Развитие кремнийорганических материалов

Кремний – один из основных химических элементов на нашей планете. Его содержание в земной коре составляет, по разным данным, 27,6-29,5% по массе. Таким образом, по распространенности в земной коре кремний занимает второе место после кислорода.

В природе кремний, чаще всего, встречается в виде кремнезема – соединений на основе диоксида кремния SiO2 (около 12% массы земной коры). Основные минералы, образуемые диоксидом кремния – это песок (речной и кварцевый), кварц и кварциты, кремень. Вторую по распространенности в природе группу соединений кремния составляют силикаты и алюмосиликаты.

Песок, или кремнезем, представляет собой измельченный кварц, состоящий из двух наиболее распространенных на Земле элементов – кислорода и кремния.

Материалы на основе кремния занимают важное место в истории развития человечества. Из кварца и кремниевых камней первобытные люди изготавливали инструменты, помогавшие им выжить. В дальнейшем появились способы производства стекла и керамики.

Изменяющиеся потребности развивающегося мира определили появление оптических и электронных технологий, основанных на использовании кремния. В настоящее время кремнийорганические технологии отвечают последним требованиям общества и являются предметом исследований компании Dow Corning.

Компания Dow Corning была основана в 1943 году с целью изучения возможностей применения кремния. Она стала совместным предприятием компаний Corning Glass Works (в настоящее время Corning Incorporated) и Dow Chemical, которые сегодня являются ее собственниками в равных долях.

За время своего существования компания Dow Corning прошла несколько этапов развития вместе с совершенствованием познаний и открытий в области кремнийорганики.

Этап I

Коммерческая эра кремнийорганических материалов (1943-1960 гг.)

Преобладали классические силоксановые и полидиметилсилоксановые жидкости, эластомеры, а также метиловые и фениловые смолы. Полидиметилсилоксан был основой развивающейся индустрии и открывал широчайшие возможности для коммерческого применения.

Его использовали для изготовления механических деталей, материалов для обработки поверхностей. Благодаря своим уникальным свойствам он нашел широкое применение в сфере косметологии и биомедицины.

Вот некоторые новшества, предложенные компанией Dow Corning на этом этапе:

• В годы, предшествовавшие созданию компании, самолеты могли оставаться на большой высоте всего несколько минут из-за проблем с зажиганием и проникновения влаги в двигатель. Благодаря простой силиконовой смазке было найдено решение, положившее начало новой эпохе развития авиации
• Dow Corning предложила жидкие метиловые соединения и изоляционные смолы
• В качестве первого товара массового потребления Dow Corning разработала средства по уходу за глазной оптикой SIGHT SAVERS
• Dow Corning создала новый водостойкий силиконовый материал, ставший основой средств для пропитки бумаги и тканей в целях придания им водоотталкивающих свойств
• Несмотря на прекрасные электроизоляционные свойства силикона его не спешили применять в промышленности. Dow Corning начала использовать изоляционные материалы собственного производства. Уже через несколько месяцев изготовители применяли силиконовую изоляцию от Dow Corning для кабелей и проводов
• Исследователи одной из ведущих косметических фирм узнали о пользе силикона для кожи человека и обратились в компанию Dow Corning. В результате сотрудничества был разработан крем для рук, ставший первым продуктом гигиенического назначения на основе силикона
• При использовании одного из антиадгезионных силиконовых покрытий Dow Corning в качестве рабочей поверхности клейкой ленты, она не утрачивает своих клеящих свойств. Первое силиконовое покрытие Dow Corning положило начало созданию клейких лент нового поколения
• Dow Corning разработала технологию производства сверхчистого поликристаллического кремния для изготовления компьютерных чипов. В Хемлоке (штат Мичиган, США) был построен первый комплексный завод для производства этого материала
• Dow Corning разработала силиконовые герметики для уплотнения и заделки швов, а также адгезивы (клеи) для строительного применения. Это навсегда изменило облик современной архитектуры: появилась возможность возведения высоких бесшовных сооружений из стекла, керамики и металла

Этап II

Бурное развитие кремнийорганики (1960-1980 гг.)

