Le silicium est un élément très abondant et se classe deuxième sur Terre, soit 25,8% à la surface de la Terre. La plupart des gens connaissent la fonction du silicone métallique. Les matériaux semi-conducteurs en silicium ont stimulé le développement de l’industrie électronique moderne. De plus, les composés de silicium inorganique à base de silicate existent largement dans la nature, ce qui est très pratique à utiliser. Depuis des milliers d’années, les gens utilisent des matériaux liés au silicone pour produire du ciment, du verre, de la céramique et d’autres produits.

Les composés de silicone inorganiques ont été appliqués très tôt pour fabriquer des produits tels que le verre et la céramique. Mais les composés organiques de silicone n’existent pas dans la nature. C’est principalement par synthèse, et ont été synthétisés il y a environ 50 ans. Depuis l’industrialisation dans les années 1940, les composés organiques de silicone se sont développés rapidement.

Le silicium organique, également appelé silicone ou siloxane, est un polymère organique de siloxane réticulé à partir de silicium et d’oxygène. Il a de bonnes caractéristiques avec une excellente résistance à la chaleur, une résistance au froid, une résistance à l’oxydation et une isolation électrique, qui ne sont pas disponibles à partir d’autres polymères organiques généraux. Parmi les composés de silicium organique, le polysiloxane a une large application avec ses caractéristiques structurelles particulières.

les matériaux de silicone sont principalement divisés en huile de silicone (diméthicone/PDMS/diméthyl silicone fluide, antimousse de silicone, agent de nivellement de silicone, huile de silicone modifiée polyéther), caoutchouc de silicone, résine de silicone et agent de couplage silane, etc. Et il existe divers produits liés aux matériaux de silicone. Par exemple, Dow Corning propose plus de 4 000 types de types de matériaux en silicone. S’il est converti en polysiloxane, la consommation mondiale totale de divers produits en silicone est d’environ 650 000 tonnes, ce qui représente 0,65 % de la production totale mondiale de différents produits en résine synthétique. En outre, le montant des ventes de produits en silicone atteint 6,5 milliards de dollars, ce qui représente 7 % du montant total des ventes mondiales de différents produits en résine synthétique.

Le silicone peut être largement utilisé dans la production de fluide de silicone, d’adjuvant de silicone agricole, de lubrifiants avancés, d’adhésifs, d’huile diélectrique, d’adhésifs, de peinture, d’agents anti-mousse, de joints, de joints ainsi que de pièces de rechange pour fusées et missiles. Ces dernières années, le matériau en silicone a été appliqué progressivement de la défense militaire ou nationale à la vie quotidienne des gens. Les produits pour une application quotidienne comprennent des boutons conducteurs pour ordinateur, téléphones portables et clavier électrique ; verres de contact, lunettes de natation et bonnets de bain; téton; mastics silicones pour murs-rideaux; agent de finition pour cuir ou tissu haut de gamme; huile de silicone pour shampoing. Le matériau en silicone est devenu un élément nécessaire dans la vie quotidienne des gens. Il devient également un nouveau matériau chimique avec un développement en plein essor.

Avec les perspectives du matériau en silicone, de nombreux pays développés considèrent les matériaux en silicone comme l’un des nouveaux matériaux les plus importants pour le développement clé du nouveau siècle. Le silicium organique est un nouveau matériau lui-même, mais c’est aussi le nouveau matériau de base pour le développement de domaines industriels connexes. Compte tenu de la nature changeante du matériau de silicium organique et avec les caractéristiques d’une application large à petit volume, il est réputé comme le catalyseur du développement scientifique et technologique. Dans l’industrie du silicone, seules quelques entreprises en amont sont à grande échelle et la plupart d’entre elles sont des petites et moyennes entreprises privées engagées dans la production de produits de consommation et d’additifs.

