Silany
Właściwości organosilanów

Organofunkcyjne silany - o ogólnym wzorze R_nX_3-nSi(CH₂)_mY [gdzie: n = 0-2, m = głównie 1-3; X = Cl, OR", OCOR"; Y = Cl, NH₂, NR"₂, SH, CH=CH₂, CN, NCO, OCOR", O-glicydyl] stanowią obszerną grupę silanowych promotorów adhezji pozwalającą wiązać cześć organiczną (polimer) z nieorganiczną. Charakteryzują je dwa typy reaktywności; grupa X ulega łatwo hydrolizie. Związki te łatwo wytwarzają grupy silanolowe zdolne do wiązania z powierzchniami metali, szkła lub minerałów (np. krzemionki) poprzez wiązania siloksanowe. Nie ulegające hydrolizie grupy funkcyjne Y są dobierane w zależności od ich reaktywności i chemicznego pokrewieństwa do monomerycznych i polimerycznych związków organicznych (Schemat 1).

Dodatek małej ilości odpowiedniego organofunkcyjnego silanu do układu napełniacz – polimer umożliwia znaczący wzrost adhezji tworzyw, połączeń organicznych i bioorganicznych do powierzchni mineralnych, znacznie polepszając fizykochemiczne właściwości napełnianych i wzmacnianych układów polimerycznych. Poza tym, dzięki organofunkcyjnym silanom można na tych powierzchniach mineralnych zawieszać kompleksy metali (kataliza) i enzymy (biochemia), a także rozdzielać mieszaniny węglowodorów (chromatografia). Organosilany to związki o ogólnym wzorze R_nX_3-nSi(CH₂)_mCH₃ [n = 0-2, m = 0-16 (głównie 3, 7 i 17), X = Cl, OR", OCOR"] o właściwościach hydrofobizujących powierzchnię nieorganicznych substratów oraz sieciujących. Znajdują zastosowania między innymi w sieciowaniu kauczuków silikonowych. Długi łańcuch alkilowy decyduje o ich hydrofobowości, natomiast obecność łatwo hydrolizujących grup X przy atomie krzemu umożliwia wiązanie cząsteczki silanu z powierzchnią (np. krzemionki) z utworzeniem wiązania Si-O-Si i pokrycie jej hydrofobową powłoką utworzoną z grup alkilowych, co ilustruje Schemat 2.

Obecność dwóch i więcej grup hydrolizujących umożliwia zastosowanie ich w sieciowaniu kauczuków silikonowych sieciujących kondensacyjnie, również dzięki tworzonemu wiązaniu siloksanowemu (Schemat 3).

Organosilany znajdują głównie zastosowanie w ochronie budowli przed skutkami wilgoci i zanieczyszczeń atmosferycznych oraz jako kokatalizatory polimeryzacji polipropylenu dla układów katalitycznych drugiej generacji.

Ureidofunkcyjne silany – właściwości i charakterystyka

Silany ureidofunkcyjne (Schemat 4) to bezbarwne lub lekko żółte przezroczyste ciecze, o dużej gęstości i charakterystycznym zapachu. Ich gęstość zależy od rodzaju pochodnej ureidowej. Ze względu na ich wysoką gęstość sprzedaje się je w postaci 50% roztworów w metanolu. Związki te bardzo dobrze rozpuszczają się w alkoholach, acetonie i eterze etylowym; są nierozpuszczalne są w czterochlorku węgla. Dobrze reagują z wodą, reakcja zachodzi zarówno miedzy grupami alkoksylowymi usytuowanymi przy atomie krzemu jak i z grupami ureidowymi. 3-Ureidopropylotrietoksysilan jest głównym przedstawicielem tej grupy związków. Otrzymywany jest przez większość światowych koncernów produkujących silany. Zakłada się, że używany do preparatyki roztworu ureidosilan jest min. 95%, a metanol w którym jest on rozpuszczony jest bezwodny.

Zastosowanie 3-chloropropylotri(chloro, alkoksy) silanów

Związki te przede wszystkim stosowane są przy wykorzystywaniu nowych dróg syntezy. Cechuje je bardzo duża reaktywność w stosunku do amin, alkoholi, soli chromu i powierzchni krzemionki. 3-Chloropropylotrimetoksysilan jest znacznie częściej stosowany w porównaniu z 3-chloropropylotrichlorosilanem w wielu dziedzinach techniki. Produkowany jest na szeroką skalę przez wiele firm chemicznych. Przeznaczony głównie:

• jako promotor adhezji do wzmacnianych szkłem termoplastów, zwłaszcza przy wykorzystaniu PVC
• w układach napełniaczy krzemionkowych z różnymi kauczukami (styrenowo-butadienowymi, epichlorohydrynowymi, nitrylowymi EPDM)
• jako środek sprzęgający w żywicach wzmacnianych włóknem szklanym lub aramidowym
• jako modyfikator mineralnych napełniaczy gum i elastomerów
• jako środek do pokrywania powierzchni elektrod, półprzewodników, taśm magnetycznych, powierzchni nieorganicznych, tj. szkło, stal, glin- zwiększający adhezję (np. farb, lakierów)
• jako środek wiążący grupy funkcyjne do nieorganicznego substratu w przypadku funkcjonalizacji powierzchni krzemionki do celów analitycznych i biotechnologicznych lub też do syntezy katalizatorów (heterogenizowanych kompleksów metali kobaltu, miedzi i innych osadzonych na nośnikach)
• do wielu syntez chemicznych

3-chloropropylotrietoksysilan pod względem użytkowym jest mniej atrakcyjny. Stosuje się go do modyfikacji włókien szklanych w polimerach i wiązania krzemionki z tworzywami polialkenylowymi. Wykorzystywany jest także do otrzymywania wielu pochodnych organofunkcyjnych silanów.

Dobór organofunkcyjnych silanów do polimerów

Termoutwardzalne

Elastomery

Termoplasty

Kompatybilność rodzaju podłoża w modyfikacji przy użyciu organofunkcyjnych silanów