксанов

Из всего ассортимента кремнийорганических жидкостей именно полидиметилсилоксаны наиболее полно представлены на рынке. В отечественной промышленности это широко известные диметилсилоксановые жидкости, выпускаемые в соответствии с ГОСТ 13032-77.

Жидкости ПМС и ПМС-р обладают широким набором свойств, зависящих от состава, строения и молекулярной массы. Основным показателем, определяющим области их применения, как уже было упомянуто, является кинематическая вязкость, величина которой входит в марку жидкостей. Олигомеры этой группы органосилоксанов классифицируют по областям применения следующим образом:

  • жидкости ПМС-1÷ПМС-2 используют в качестве охлаждающих и демпфирующих жидкостей в приборах до -60°С;
  • жидкости ПМС-10÷ПМС-1000 используют в качестве демпфирующих, амортизационных, гидравлических жидкостей в приборах и механизмах, а также дисперсионных сред для пластичных смазок, вазелинов и паст, хорошо зарекомендовавших себя, в частности, в запорной арматуре газопроводов;
  • жидкости с вязкостью выше 10000мм2/с используют в качестве демпфирующих жидкостей в приборах, демпферах крутильных колебаний в тепловозостроении и в качестве дисперсионных сред в высоковязких пластичных смазках;
  • жидкости с разветвлённым строением молекул ПМС-1р÷ПМС-3р используют в приборах и механизмах в качестве охлаждающих и демпфирующих до -100°С, а ПМС-10р÷ПМС-400р в качестве дисперсионных сред в низкотемпературных маслах и смазках и демпфирующих жидкостей.

Из иностранных аналогов жидкостей ПМС можно упомянуть линейные силиконовые жидкости WACKER AK SILICONE FLUID, выпускаемые немецкой фирмой WACKER, и имеющие кинематические вязкости от 0.65 до 1000000 мм2/с.

Поскольку диметилсилоксановые жидкости имеют низкие значения поверхностного натяжения (18 – 20 мН/м), они широко используются также в качестве антипенных добавок в минеральные масла. Хорошую растекаемость и отсутствие пузырей в лаках и покрытиях, а также высокую полирующую способность в политурах придают ПМС жидкости при небольших добавках в указанные материалы.

Хорошо зарекомендовали себя жидкие полидиметилсилоксаны в качестве неподвижной фазы в газо-жидкостной хроматографии.

Диэлектрические свойства диметилсилоксанов и характер их зависимости от температуры указывают на высокие диэлектрические качества жидкостей ПМС. Если при этом учесть, что силиконовые жидкости не образуют токопроводящих углеродных частиц при электрическом пробое или искрении, то становится понятным их применение в качестве жидких диэлектриков в трансформаторах и других электрических устройствах. Хорошо зарекомендовала себя в качестве трансформаторной жидкости полидиметилсилоксановая жидкость POWERSIL FLUID TR 50 фирмы WACKER.

Cмазывающие свойства жидкости ПМС

Жидкости ПМС обладают невысокими смазывающими свойствами при трении сталь по стали, но некоторые сочетания трущихся пар, например, бронза - сталь, латунь – пластмассы, при гидродинамической смазке жидкими полидиметилсилоксанами работают удовлетворительно. Использование ПМС в качестве жидких сред в маслах и смазках, компаундированных разными противоизносными добавками и дисперсиями, создаёт благоприятные условия для избирательной адсорбции добавок на поверхностях трения и для образования противоизносной плёнки, позволяющей существенно повышать давление и скорости скольжения.

Жидкие полидиметилсилоксаны являются коррозионно-инертными

Жидкие полидиметилсилоксаны являются коррозионно-инертными веществами. В нормальных условиях и при нагревании до 100°С - 150°С они не вызывают коррозии и не изменяются сами в течение длительного времени при пропускании воздуха в контакте с алюминиевыми и магниевыми сплавами, бронзами, углеродистыми и легированными сталями, титановыми сплавами. Свойства жидкостей ПМС не изменяются при температурах до 100°С в атмосфере воздуха в течение 200 часов при контакте с перечисленными сплавами. При температурах 65°С - 100°С ПМС не изменяют своей вязкости и не вызывают значительного набухания или вымывания многих полимеров и полимерных материалов.

Силиконовые жидкости биологически инертны

Ещё одной полезной особенностью силиконовых жидкостей является их биологическая инертность, поэтому они широко используются в медицине, косметике и даже в пищевой промышленности.

Например, пищевая добавка Е900 представляет собой ни что иное, как жидкий полидиметилсилоксан и играет роль пеногасителя при промышленном производстве продуктов питания. Также добавка применяется как связующий агент, стабилизатор, текстуратор, антикомкователь и антислеживатель.

В основном пищевой антифламинг Е900 добавляется во фритюрные жиры и масла, некоторые виды соков, консервированные фрукты и овощи, которые выпускаются как в стеклянной, так и в металлической таре. Кроме того, вещество нередко входит в состав джемов, мармелада, повидла, желе, и других продуктов питания, основу которых составляют фрукты.

Помимо этого добавку Е900 можно встретить в изделиях, которые изготавливаются из зерновых, в концентрированных, а затем консервированных бульонах и супах. Добавляется полидиметилсилоксан и в безалкогольные напитки, вина, сидр, жидкое взбитое тесто, готовые смеси для омлетов, а также жевательную резинку.

Начиная с 70-х годов XX века силиконовые жидкости активно используются в средствах персонального ухода и декоративной косметики. Наибольшее распространение получили циклопентасилоксан D5 и полидиметилсилоксан, в косметике известный как диметикон. Среди самых распространённых задач силиконов в косметике: сохранение влаги, сохранение цвета, разглаживание волос и кожи, фиксирование средства на коже, противодействие проникновения в продукт влажности или пота. Силиконы не оставляют ощущения липкости или жирности. Их свойство удерживать средство на коже используется в водостойких продуктах, а также в солнцезащитных продуктах. Диметикон содержится в большинстве популярных шампуней Pantene.

Влияние заместителей у атома кремния на свойства олигомеров

Если в обрамление силоксановых цепей изменять органическую часть, начиная с монотонного строения молекул диметилсилоксанов только с метильными группами у атома кремния и внося в их строение элементы асимметрии, жёсткости, полярности, конформационную заторможенность и т.п., то свойства олигомеров существенно изменяются.

Это явление подтверждается изменением свойств органосилоксанов по мере усложнения структуры диметилсилоксанов путём замены в них части метильных радикалов на другие алкильные или арильные радикалы. Введение в обрамление цепи молекул, например, алкильных групп с числом атомов углерода два и более и изостроения вместо метильных у каждого атома кремния, существенно влияют на вязкость, температуры стеклования и застывания, энергию активации вязкого течения и температурный коэффициент вязкости. Увеличение числа атомов углерода в цепях алкила, то есть рост длины углеродной цепи закономерно понижает плотность, повышает температуру застывания и стеклования, коэффициент преломления, энергию активации вязкого течения и температурный коэффициент вязкости. Такие изменения могут быть объяснены, с одной стороны, увеличением рыхлости структуры молекул олигомера, приводящей к уменьшению плотности упаковки, с другой, - ростом межмолекулярного взаимодействия и уменьшением конформационной подвижности за счёт увеличения числа межмолекулярных зацеплений между длинными алкилами.

Такое же влияние на реологические свойства олигомеров наблюдается при использовании в обрамлении цепи диметилсилоксанов других видов асимметрии, например, введение атома водорода у атома кремния или разветвления за счёт трифункционального звена в цепи.

Полидиэтилсилоксаны

При замене обоих метильных радикалов у атома кремния этильными, мы сталкиваемся с новым классом органосилоксанов – полидиэтилсилоксаны, - которые приобрели большое практическое значение. Диэтилсилоксаны представляют собой смесь полимергомологов преимущественно линейной структуры общей формулы

с примесью циклических соединений [(С2Н5)2SiO]n и олигомеров разветвлённой структуры.

Диэтилсилоксаны являются прозрачными жидкостями с вязкостью от 1.5 до 1×106 мм2/с, зависящей от степени полимеризации. Эти жидкости имеют значительно более низкие температуры стеклования и застывания в сравнении с диметилсилоксанами, но влияние температуры на их вязкости существеннее. Диэтилсилоксаны имеют более высокую вязкость при 20°С, чем метилсилоксанами со сравнимой длиной цепи. Главное отличие диэтилсилоксанов заключается в экстремально низкой температуре потери текучести, которая в 1.5 – 2 раза ниже, и достигают -135°С ÷ 140°С.

В отечественной промышленности полидиэтилсилоксаны выпускаются под марками ПЭС. Они хорошо растворимы в большинстве органических растворителей и в отличие от других органосилоксанов полностью совмещаются с минеральными маслами, что обусловило широкое использование их в качестве основ масел и смазок.

Состав промышленных диэтилсилоксанов сложен, в общем случае они являются смесями молекул разной степени полимеризации и различного строения от чисто линейных до разветвлённых и циклических.

Замена в органосилоксанах метильных заместителей на этильные ограничивает свободу вращения атомов и групп вокруг связей ≡Si-O- и ≡Si-C≡. Это приводит к увеличению жёсткости цепей и тем самым препятствует реализации спиралеобразных конформаций силоксановых цепей и полной внутримолекулярной компенсации диполей полярных связей ≡Si-O-. Такое же влияние оказывает и разветвлённая структура некоторых диэтилсилоксанов.

С другой стороны, этильные заместители и разветвления препятствуют плотной упаковке цепей, что приводит к большим межцепным расстояниям в диэтилсилоксанах по сравнению с диметилсилоксанами и к снижению межмолекулярного взаимодействия.

Преобладающая область применения полидиэтилсилоксановых жидкостей:

  • ПЭС-1,
  • ПЭС-2,
  • ПЭС-3,
  • ПЭС-4,
  • ПЭС-5,
  • ПЭС-7,
  • ПЭС-С-1 (жидкость 132-24),
  • ПЭС-С-2 (жидкость 132-25).

Это использование их в качестве дисперсионной среды в маслах и смзках.

Температурные пределы эксплуатации жидких ПЭС лежат в интервале температур от -70°С÷-100°С до 125°÷150°С.

В зависимости от вязкости ПЭС классифицируются по областям применения следующим образом:

  • ПЭС-1, ПЭС-2 – низковязкие с температурой стеклования до -140°С – используют в качестве охлаждающих теплоносителей и рабочих жидкостей в гидравлических системах;
  • ПЭС-3 – в гидравлических системах и в качестве компонента полировальных составов;
  • ПЭС-4, ПЭС-7 с вязкостью в пределах 42 – 48 мм2/с при 20°С и с низкой температурой стеклования (-130°С) хорошо смешиваются с нефтяными маслами и другими органическими маслами, используют в качестве основы низкотемпературных приборных и гидравлических жидкостей и масел;
  • ПЭС-5 – теплоноситель, демпфирующая жидкость в приборах, дисперсионная среда в пластичных и разделительных смазках, компоненты полировально-очистительных составов, замасливателя в производстве синтетических волокон.

На основе ПЭС созданы широко известные смазки ЦИАТИМ-221, ВНИИНП-207, 219, 231.

Отличительной особенностью жидких полидиметилсилоксанов является полная совместимость с минеральными маслами и другими органическими продуктами. Добавка ПЭС к углеводородам улучшает низкотемпературную характеристику последних. Так смеси ПЭС-4 с маслами МС-14 и АУ имеют более низкие температуры потери текучести и удовлетворительную вязкость при температуре -50°С.

В некоторых оптимальных соотношениях смеси диэтилсилоксанов с углеводородами проявляют высокую смазочную активность. Предполагают, что механизм действия добавок органосилоксанов к нефтяным маслам заключается в разложении доэтилсилоксанов при трении с образованием двух поверхностных слоёв: первый очень высокой твёрдости (кремний) и второй – мягкий слой оксидов, выполняющий функцию смазки. Возможно также образование химических соединений другого состава, уменьшающих трение. Соотношением этих двух слоёв определяются смазочные свойства растворов диэтилсилоксанов в углеводородных средах.

При использовании смесей полидиметилсилоксанов и минеральных масел созданы приборные низкотемпературные масла марок 132-07, 132-08, 132-19, 132-20, 132-21, приборные смазки ОКБ-122-7, ОКБ-122-7-5, МЗ-5, морозостойкие смазки Северол-1, Унизол-3М.

Полидиэтилсилоксановые жидкости применяют в качестве рабочего масла диффузионных вакуум-насосов. Они выпускаются под маркой ПЭС-В и отличаются от органических вакуумных жидкостей повышенной термоокислительной стабильностью.

Полиметилфенилсилоксаны

С введением в обрамление цепи органосилоксанов фенильных радикалов образуется отдельная обширная группа полиметилфенилсилоксанов со специфическими заданными свойствами.

Полиметилфенилсилоксановые жидкости различаются по строению молекул и по соотношению в них метильных и фенильных радикалов.

(I)

(II)

R3-Si- = (Ch4)3-Si- , (Ch4)2(C6H5)-Si- , (Ch4)(C6H5)2-Si- или (C6H5)3-Si-.

Цепи молекул полиметилфенилсилоксанов могут состоять из метилфенилсилокси- звеньев (I) или диметил- и метилфенилсилокси- (II) или диметил- и дифенилсилокси- звеньев. При одинаковом соотношении в них метильных и фенильных радикалов свойства их близки. Наиболее существенное влияние на свойства оказывает структура молекул – линейная или циклическая.

Линейные молекулы метилфенилсилоксанов могут иметь широкий спектр молекулярных масс, который и определяет их вязкость.

Циклические метилфенилсилоксаны не достигают значительных величин молекулярных масс. Практически используют метилфенилциклотри- или тетрасилоксаны или смесь три, тетра и пентациклосилоксанов с разным соотношением в них диметил-, метилфенил- или дефинилсилокси- звеньев.

Отечественная промышленность выпускает большое число марок полиметилфенилсилоксановых жидкостей самого разного назначения, которые можно разбить на 4 группы.

Группа I – ω,ω’-гексаметилолигодиметил(метилфенил)силоксаны, являющиеся полидисперсными смесями линейных молекул общей формулы.

с разной степенью полимеризации и разным соотношением n:m (от 10 до 1.5). Распределение метилфенилсилокси- звеньев в молекулах имеет статистический характер.

К этой группе относятся следующие марки метилфенилсилоксанов: ФМ-5, ФМ-5, 6АП, 133-79 (или ФМ-1322), Сополимер 2, ФМ-6, ФМ-6ВВ, 133-158 (или ФМ-1322/300), Сополимер 2/300, Сополимер 5, Сополимер 3.