Principaux produits en silicone et leurs applications

Les matériaux à base de silicone sont principalement regroupés en quatre catégories : l’huile de silicone avec ses produits de transformation secondaire, le caoutchouc de silicone, la résine de silicone et l’agent de couplage au silane. Il est connu sous le nom de MSG industriel car les produits en silicone ont les propriétés d’isolation électrique, de résistance à la corrosion, de résistance aux radiations, de résistance aux flammes, de résistance aux hautes et basses températures ainsi qu’à l’inertie physiologique. Ils sont largement appliqués dans les matériaux de construction, les produits électroniques et électriques, l’industrie légère, le textile, les plastiques, le caoutchouc, les machines, les transports, les industries médicales et autres. À l’heure actuelle, la capacité de production annuelle mondiale de produits en silicone a atteint plus de 1,2 million de tonnes. Il existe environ 5 000 à 10 000 produits et les ventes totales sur le marché peuvent atteindre 7 milliards de dollars américains.

Parmi les plus de 10 000 types de produits en silicone, on peut répartir grosso modo en trois catégories : les matières premières, les intermédiaires et les produits. Le monomère de silicone fait référence au monomère de polymère de silicium organique synthétisé par le chlorosilane organique, tel que les matières premières telles que le benzène chlorosilane, le méthylchlorosilane, le vinylchlorosilane et certains autres matériaux.

Les intermédiaires de silicium organique font référence aux oligomères de siloxane de type ligne ou anneau, tels que l’octaéthylcyclotétrasilxane (D4), l’hexaméthyldisilxane (MM), le mélange de diméthylcyclosilane (DMC), etc. Les produits à base de silicone sont les produits obtenus par réaction de polymérisation avec ajout de charges inorganiques ou d’additifs modifiés. . Il comprend principalement du caoutchouc de silicone (caoutchouc de silicone vulcanisé à haute température et caoutchouc de silicone vulcanisé à température ambiante), de l’huile de silicone et ses produits de traitement secondaire, de la résine de silicone et de l’agent de couplage silane. Et grâce au processus de moulage au soufre, le caoutchouc de silicone peut être transformé en clés conductrices, joint d’étanchéité, bonnet de bain et de nombreux autres produits de consommation.

Silicone monomère

Bien qu’il existe de nombreuses variétés de produits en silicone, ses matières premières de départ pour la production sont limitées à quelques monomères de silicium organique. La quantité supérieure est le diméthyldichlorosilane, suivi du phénylchlorosilane. De plus, le triméthylchlorosilane, l’éthyl et le propyl chlorosilane, le vinyl chlorosilane, etc., sont également des matières premières nécessaires à la production de produits en silicone.

La production de monomère de silicium n’est pas compliquée. La principale matière première du monomère de silicium est le bloc de silicium, le méthanol et le chlorure d’hydrogène. À l’heure actuelle, le monomère de chlorochlorure de méthyle est synthétisé dans un réacteur à lit bouillant. La poudre de silicium et le chlorométhane sont mis à réagir sous un catalyseur à haute température qui fait un mélange de chlorochlorure de méthyle. Et grâce à un fractionnement efficace, la fraction cible est obtenue. Les monomères de silicone sont fabriqués par hydrolyse, lyse et condensation pour obtenir différents produits. Avec le monomère de silicium comme matière première et en utilisant différents moyens et procédés de polymérisation, différents produits en silicone peuvent être produits en ajoutant diverses charges et additifs. Les matières premières de base pour la production d’huile de silicone, de caoutchouc de silicone, de résine de silicone et d’agent de couplage silane sont différents types de monomères de silicium organique. A partir de ces monomères de silicone de base, des milliers de produits de silicium organique peuvent être produits. Les monomères de silicium organique comprennent principalement : le méthylchlorosilane (méthyl-monomère), le phénylchlorosilane (benzène-monomère), le méthylvinylchlorosilane, le vinyltrichlorosilane, l’éthyltrichlorosilane, le propyltrichlorosilane, le γ-chloropropyltrichlorosilane et le monomère fluorosilane. Parmi eux, le méthylchlorosilane représente la quantité supérieure, soit 90 % du monomère total total, suivi du phénylchlorosilane.