Стимулом перехода к новому этапу развития послужили несколько новых разработок, в том числе создание фторсилоксанов, силикон-полиэфирных поверхностно-активных веществ, а также силанов с органическими функциональными группами. Эти новые материалы наряду с достижениями в области создания специальных материалов позволили разработать новые резины, покрытия и герметики для стеклопакетов, давшие архитекторам и строителям новые возможности.

Однако соединения на основе силикона использовались не только в сфере строительства, но и для создания новых покрытий и оболочек для электроники, медицинского оборудования, а также новой продукции в авиакосмической промышленности.

Вот некоторые из достижений этого времени:

• Силиконовая резина производства Dow Corning используется для теплоизоляции первого пилотируемого суборбитального космического корабля
• Первый след Нила Армстронга на поверхности Луны был оставлен ботинком с подошвой из силиконовой резины. В модуле, совершившем посадку на Луну, и в командном отсеке использовались новые силиконовые материалы. Они сыграли важную роль в обеспечении безопасности экипажа космического корабля "Аполлон" и его бортовых систем
• Недоношенный младенец с проблемами желудочно-кишечного тракта не мог получать полноценное питание через венозную капельницу. Помог миниатюрный внутривенный катетер от Dow Corning, который с тех пор используется во всем мире

Этап III

Материалы (1980-2000 гг.)

Материалы, компоненты и системы зачастую рассматриваются как отдельные последовательные уровни процесса интеграции. Однако эта старая парадигма неприменима по отношению к современным материалам. Коммерческие возможности стирания граней между этими понятиями имеют огромное значение для науки о материалах и тех, кто ею занимается.

Достижения Dow Corning в этот период следующие:

• С выходом из употребления асбестовых тормозных накладок остро встала проблема коррозии. Dow Corning разработала специальную присадку для тормозных накладок, обеспечивающую высокую влагозащиту и теплоустойчивость. Проблема была решена
• Dow Corning предложила 15 новых продуктов для автомобилей, которые прошли испытание на чемпионате в Ле Мане, вновь доказав, что для силиконовых материалов нет ничего невозможного
• При испытаниях модели Jaguar XJ6 акустические тесты показали, что внутренние шумы слишком велики для автомобиля класса "люкс". Dow Corning предложила обрабатывать некоторые части корпуса автомобиля силиконовой звукопоглощающей пеной, и проблема была устранена
• Весь мир с волнением следил за техасскими спасателями, отчаянно боровшимися за спасение полуторагодовалой Джессики Макклюр, упавшей в заброшенный колодец глубиной около 7 метров. Миллионы людей вздохнули с облегчением, узнав, что ребенка удалось спасти. Но в действительности беда отступила лишь тогда, когда врачи залечили раны девочки с помощью средств для сближения краев ран производства компании Dow Corning. У девочки остались практически незаметные шрамы
• Для защиты электронных компонентов и плат печатного монтажа было создано конформное силиконовое покрытие Dow Corning LOW VOC с низким содержанием летучих органических соединений. Этот продукт сочетает в себе износостойкость и преимущества сокращения летучих органических соединений
• Новые покрытия из жидкой силиконовой резины Dow Corning открыли новые возможности в области изготовления подушек безопасности для автомобилей
• Компания Dow Corning разработала высокоэффективную добавку SYL-OFF, позволяющую повысить производительность оборудования для выпуска антиадгезионных покрытий. Этот продукт также облегчает очистку поверхностей и повышает безопасность производства
• Для предотвращения перераспределения электрических сигналов в компьютерных кристаллах была создана окись с высокой текучестью Dow Corning Fox. В целях охраны окружающей среды используются носители, безопасные для озонового слоя

Этап IV

Современное использование кремнийорганических технологий

Удивительные научные открытия нашли повсеместное практическое применение. Dow Corning и Genencor International создали стратегический альянс для объединения своих знаний и опыта в области биотехнологии и кремнийорганической химии с целью создания новой технологической платформы Silicon Biotechnology™.