Группа II – ω,ω’-гексаметилолигометилфенилсилоксаны, также являющиеся полидисперсными смесями линейных молекул общей формулы

различной степени полимеризации. К этой группе относятся жидкость ПФМС-2/5л, ПФМС-2 и ПФМС-4.

Группа III – ω,ω’-диметилтетрафенилолигометилфенилсилоксаны, являющиеся полидисперсными смесями молекул общей формулы

c разной степенью полимеризации. Марки промышленного выпускаемых жидкостей этой группы: ФМ-1, ФМ-2, 133-165 (или ПФМС-5), 133-57 (или ПФМС-6).

Группа IV – олигометилфенилсилоксаны двух марок. Олигомер 133-35 (или МФТ-1) представляет собой тетраметилтетрафенилциклотетрасилоксан, а олигомер 133-38 (или ПФМС-13) – смесь метилфенилциклосилоксанов общей формулы

Все полиметилфенилсилоксаны представляют собой прозрачные бесцветные или слегка желтоватые жидкости. Наиболее вязкие олигомеры – 133-165 и 133-57 – могут иметь окраску от светло-жёлтой до светло-коричневой.

Из иностранных метилфенилсилоксановых жидкостей хорошо себя зарекомендовали жидкости фирмы WACKER – WACKER AP 200 SILICONE FLUID, WACKER AP 1000 SILICONE FLUID, представляющие собой полидиметилсилоксановые жидкости с высоким содержанием фенильных групп, WACKER AR 200 SILICONE FLUID, а также WACKER AS 100 SILICONE FLUID с низкой долей фенильных групп.

Введение фенильных групп в состав органосилоксанов значительно повышает уровень межмолекулярных взаимодействий за счёт увеличения жёсткости цепей молекул, ограничения свободы вращения атомов и групп атомов вокруг связей ≡Si-O- и ≡Si-C≡, а также за счёт появления специфических межмолекулярных взаимодействий, обусловленных присутствием в составе рассматриваемых олигомеров ароматических ядер. В результате изменяются физические свойства олигомеров.

Основное отличие полиметилфенилсилоксановых жидкостей от полидиметилсилоксановых заключается в повышенной термоокислительной и термической стойкости. Фенилльный радикал у атома кремния в сочетании с метильным повышает термическую и термоокислительную стабильность органосилоксанов на 50°С - 70°С, повышая при этом и температуру плавления, а также зависимость вязкости от температуры. Особенно сильное влияние на термостойкость и другие свойства метилфенилсилоксанов оказывает число фенильных радикалов в концевых группах олигомеров.

Метилфенилсилоксаны обладают также повышенной радиационной стойкостью, арильные группы которых, как и в органических ариленах, рассеивают энергию излучения сопряжёнными двойными связями ароматических колец.

Основные направления практического применения метилфенилсилоксановых жидкостей:

  • высоковакуумные масла для диффузионных насосов;
  • теплоносители для высоких и низких температур;
  • дисперсионные среды для термостойких масел и смазок.

Предел допустимых температур использования метилфенилсилоксанов лежит в широком диапазоне от -20°С÷-100°С до 200°С÷350°С в зависимости от состава, степени полимеризации и содержания фенильных заместителей в молекулах.

Характерное для метилфенилсилоксанов сочетание повышенной термостойкости, низких температур стеклования, низкое давление паров, совместимость с органическими средами определяет области их применения, которые можно классифицировать по маркам олигомеров следующим образом:

  • жидкости ФМ-5, ФМ-6, ФМ-5,6АП используют в качестве дисперсионных сред низкотемпературных масел и смазок, в малонагруженных высокоскоростных шарикоподшипниках и в фреоновых холодильных машинах, а также в качестве охлаждающих теплоносителей;
  • жидкости 133-79, 133-158, Сополимер 5 и Сополимер 3 используют в качестве термостойких и низкотемпературных сред в маслах и смазках, работоспособных в широком диапазоне температур и в глубоком вакууме. Их используют также в качестве теплоносителей и жидкостей для гидравлических систем;
  • жидкости ПФМС-2/5л, ФМ-1, ФМ-2, 133-35 и 133-38 используют в диффузионных вакуумных насосах с предельным вакуумом от 133.322 нПа до 13.332 мкПа;
  • жидкости ПФМС-4, 133-165 и 133-57 используют в качестве высокотемпературных и трудновоспламеняемых теплоносителей, диэлектриков, рабочих и дисперсионных сред для смазок и масел, неподвижных фаз газожидкостной хроматографии.

Области использования метилфенилсилоксанов для получения консистентных смазок охватывают как термостойкие смазки, вакуумные антифрикционные, так и специальные приборные, электроконтактные, уплотнительные и противозадирные смазки.

Наиболее ценными и высококачественными материалами на основе метилфенилсилоксанов, не имеющими по вакуумным свойствам аналогов среди других классов химических соединений, являются диффузионные масла для высоковакуумных насосов на предельный вакуум в насосе до 13.3 мкПа.

Полярные группы или атомы в органических радикалах органосилоксанов вносят свой вклад в свойства олигомеров. Обычно их используют для повышения смазывающих свойств органосилоксановых жидкостей при сохранении основных свойств или для достижения других заданных характеристик.

Метил(галогенооргано)силоксаны

Типичными представителями таких олигомеров являются органосилоксаны с галогеном в органических радикалах – метил(галогенооргано)силоксаны. Они становятся более полярными, обладают улучшенной смазывающей способностью и ограниченной горючестью, изменяется их растворимость и совместимость с органическими средами. Одновременно повышается уровень межмолекулярного взаимодействия, вязкость и её зависимость от температуры, температуры застывания и стеклования. Однако эти нежелательные изменения компенсируются значительным повышением смазывающей способности и полярности.

Структура молекул метил(галогенооргано)силоксанов, как и других органосилоксанов, может быть линейной, разветвлённой или циклической, и все закономерности свойств олигомеров, связанные со структурой молекул, для данных олигомеров аналогичны другим органосилоксанам.

Отечественная промышленность выпускает три типа метил(галогенооргано)силоксанов:

  • метил(хлорфенил)силоксаны,
  • метил-γ-трифторпропилсилоксаны
  • метил(галогенооргано)силоксаны, содержащие как γ-трифторпропильные, так и хлорфенильные заместители.

Все названные метил(галогенооргано)силоксаны представляют собой прозрачные бесцветные или светло-жёлтые жидкости, хорошо растворимые в таких полярных растворителях, как ацетон, метилэтилкетон, этилацетат, изопропиловый спирт, фреон-13 и т.д.

По своей природе промышленные метил(галогенооргано)силоксаны являются сложными смесями молекул, отличающихся между собой как степенью полимеризации, так и составом.

Диметилхлорфенилсилоксаны

В настоящее время в качестве смазывающих веществ широко используют диметилхлорфенилсилоксаны. Полагают, что атомы в хлорорганосилоксанах активируются в горячих точках при трении металла о металл и атомы хлора с металлом образуют тонкую плёнку хлорида металла на поверхности, что способствует снижению сил трения и предотвращает заедание. Активность атомов хлора диметил(метилхлорфенил)силоксанов при трении зависит от их числа в фенильном радикале, расположения хлорфенильных радикалов в полимерной цепи и от общего содержания хлора в олигомерах.

Исследование и сравнение смазывающих свойств органохлорфенилсилоксанов и органофторпропилсилоксанов показало, что при граничном трении механизм смазывания трущихся пар различен. Не вдаваясь в подробности, интересен конечный вывод исследования – при небольших нагрузках смазывающие свойства лучше у диметил-метил-γ-трифторпропилсилоксанов, а при высоких – у олигодимелил-метил-хлорфенилсилоксанов.

Получается, что для получения жидких олигомеров с хорошими смазывающими свойствами в широком диапазоне нагрузок целесообразно совмещение указанных двух типов органосилоксанов в одну систему.

Одновременное присутствие дихлорфенильного и γ-трифторпропильного радикалов в молекуле органосилоксана даёт эффект синергизма при граничном трении. Соответственно, диметил-(метилдихлорфенил)-(метил-γ-трифторпропил)силоксаны обладают лучшими смазывающими свойствами, чем диметил-(метилдихлорфенил)силоксаны и диметил-метил-γ-трифторпропилсилоксаны, отдельно взятые. Такие силиконовые жидкости выпускаются промышленностью (жидкости 169-36, 169-106, 169-168).

Итак, основными областями применения метил(галогенооргано)силоксанов являются смазочные материалы и жидкости, работающие в условиях граничного и гидродинамичного трения.

Одной из наиболее существенных областей применения являются гидравлические системы, эксплуатирующиеся при повышенных температурах (200 - 250°С). Для этих целей была создана диметил(метилдихлорфенил)силоксановая жидкость ХС-2-1, которая не вызывает коррозии при температурах до 250°С в течении 100 часов алюминиевых сплавов АЛ-9, бронзы, стали ШХ-15, 12ХНЗА.

Жидкости на основе метил(фтороргано)силоксанов с соответствующими противоизносными добавками и антиоксидантами обладают хорошими смазывающими свойствами при температурах до 300°С при использовании в узлах трения, работающих в гидродинамическом режиме.

Метилфторхророрганосилоксаны работоспособны при температурах до 250°С в гидравлических системах, гидроамортизаторах и других системах с узлами трения сталь по стали, обладая в таких условиях повышенной смазывающей способностью и стабильными характеристиками.

Метил(галогенооргано)силоксаны успешно применяют в качестве дисперсионных сред для термостойких ( до 250°С - 350°С) смазок с пигментами-загустителями, литиевыми мылами и различными антиоксидантами. Некоторые из них работоспособны в вакууме до 10 нПа при температурах от -80°С до 160°С в малонагруженных подшипниках качения и маломощных редукторах, эксплуатируемых в высоком вакууме.

В последнее время установлены новые уникальные области применения метилфторорганосилоксанов и олигометилфторхлорорганосилоксанов для консервации изделий и предметов материальной культуры из дерева, керамики, кожи и др. с целью их защиты от разрушения насекомыми (древоточцами) и от действия неблагоприятных факторов окружающей среды. Эти олигомеры оказались высокоэффективными антивспенивателями в химической чистке одежды. На основе метил(галогенооргано)силоксанов разработана композиция 137-183, имеющая название «Пластоль» для изготовления слепков и отливов палеонтологических и археологических объектов, представляющих большую научную и художественную ценность.

Препарат на основе метил(галогенооргано)силоксанов 169-116, имеющий марку «Антишашелин», оказался биологически активным по отношению к насекомым-древоточцам, полностью уничтожая их при малых дозах (0.1% раствор), оставаясь при этом нетоксичным по отношению к теплокровным организмам.

Органоалкоксисилоксаны

Проблема повышения смазывающей способности и поверхностной активности органосилоксанов наряду с сохранением термостойкости и совместимости их с разными средами привела к исследованию и синтезу обширной группы органоалкоксисилоксанов.

На практике наиболее широко применяются органо(2-этилгексокси)силоксановые жидкости.

Основное влияние на свойства этого ряда олигомеров оказывают объём и природа органического радикала. Особенно чувствительны к этим факторам коэффициент преломления, вязкость, температура застывания, энергия активации вязкого течения, т.е. характеристики, связанные с полярностью радикала, межмолекулярным взаимодействием и конформационной подвижности молекул. Температура застывания большинства рассматриваемых олигомеров лежит ниже -100°С или около этой величины, что объясняется асимметрией строения молекул, препятствующей плотной упаковке и кристаллизации при охлаждении.

Среди разработанных и исследованных органоалкоксисиланов лучшими эксплуатационными свойствами обладают фенил-(2-этилгексокси)силоксаны (ПФГОС-4 и ПФГОС-3) и тиенил-(2-этилгексокси)силоксан (ПТГОС-3). Эти олигомеры хорошо смазывают трущиеся металлические пары, смешиваются со многими органическими и фторорганическими жидкостями и маслами, имеют высокую активность как пеногасители, инертны к фреонам и конструкционным материалам, применяемым в холодильных машинах. Они стабильны при температурах до 150°С и застывают при температуре ниже -65°÷-75°С. Такой комплекс свойств определил области применения указанных органосилоксанов.

В связи с хорошей совместимостью с фреонами олигомер ПФГОС-4 применяют в качестве смазочного масла в холодильной технике. Масло ПФГОС-4 в смеси с фреоном Ф-22 инертно по отношению к резине ИРП-1068, графиту, отверждённому бакелитовому лаку. Оно также рекомендовано для применения для тяжелонагруженных быстроходных компрессоров. Кроме того, оно испытано и рекомендовано в качестве смазочного масла для бессальниковых компрессоров с уплотнителями из фторопластовых колец.

Хорошие диэлектрические свойства олигомера ПФГОС-4 позволяют применять её для электроконтактной пасты. Масло ПФГОС-4 хорошо гасит пену в водно-гликолевых смесях. С учётом этого свойства на его основе разработаны водно-гликолевые охлаждающие жидкости для двигателей автомобилей и для литьевых машин.

Жидкость ПФГОС-3 используется в гидравлических муфтах забойных конвейеров и наиболее полно соответствует требованиям к амортизаторным жидкостям для автомобиле- и тракторостроении.

Реакционноспособные органосилоксаны

Среди различных групп кремнийорганических жидкостей особняком стоят реакционноспособные органосилоксаны, нашедшие широкое практическое применение для гидрофобизации поверхности различных материалов, - алкилгидридсилоксаны и алкилсилоксаноляты щелочных и других металлов.

Представителями первых являются метилгидридсилоксаны и этилгидридсилоксаны. В обоих случаях реакционноспособной по отношению к активной поверхности выступает ≡Si-H связь, которая легко взаимодействует с гидроксильными группами или связью кислород – металл, образуя валентную ≡Si-O- связь с поверхностью материала. Алкильный радикал, связанный с атомом кремния, при этом ориентируется от поверхности, придавая ей гидрофобные свойства. Таким образом, на поверхности образуется тончайшая плёнка полиалкилсилоксана, не смываемая и не удаляемая обычными способами.

Молекулы таких олигомеров могут быть линейными

или циклическими

Реакционная способность таких олигомеров различна. В случае алкилгидридциклосилоксана активная поверхность может не только взаимодействовать с ≡Si-H связью, но и вызывать раскрытие цикла по Si-O-Si связи и взаимодействовать со связями раскрытого цикла по типу реакции теломеризации. Такая возможность делает алкилгидридциклосилоксаны более универсальными гидрофобизаторами, что реализуется на практике в гидрофобизирующих жидкостях ГКЖ-94 и ГКЖ-94М.

Основными областями применения алкилгидридсилоксанов является строительство, текстильная и лёгкая промышленность.