L’organochlorosilane (méthylchlorosilane, phénylchlorosilane, vinylchlorosilane) est à la base de toute l’industrie du silicone, et le méthylchlorosilane est le pilier de l’industrie du silicone organique. La plupart des polymères de silicone sont des polydiméthylsiloxane fabriqués à partir de diméthyldichlorosilane. Après addition avec d’autres groupes tels que phényle, vinyle, chlorophényle, fluoroalkyle, etc., le produit peut répondre à des besoins particuliers. Le procédé de fabrication du méthylchlorosilane est très long et présente des difficultés en technicien de production. Cette industrie est à forte intensité technologique et capitalistique. Par conséquent, les sites de fabrication de base des grandes entreprises étrangères sont à grande échelle et en construction centralisée. Alors que la fabrication des produits en aval est distribuée en fonction de leur utilisation et des conditions du marché.

La clé du développement de tout matériau polymère est le développement de la technologie des monomères. La caractéristique de l’industrie du silicone est que la production de monomères est concentrée et que le traitement ultérieur des produits en silicone se fait à différents endroits. Par conséquent, la production de monomère joue un rôle important dans l’industrie du silicone. Et le niveau de production de monomères est le reflet direct du développement de l’industrie du silicone. 

Intermédiaires en silicone

Les monomères de silicium organique peuvent être transformés en différents intermédiaires de silicone par hydrolyse (ou lyse) et lyse. Les intermédiaires de silicone sont la matière première directe pour former le caoutchouc de silicone, l’huile de silicone et la résine de silicone. Les intermédiaires de silicone comprennent l’hexaméthylcyclotrisiloxane (D3), le tétrasiloxane octaéthylcyclique (D4), l’hexaméthyldisiloxane (MM), le mélange de diméthylcyclosiloxane (DMC) et d’autres séries de siloxydes linéaires ou cycliques.

 Caoutchouc en silicone

Le caoutchouc de silicone est l’un des produits importants parmi les polymères de silicone. Parmi tous les caoutchoucs, le caoutchouc de silicone peut fonctionner dans une large plage de températures, de -100 ℃ à 350 ℃. Il est excellent dans la résistance aux hautes et basses températures. Selon son mécanisme de thionisation, le caoutchouc de silicone a trois catégories : le type de réticulation radicalaire induite par le peroxyde organique (silicone vulcanisé à haute température), le type de réaction de condensation (silicone vulcanisé à température ambiante) et le type de réaction d’addition. Caoutchouc de silicone vulcanisé à haute température (HTV) : Le caoutchouc de silicone vulcanisé thermique est également appelé caoutchouc de silicone vulcanisé à haute température. Tous les siloxanes à chaîne directe avec un poids moléculaire compris entre 500 000 et 800 000 sont regroupés en tant que caoutchouc vulcanisé à haute température. Habituellement, la gomme peut être fabriquée avec de l’octaéthylcyclotétrasilxane (D4) comme matière première principale et se polymériser sous la catalyse d’un acide ou d’un alcali. Ensuite, avec des oxydes comme agent de réticulation et combinés à différents additifs (tels que charge renforçante, stabilisant thermique, agent de contrôle structurel, etc.), il peut être transformé en additifs de caoutchouc homogènes. Divers produits en caoutchouc peuvent être vulcanisés par moulage, extrusion ou calandrage, etc.,

Caoutchouc de silicone vulcanisé à température ambiante (RTV) et caoutchouc de silicone à réaction d’addition (LSR). Le caoutchouc de silicone vulcanisé à température ambiante fait référence à celui qui utilise un polyorganosiloxane actif de faible poids moléculaire comme matériau de base et peut être formé avec l’agent de réticulation et le catalyseur à température ambiante.

Le caoutchouc de silicone de réaction d’addition fait référence au caoutchouc de silicone qui est fabriqué dans le cadre de la réaction d’addition avec un composé de platine comme catalyseur. Il n’a pas de sous-produits lors de la réaction. Habituellement, il est composé de polydiméthylsiloxane à terminaison vinyle, de résine de silicone, de polyméthylhydrosiloxane de faible poids moléculaire, de catalyseur au platine et d’inhibiteur de réaction, etc. Il est également connu sous le nom de caoutchouc de silicone liquide ou LSR. Habituellement, le caoutchouc de silicone réactif par addition est également vulcanisé à température ambiante (température moyenne), il est donc également classé comme caoutchouc de silicone sulfuré à température ambiante. Les deux ci-dessus sont appelés caoutchouc de silicone vulcanisé à température ambiante.