Компания Dow Corning сформировала стратегические альянсы для создания продуктов нового поколения, в том числе фотонно-кристаллической технологии для приборов оптической связи, рецептур силиконовых смол с защитными свойствами и передового использования нанотехнологии.

В настоящее время Dow Corning, мировой лидер в области создания и применения кремнийорганических материалов, предлагает свыше 7 тысяч продуктов и услуг заказчикам из разных стран мира.

Материалы Dow Corning обладают уникальными свойствами, делающими возможным их применение при производстве оптических приборов, включая высокопроизводительные оптические устройства, оптические устройства для хранения информации, покрытия для оптоволоконных компонентов и пр.

Фотоника представляет собой технологию генерации, проведения и использования света для широкого спектра применений: от связи до переработки информации. Dow Corning Photonic Solutions не только предоставляет материалы, но и помогает в организации управления всей цепью снабжения.

Компания Dow Corning использует как технологии на основе кремния, так и некремниевые высокоточные технологии, новейшие разработки в области материаловедения, создает продукты с заданными оптическими и физическими свойствами с передовыми функциональными возможностями для активного управления светом.

Компания Dow Corning обладает значительным потенциалом знаний в области солнечной энергетики. Она полагается на свои традиции, а также опыт в разработке и поставке материалов для фотоэлектрической энергетики (ФЭ), предлагая производителям фотоэлектрических устройств полный диапазон решений на базе кремния, отличающихся такими характеристиками как экономическая эффективность, высокая производительность и долговечность.

Продукты торговой марки Dow Corning успешно используются в ФЭ более 25 лет. Их диапазон простирается от металлического поликремния до герметиков, используемых на конечном этапе производства готовых фотоэлектрических устройств для герметизации рамок и распределительных коробок.

Компания Dow Corning предлагает и разрабатывает экономически эффективные, высокопроизводительные и долговечные материалы, которые находят применение в солнечной энергетике на всех этапах ее технологической цепи.

Corning является производителем инновационных продуктов для целлюлозно-бумажной промышленности, таких как: компаунды Pulp Aid для производства пеногасителей, используемых в процессе сульфитной варки при промывке целлюлозы.

Компания Dow Corning производит новаторские высококачественные продукты для целлюлозно-бумажной промышленности, в их числе самая широкая линейка силиконовых антивспенивателей для использования при сульфатной или сульфитной варке целлюлозы во время промывки небеленой массы.

Силиконовые антивспениватели обеспечивают целый ряд преимуществ по сравнению с эмульсиями на масляной основе:

• Обладают антивспенивающим действием при малых дозировках
• Обеспечивают большую эффективность промывки и обезвоживания, что в итоге дает более чистую целлюлозу
• Уменьшают потребность в отбеливающих реактивах

Эти силиконовые антивспениватели не содержат предшественников диоксинов, в отличие от пеногасителей на масляной основе.

Они не представляют опасности для установок по очистке сточных вод и не увеличивают так называемой химической потребности в кислороде (ХПК).

Dow Corning предлагает клиентам широкий выбор услуг, призванных помочь воспользоваться преимуществами принятого решения о выборе поставщика.

В число этих услуг входят консультации по составлению рецептур и технологические испытания, призванные оптимизировать результаты работы бумажной фабрики.

Dow Corning – мировой лидер в области производства материалов для полупроводников. Компания готова предоставить техническую поддержку, применяя свои знания в данной области.

Все начинается с линии по производству поликристаллического кремния сверхвысокой чистоты – фундаментального материала электронной эры. Он производится дочерней компанией корпорации Dow Corning – фирмой Hemlock Smiconductor Corporation (Хемлок, штат Мичиган). Именно здесь делается первый шаг – создание интегральных электронные схем как основы кремниевых чипов.

Для того, чтобы привести свои микроэлектронные приборы, компоненты, устройства и системы в соответствие с постоянно меняющимися требованиями используются фирменные продукты Dow Corning, специально созданные для промышленного монтажа электронных схем.

В настоящее время смазки и покрытия от компании Dow Corning выпускаются также под брендом Molykote