В гидрофобизаторах типа алкилсилоксанолятов металлов

(R – алкил, Me – Na, Al)
реакционноспособной по отношению к поверхности строительных материалов является связь ≡Si-OMe, которая вступая в реакции замещения с гидроксидами или солями (например, цементом), также образует плёнку полиалкилсилоксана. Эта плёнка, привязанная силоксановой связью к поверхности, также имеет ориентированные от поверхности алкильные радикалы, придающие ей гидрофобные свойства.

В крупном промышленном масштабе выпускаются и нашли широкое применение алкилсиликонаты натрия: ГКЖ-10 (этилсиликонат натрия) и ГКЖ-11 (метилсиликонат натрия). Они растворимы в воде, не имеют запаха, не опасны в обращении.

Широкое применение получили кремнийорганические гидрофобизаторы в строительстве для повышения долговечности и в первую очередь морозостойкости тяжёлого и лёгкого бетона и железобетона в тяжёлых условиях эксплуатации: при попеременном замораживании и оттаивании, увлажнении и высыхании, капиллярном подсосе и испарении солевых растворов, а также при длительном и непрерывном воздействии растворов солей.

Жидкости ГКЖ-94, ГКЖ-10 и ГКЖ-11 используют для повешения трещинностойкости и формоустойчивости тяжёлых и лёгких бетонов. ГКЖ-10 и ГКЖ-11 повышают атмосферостойкость цементно-песчаных растворов, бетонов, кирпича, гипса, туфов, известняков, а также долговечности покрытий из силикатных и известковых красок.

Заключение

Рассмотренные выше силиконовые жидкости наиболее широко применяются в промышленности в различных сферах. Тем не менее, продолжаются исследования по получению и изучению свойств многих других классов кремнийорганических жидкостей. К примеру, достаточно перспективными классами являются органосилоксановые жидкости с объёмными радикалами у атома кремния (адамантил, карборан), органосилоксаны с гетерозвеньями, гетероциклами и гетероатомами.

 

Следующая новость

Силиконовые жидкости - свойства, область применения и строени

Содержание:

Силиконовые жидкости (кремнийорганические жидкости, силиконовые масла) – олигоорганосилоксаны, не содержащие функциональных групп для последующей полимеризации, с замкнутыми концевыми не реакционноспособными звеньями. Представляют собой жидкости с разной вязкостью, температурой застывания и стеклования, термостойкостью и другими свойствами.

Свойства силиконовых жидкостей

Силиконовые жидкости представляют собой обширную группу высокоэффективных олигомерных веществ с комплексом свойств, присущим только этому классу полимерных соединений, и не повторяющимся ни в одном из других известных в настоящее время природных или синтетических материалов.

Они обладают низкими температурами стеклования и потери текучести (-60°С … -130°С) и одновременно высокой термостойкостью (200°С … 350°С), низким давлением насыщенных паров и малой летучестью, малой зависимостью вязкости, диэлектрических и других свойств от температуры, значительной сжимаемостью и высоким давлением затвердевания, малым поверхностным натяжением (18 – 26 мН/м) и высокой подвижностью, высокой гидрофобностью и лиофильностью, малой зависимостью вязкости от скорости сдвига при сохранении широкого диапазона ньютоновского течения при вязкости до 1500 мм2/с. Для некоторых жидких силоксанов характерно значительное повышение параметров теплофизических свойств (теплоёмкости и теплопроводности) в критических и закритических областях давления и температуры.

В зависимости от состава и строения силиконовые жидкости смешиваются в любых соотношениях со многими органическими средами либо полностью не смешиваются.

Радиационная стойкость жидких силоксанов также зависит от состава и строения молекул. Они могут проявлять высокую стойкость (до 2 Мрад), либо они сшиваются с образованием геля при дозе (1.5 - 3)×104 рад.

В зависимости от состава и строения молекул силиконовые жидкости проявляют хорошую смазывающую способность для различных пар трения или вообще не обладают смазочными свойствами. Особенно существенно влияют состав и строение молекул олигомеров на реологические свойства жидкостей в широком диапазоне температур. Для некоторых структур наблюдается аномально малая зависимость вязкости от молекулярной массы, что важно для всякого рода демпфирующих устройств.

Строение органических радикалов, обрамляющих силоксановую цепь, структура силиконового каркаса, а также наличие и характер концевых групп в молекулах определяют механизм и температуру термической и термоокислительной деструкции силоксанов, что в итоге обуславливает допустимые температурные пределы эксплуатации олигомеров. Инертность или реакционная способность также зависят от строения и состава жидкости. Однако, не содержащие функциональных групп олигомеры совершенно инертны и не вызывают коррозии подавляющего числа металлов и сплавов. Они являются неагрессивными и по отношению к живым организмам.

Структура олигомеров в зависимости от метода и условий синтеза может быть разной: олигомеры линейного или разветвлённого строения, циклические или циклолинейные, либо сочетания тех и других. Они могут иметь значительную либо малую полидисперсность по молекулярно-массовому составу смеси олигомергомологов.

Область применения силиконовых жидкостей

Отмеченные особенности свойств силиконовых жидкостей определяют и области возможного применения этих соединений. Первое и основное их свойство – жидкое состояние в широком диапазоне температур – определили круг их использования в качестве жидких рабочих сред для различных приборов и механизмов, дисперсионных сред для смазочных масел и смазок, вазелинов и паст, теплоносителей. Высокие диэлектрические свойства и малая их зависимость от температуры определили использование силиконовых жидкостей в качестве жидких диэлектриков в приборах, трансформаторо- и конденсатостроении, а сочетание этих свойств с гидрофобностью – в приборах радиоэлектроники. Низкие температуры стеклования и застывания в сочетании с термостойкостью позволили успешно применить их в космической технике, самолётостроении, приборостроении; низкое поверхностное натяжение – в качестве разделительных жидкостей и антивспенивателей.

Строение силиконовых жидкостей

Жидкие полисилоксаны могут быть:

  • линейного строения:
  • циклического строения:
  • или разветвлённого строения:

Их свойства существенно различны. Линейные молекулы могут сворачиваться в спираль. Они характеризуются высокой гибкостью и свободой вращения групп вокруг связей Si-C и Si-O, обладают мало ограниченной подвижностью и минимумом свободной энергии. Особенности строения линейных олигомеров приводят к малой зависимости их вязкости и других свойств от температуры, к низким температурам стеклования и плавления, малой энергией когезии и вязкого течения. Они обладают упругой сжимаемостью.

Олигомеры с циклическим строением молекул имеют в разной степени, деформированную от планарной структуру, и напряжение валентных углов силоксановой связи. Их свободная энергия и энтропия соответственно отличаются от олигомеров с линейными молекулами. Течение таких структур заторможенное, что проявляется в большей зависимости вязкости от температуры. Циклосилоксаны легче образуют кристаллические структуры, имеют большую плотность и коэффициент преломления, менее склонны к переохлаждению и сравнительно быстро перегруппировываются по силоксановым связям в молекулы большего размера с меньшим напряжением в цикле, что сопровождается повышением средней молекулярной массы и вязкости.

Разветвлённые олигомеры в связи с ассиметричным строением обладают более рыхлой структурой, не кристаллизуются при определённом оптимальном соотношении разветвлений, при охлаждении легче образуют клубки, их реологические свойства меньше зависят от молекулярной массы и температуры.

Полидиметилсилоксановые жидкости

Наиболее широкое применение в технике получил наиболее простой класс силиконовых жидкостей – полидиметилсилоксаны.

В основном, на практике применяются два типа полидиметилсилоксанов:

  • С линейным строением
    имеют в отечественной промышленности марку «ПМС» и отличаются между собой по числу звеньев n.
  • С разветвлённым строением

имеют промышленную марку «ПМС-р» и различаются между собой по общему числу звеньев n и m, и по соотношению этих звеньев.

Полидиметилсилоксановые жидкости циклического строения в промышленности используются редко. Одним из немногих примеров может служить жидкость ПМС-200А, представляющая собой смесь олигомеров линейной и циклической структуры, и использующаяся преимущественно в качестве пеногасящей присадки.

Линейные полидиметилсилоксаны

Молекулы линейных полидиметилсилоксанов построены регулярно, симметрично. Нарушает симметрию лишь концевая, триметилсилокси- группа, которая в силу подвижности метильных радикалов, расположенных у концевого атома кремния, образует подобие «зонтичной» структуры. Эта особенность строения линейных полидиметилсилоксанов обусловливает их способность при низких температурах (-60°С …-70°С) образовывать кристаллические структуры.

В низкомолекулярных олигомерах образованию кристаллических структур мешает близкое расположение концевых групп. В таких олигомерах кристаллизация может проявляться при -70°С … -82°С. В более длинных цепях, когда концевые группы разделены длинной, регулярно построенной цепью, способность образовывать кристаллические структуры проявляется уже в интервале температур -40°С … -60°С. В этом температурном интервале полидиметилсилоксаны теряют подвижность и кристаллизуются задолго до температуры стеклования, равной -123°С.

Гибкость и спиралевидная структура молекулы полидиметилсилоксана определяет реологические свойства олигомеров. В зависимости от величины nср. они имеют вязкость от 0.65 до 1×106 мм2/с. На практике именно вязкость выступает в роли основной эксплуатационной характеристики полидиметилсилоксанов. Вязкость полидиметилсилоксанов монотонно возрастает с увеличением их молекулярной массы.

Коэффициент преломления, плотность и поверхностное натяжение, а также энергия активации процесса вязкого течения силиконовых жидкостей возрастают по мере увеличения вязкости, асимптотически приближаясь к определённым предельным значениям, и далее остаются постоянные, независимые от вязкости. Предельные значения основных физических свойств достигаются у полидиметилсилоксанов с вязкостью порядка 500 – 1000 мм2/с. Это обстоятельство даёт основание разделить их на две группы: низковязкие, для которых наблюдается зависимость свойств от вязкости, и высоковязкие, для которых такая зависимость не наблюдается. Полидиметилсилоксаны – представители этих групп по разному ведут себя при течении: первые являются ньютоновскими жидкостями, для вторых характерно аномально вязкое течение.

Сравнительно низкие значения плотности жидких полидиметилсилоксанов (820 – 980 кг/м3) объясняется наличием в них свободного вращения метильных групп вокруг связи Si-C, которое не прекращается даже при температуре -196°С. Дополнительное разрыхляющее влияние на упаковку молекул в полидиметилсилоксанах оказывает вращение отдельных фрагментов молекул вокруг связи Si-O.

Для силиконовых жидкостей характерна высокая величина сжимаемости, что связано со спиральным строением молекулярных цепей, упруго деформирующихся под давлением. Например, относительное изменение объёма при 25°С при изменении давления от 0.1 до 10 Мпа для ПМС-1 составляет 8.8%, ПМС-100 – 7.3%, тогда как относительное изменение объёма парафиновых или фторуглеродных масел при таких условиях не превышает 4.45 – 4.95%.

Жидкие полидиметилсилоксаны обладают низким поверхностным натяжением, которое при 20°С повышается от 15.5мН/м до 21 мН/м для полидиметилсилоксанов с вязкостью 100 – 150 мм2/с и выше и далее не меняется. Низкое поверхностное натяжение силиконовых жидкостей обусловливает их хорошую растекаемость на различных поверхностях и способность проявлять водоотталкивающие свойства, что широко используется на практике.

При увеличении вязкости, температуры кипения жидких полидиметилсилоксанов возрастают до 300°С, и начиная с ПМС-100 остаются постоянными. Это явление связано с началом деполимеризации силоксановой цепи при 300°С, когда кипение олигомера связано с выделением более низкомолекулярных продуктов деполимеризации.

Полидиметилсилоксаны низкой вязкости в обычных условиях горят плохо. Полидиметилсилоксаны с большей молекулярной массой сами не горят, но при нагревании деполимеризуются с образованием летучих диметилциклосилоксанов, способных гореть.

Диметилсилоксаны разветвлённого строения

Диметилсилоксаны разветвлённого строения – диметил(метил)силоксаны - выпускаюся под марками ПМС-р и цифровым индексом, характеризующим величину кинематической вязкости. Как и их линейные аналоги, они представляют собой бесцветные прозрачные жидкости с вязкостью от 1 до 400 мм2/с. Аналогично диметилсилоксанам диметил(метил)силоксаны являются смесями молекул с разной степенью полимеризации, однако их состав сложнее состава диметилсилоксанов, так как диметил(метил)силоксаны могут содержать наряду с молекулами разной степени разветвлённости и молекулы чисто линейного строения.

Главное отличие диметил(метил)силоксанов разветвлённого строения от аналогичных по вязкости линейных диметилсилоксанов заключается в отсутствии у них склонности к кристаллизации при определённом содержании разветвляющих метилсилсесквиоксановых звеньев. Такие диметил(метил)силоксаны при охлаждении заметно теряют текучесть под влиянием небольших сдвиговых усилий при температуре около -110°С, а затем стеклуются. При нагревании диметил(метил)силоксаны сразу же переходят в вязкотекучее состояние.

Основной причиной подавления кристаллизации в диметил(метил)силоксанах считается нарушение регулярности строения силоксановых цепей при введении в их состав метилсилсесквиоксановых звеньев. Оптимальным соотношением между метилсилсесквиокси- и диметилсилокси- звеньями в олигомерах типа ПМС-р следует считать соотношение порядка 1:5, при котором наблюдается минимальная температура застывания олигомеров рассматриваемого состава независимо от средней длины их цепей в пределах 8- 50 звеньев. При меньшем соотношении метилсилсесквиокси- и диметилсилокси- звеньев в олигомерах наблюдается резкое повышение температур застывания, обусловленное, вероятно, кристаллизацией содержащихся в таких олигомерах линейных диметилсилоксановых цепей, вовлекающих в процесс кристаллизации и участки цепей с диметилсилокси- звеньями разветвлённых молекул. При большем значении указанного соотношения возрастание температур застывания происходит за счёт увеличения межмолекулярного взаимодействия в таких олигомерах и значительного нарастания их вязкости.

По физическим свойствам димелил(метил)силоксановые жидкости очень близки к своим аналогам линейной структуры. Близки не только свойства олигомеров ПМС и ПМС-р при 20°С, но и характер их изменения с изменением температуры и давления. Температурные зависимости вязкости диметил(метил)силоксанов и аналогичных диметилсилоксанов совпадают. Как и в случае диметилсилоксанов при увеличении давления наблюдается значительное увеличение вязкости и тем больше, чем ниже температура.

Диэлектрическая проницаемость диметил(метил)силоксанов несколько выше, чем у димелилсилоксанов той же вязкости, и это различие остаётся и при высоких температур.