Le caoutchouc de silicone vulcanisé à température ambiante a un faible poids moléculaire (de 10 000 à 80 000) et est un liquide visqueux. Selon différentes formes d’emballage, il peut être divisé en caoutchouc de silicone RTV à un composant et en caoutchouc de silicone RTV à deux composants. Le caoutchouc de silicone RTV monocomposant mélange uniformément le caoutchouc brut avec une charge, un agent de réticulation ou un catalyseur dans des conditions anhydres. Et il réagira avec l’humidité de l’atmosphère après ouverture. Alors que le caoutchouc de silicone RTV à deux composants place généralement le caoutchouc brut et l’agent de réticulation ou le catalyseur dans un emballage séparé, il se lie lorsqu’il est mélangé dans un certain rapport. Sa réaction n’est pas liée à l’humidité.

Huile de silicone ou fluide de silicone

L’huile de silicone est une sorte d’huile liquide polysiloxane de viscosité différente. Il n’est pas toxique, pas corrosif, n’a pas d’odeur et n’est pas facile à brûler. Selon la structure chimique, l’huile de silicone peut être divisée en huile de silicone de méthyle, huile de silicone de phényle, huile de silicone d’éthyle, huile de silicone d’hydrogène de méthyle, huile de silicone de chlorophényle de méthyle, huile de silicone de méthyle phényle, huile de silicone de méthyle éthoxy et méthyle trifluoropropane, etc. . Parmi eux, l’huile de silicone méthylique est le produit phare. En changeant le degré de polymérisation du polysiloxane et le type de groupe organique, ou en faisant polymériser du polysiloxane avec d’autres composés organiques, une huile de silicone avec différentes propriétés peut être fabriquée, comme l’imperméabilisation, l’anti-adhérence, le démoulage ou le démoussage. L’huile de sililone peut également être regroupée en huile de silicone linéaire et huile de silicone modifiée.

L’huile de silicone a de nombreuses propriétés particulières. Ses caractéristiques comprennent un faible coefficient de température de viscosité, une résistance antioxydante, une bonne résistance aux hautes et basses températures, un point d’éclair élevé, une excellente isolation, une faible volatilité, une faible tension superficielle, aucune corrosion du métal, non toxique, etc. Avec ces propriétés, l’huile de silicone a d’excellents effets dans différentes applications. Parmi tous les types d’huiles de silicone, l’huile de méthylsilicone est la plus largement appliquée et est le type le plus important, suivie de l’huile de méthylphénylsilicone. Différentes huiles de silicone fonctionnelles et huiles de silicone modifiées sont principalement utilisées à des fins spéciales.

Résine  de silicone _

La résine de silicone est un polymère semi-inorganique avec du silicium-oxygène-silicium comme chaîne principale et des atomes de silicium réticulés avec des groupes organiques. Il est émergé avec le monomère de silicone produit par le monomère de silicone. Sa production est en avance de six mois sur l’huile de silicone et le caoutchouc de silicone.

La résine de silicone a une résistance exceptionnelle aux intempéries, meilleure que toute autre résine organique. Même sous une forte irradiation ultraviolette, la résine de silicone a toujours une bonne résistance au jaunissement. Le silicone a également des propriétés diélectriques supérieures. La propriété peut rester stable dans une large gamme de température, d’humidité et de fréquence. De plus, il a également une bonne résistance à l’oxydation, une résistance à l’irradiation, une résistance à la fumée, une imperméabilité, une prévention de la moisissure et d’autres caractéristiques.

