Estructura, propiedades y aplicaciones del 1,1,1,3,5,5,5-Heptametiltrisiloxano（HC-YM9360）

  El 1,1,1,3,5,5,5-heptametiltrisiloxano es un compuesto químico con propiedades estructurales y fisicoquímicas específicas que exhibe una amplia gama de usos y potenciales en síntesis y aplicaciones. El heptametiltrisiloxano (Heptametiltrisiloxano), con la fórmula química C₇H₂₂O₂Si₃, es un compuesto de organosiloxano lineal. Como siloxano de bajo peso molecular, sus propiedades incluyen:

Baja viscosidad: 1,5-2,5 cSt a 25°C, cercano al agua (1 cst), lo que le confiere una excelente fluidez;

Alta volatilidad: punto de ebullición 152-155 ℃, volátil a temperatura ambiente, residuo muy bajo;

Químicamente inerte: resistente a ácidos y álcalis (pH 2-12), resistente a la oxidación y compatible con la mayoría de los compuestos orgánicos;

Baja tensión superficial: aprox. 18-20 mN/m, significativamente menor que los aceites minerales convencionales (30 mN/m).

Fórmula estructural química:

Nombre químico completo: 1,1,1,3,5,5,5-heptametiltrisiloxano (código: HMTS)

Alias: Bis(trimetilsiloxi)metilsilano

Fórmula molecular: C7H22O2Si3

Peso molecular: 222,51

CAS: 1873-88-7

I. Método de síntesis, proceso de producción y sus propiedades.

Método de síntesis, proceso de producción:

El heptametiltrisiloxano se prepara principalmente mediante hidrólisis y condensación de silano, y el proceso típico es el siguiente:

Materia prima: Metiltriclorosilano (MeSiCl₃) mezclado con dimetildiclorosilano (Me₂SiCl₂);

Hidrólisis: Hidrolizado en solución acuosa ácida (HCl) para producir el silanol intermedio;

Condensación: Controle el pH (3-5) y la temperatura (60-80°C) para promover la condensación lineal:

2yo₃SiOH+Yo₂Si(OH)₂→Yo₃Si-O-SiMe₂-O-SiMe₃+ 2H₂oh

Purificación: destilación para eliminar sustancias de bajo punto de ebullición (p. ej., hexametildisiloxano), pureza del producto hasta 99,5%.

Propiedades:

El 1,1,1,3,5,5,5-heptametiltrisiloxano (HMTS) es un trisiloxano simétrico con una estructura molecular que contiene tres átomos de silicio (Si), con átomos de silicio vecinos conectados alternativamente por puentes de oxígeno (Si-O-Si) con siete sustituyentes metilo (-CH3).

La configuración espacial de HMTS se basa en los ángulos de enlace y la disposición de los sustituyentes de los enlaces Si-O-Si, y su núcleo (esqueleto de trisiloxano) tiene una estructura plegada no lineal.

Ángulos de enlace Si-O-Si: normalmente entre 140°-160°, no completamente lineales.

Distribución de sustituyentes metilo: el grupo metilo (-CH3) está dispuesto en una disposición tetraédrica. Debido a la hibridación sp³ de los átomos de silicio, esta disposición reduce las interacciones intermoleculares y mejora la volatilidad e hidrofobicidad de los compuestos.

Morfología molecular general: debido a la alta libertad de rotación del enlace Si-O, el HMTS puede exhibir una conformación curvada o en forma de paraguas, y es más probable que forme oligómeros o monómeros que interactúan débilmente en solventes no polares.

Propiedades físicas: HMTS tiene baja densidad, baja tensión superficial y alta volatilidad, lo que lo hace ampliamente utilizado en recubrimientos hidrofóbicos, lubricantes y modificación de materiales de silicona.

II. Propiedades químicas y análisis de solubilidad.

Estabilidad química: HMTS tiene una alta estabilidad química y no es fácil de descomponer a temperatura y presión ambiente. Sin embargo, su enlace Si-O-Si puede hidrolizarse o reorganizarse bajo la reacción catalítica de un ácido o un álcali.

Resistencia al calor: Cuando se calienta por encima de 200°C, puede producirse craqueo para formar oligosiloxanos. La estabilidad térmica de las moléculas HMTS se puede mejorar mediante la introducción de grupos resistentes a altas temperaturas (p. ej., sustituyentes aromáticos o fluorados), que pueden unirse a la molécula mediante reacciones como la adición de sílice-hidrógeno y la policondensación, lo que permite su uso en entornos de mayor temperatura.

Resistencia a la oxidación: Estable en el aire, pero puede degradarse en ambientes oxidantes a altas temperaturas.

Hidrolización: Insoluble en agua, pero bajo la acción de un ácido o álcali fuerte, el enlace Si-O-Si puede romperse, generando una pequeña molécula de silanol.

Estudios de solubilidad: La solubilidad del HMTS depende de la polaridad del disolvente.