Марки и области применения полиметилсилоксанов

Ассортимент полиметилсилоксанов

Из всего ассортимента кремнийорганических жидкостей именно полидиметилсилоксаны наиболее полно представлены на рынке. В отечественной промышленности это широко известные диметилсилоксановые жидкости, выпускаемые в соответствии с ГОСТ 13032-77.

Жидкости ПМС и ПМС-р обладают широким набором свойств, зависящих от состава, строения и молекулярной массы. Основным показателем, определяющим области их применения, как уже было упомянуто, является кинематическая вязкость, величина которой входит в марку жидкостей. Олигомеры этой группы органосилоксанов классифицируют по областям применения следующим образом:

  • жидкости ПМС-1÷ПМС-2 используют в качестве охлаждающих и демпфирующих жидкостей в приборах до -60°С;
  • жидкости ПМС-10÷ПМС-1000 используют в качестве демпфирующих, амортизационных, гидравлических жидкостей в приборах и механизмах, а также дисперсионных сред для пластичных смазок, вазелинов и паст, хорошо зарекомендовавших себя, в частности, в запорной арматуре газопроводов;
  • жидкости с вязкостью выше 10000мм2/с используют в качестве демпфирующих жидкостей в приборах, демпферах крутильных колебаний в тепловозостроении и в качестве дисперсионных сред в высоковязких пластичных смазках;
  • жидкости с разветвлённым строением молекул ПМС-1р÷ПМС-3р используют в приборах и механизмах в качестве охлаждающих и демпфирующих до -100°С, а ПМС-10р÷ПМС-400р в качестве дисперсионных сред в низкотемпературных маслах и смазках и демпфирующих жидкостей.

Из иностранных аналогов жидкостей ПМС можно упомянуть линейные силиконовые жидкости WACKER AK SILICONE FLUID, выпускаемые немецкой фирмой WACKER, и имеющие кинематические вязкости от 0.65 до 1000000 мм2/с.

Поскольку диметилсилоксановые жидкости имеют низкие значения поверхностного натяжения (18 – 20 мН/м), они широко используются также в качестве антипенных добавок в минеральные масла. Хорошую растекаемость и отсутствие пузырей в лаках и покрытиях, а также высокую полирующую способность в политурах придают ПМС жидкости при небольших добавках в указанные материалы.

Хорошо зарекомендовали себя жидкие полидиметилсилоксаны в качестве неподвижной фазы в газо-жидкостной хроматографии.

Диэлектрические свойства диметилсилоксанов и характер их зависимости от температуры указывают на высокие диэлектрические качества жидкостей ПМС. Если при этом учесть, что силиконовые жидкости не образуют токопроводящих углеродных частиц при электрическом пробое или искрении, то становится понятным их применение в качестве жидких диэлектриков в трансформаторах и других электрических устройствах. Хорошо зарекомендовала себя в качестве трансформаторной жидкости полидиметилсилоксановая жидкость POWERSIL FLUID TR 50 фирмы WACKER.

Cмазывающие свойства жидкости ПМС

Жидкости ПМС обладают невысокими смазывающими свойствами при трении сталь по стали, но некоторые сочетания трущихся пар, например, бронза - сталь, латунь – пластмассы, при гидродинамической смазке жидкими полидиметилсилоксанами работают удовлетворительно. Использование ПМС в качестве жидких сред в маслах и смазках, компаундированных разными противоизносными добавками и дисперсиями, создаёт благоприятные условия для избирательной адсорбции добавок на поверхностях трения и для образования противоизносной плёнки, позволяющей существенно повышать давление и скорости скольжения.

Жидкие полидиметилсилоксаны являются коррозионно-инертными

Жидкие полидиметилсилоксаны являются коррозионно-инертными веществами. В нормальных условиях и при нагревании до 100°С - 150°С они не вызывают коррозии и не изменяются сами в течение длительного времени при пропускании воздуха в контакте с алюминиевыми и магниевыми сплавами, бронзами, углеродистыми и легированными сталями, титановыми сплавами. Свойства жидкостей ПМС не изменяются при температурах до 100°С в атмосфере воздуха в течение 200 часов при контакте с перечисленными сплавами. При температурах 65°С - 100°С ПМС не изменяют своей вязкости и не вызывают значительного набухания или вымывания многих полимеров и полимерных материалов.

Силиконовые жидкости биологически инертны

Ещё одной полезной особенностью силиконовых жидкостей является их биологическая инертность, поэтому они широко используются в медицине, косметике и даже в пищевой промышленности.

Например, пищевая добавка Е900 представляет собой ни что иное, как жидкий полидиметилсилоксан и играет роль пеногасителя при промышленном производстве продуктов питания. Также добавка применяется как связующий агент, стабилизатор, текстуратор, антикомкователь и антислеживатель.

В основном пищевой антифламинг Е900 добавляется во фритюрные жиры и масла, некоторые виды соков, консервированные фрукты и овощи, которые выпускаются как в стеклянной, так и в металлической таре. Кроме того, вещество нередко входит в состав джемов, мармелада, повидла, желе, и других продуктов питания, основу которых составляют фрукты.

Помимо этого добавку Е900 можно встретить в изделиях, которые изготавливаются из зерновых, в концентрированных, а затем консервированных бульонах и супах. Добавляется полидиметилсилоксан и в безалкогольные напитки, вина, сидр, жидкое взбитое тесто, готовые смеси для омлетов, а также жевательную резинку.

Начиная с 70-х годов XX века силиконовые жидкости активно используются в средствах персонального ухода и декоративной косметики. Наибольшее распространение получили циклопентасилоксан D5 и полидиметилсилоксан, в косметике известный как диметикон. Среди самых распространённых задач силиконов в косметике: сохранение влаги, сохранение цвета, разглаживание волос и кожи, фиксирование средства на коже, противодействие проникновения в продукт влажности или пота. Силиконы не оставляют ощущения липкости или жирности. Их свойство удерживать средство на коже используется в водостойких продуктах, а также в солнцезащитных продуктах. Диметикон содержится в большинстве популярных шампуней Pantene.

Влияние заместителей у атома кремния на свойства олигомеров

Если в обрамление силоксановых цепей изменять органическую часть, начиная с монотонного строения молекул диметилсилоксанов только с метильными группами у атома кремния и внося в их строение элементы асимметрии, жёсткости, полярности, конформационную заторможенность и т.п., то свойства олигомеров существенно изменяются.

Это явление подтверждается изменением свойств органосилоксанов по мере усложнения структуры диметилсилоксанов путём замены в них части метильных радикалов на другие алкильные или арильные радикалы. Введение в обрамление цепи молекул, например, алкильных групп с числом атомов углерода два и более и изостроения вместо метильных у каждого атома кремния, существенно влияют на вязкость, температуры стеклования и застывания, энергию активации вязкого течения и температурный коэффициент вязкости. Увеличение числа атомов углерода в цепях алкила, то есть рост длины углеродной цепи закономерно понижает плотность, повышает температуру застывания и стеклования, коэффициент преломления, энергию активации вязкого течения и температурный коэффициент вязкости. Такие изменения могут быть объяснены, с одной стороны, увеличением рыхлости структуры молекул олигомера, приводящей к уменьшению плотности упаковки, с другой, - ростом межмолекулярного взаимодействия и уменьшением конформационной подвижности за счёт увеличения числа межмолекулярных зацеплений между длинными алкилами.

Такое же влияние на реологические свойства олигомеров наблюдается при использовании в обрамлении цепи диметилсилоксанов других видов асимметрии, например, введение атома водорода у атома кремния или разветвления за счёт трифункционального звена в цепи.

Полидиэтилсилоксаны

При замене обоих метильных радикалов у атома кремния этильными, мы сталкиваемся с новым классом органосилоксанов – полидиэтилсилоксаны, - которые приобрели большое практическое значение. Диэтилсилоксаны представляют собой смесь полимергомологов преимущественно линейной структуры общей формулы

с примесью циклических соединений [(С2Н5)2SiO]n и олигомеров разветвлённой структуры.

Диэтилсилоксаны являются прозрачными жидкостями с вязкостью от 1.5 до 1×106 мм2/с, зависящей от степени полимеризации. Эти жидкости имеют значительно более низкие температуры стеклования и застывания в сравнении с диметилсилоксанами, но влияние температуры на их вязкости существеннее. Диэтилсилоксаны имеют более высокую вязкость при 20°С, чем метилсилоксанами со сравнимой длиной цепи. Главное отличие диэтилсилоксанов заключается в экстремально низкой температуре потери текучести, которая в 1.5 – 2 раза ниже, и достигают -135°С ÷ 140°С.

В отечественной промышленности полидиэтилсилоксаны выпускаются под марками ПЭС. Они хорошо растворимы в большинстве органических растворителей и в отличие от других органосилоксанов полностью совмещаются с минеральными маслами, что обусловило широкое использование их в качестве основ масел и смазок.

Состав промышленных диэтилсилоксанов сложен, в общем случае они являются смесями молекул разной степени полимеризации и различного строения от чисто линейных до разветвлённых и циклических.

Замена в органосилоксанах метильных заместителей на этильные ограничивает свободу вращения атомов и групп вокруг связей ≡Si-O- и ≡Si-C≡. Это приводит к увеличению жёсткости цепей и тем самым препятствует реализации спиралеобразных конформаций силоксановых цепей и полной внутримолекулярной компенсации диполей полярных связей ≡Si-O-. Такое же влияние оказывает и разветвлённая структура некоторых диэтилсилоксанов.

С другой стороны, этильные заместители и разветвления препятствуют плотной упаковке цепей, что приводит к большим межцепным расстояниям в диэтилсилоксанах по сравнению с диметилсилоксанами и к снижению межмолекулярного взаимодействия.

Преобладающая область применения полидиэтилсилоксановых жидкостей:

  • ПЭС-1,
  • ПЭС-2,
  • ПЭС-3,
  • ПЭС-4,
  • ПЭС-5,
  • ПЭС-7,
  • ПЭС-С-1 (жидкость 132-24),
  • ПЭС-С-2 (жидкость 132-25).

Это использование их в качестве дисперсионной среды в маслах и смзках.

Температурные пределы эксплуатации жидких ПЭС лежат в интервале температур от -70°С÷-100°С до 125°÷150°С.

В зависимости от вязкости ПЭС классифицируются по областям применения следующим образом:

  • ПЭС-1, ПЭС-2 – низковязкие с температурой стеклования до -140°С – используют в качестве охлаждающих теплоносителей и рабочих жидкостей в гидравлических системах;
  • ПЭС-3 – в гидравлических системах и в качестве компонента полировальных составов;
  • ПЭС-4, ПЭС-7 с вязкостью в пределах 42 – 48 мм2/с при 20°С и с низкой температурой стеклования (-130°С) хорошо смешиваются с нефтяными маслами и другими органическими маслами, используют в качестве основы низкотемпературных приборных и гидравлических жидкостей и масел;
  • ПЭС-5 – теплоноситель, демпфирующая жидкость в приборах, дисперсионная среда в пластичных и разделительных смазках, компоненты полировально-очистительных составов, замасливателя в производстве синтетических волокон.

На основе ПЭС созданы широко известные смазки ЦИАТИМ-221, ВНИИНП-207, 219, 231.

Отличительной особенностью жидких полидиметилсилоксанов является полная совместимость с минеральными маслами и другими органическими продуктами. Добавка ПЭС к углеводородам улучшает низкотемпературную характеристику последних. Так смеси ПЭС-4 с маслами МС-14 и АУ имеют более низкие температуры потери текучести и удовлетворительную вязкость при температуре -50°С.

В некоторых оптимальных соотношениях смеси диэтилсилоксанов с углеводородами проявляют высокую смазочную активность. Предполагают, что механизм действия добавок органосилоксанов к нефтяным маслам заключается в разложении доэтилсилоксанов при трении с образованием двух поверхностных слоёв: первый очень высокой твёрдости (кремний) и второй – мягкий слой оксидов, выполняющий функцию смазки. Возможно также образование химических соединений другого состава, уменьшающих трение. Соотношением этих двух слоёв определяются смазочные свойства растворов диэтилсилоксанов в углеводородных средах.

При использовании смесей полидиметилсилоксанов и минеральных масел созданы приборные низкотемпературные масла марок 132-07, 132-08, 132-19, 132-20, 132-21, приборные смазки ОКБ-122-7, ОКБ-122-7-5, МЗ-5, морозостойкие смазки Северол-1, Унизол-3М.

Полидиэтилсилоксановые жидкости применяют в качестве рабочего масла диффузионных вакуум-насосов. Они выпускаются под маркой ПЭС-В и отличаются от органических вакуумных жидкостей повышенной термоокислительной стабильностью.

Полиметилфенилсилоксаны

С введением в обрамление цепи органосилоксанов фенильных радикалов образуется отдельная обширная группа полиметилфенилсилоксанов со специфическими заданными свойствами.

Полиметилфенилсилоксановые жидкости различаются по строению молекул и по соотношению в них метильных и фенильных радикалов.

(I)

(II)

R3-Si- = (Ch4)3-Si- , (Ch4)2(C6H5)-Si- , (Ch4)(C6H5)2-Si- или (C6H5)3-Si-.

Цепи молекул полиметилфенилсилоксанов могут состоять из метилфенилсилокси- звеньев (I) или диметил- и метилфенилсилокси- (II) или диметил- и дифенилсилокси- звеньев. При одинаковом соотношении в них метильных и фенильных радикалов свойства их близки. Наиболее существенное влияние на свойства оказывает структура молекул – линейная или циклическая.

Линейные молекулы метилфенилсилоксанов могут иметь широкий спектр молекулярных масс, который и определяет их вязкость.

Циклические метилфенилсилоксаны не достигают значительных величин молекулярных масс. Практически используют метилфенилциклотри- или тетрасилоксаны или смесь три, тетра и пентациклосилоксанов с разным соотношением в них диметил-, метилфенил- или дефинилсилокси- звеньев.

Отечественная промышленность выпускает большое число марок полиметилфенилсилоксановых жидкостей самого разного назначения, которые можно разбить на 4 группы.

Группа I – ω,ω’-гексаметилолигодиметил(метилфенил)силоксаны, являющиеся полидисперсными смесями линейных молекул общей формулы.

с разной степенью полимеризации и разным соотношением n:m (от 10 до 1.5). Распределение метилфенилсилокси- звеньев в молекулах имеет статистический характер.

К этой группе относятся следующие марки метилфенилсилоксанов: ФМ-5, ФМ-5, 6АП, 133-79 (или ФМ-1322), Сополимер 2, ФМ-6, ФМ-6ВВ, 133-158 (или ФМ-1322/300), Сополимер 2/300, Сополимер 5, Сополимер 3.