Agent de couplage silane

La formule générale de l’agent de couplage au silane peut être la suivante : YR-SiX3. X et Y sont deux groupes actifs avec des caractéristiques de réaction différentes. X est facile à lier fortement avec de l’argile, du verre, de la silice, du métal et des oxydes métalliques, tandis que Y est facile à lier avec de la résine et du caoutchouc dans un matériau organique. Avec les deux groupes fonctionnels qui peuvent avoir une bonne réaction avec les matériaux organiques et inorganiques, l’agent de couplage silane peut lier les matériaux organiques et inorganiques ensemble pour atteindre une liaison satisfaisante. Selon le nombre de groupes hydrolysés (groupes X) connectés aux atomes de silicium, l’agent de couplage silane peut être divisé en deux groupes : les types trifonctionnel et difonctionnel. Depuis quelques années, la production d’agent de couplage au silane est contrôlée par plusieurs sociétés géantes. Afin de former un monopole, chaque entreprise a nommé ses propres types de produits, et pour le même produit, il existe différents noms et types sur le marché. Union Carbide Corporation (UCC) est le plus grand fabricant d’agents de couplage au silane au monde et possède le plus grand nombre de variétés de produits. L’agent de couplage au silane a d’abord été développé comme agent de traitement des fibres de verre pour les plastiques renforcés de fibres de verre. L’agent de couplage au silane a amélioré l’adhérence entre la fibre de verre et la résine, ainsi les propriétés mécaniques des plastiques renforcés sont considérablement améliorées. Avec le développement rapide des composites, l’agent de couplage au silane se développe également rapidement à la fois en variété et en rendement. Ces dernières années, l’agent de couplage au silane a adopté certains groupes fonctionnels spécifiques, ce qui peut améliorer les propriétés de surface des matériaux, qui acquièrent de nouvelles propriétés telles que l’anti-moisissure, l’antistatique, l’anticoagulation et l’inertie physiologique. Ceci est devenu une nouvelle application pour l’agent de couplage au silane. Parallèlement au nouveau développement, l’agent de couplage au silane est devenu une branche importante du silicone organique.

Historique du développement du silicone

Tous les composés contenant des liaisons Si-C sont généralement appelés composés organiques de silicium. Ceux qui relient des groupes organiques comme l’oxygène, le soufre et l’azote aux atomes de silicium sont également considérés comme des composés organiques du silicium. Parmi eux, le polysiloxane composé de liaison oxygène silicone (-Si-0-Si-) représente la plus grande quantité de composés de silicone. C’est le type le plus étudié et le plus largement appliqué dans les composés de silicone, qui représente plus de 90 % du total. Le matériau en silicone possède à la fois les propriétés des matériaux organiques et des matériaux inorganiques. Il possède de nombreuses bonnes propriétés telles que la résistance aux hautes et basses températures, la résistance à l’ozone. , isolation électrique, résistance aux radiations, ignifuge, résistance à l’eau, inertie non toxique et physiologique et autres excellentes caractéristiques. Le matériau en silicone est largement appliqué dans l’électricité, l’électronique, la construction, la chimie, industries textile, médicale et autres. Les principales fonctions du silicone sont les suivantes : étanchéité, adhérence, encapsulation, lubrification, revêtement, laminage, activité de surface, libération, anti-mousse, réticulation, imperméabilisation, pénétration, inertion et remplissage, etc. Avec le développement continu de la quantité et des variétés de matériaux en silicone, il est devenu l’un des matériaux les plus importants dans le nouveau domaine des matériaux chimiques. De nombreuses variétés de silicone ne peuvent pas être remplacées par d’autres produits chimiques. il est devenu l’un des matériaux les plus importants dans le domaine des nouveaux matériaux chimiques. De nombreuses variétés de silicone ne peuvent pas être remplacées par d’autres produits chimiques. il est devenu l’un des matériaux les plus importants dans le domaine des nouveaux matériaux chimiques. De nombreuses variétés de silicone ne peuvent pas être remplacées par d’autres produits chimiques.

Différentes phases  de la chimie des silicones

Période de début : en 1863, les scientifiques français Fiddle et Kraft ont chauffé le tétrachlorure de silicium et le diéthyle de zinc à 160℃ dans un tube d’étanchéité et ont synthétisé le premier composé de silicone, qui est l’étraéthylsilane avec des liaisons Si-C. Depuis lors, de nombreux autres dérivés de tétraéthylsilane ont été synthétisés. Les quarante années de 1863 à 1903 ont été la période fondatrice de la chimie des silicones, également appelée la première phase

Période de croissance : De 1904 à 1937, de nombreux composés silicones simples ont été synthétisés. Pendant ce temps, certains polysiloxanes annulaires et linéaires (avec des liaisons Si-0-Si comme squelette). Du point de vue théorique, la synthèse de composés atomiques de silicium asymétriques a été lancée, ce qui a créé des circonstances pour l’étude des isoformes photoactives de silicone. Ces 30 années ont été qualifiées de période de croissance de la chimie des silicones, également appelée deuxième phase.