Insoluble en agua: Es insoluble en agua porque su grupo metilo hidrofóbico cubre el esqueleto de Si-O-Si, lo que dificulta la formación de enlaces de hidrógeno con el agua.

Soluble en disolventes orgánicos: Soluble en disolventes poco polares o no polares, como: alcanos (p. ej., n-hexano, n-heptano) hidrocarburos aromáticos (p. ej., tolueno, xileno) hidrocarburos clorados (p. ej., diclorometano, tetracloruro de carbono) éteres (p. ej., tetrahidrofurano, THF, éter dietílico).

La buena solubilidad permite una fácil dispersión y mezcla en recubrimientos, lubricantes y sistemas de aceite de silicona.

III. Áreas de aplicación

Debido a su estructura especial y propiedades fisicoquímicas, HMTS tiene una amplia gama de aplicaciones en muchas industrias.

Modulación de la polimerización de siloxano como agente de protección: HMTS se puede utilizar como agente de protección para oligosiloxanos (p. ej., PDMS) para detener el crecimiento de cadenas de Si-O-Si y mejorar eficazmente la hidrofobicidad y estabilidad de los materiales de siloxano.

Como aditivo hidrofóbico para revestimientos de silicona: Aplicado al revestimiento impermeable y autolimpiante, puede mejorar significativamente la resistencia al agua y a la contaminación del material.

Como lubricante y antiespumante: Se utiliza para la lubricación de instrumentos de precisión y sistemas antiespumantes industriales.

Aplicación en polímeros modificados con silicona: Puede mejorar la resistencia al agua, la resistencia a la intemperie y la flexibilidad de las emulsiones de poliuretano y silicona-propileno.

Aplicaciones en el sector aeroespacial: HMTS y sus derivados modificados tienen aplicaciones potenciales en el sector aeroespacial.

Lubricantes para altas temperaturas: Debido a la resistencia a altas temperaturas del enlace Si-O-Si, HMTS se puede utilizar en entornos de temperaturas ultraaltas (como cojinetes de motores y componentes de naves espaciales), donde mantiene un cambio de viscosidad más bajo que los lubricantes convencionales, proporcionando una baja pérdida por fricción más consistente y extendiendo de manera efectiva la vida útil de los componentes.

Recubrimiento protector resistente al calor: Puede usarse como componente de recubrimientos resistentes a altas y bajas temperaturas para mejorar la estabilidad de los materiales a temperaturas extremas.

Fluidos de silicona antioxidantes: Se utiliza como base fluida de silicona antioxidante de baja volatilidad en electrónica aeroespacial y lubricantes ambientales especiales.

Surfactante: Como tensioactivo eficaz, el heptametiltrisiloxano reduce la tensión superficial, mejora la humectabilidad y se utiliza como aditivo en revestimientos, tintas, textiles y pesticidas. Mejora la nivelación de recubrimientos, mejora la calidad de impresión de las tintas, mejora la repelencia al agua de los textiles y mejora el efecto de pulverización de pesticidas.

IV. Seguridad

Si bien nos centramos en el rendimiento y la aplicación de HMTS, no se debe descuidar su seguridad. El punto de inflamación del HMTS es de 18 °C (vaso cerrado), que es un líquido inflamable y debe mantenerse alejado del fuego y fuentes de calor durante el almacenamiento y uso, y debe cumplir estrictamente con las normas de prevención de incendios pertinentes. Al mismo tiempo, evite el contacto directo entre HMTS y la piel y los ojos; si entra en contacto sin darse cuenta, lave inmediatamente con abundante agua y busque atención médica.  

V. Tendencias del mercado y del desarrollo

En la actualidad, el tamaño del mercado mundial de HMTS muestra una tendencia de crecimiento constante, las principales regiones de producción se concentran en Asia, Europa y América del Norte. Con la creciente demanda de materiales de silicona de alto rendimiento en las industrias electrónica, automotriz, aeroespacial y otras, se espera que la demanda del mercado de HMTS continúe expandiéndose. En el futuro, con la innovación continua de la tecnología de materiales de silicona, HMTS puede mostrar un mayor valor de aplicación potencial en nuevas energías, biomedicina y otros campos emergentes, ampliando aún más su alcance de aplicación.

Conclusión:

El 1,1,1,3,5,5,5-heptametiltrisiloxano (HMTS) es un compuesto de siloxano de baja viscosidad, altamente hidrofóbico y altamente volátil con una estructura única de Si-O-Si que le otorga una amplia gama de valores de aplicación. Además de las aplicaciones convencionales en recubrimientos, lubricación y selladores, HMTS y sus productos modificados han demostrado un valor potencial en lubricación a alta temperatura y recubrimientos protectores en la industria aeroespacial. Con el desarrollo de nuevos materiales de silicona, las perspectivas de aplicación de HMTS serán más amplias.

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