Группа II – ω,ω’-гексаметилолигометилфенилсилоксаны, также являющиеся полидисперсными смесями линейных молекул общей формулы

различной степени полимеризации. К этой группе относятся жидкость ПФМС-2/5л, ПФМС-2 и ПФМС-4.

Группа III – ω,ω’-диметилтетрафенилолигометилфенилсилоксаны, являющиеся полидисперсными смесями молекул общей формулы

c разной степенью полимеризации. Марки промышленного выпускаемых жидкостей этой группы: ФМ-1, ФМ-2, 133-165 (или ПФМС-5), 133-57 (или ПФМС-6).

Группа IV – олигометилфенилсилоксаны двух марок. Олигомер 133-35 (или МФТ-1) представляет собой тетраметилтетрафенилциклотетрасилоксан, а олигомер 133-38 (или ПФМС-13) – смесь метилфенилциклосилоксанов общей формулы

Все полиметилфенилсилоксаны представляют собой прозрачные бесцветные или слегка желтоватые жидкости. Наиболее вязкие олигомеры – 133-165 и 133-57 – могут иметь окраску от светло-жёлтой до светло-коричневой.

Из иностранных метилфенилсилоксановых жидкостей хорошо себя зарекомендовали жидкости фирмы WACKER – WACKER AP 200 SILICONE FLUID, WACKER AP 1000 SILICONE FLUID, представляющие собой полидиметилсилоксановые жидкости с высоким содержанием фенильных групп, WACKER AR 200 SILICONE FLUID, а также WACKER AS 100 SILICONE FLUID с низкой долей фенильных групп.

Введение фенильных групп в состав органосилоксанов значительно повышает уровень межмолекулярных взаимодействий за счёт увеличения жёсткости цепей молекул, ограничения свободы вращения атомов и групп атомов вокруг связей ≡Si-O- и ≡Si-C≡, а также за счёт появления специфических межмолекулярных взаимодействий, обусловленных присутствием в составе рассматриваемых олигомеров ароматических ядер. В результате изменяются физические свойства олигомеров.

Основное отличие полиметилфенилсилоксановых жидкостей от полидиметилсилоксановых заключается в повышенной термоокислительной и термической стойкости. Фенилльный радикал у атома кремния в сочетании с метильным повышает термическую и термоокислительную стабильность органосилоксанов на 50°С - 70°С, повышая при этом и температуру плавления, а также зависимость вязкости от температуры. Особенно сильное влияние на термостойкость и другие свойства метилфенилсилоксанов оказывает число фенильных радикалов в концевых группах олигомеров.

Метилфенилсилоксаны обладают также повышенной радиационной стойкостью, арильные группы которых, как и в органических ариленах, рассеивают энергию излучения сопряжёнными двойными связями ароматических колец.

Основные направления практического применения метилфенилсилоксановых жидкостей:

  • высоковакуумные масла для диффузионных насосов;
  • теплоносители для высоких и низких температур;
  • дисперсионные среды для термостойких масел и смазок.

Предел допустимых температур использования метилфенилсилоксанов лежит в широком диапазоне от -20°С÷-100°С до 200°С÷350°С в зависимости от состава, степени полимеризации и содержания фенильных заместителей в молекулах.

Характерное для метилфенилсилоксанов сочетание повышенной термостойкости, низких температур стеклования, низкое давление паров, совместимость с органическими средами определяет области их применения, которые можно классифицировать по маркам олигомеров следующим образом:

  • жидкости ФМ-5, ФМ-6, ФМ-5,6АП используют в качестве дисперсионных сред низкотемпературных масел и смазок, в малонагруженных высокоскоростных шарикоподшипниках и в фреоновых холодильных машинах, а также в качестве охлаждающих теплоносителей;
  • жидкости 133-79, 133-158, Сополимер 5 и Сополимер 3 используют в качестве термостойких и низкотемпературных сред в маслах и смазках, работоспособных в широком диапазоне температур и в глубоком вакууме. Их используют также в качестве теплоносителей и жидкостей для гидравлических систем;
  • жидкости ПФМС-2/5л, ФМ-1, ФМ-2, 133-35 и 133-38 используют в диффузионных вакуумных насосах с предельным вакуумом от 133.322 нПа до 13.332 мкПа;
  • жидкости ПФМС-4, 133-165 и 133-57 используют в качестве высокотемпературных и трудновоспламеняемых теплоносителей, диэлектриков, рабочих и дисперсионных сред для смазок и масел, неподвижных фаз газожидкостной хроматографии.

Области использования метилфенилсилоксанов для получения консистентных смазок охватывают как термостойкие смазки, вакуумные антифрикционные, так и специальные приборные, электроконтактные, уплотнительные и противозадирные смазки.

Наиболее ценными и высококачественными материалами на основе метилфенилсилоксанов, не имеющими по вакуумным свойствам аналогов среди других классов химических соединений, являются диффузионные масла для высоковакуумных насосов на предельный вакуум в насосе до 13.3 мкПа.

Полярные группы или атомы в органических радикалах органосилоксанов вносят свой вклад в свойства олигомеров. Обычно их используют для повышения смазывающих свойств органосилоксановых жидкостей при сохранении основных свойств или для достижения других заданных характеристик.

Метил(галогенооргано)силоксаны

Типичными представителями таких олигомеров являются органосилоксаны с галогеном в органических радикалах – метил(галогенооргано)силоксаны. Они становятся более полярными, обладают улучшенной смазывающей способностью и ограниченной горючестью, изменяется их растворимость и совместимость с органическими средами. Одновременно повышается уровень межмолекулярного взаимодействия, вязкость и её зависимость от температуры, температуры застывания и стеклования. Однако эти нежелательные изменения компенсируются значительным повышением смазывающей способности и полярности.

Структура молекул метил(галогенооргано)силоксанов, как и других органосилоксанов, может быть линейной, разветвлённой или циклической, и все закономерности свойств олигомеров, связанные со структурой молекул, для данных олигомеров аналогичны другим органосилоксанам.

Отечественная промышленность выпускает три типа метил(галогенооргано)силоксанов:

  • метил(хлорфенил)силоксаны,
  • метил-γ-трифторпропилсилоксаны
  • метил(галогенооргано)силоксаны, содержащие как γ-трифторпропильные, так и хлорфенильные заместители.

Все названные метил(галогенооргано)силоксаны представляют собой прозрачные бесцветные или светло-жёлтые жидкости, хорошо растворимые в таких полярных растворителях, как ацетон, метилэтилкетон, этилацетат, изопропиловый спирт, фреон-13 и т.д.

По своей природе промышленные метил(галогенооргано)силоксаны являются сложными смесями молекул, отличающихся между собой как степенью полимеризации, так и составом.

Диметилхлорфенилсилоксаны

В настоящее время в качестве смазывающих веществ широко используют диметилхлорфенилсилоксаны. Полагают, что атомы в хлорорганосилоксанах активируются в горячих точках при трении металла о металл и атомы хлора с металлом образуют тонкую плёнку хлорида металла на поверхности, что способствует снижению сил трения и предотвращает заедание. Активность атомов хлора диметил(метилхлорфенил)силоксанов при трении зависит от их числа в фенильном радикале, расположения хлорфенильных радикалов в полимерной цепи и от общего содержания хлора в олигомерах.

Исследование и сравнение смазывающих свойств органохлорфенилсилоксанов и органофторпропилсилоксанов показало, что при граничном трении механизм смазывания трущихся пар различен. Не вдаваясь в подробности, интересен конечный вывод исследования – при небольших нагрузках смазывающие свойства лучше у диметил-метил-γ-трифторпропилсилоксанов, а при высоких – у олигодимелил-метил-хлорфенилсилоксанов.

Получается, что для получения жидких олигомеров с хорошими смазывающими свойствами в широком диапазоне нагрузок целесообразно совмещение указанных двух типов органосилоксанов в одну систему.

Одновременное присутствие дихлорфенильного и γ-трифторпропильного радикалов в молекуле органосилоксана даёт эффект синергизма при граничном трении. Соответственно, диметил-(метилдихлорфенил)-(метил-γ-трифторпропил)силоксаны обладают лучшими смазывающими свойствами, чем диметил-(метилдихлорфенил)силоксаны и диметил-метил-γ-трифторпропилсилоксаны, отдельно взятые. Такие силиконовые жидкости выпускаются промышленностью (жидкости 169-36, 169-106, 169-168).

Итак, основными областями применения метил(галогенооргано)силоксанов являются смазочные материалы и жидкости, работающие в условиях граничного и гидродинамичного трения.

Одной из наиболее существенных областей применения являются гидравлические системы, эксплуатирующиеся при повышенных температурах (200 - 250°С). Для этих целей была создана диметил(метилдихлорфенил)силоксановая жидкость ХС-2-1, которая не вызывает коррозии при температурах до 250°С в течении 100 часов алюминиевых сплавов АЛ-9, бронзы, стали ШХ-15, 12ХНЗА.

Жидкости на основе метил(фтороргано)силоксанов с соответствующими противоизносными добавками и антиоксидантами обладают хорошими смазывающими свойствами при температурах до 300°С при использовании в узлах трения, работающих в гидродинамическом режиме.

Метилфторхророрганосилоксаны работоспособны при температурах до 250°С в гидравлических системах, гидроамортизаторах и других системах с узлами трения сталь по стали, обладая в таких условиях повышенной смазывающей способностью и стабильными характеристиками.

Метил(галогенооргано)силоксаны успешно применяют в качестве дисперсионных сред для термостойких ( до 250°С - 350°С) смазок с пигментами-загустителями, литиевыми мылами и различными антиоксидантами. Некоторые из них работоспособны в вакууме до 10 нПа при температурах от -80°С до 160°С в малонагруженных подшипниках качения и маломощных редукторах, эксплуатируемых в высоком вакууме.

В последнее время установлены новые уникальные области применения метилфторорганосилоксанов и олигометилфторхлорорганосилоксанов для консервации изделий и предметов материальной культуры из дерева, керамики, кожи и др. с целью их защиты от разрушения насекомыми (древоточцами) и от действия неблагоприятных факторов окружающей среды. Эти олигомеры оказались высокоэффективными антивспенивателями в химической чистке одежды. На основе метил(галогенооргано)силоксанов разработана композиция 137-183, имеющая название «Пластоль» для изготовления слепков и отливов палеонтологических и археологических объектов, представляющих большую научную и художественную ценность.

Препарат на основе метил(галогенооргано)силоксанов 169-116, имеющий марку «Антишашелин», оказался биологически активным по отношению к насекомым-древоточцам, полностью уничтожая их при малых дозах (0.1% раствор), оставаясь при этом нетоксичным по отношению к теплокровным организмам.

Органоалкоксисилоксаны

Проблема повышения смазывающей способности и поверхностной активности органосилоксанов наряду с сохранением термостойкости и совместимости их с разными средами привела к исследованию и синтезу обширной группы органоалкоксисилоксанов.

На практике наиболее широко применяются органо(2-этилгексокси)силоксановые жидкости.

Основное влияние на свойства этого ряда олигомеров оказывают объём и природа органического радикала. Особенно чувствительны к этим факторам коэффициент преломления, вязкость, температура застывания, энергия активации вязкого течения, т.е. характеристики, связанные с полярностью радикала, межмолекулярным взаимодействием и конформационной подвижности молекул. Температура застывания большинства рассматриваемых олигомеров лежит ниже -100°С или около этой величины, что объясняется асимметрией строения молекул, препятствующей плотной упаковке и кристаллизации при охлаждении.

Среди разработанных и исследованных органоалкоксисиланов лучшими эксплуатационными свойствами обладают фенил-(2-этилгексокси)силоксаны (ПФГОС-4 и ПФГОС-3) и тиенил-(2-этилгексокси)силоксан (ПТГОС-3). Эти олигомеры хорошо смазывают трущиеся металлические пары, смешиваются со многими органическими и фторорганическими жидкостями и маслами, имеют высокую активность как пеногасители, инертны к фреонам и конструкционным материалам, применяемым в холодильных машинах. Они стабильны при температурах до 150°С и застывают при температуре ниже -65°÷-75°С. Такой комплекс свойств определил области применения указанных органосилоксанов.

В связи с хорошей совместимостью с фреонами олигомер ПФГОС-4 применяют в качестве смазочного масла в холодильной технике. Масло ПФГОС-4 в смеси с фреоном Ф-22 инертно по отношению к резине ИРП-1068, графиту, отверждённому бакелитовому лаку. Оно также рекомендовано для применения для тяжелонагруженных быстроходных компрессоров. Кроме того, оно испытано и рекомендовано в качестве смазочного масла для бессальниковых компрессоров с уплотнителями из фторопластовых колец.

Хорошие диэлектрические свойства олигомера ПФГОС-4 позволяют применять её для электроконтактной пасты. Масло ПФГОС-4 хорошо гасит пену в водно-гликолевых смесях. С учётом этого свойства на его основе разработаны водно-гликолевые охлаждающие жидкости для двигателей автомобилей и для литьевых машин.

Жидкость ПФГОС-3 используется в гидравлических муфтах забойных конвейеров и наиболее полно соответствует требованиям к амортизаторным жидкостям для автомобиле- и тракторостроении.

Реакционноспособные органосилоксаны

Среди различных групп кремнийорганических жидкостей особняком стоят реакционноспособные органосилоксаны, нашедшие широкое практическое применение для гидрофобизации поверхности различных материалов, - алкилгидридсилоксаны и алкилсилоксаноляты щелочных и других металлов.

Представителями первых являются метилгидридсилоксаны и этилгидридсилоксаны. В обоих случаях реакционноспособной по отношению к активной поверхности выступает ≡Si-H связь, которая легко взаимодействует с гидроксильными группами или связью кислород – металл, образуя валентную ≡Si-O- связь с поверхностью материала. Алкильный радикал, связанный с атомом кремния, при этом ориентируется от поверхности, придавая ей гидрофобные свойства. Таким образом, на поверхности образуется тончайшая плёнка полиалкилсилоксана, не смываемая и не удаляемая обычными способами.

Молекулы таких олигомеров могут быть линейными

или циклическими

Реакционная способность таких олигомеров различна. В случае алкилгидридциклосилоксана активная поверхность может не только взаимодействовать с ≡Si-H связью, но и вызывать раскрытие цикла по Si-O-Si связи и взаимодействовать со связями раскрытого цикла по типу реакции теломеризации. Такая возможность делает алкилгидридциклосилоксаны более универсальными гидрофобизаторами, что реализуется на практике в гидрофобизирующих жидкостях ГКЖ-94 и ГКЖ-94М.

Основными областями применения алкилгидридсилоксанов является строительство, текстильная и лёгкая промышленность.