Période de développement : le chimiste Hyde de Corning ainsi que Patnode et Rojo de General Electronics ont réalisé que le polymère de silicone aurait un bel avenir, et ils ont activement amélioré la synthèse du monomère de silicone. Cela a aidé l’industrialisation du silicone. En particulier, Rojo a inventé la méthode de synthèse directe du méthylchlorosilane en 1941. Ce fut une révolution dans la production de silicone et une bonne base pour la production à grande échelle de composés de silicone. Dans les années 1940, lorsque certains des principaux pays ont réalisé l’industrialisation, les méthodes de réaction d’équilibre du siloxane polyorganique ont été inventées. Et un système complet de technologies industrielles a été établi. Différents types d’huile de silicone, de caoutchouc de silicone, de résine de silicone et d’agent de couplage au silane avec d’excellentes performances ont vu le jour. Le développement de l’industrie du silicone s’est accéléré. La période de 1938 à 1965 a été appelée la troisième phase.

Période d’essor : Depuis 1966, suite à la consolidation, au développement, à l’amélioration et à l’exploitation des acquis existants, le silicone se développe également dans le nouveau domaine. Certains composés impossibles à fabriquer peuvent également être synthétisés. L’un des groupes dont le développement est le plus rapide est celui des composés de liaison silicium —— métal. Surtout les produits chimiques formés par le silicium et les éléments de transition, et cela a une valeur plus pratique. Et la chimie des silicones a donné des résultats fructueux. Ainsi, la période à partir de 1966 a été appelée la quatrième phase.

Le développement de la science a favorisé le développement de la production et de la construction. Et la production à son tour a de nouvelles exigences pour la recherche scientifique. Dans de nombreuses industries, la résistance thermique est nécessaire. Mais les polymères organiques normaux ne peuvent pas répondre aux exigences. Le silicate naturel est connu depuis longtemps mais sa liaison -Si-0-Si- est fragile. Par conséquent, le chimiste a introduit des atomes de silicium avec un groupe organique, ce qui peut en faire une structure linéaire ou un polymère réticulé à faible degré. Ainsi le matériau silicone peut former un matériau souple ou élastique, et l’application serait encore élargie. L’étude sur les organopolysiloxanes a également débuté. Le chimiste Hyde de Corning Glass a d’abord combiné la chimie du silicone et des polymères et a acquis de l’expérience dans la polymérisation du silicone. Sous sa direction, la résine de silicone a été produite pour le tissu de verre isolé électronique. De 1938 à 1941, Hyde et ses collaborateurs ont développé de nombreux autres produits à base de siloxane polyorganique. Pendant ce temps, Dow Chemical a également commencé l’étude et la production de siloxane polyorganique. En 1942, une usine pilote d’huile de diméthylsilicone et de toluène silicone a été créée.

En 1943, Dow s’est associé au verre Corning et a créé le célèbre Dow-Corning Chemical. Ils ont construit l’usine de polysiloxane synthétique à Midland. Et bientôt, ils ont développé un matériau d’étanchéité d’allumage DC4, qui a été appliqué sur les avions aériens pendant la Seconde Guerre mondiale. Ensuite, Dow Corning Chemical est progressivement devenu l’un des plus grands fabricants professionnels de produits en silicone au monde.

Au cours des 20 dernières années, l’application de la technologie du silicone a atteint un niveau brillant. Le caoutchouc de silicone vulcanisé à température ambiante et l’agent de couplage au silane ont obtenu un développement complet. Le polymère de silicone à usage biologique et médical a également émergé. Maintenant, de nombreux autres composés de silicone ont été inventés pour une large application. De nombreuses choses impossibles peuvent être réalisées maintenant grâce au développement du matériau en silicone

D’une production annuelle de 10 000 tonnes en 1997 à environ 850 000 tonnes par an en 2015, le méthylchlorosilane connaît un développement rapide, qui est le premier parmi tous les monomères. À l’avenir, avec l’augmentation de la capacité de production de méthylchlorosilane, l’industrie du silicium organique connaîtra un développement technologique supplémentaire, la capacité et la qualité atteignant un nouveau niveau.