В гидрофобизаторах типа алкилсилоксанолятов металлов

(R – алкил, Me – Na, Al)
реакционноспособной по отношению к поверхности строительных материалов является связь ≡Si-OMe, которая вступая в реакции замещения с гидроксидами или солями (например, цементом), также образует плёнку полиалкилсилоксана. Эта плёнка, привязанная силоксановой связью к поверхности, также имеет ориентированные от поверхности алкильные радикалы, придающие ей гидрофобные свойства.

В крупном промышленном масштабе выпускаются и нашли широкое применение алкилсиликонаты натрия: ГКЖ-10 (этилсиликонат натрия) и ГКЖ-11 (метилсиликонат натрия). Они растворимы в воде, не имеют запаха, не опасны в обращении.

Широкое применение получили кремнийорганические гидрофобизаторы в строительстве для повышения долговечности и в первую очередь морозостойкости тяжёлого и лёгкого бетона и железобетона в тяжёлых условиях эксплуатации: при попеременном замораживании и оттаивании, увлажнении и высыхании, капиллярном подсосе и испарении солевых растворов, а также при длительном и непрерывном воздействии растворов солей.

Жидкости ГКЖ-94, ГКЖ-10 и ГКЖ-11 используют для повешения трещинностойкости и формоустойчивости тяжёлых и лёгких бетонов. ГКЖ-10 и ГКЖ-11 повышают атмосферостойкость цементно-песчаных растворов, бетонов, кирпича, гипса, туфов, известняков, а также долговечности покрытий из силикатных и известковых красок.

Заключение

Рассмотренные выше силиконовые жидкости наиболее широко применяются в промышленности в различных сферах. Тем не менее, продолжаются исследования по получению и изучению свойств многих других классов кремнийорганических жидкостей. К примеру, достаточно перспективными классами являются органосилоксановые жидкости с объёмными радикалами у атома кремния (адамантил, карборан), органосилоксаны с гетерозвеньями, гетероциклами и гетероатомами.

 

Следующая новость

Выбор и применение рабочей жидкости для мобильных машин с гидроприводом

В. Васильченко, канд. техн. наук

Рабочая жидкость в объемном гидроприводе является рабочей средой, посредством которой энергия передается от ведущего звена (насоса) к ведомому (гидродвигателю). Рабочая жидкость (РЖ) является также смазывающей и антикоррозионной средой, выполняющей ряд важных функций, которые определяют эксплуатационные свойства и технико-экономические показатели гидропривода, а потому при выборе и применении рабочей жидкости важно учитывать ее эксплуатационные свойства, которые в свою очередь зависят от многих факторов, тесно связанных с условиями эксплуатации машин.

К понятию «эксплуатационные свойства рабочих жидкостей» относится их способность обеспечивать надежную работу гидропривода в процессе эксплуатации, сохранять свободную текучесть при перекачке, показывать стабильное качество при транспортировке и хранении, а также другие свойства, соответствующие согласованным межведомственным требованиям. Основными критериями оценки рабочих жидкостей являются их смазывающие, вязкостно-температурные и антиокислительные свойства. Важны также показатели высокой противопенной стойкости, исключающие образование воздушно-масляной суспензии и отложение смолистых осадков, создающих облитерацию проходных капиллярных каналов и дроссельных щелей в гидрооборудовании. Решающим показателем в оценке качества РЖ может выступать ее термическая и гидролитическая стабильность при эксплуатации и хранении.

Рабочие жидкости и соприкасающиеся с ними материалы должны быть нейтральны, т. е. рабочие жидкости не должны оказывать вредного воздействия на материалы, из которых изготовлено гидрооборудование, что особенно важно учитывать при замене отдельных узлов. Естественно, рабочая жидкость должна быть совместима с уплотнениями и гибкими рукавами. Воздей-ствие на резинотехнические детали проверяют по показателю допустимого набухания резины или потери ее массы в РЖ.

В гидроприводах мобильных машин в качестве РЖ применяют масла на нефтяной основе, наиболее соответствующие предъявляемым требованиям. Важное преимущество гидравлических масел, являющихся продуктом переработки нефти, – доступность их получения и сравнительно невысокая стоимость. Для улучшения эксплуатационных свойств в состав гидравлических масел вводят многофункциональную присадку (раствор диалкилдитиофосфата цинка), придающую им антиокислительные и противозадирные свойства. Для улучшения антикоррозионных свойств вводят ингибиторы ржавления.

Способность противостоять пенообразованию достигается добавлением в малом количестве антипенной присадки (полиметилсилоксана) – 0,003...0,005% по массе. Стойкость к окислению (старению жидкости) достигается введением 0,2...5% по массе присадки «Ионол» (трикрезольной и бутиленовой фракции газов крекинга). Стойкость гидравлических масел к образованию эмульсии характеризуется способностью расслаиваться и отделяться от попавшей в нее воды. Добавляя в жидкость деэмульгаторов (веществ, разрушающих масляные эмульсии), понижают поверхно-стное натяжение пленки раздела воздух/ жидкость, предотвращают смешивание масла с водой. Гидравлические масла не должны содержать механических примесей, воды, водорастворимых кислот и щелочей. Напротив, рабочая жидкость должна обладать водостойкими, антикоррозионными свой-ствами, не образовывать осадка и не вызывать облитерацию проходных капиллярных каналов.

Для обеспечения работоспособности насосов в районах с холодным климатом температура застывания гидравлического масла должна быть на 12...15 °С ниже возможной рабочей температуры. Вязкость рабочей жидкости при +50 °С должна быть не ниже 10 мм2/с, а при –40 °С – не более 1500 мм2/с. Широкий температурный предел применения должен быть и по условию прокачиваемости масла насосами разных типов. Лучшим принято считать такое гидравлическое масло, вязкость которого мало изменяется при разных температурах.

В связи с тем, что различные свойства гидравлических масел неравноценны, при их выборе и применении следует принимать во внимание наиболее важные из них. Применение масел, не соответствующих необходимым требованиям, приводит к снижению производительности машин, сокращению ресурса работы гидрооборудования, неоправданным дополнительным затратам на эксплуатацию и обслуживание машин.

Такие масла при высокой температуре (выше +70...80 °С) теряют смазывающие свойства и выделяют нерастворимые компоненты, заращивают фильтроэлементы и проходные капиллярные каналы, вызывают вымывание компонентов из резиновых уплотнений или их набухание, что приводит к ускоренному износу и наружным утечкам. В свою очередь наружные утечки гидравлического масла при эксплуатации вызывают необходимость восполнить объем и неизбежно сопряжены с загрязнением гидросистемы.

В инструкциях по эксплуатации гидравлического оборудования и машин с гидроприводом, в отраслевых нормалях и в устаревших литературных источниках приводились противоречивые, технически не обоснованные рекомендации по применению различных масел в качестве РЖ с указанием широкого температурного диапазона их применения.

Эти рекомендации не учитывали конструктивных особенностей насосов, трудностей при пуске гидропривода из-за высокой вязкости жидкости при низкой температуре и снижение ее вязкости ниже допустимого уровня при повышении температуры в гидросистеме. Например, рекомендуемые для применения индустриальные масла ИС-12, И-12А, ИС-20, И-20А с температурой застывания –15 °С, трансформаторное, не имеющее смазывающих и других свойств, не пригодны для эксплуатации машин с гидроприводом при низких температурах, так как они другого целевого назначения. Масла для автотракторных дизелей типа М-8Г2 и М-10Г2 с температурой застывания –15...25 °С можно применять в тракторных гидросистемах только в летний период. При заправке гидросистем указанными маслами продолжительность рабочего цикла увеличивается и соответственно уменьшается производительность и ресурс машин.

Технически обоснованный выбор и эффективное использование гидравлических масел в гидросистемах машин невозможны без тщательного анализа условий эксплуатации гидропривода и учета конструктивных особенностей установленного гидравлического оборудования. Для машин с гидроприводом, эксплуатируемых в районах Крайнего Севера и северо-востока страны или, напротив, в районах с жарким климатом, выбирать и применять гидравлические масла следует с обязательным учетом местных климатических условий.

Из-за отсутствия надежных всесезонных транспортных коммуникаций, разобщенности строительных и промышленных объектов на большой территории в сложных геологических условиях, а также вследствие короткого лета на Крайнем Севере нельзя заменять одну сезонную жидкость на другую. Следовательно, если в средней климатической зоне страны при умеренном климате с учетом конструктивных особенностей применяемых насосов ассортимент используемых масел можно ограничить двумя сортами – «летним» и «зимним», то в районах с холодным климатом применение даже двух сортов гидравлических масел является технически нецелесообразным и экономически неоправданным.

При многих бесспорных достоинствах объемного гидропривода у него есть один существенный недостаток – зависимость работоспособности от окружающей температуры. Именно низкая температура окружающего воздуха оказывает наиболее существенное влияние на работоспособность и безотказность машин с гидроприводом. Это вызвано прежде всего повышением вязкости холодной рабочей жидкости, следствием чего являются увеличение потерь давления (гидравлическое сопротивление потоку) и сил трения в подвижных соединениях, затруднения с пуском гидропривода и продолжительный процесс нагрева РЖ до стабилизации теплового режима гидравлической системы. Поэтому эффективность работы объемного гидропривода мобильных машин, эксплуатируемых на открытом воздухе при широком изменении окружающей температуры, зависит от работоспособности насоса – основного агрегата гидросистемы, определяющего работоспособность всей машины, которая в свою очередь зависит в наибольшей мере от вязкости масла, а также от скорости потока РЖ, внутреннего диаметра и длины всасывающей гидролинии.

Проблема обеспечения работоспособного состояния мобильных машин и оборудования, работающих в большом диапазоне температур, является многофакторной, а потому ее решение является технически сложной задачей. При повышении температуры и снижении вязкости гидравлического масла ниже допустимого уровня резко возрастают объемные потери (внутренние перетечки и наружные утечки), увеличиваются непосредственный контакт сопряженных поверхностей трения деталей, локальный нагрев, происходит интенсивный износ и «схватывание» трущихся поверхностей. Это приводит к частичной или полной потере работоспособности гидравлического оборудования.

Чтобы обеспечить безотказную и долговечную эксплуатацию мобильных машин и промышленного оборудования с гидроприводом в климатических условиях России, в соответствии с по-становлениями Правительства и Госкомитета по науке и технике с участием головных ВНИИ и СКБ вместо большой номенклатуры масел, предназначенных для другого целевого назначения, специально для объемных гидроприводов созданы два сорта гидравлических масел (МГ) – МГ15-В и МГ46-В. В ходе лабораторных испытаний во ВНИИ НП и сравнительных стендовых испытаний в камере холода ЦНИП ВНИИстройдормаша определены температурные пределы применения.

Для ресурсных испытаний на натурных образцах различных элементов гидропривода были выбраны только два образца гидравлических масел, которые затем испытывались в различных климатических регионах страны на мобильных машинах с гидроприводом. Впоследствии новые гидравлические масла были допущены к применению Межотраслевойкомиссией Госстандарта, а Миннефтехимпромом организован их серийный выпуск на нефтеперерабатывающих заводах: Ново-Уфимском, Волгоградском и ПО «Омскнефтеоргсинтез».


Спецмасла для спецтехники

Промышленные тракторы зачастую работают на большом удалении от баз нефтепродуктов. Для дорожно-строительной, землеройной техники, трубоукладчиков, трелевочных тракторов применение моторных, трансмиссионных масел и гидравлических жидкостей в таких условиях затруднительно и связано с повышенными затратами на их транспортировку и хранение. Избежать трудностей и лишних расходов поможет применение единых всесезонных моторно-трансмиссионно-гидравлических масел, разработанных специально для промышленных тракторов.

Сегодня отечественные заводы выпускают две марки единых всесезонных моторно-трансмиссионно-гидравлических масел: МТ-43/ЗДС и МТ-53/10Д. Первое – полностью синтетическое и предназначено для работы в условиях Крайнего Севера. Второе – минеральное, его рекомендуется использовать в регионах с умеренным климатом.

Обе марки масел прошли многочисленные испытания, заключительным этапом которых стала длительная проверка в эксплуатации на промышленных тракторах Т-330. Синтетическое масло испытывали на предприятиях Магаданской области в экстремальных погодных условиях. Подтверждены высокие эксплуатационные свойства масел, возможность их применения для дизелей с наддувом, агрегатов трансмиссий и гидросистем.

Подобные масла, называемые STOU-Super Tractor Oil Universal, выпускают многие зарубежные производители, но эти продукты предназначены в основном для сельхозтехники.

(Окончание следует)

Fluid - превратите любую веб-страницу в настоящее приложение для Mac

Fluid разработан Тоддом Дитчендорфом.

Давным-давно Тодд работал в известной Fruit Company из Купертино инженером Dashboard , разрабатывая виджеты Dashboard и Dashboard для Mac OS X Leopard.

FAQ

  • Нет жидкости? Да, базовая версия Fluid полностью бесплатна… вперед, попробуйте! За 5 долларов вы можете приобрести лицензию Fluid License, которая открывает следующие функции:

    1. Закрепить приложения Fluid в строке состояния MacOS. (Меню приложения «Жидкость» → Закрепить в строке состояния…)
    2. Используйте пользовательские скрипты или пользовательские стили в своих приложениях Fluid. (Окно → Пользовательские скрипты)
    3. Используйте полноэкранный режим в своих приложениях Fluid. (Просмотр → Перейти в полноэкранный режим)
  • Доступен ли Fluid для Mac OS X 10.5 Leopard или более ранней версии? Нет. Fluid работает на Mac OS X 10.Только для Snow Leopard 6 или более поздней версии.

  • Доступна ли жидкость для компьютеров Mac PowerPC? Нет. Fluid работает только на компьютерах Intel Mac.

  • Доступен ли Fluid для компьютеров Mac с 32-разрядными процессорами? Нет. Fluid работает только с 64-разрядной версией.

  • Могу ли я как-то распространять приложения Fluid, созданные с помощью Fluid, друзьям / коллегам? Я бы предпочел, чтобы вы этого не делали. Расскажите своим друзьям о Fluid, и пусть они попробуют это сами!

Кредиты

Fluid изначально был вдохновлен Mozilla Prism и Adobe Air.

Fluid обязана своим существованием нескольким проектам с открытым исходным кодом, перечисленным ниже.

  • Apple WebKit
  • IconFamily by Трой Стивенс, Томас Шнитцер, Дэвид Ремал, Натан Дэй, Бен Халлер, Свен Янссен, Питер Хози, Конор Дирден и Эллиот Глейшер
  • Фреймворк обновления
  • Sparkle от Энди Матущака
  • Инструменты MD5 C Л. Питера Дойча
  • NSData + AES Роберт К. Никс

Fluid - превратите любую веб-страницу в настоящее приложение для Mac

Fluid Apps стараются поддерживать ориентацию вашего просмотра на веб-сайт или веб-приложение, которое вы выбрали при создании Fluid App.Следовательно, любое приложение Fluid отправит вас в веб-браузер по умолчанию в вашей системе (например, Safari или Firefox), если вы перейдете по URL-адресу «вне» этого веб-сайта.

Итак, определение того, что представляет собой «веб-сайт», - это скорее черное искусство, чем точная наука. «Веб-сайт» заключен в кавычки, потому что веб-сайт - это довольно расплывчатое понятие, которое может включать документы и ресурсы, расположенные на разных серверах ... и, следовательно, расположенных в разных доменах URL.

Кроме того, процесс входа в систему для многих веб-сайтов часто быстро и незаметно перенаправляет вас через несколько URL-адресов, которые могут выглядеть, а могут и не иметь ничего общего с указанным вами домашним URL-адресом.Это заставит Fluid отложить просмотр до системного браузера по умолчанию.

Ваше приложение Fluid просматривает любой URL-адрес, который его просят отобразить, и пытается угадать, является ли ресурс по этому URL-адресу частью того же «веб-сайта», что и указанный вами домашний URL-адрес. Это сложная игра в угадывание, и Fluid никогда не может быть на 100% точным из коробки.

Хорошая новость заключается в том, что Fluid теперь имеет мощную функцию белого / черного списка для разрешения / запрета просмотра любого шаблона URL-адреса, который вы выберете.По сути, у вас есть все необходимое, чтобы определить, что составляет «веб-сайт» вашего приложения Fluid. Это дает вам полный контроль над тем, что может делать ваше приложение Fluid.

Чтобы настроить эту функцию, перейдите в меню приложения вашего приложения Fluid:

Настройки -> Панель настроек белого списка

В расширенной панели настроек вы можете добавлять / редактировать / удалять шаблоны URL-адресов, которые позволят вашему приложению Fluid просматривать только те URL-адреса, которые вам нужны. Установите переключатель «Разрешить просмотр URL-адресов, соответствующих этим шаблонам:».

В приведенной ниже таблице «Шаблон» вы должны добавить шаблон для любого URL-адреса, который вы хотите посетить в своем приложении Fluid. Звездочка («*») - это специальный символ в этой таблице. Звездочка означает «сопоставить что угодно здесь» и является мощным способом легко включать или исключать очень большие группы шаблонов URL.

Если вы обнаружите, что ваше приложение Fluid без необходимости выкидывает вас в браузер по умолчанию (скажем, Safari), вам следует попытаться определить первый URL-адрес, который загружается в Safari. Этот первый URL-адрес, по мнению Fluid, не является частью вашего «веб-сайта».После определения этого URL-адреса вы должны добавить шаблон в описанную выше таблицу, чтобы он соответствовал этому URL-адресу. Я предлагаю обильно добавлять звездочки к шаблону, чтобы Fluid более охотно переходил по аналогичному URL-адресу.

Fluid также по умолчанию поставляется с изрядным количеством кода для «особых случаев» для некоторых наиболее известных веб-приложений. По сути, это означает, что у Fluid есть набор шаблонов URL-адресов, которые, как известно, работают для некоторых из наиболее популярных веб-приложений (особенно тех, которые быстро перенаправляют вас на URL-адреса, не совпадающие с общими домашними URL-адресами), и Fluid автоматически вставит их шаблоны при первом запуске.Gmail является хорошим примером, и шаблоны по умолчанию для Gmail показаны выше на снимке экрана.

Flotato - отличный способ установить веб-приложения на Mac

Я экспериментировал с новым приложением для Mac под названием Flotato, и оно настолько увлекательно и так умно, что я хотел им поделиться. Flotato - это способ создавать маленькие (или большие) окна приложений для приложений, которые вы обычно используете во вкладке браузера. Он легкий и простой в использовании, когда вы оборачиваетесь вокруг него, хотя для понимания требуется минута, потому что он работает не так, как вы, вероятно, привыкли.

Очень велика вероятность, что значительная часть вычислений, которые вы выполняете на своем Mac, происходит внутри веб-приложений, возможно, во вкладках. Вкладки - это здорово, но они еще и худшие. Операционные системы потратили 30 лет на создание пользовательских интерфейсов, облегчающих запуск и переключение между приложениями, но большая часть этих усилий была отброшена. Такие приложения, как Gmail, Google Calendar, Asana, Twitter, Feedly и многие другие, могут потеряться в крошечных закрепленных вкладках.

Хитрость заключается в том, чтобы взять эти веб-приложения и разбить их на независимые окна, вроде специализированных веб-браузеров для одного приложения.На протяжении многих лет для этого было много решений, включая Fluid, если вы хотите развернуть свой собственный, или Electron, если разработчик просто хочет упаковать все это для вас. Но с этими решениями есть проблемы. Электрон, в частности, стал источником гнева, потому что он может добавить много дополнительных накладных расходов по сравнению с тем, что может сделать простая вкладка браузера.

Теперь есть новое решение под названием Flotato. Он в значительной степени делает то же самое, что и другие приложения, предоставляя вам отдельное окно приложения для каждого веб-приложения, которое вы хотите использовать.Но подход Flotato настолько новаторский и гениальный, что я думаю, что его стоит попробовать, хотя он все еще находится на ранней стадии своего развития.

Когда вы запускаете Flotato, он показывает вам множество возможных веб-приложений с маленькой кнопкой с надписью «получить». Когда вы нажимаете эту кнопку, Flotato создает приложение для этой вещи в папке Applications. Вы открываете его, оно открывает выбранное вами веб-приложение и вы входите в систему. Это достаточно просто, но то, что оно на самом деле делает, просто потрясающе.

Чтобы создать новое приложение Flotato, вы буквально дублируете приложение Flotato в Finder Mac и переименовываете эту копию. Поэтому вместо того, чтобы использовать пусковую установку Flotato, вы можете просто создать свою собственную. Когда вы открываете переименованное приложение, Flotato угадывает, какую веб-страницу вы хотите открыть, основываясь на названии приложения, и открывает ее. (Вы можете вручную установить его в настройках, если хотите.) Это просто супер-умный способ создания новых веб-приложений, и он намного проще, чем другие методы.

Он также делает некоторые изящные вещи с иконками.Во-первых, он автоматически устанавливает для значка что-то подходящее для каждого приложения, часто это значок с высоким разрешением. Для некоторых приложений он может автоматически добавлять значки для непрочитанных сообщений. Календарь Google переведен на сегодняшнюю дату. Если хотите, вы можете настроить значок приложения так, чтобы он в реальном времени отображал пользовательский вырез на самой веб-странице (например, если вы отслеживаете акции или веб-трафик или что-то еще, этот номер может быть виден в вашем доке).

Окна Flotato намеренно не содержат хрома - я имею в виду как буквальное, так и метафорическое значение.

«Без подключаемых модулей, без встроенного средства визуализации браузера, без мостов javascript, без фоновой синхронизации закладок».

В буквальном смысле нет UI chrome. Даже маленькие кнопки светофора по умолчанию скрыты. Это делает приложения похожими на плавающие (отсюда и название). Вы можете настроить его так, чтобы он запрашивал настольные или мобильные версии веб-приложения, что позволяет вам иметь действительно крошечные узкие окна для определенных приложений, если хотите.

Метафорически Flotato использует собственный движок WebKit Mac, поэтому теоретически он должен быть намного менее обременительным для вашего процессора и оперативной памяти, чем приложения Electron или, в некоторых случаях, вкладки Chrome.Есть несколько дополнительных программных уловок, помимо простого использования механизма рендеринга ОС, но он все же намного легче, чем Electron. Разработчик Flotato Мортен Джаст сказал мне, что это быстрее, потому что нет «никаких плагинов, встроенного средства визуализации браузера, никаких мостов javascript, никакой фоновой синхронизации закладок, только веб-просмотр Webkit 2 с нестандартными настройками».

Анекдотические тесты показывают, что «Flotato для Twitter [использует] только 10% используемой памяти Chrome для работы одного и того же приложения», а такие приложения, как Trello, могут быть намного меньше по размеру.Просто говорит мне, что в некоторых случаях Flotato также использует мобильную версию страниц, что также может сократить использование ресурсов. Мои собственные анекдотические тесты показывают, что Slack использует примерно половину оперативной памяти в окне Flotato, чем в своем приложении Electron.

Как я уже упоминал, Flotato находится на ранней стадии своего развития. Я использую несколько учетных записей Google, и взаимодействие между попыткой Flotato автоматически установить URL-адрес по имени приложения и структурой файлов cookie вызвало у меня некоторые головные боли.Так, например, я не могу войти в Feedly, потому что он использует мой личный Gmail для аутентификации, в то время как другие приложения Flotato используют мой рабочий Gmail.

Недавно Chrome на Mac вернул возможность создавать «ярлыки» для веб-страницы или веб-приложения, которые можно было открыть как «отдельное окно». По сути, он позволяет вам взять веб-приложения, которые есть на вкладке, и превратить их в отдельное «приложение» на вашем Mac. Вы можете найти его в трехточечном меню в разделе «Дополнительные инструменты».

Я много использовал эти приложения Chrome, но, хотя они удобны, остается спорным, действительно ли они легче, чем приложения Electron.Я не тестировал Flotato, чтобы понять, хочу ли я сделать его основным способом использования веб-приложений. Но после пары недель использования я вижу его потенциал.

Flotato бесплатен, если вы создаете несколько приложений, тогда это 14,99 доллара США за профессиональную версию, которая допускает неограниченное количество приложений. Если у вас есть куча вещей, спрятанных во вкладках, стоит взглянуть на нее - хотя бы потому, что с ней очень весело играть.

30 веб-приложений, которые следует превратить в приложения для Mac с помощью Fluid

Нас окружают веб-приложения.Это само собой разумеющееся. С начала эры веб 2.0 мы начали собирать логины, пароли, подписки ... Я имею в виду, кто вообще никогда не слышал о Gmail? У моего отца (да, я всегда выбираю его в качестве примера) есть учетная запись Gmail.

Но есть проблема: осознали ли вы, сколько визуального пространства все эти веб-приложения крадут из окна вашего браузера? Я вам говорю: очень много. Почта + Facebook + Google Reader + Digg + Last.fm (довольно популярные сервисы, которыми пользуются почти все) - это 5 открытых вкладок в вашем браузере.А если у вас горизонтальная раскладка вкладок, вы знаете, что пять вкладок - это слишком.

Но помните, мы пользователи Mac, разве не могло быть решения? Конечно!

Если вы ежедневно используете множество веб-приложений, Fluid.app облегчит вам жизнь. С Fluid вы можете создавать SSB, браузеры для конкретных сайтов.

Проще говоря, вы можете превратить веб-приложение в настольное приложение, которое будет работать в вашей док-станции.

Разработано Тоддом Дитчендорфом, Fluid - это легкое приложение, которое будет находиться в папке «Приложения», ожидая, когда вы его откроете и попросите создать новое настольное приложение по URL-адресу.Процесс прост и быстр: вставьте URL-адрес, выберите место для приложения, выберите собственный значок или используйте значок по умолчанию. И вы сделали.

Кроме того, Fluid.app поддерживает просмотр с вкладками, встроенные сценарии пользователей, сопоставление шаблонов URL-адресов для просмотра белых и черных списков. Все возможности смотрите на официальном сайте.

В любом случае, в этом посте я собрал 30 лучших веб-приложений, которые вы должны превратить в настольные приложения с помощью Fluid.

Наслаждайтесь! 😉

Gmail

Самый популярный в мире почтовый онлайн-сервис.

Google Документы

Редактируйте и обменивайтесь документами в Интернете. Убийственное приложение.

Google Календарь

Google Voice

Революционное приложение Google для голосовой связи по IP. Следуйте этому руководству по Lifehacker , чтобы создать идеальное настольное приложение.

Google Задачи

Простой менеджер дел.

Аналитика

Еще один отличный сервис от Google для отслеживания посетителей вашего сайта с множеством другой подробной статистики.

Google Wave

Big G - новейший инструмент для совместной работы. Все еще в бета-версии.

Google Reader ( со скином Helvetireader )

Классная подтяжка лица для Google Reader от John Hicks .

Facebook чат

WordPress

Переместите панель администратора вашего блога на док-станцию. Очень полезно.

280 Слайды

Создавайте красивые презентации онлайн.

Instapaper

Сохраните страницы на будущее. Рестайлинг с , Instapaper, рестайлинг .

Digg

MobileMe

Рюкзак - Campire - Backfire - Highrise

Picasa

Flickr

Dropbox

Получите удовлетворение

Hootsuite

Привет

Last.fm / Pandora

Монетный двор

Великолепное веб-приложение со статистикой от Shaun Inman .

Лихорадка

Революционная программа для чтения онлайн-каналов от Шона Инмана.

гитхаб

Freshbooks

Простой и удобный онлайн-инструмент для выставления счетов.

Ресурсов:

Группа значков Flickr Fluid

Иконки Криса Иварсона

Дополнительная литература:

Использование Fluid для создания браузеров для конкретных сайтов (через Smoking Apples)

15 гибких приложений, которые вы можете создать для своего бизнеса (через ReadWriteWeb)

Как получить больше от жидкости (через Mac.AppStorm)

Fluid для Mac - Загрузите

Используйте свои веб-приложения на рабочем столе

С Fluid вы можете получить доступ ко всем своим веб-приложениям с рабочего стола.

Вы когда-нибудь использовали Prism или Webrunner? Как и эти два приложения, Fluid позволяет вам получить доступ ко всем вашим веб-приложениям (например, Facebook, Gmail или Campfire) с вашего рабочего стола. По сути, Fluid - это простой браузер, в котором веб-приложения размещаются в очень простом интерфейсе. После запуска введите URL-адрес своего веб-приложения в окне, выберите имя и местоположение, нажмите OK, и все готово.Преимущество его использования в том, что вы освобождаете свой браузер для других целей. Он также использует очень мало памяти и работает очень быстро.

С другой стороны, Fluid напоминает урезанное окно браузера. Никаких элементов управления, панели панелей или настроек, вы получаете только окно браузера для каждого запускаемого вами веб-приложения. Это также означает, что большинство функций, которые вы считаете само собой разумеющимися в своем браузере, такие как проверка орфографии, управление всплывающими окнами или вкладки, не будут работать.

Хотя Fluid не предлагает расширенных функций браузера, он является отличным инструментом для отдельного доступа к вашим веб-приложениям на рабочем столе Mac.

Изменения в улучшении жидкостей: совместимость с Lion. Изменения в приложениях с жидкостями РАСШИРЕНИЕ: совместимость с Lion. УЛУЧШЕНИЕ: Поддержка полноэкранного режима Lion. Эта функция доступна только для Лицензированных пользователей. УЛУЧШЕНИЕ: новая панель предпочтений обработчиков URL. ИСПРАВЛЕНИЕ ОШИБКИ: исправлена ​​проблема, из-за которой в приложениях Fluid, выбранных в качестве почтового приложения по умолчанию, мог возникнуть бесконечный цикл при обработке адресов mailto :.

Изменения

  • Изменения в УЛУЧШЕНИЕ ЖИДКОСТИ: Совместимость с Lion.Изменения в приложениях Fluid УЛУЧШЕНИЕ: Совместимость с Lion. УЛУЧШЕНИЕ: Поддержка полноэкранного режима Lion. Эта функция доступна только для Лицензированных пользователей. УЛУЧШЕНИЕ: новая панель предпочтений обработчиков URL. ИСПРАВЛЕНИЕ ОШИБКИ: исправлена ​​проблема, из-за которой в приложениях Fluid, выбранных в качестве почтового приложения по умолчанию, мог возникнуть бесконечный цикл при обработке адресов mailto :.

Что такое гидродинамика? | Живая наука

Гидродинамика - это «отрасль прикладной науки, которая занимается движением жидкостей и газов», согласно словарю American Heritage Dictionary.Гидродинамика - это одна из двух ветвей механики жидкости, которая изучает жидкости и то, как на них влияют силы. (Другая ветвь - статика жидкости, которая имеет дело с жидкостями в состоянии покоя.)

Ученые из нескольких областей изучают гидродинамику. Гидродинамика предоставляет методы для изучения эволюции звезд, океанских течений, погодных условий, тектоники плит и даже кровообращения. Некоторые важные технологические приложения гидродинамики включают ракетные двигатели, ветряные турбины, нефтепроводы и системы кондиционирования воздуха.

Что такое поток?

Движение жидкостей и газов обычно называют «потоком», концепция, которая описывает, как жидкости ведут себя и как они взаимодействуют с окружающей средой - например, вода, движущаяся по каналу или трубе, или по поверхности. Поток может быть как постоянным, так и неустойчивым. В своих конспектах лекций «Лекции по элементарной гидродинамике» (Университет Кентукки, 2009 г.) Дж. М. Макдонаф, профессор инженерии в Университете Кентукки, пишет: «Если все свойства потока не зависят от времени, тогда поток не зависит от времени. устойчивый; в противном случае - неустойчивый.«То есть устойчивый поток не меняется со временем. Примером постоянного потока может быть вода, текущая по трубе с постоянной скоростью. С другой стороны, наводнение или вода, льющаяся из старинного ручного насоса, являются примерами неустойчивого потока.

Поток также может быть ламинарным или турбулентным. Ламинарные потоки более плавные, а турбулентные - более хаотические. Одним из важных факторов, определяющих состояние потока жидкости, является ее вязкость или толщина, где более высокая вязкость увеличивает тенденцию к поток должен быть ламинарным.Патрик Макмертри, профессор инженерии Университета штата Юта, описывает разницу в своих онлайн-классах «Наблюдения за турбулентными потоками» (Университет штата Юта, 2000 г.), заявляя: «Под ламинарным потоком мы обычно подразумеваем плавный, устойчивый поток. движение жидкости, при котором любые индуцированные возмущения затухают из-за относительно сильных вязких сил. В турбулентных потоках могут действовать другие силы, противодействующие действию вязкости ».

Ламинарный поток желателен во многих ситуациях, например, в дренажных системах или крыльях самолетов, поскольку он более эффективен и теряется меньше энергии.Турбулентный поток может быть полезен для смешивания различных жидкостей или для выравнивания температуры. Согласно Макдоноу, большинство потоков интереса являются турбулентными; однако такие потоки может быть очень трудно предсказать в деталях, и различие между этими двумя типами потоков в значительной степени интуитивно понятно.

Важным фактором в потоке жидкости является число Рейнольдса ( Re ), которое названо в честь ученого 19 века Осборна Рейнольдса, хотя оно было впервые описано в 1851 году физиком Джорджем Габриэлем Стоуксом.Макдонаф дает определение Re как «отношение сил инерции к силам вязкости». Сила инерции - это сопротивление жидкости изменению движения, а сила вязкости - это величина трения из-за вязкости или толщины жидкости. Обратите внимание, что Re - это не только свойство жидкости; он также включает в себя условия его потока, такие как его скорость, размер и форма канала или любые препятствия.

При низком значении Re течение имеет тенденцию быть плавным или ламинарным, в то время как при высоком значении Re течение имеет тенденцию быть турбулентным, образуя завихрения и вихри. Re можно использовать для прогнозирования того, как газ или жидкость будут обтекать препятствие в потоке, например воду вокруг сваи моста или ветер над крылом самолета. Число также можно использовать для прогнозирования скорости перехода потока от ламинарного к турбулентному.

Поток жидкости

Исследование потока жидкости называется гидродинамикой. В то время как жидкости включают в себя всевозможные вещества, такие как масла и химические растворы, на сегодняшний день наиболее распространенной жидкостью является вода, и большинство приложений для гидродинамики включают управление потоком этой жидкости.Это включает борьбу с наводнениями, эксплуатацию городских водопроводных и канализационных систем и управление судоходными водными путями. [Галерея: Мечтательные изображения раскрывают красоту в физике]

Гидродинамика имеет дело в первую очередь с течением воды в трубах или открытых каналах. В конспектах лекций профессора геологии Джона Саутхарда из онлайн-курса «Введение в движение жидкости» (Массачусетский технологический институт, 2006 г.) излагается основное различие между потоком в трубе и потоком в открытом канале: «потоки в закрытых трубопроводах или каналах, таких как трубы или воздуховоды полностью соприкасаются с жесткими границами, тогда как «открытые» потоки, с другой стороны, представляют собой те, границы которых не являются полностью твердым и жестким материалом.«Он заявляет, что« важными потоками в открытом русле являются реки, приливные течения, ирригационные каналы или водные покровы, бегущие по поверхности земли после дождя ».

Из-за различий в этих границах разные силы влияют на два типа Согласно Скотту Посту в его книге «Прикладная и вычислительная механика жидкости» (Jones & Bartlett, 2009), «в то время как потоки в закрытой трубе могут управляться давлением или силой тяжести, потоки в открытых каналах движутся силой тяжести. один.«Давление определяется в первую очередь высотой жидкости над точкой измерения. Например, в большинстве городских систем водоснабжения используются водонапорные башни для поддержания постоянного давления в системе. Эта разница в высоте называется гидродинамическим напором. Жидкость в трубе также можно заставить течь быстрее или с большим давлением с помощью механических насосов.

Полосы появляются во время дымовых испытаний аэродинамики полуприцепа в аэродинамической трубе (Изображение предоставлено Ливерморской национальной лабораторией Лоуренса)

Расход газа

Поток У газа есть много общего с потоком жидкости, но есть и некоторые важные отличия.Во-первых, газ сжимаем, тогда как жидкости обычно считаются несжимаемыми. В «Основах динамики сжимаемой жидкости» (Prentice-Hall, 2006) автор П. Балачандран описывает сжимаемую жидкость, заявляя: «Если плотность жидкости заметно изменяется по всему полю потока, поток можно рассматривать как сжимаемый поток. " В противном случае жидкость считается несжимаемой. Во-вторых, сила тяжести практически не влияет на поток газа.

Наиболее часто встречающийся в повседневной жизни газ - это воздух; поэтому ученые уделили много внимания условиям его потока.Ветер заставляет воздух перемещаться вокруг зданий и других сооружений, а также его можно заставить двигаться с помощью насосов и вентиляторов.

Особый интерес вызывает движение объектов в атмосфере. Эта ветвь гидродинамики называется аэродинамикой, которая, согласно словарю American Heritage Dictionary, представляет собой «динамику тел, движущихся относительно газов, особенно взаимодействие движущихся объектов с атмосферой». Проблемы в этой области связаны с уменьшением сопротивления автомобильным кузовам, проектированием более эффективных самолетов и ветряных турбин, а также изучением того, как летают птицы и насекомые.

Принцип Бернулли

Обычно жидкость, движущаяся с более высокой скоростью, имеет более низкое давление, чем жидкость, движущаяся с более низкой скоростью. Это явление было впервые описано Даниэлем Бернулли в 1738 году в его книге «Гидродинамика» и широко известно как принцип Бернулли. Его можно применять для измерения скорости жидкости или газа, движущегося в трубе, канале или по поверхности.

Этот принцип также отвечает за подъемную силу в крыле самолета, поэтому самолеты могут летать.Поскольку крыло плоское внизу и изогнутое вверху, воздух должен проходить большее расстояние по верхней поверхности, чем по нижней. Для этого он должен проходить через вершину быстрее, в результате чего его давление снижается. Это заставляет воздух с более высоким давлением на днище подниматься вверх по крылу.

Проблемы гидродинамики

Ученые часто пытаются визуализировать поток, используя фигуры, называемые линиями тока, штриховыми линиями и траекториями. МакДоноу определяет линию тока как «непрерывную линию в жидкости, касательная в каждой точке которой является направлением вектора скорости в этой точке.«Другими словами, линия тока показывает направление потока в любой конкретной точке потока. Полосовая линия, согласно Макдоноу, - это« геометрическое место [местоположение] всех элементов жидкости, которые ранее прошли через данную точку ». A Траектория (или траектория частицы), как он пишет, - это «траектория отдельного элемента жидкости». Если поток не меняется с течением времени, траектория будет такой же, как и линия тока. Однако в случае турбулентности или неустойчивости поток, эти линии могут быть совершенно разными.

Большинство задач гидродинамики слишком сложны, чтобы их можно было решить прямым расчетом. В этих случаях проблемы должны решаться численными методами с использованием компьютерного моделирования. Эта область исследований называется численной или вычислительной гидродинамикой (CFD), которую Саутхард определяет как «раздел компьютерной науки, обеспечивающий численные прогнозы потоков жидкости». Однако, поскольку турбулентный поток имеет тенденцию быть нелинейным и хаотическим, необходимо соблюдать особую осторожность при настройке правил и начальных условий для этого моделирования.Небольшие изменения в начале могут привести к большим различиям в результатах.

Точность моделирования можно повысить, разделив объем на более мелкие области и используя меньшие временные шаги, но это увеличивает время вычислений. По этой причине CFD должна развиваться по мере увеличения вычислительной мощности.

Джим Лукас - внештатный писатель и редактор, специализирующийся в области физики, астрономии и инженерии. Он является генеральным менеджером Lucas Technologies .

Дополнительные ресурсы

Превратите любой веб-сайт в приложение для Mac с помощью Fluid

Во многих областях Mac имеет преимущество перед обычным смартфоном, особенно когда речь идет о размере экрана и клавиатуры. Однако некоторые из самых популярных мобильных приложений просто недоступны для macOS.

Вы можете потратить значительную часть своего времени, просматривая приложения Facebook и Twitter на своем мобильном телефоне, но нет (официального) эквивалента macOS этим популярным мобильным приложениям.

Если у вас есть любимый веб-сайт, то в macOS вам нужно либо добавить его URL-адрес в закладки, либо оставить этот веб-сайт открытым во вкладке - и ни одно из этих решений не может сравниться с отдельным приложением!

Но то, что ваш любимый веб-сайт недоступен в виде приложения для macOS, не означает, что вы не можете его создать! В этой статье я покажу вам, как использовать приложение Fluid, чтобы быстро и легко создать автономное приложение Mac из любого веб-сайта .

Загрузите и установите Fluid

Вы можете загрузить Fluid бесплатно, однако, если вам нравится его использование, вы можете рассмотреть возможность приобретения лицензии Fluid (5 долларов США), которая открывает некоторые дополнительные функции.

Загрузите последнюю версию Fluid, затем разархивируйте файл и запустите полученное приложение.

Если ваш Mac отказывается открывать это приложение, жалуясь на то, что оно «загружено из Интернета», то:

  • Выберите значок «Apple» в строке меню вашего Mac.
  • Перейдите в «Системные настройки…> Безопасность и конфиденциальность».
  • Убедитесь, что выбрана вкладка «Общие».
  • Щелкните маленький значок замка в нижнем левом углу и введите пароль администратора.
  • Найдите предупреждение о том, что запуск Fluid заблокирован, а затем нажмите соответствующую ему кнопку «Все равно открыть».

Теперь вы сможете без проблем запустить Fluid.

Превратите свой любимый веб-сайт в приложение

Пользовательские интерфейсы

Fluid упрощают создание приложения из любого веб-сайта или веб-приложения по вашему выбору.

Чтобы создать приложение с помощью Fluid:

  • Введите URL-адрес соответствующего веб-сайта или веб-приложения.
  • Дайте вашему приложению имя.
  • Выберите место, где должно быть создано это приложение, например, на рабочем столе.
  • По умолчанию Fluid использует значок URL, который обычно является логотипом веб-сайта. Если вы предпочитаете вместо этого использовать другой значок, откройте раскрывающийся список «Значок», выберите «Другой…», а затем выберите изображение с жесткого диска.
  • Когда вы будете довольны настройками, нажмите кнопку «Создать».

Как только ваше приложение будет создано, откройте окно Finder и перейдите к месту, где вы решили сохранить это приложение - вы должны увидеть новое дополнение!

Щелкните этот значок, и веб-сайт откроется в новом окне.

Получите максимум от своего нового приложения Fluid

Приложения, которые вы создаете с помощью Flutter, работают так же, как и обычные приложения, поэтому вы можете рассмотреть:

1. Запустите приложение при входе в систему

Если вы планируете запускать это приложение в фоновом режиме, то зачем пытаться запускать его вручную? Вы можете настроить приложение на автоматический запуск, как только вы войдете в свою учетную запись:

  • Щелкните логотип «Apple» в строке меню Mac.
  • Перейдите в «Системные настройки…»> «Учетные записи пользователей».’
  • В левом меню выберите свою учетную запись.
  • Щелкните вкладку «Элементы входа».
  • Щелкните маленький значок замка в нижнем левом углу и введите пароль администратора.
  • Щелкните маленький значок «+».
  • Перейдите к только что созданному приложению и нажмите «Добавить».
  • Вернитесь на вкладку «Элементы входа», найдите свое приложение в списке и установите соответствующий флажок.

2. Создайте ярлык для док-станции

По умолчанию док-станция Mac является постоянным приспособлением, поэтому добавление приложения в док-станцию ​​гарантирует, что она всегда будет на расстоянии одного клика.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *