星期四,04 August 2011 23:21

矽和有機矽化合物

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在氧之後,矽是地球上最常見的元素。 它在自然界中不是游離的,而是以氧化物(二氧化矽)或矽酸鹽(長石、高嶺石等)的形式存在於沙子、岩石和粘土中。 一種製備方法是通過加熱石英(SiO2) 與碳; 在此過程中,會排放一氧化碳,並保留原矽(98% 純度)。 該等級足夠純淨,可以摻入合金(例如鋁和鐵)中,從而使它們更硬或更不易碎。 純矽是通過在氯氣中加熱原料矽來製備的。 在此過程中,揮發性化合物 SiCl4 發生並通過蒸餾分離。 如果這種液體與氫氣一起加熱,就會釋放出純矽。 將其成形為棒狀,最後的雜質通過在惰性氣體(例如氬氣)與任何要添加的微量元素混合的氣氛中連續加熱小部分至熔點而從棒中“漂浮”出來,溶解在液態矽中。

矽氧烷 是除了氫、矽和通常還含有碳(儘管也有一些無機矽氧烷)之外還含有氧的化合物。 從小分子開始,它們可以構建成大單元(聚合物),可以賦予它們各種特性(流動性、彈性、穩定性等)。 矽氧烷以樹脂、彈性體(橡膠化合物)或油的形式存在。

用途

用作鋼、鋁、銅、青銅和鐵的合金化劑。 它還廣泛用於半導體製造以及矽烷和有機矽化合物的生產。

有機矽化合物以樹脂、彈性體(橡膠化合物)或油的形式使用。 樹脂 是有機矽化合物,當與塗料工業中使用的許多其他物質(硬化劑、促進劑等)混合時,會形成非常穩定的層,即使在其他塗料通常不能很好附著的基材上(例如金屬表面)。 此外,它們對瞬時加熱或氧氣侵蝕具有相當的抵抗力,並且在陽光下不會褪色太多。 除其他外,這些樹脂還用作模塑化合物(塑料),以及用於製造具有良好耐高溫性和有用的熱絕緣體的泡沫。 其他樹脂被用作所謂的箔(電子工業中應用的薄層),因為它們即使在潮濕環境中也具有低可燃性和良好的電絕緣性能。 矽樹脂具有許多應用,因為它們具有熱穩定性和防水性,以及耐溶劑、耐高溫和耐日光的性能。 矽樹脂用於油漆、清漆、模塑化合物(塑料)、電絕緣、壓敏和離型塗層以及層壓板。

矽酸甲酯 是一種相當易揮發的液體,用於製造電視屏幕。 當它在水中分解時,會生成一層透明的矽酸,將屏幕固定在玻璃牆上。 矽酸乙酯 在特殊金屬鑄造工藝中用作製造模具的粘合劑或用作化學合成的起點。

危害及其預防

本節討論有機矽化合物的危害。 讀者在其他地方提到 百科全書 用於討論接觸矽酸鹽(尤其是結晶矽酸鹽)對健康的重要影響。 碳化矽的影響也在別處討論。

金屬矽的毒理學危害尚不清楚。 對於大多數監管目的,它被認為是有害粉塵。 當在沒有空氣的情況下製備和純化矽時,該過程在密封、氣密的外殼中進行,該外殼應限制暴露。 在各種製造過程中與硅一起使用的化學品可能會產生危險。 這裡考慮三種類型的矽化合物:矽烷、矽氧烷和雜矽氧烷。

矽烷。 矽烷含有氫和矽。 它們中的大多數是非常穩定的油性物質,它們本身幾乎沒有實際應用。 但若加入氯、氮等,則可用於化學合成。 然而,四氯矽烷和三氯矽烷都是高活性化合物,會散發出高度刺激性的窒息性蒸氣。 當它們與水接觸時會分解(水解),釋放出氯化氫。 大氣中的水可以引發這種水解。 水解產物會對眼睛和呼吸道產生強烈影響。 此外,三氯矽烷容易點燃。 這些液體被視為腐蝕性物質,裝在石英安瓿瓶或不銹鋼箱中運輸。 無水蘇打可以使溢出物無害。

矽氧烷 油蒸氣會刺激眼睛,據報導,極高的濃度會對呼吸系統造成嚴重影響。 相比之下,矽 樹脂化合物 過去被認為是無害的,並被廣泛用作體內植入物。

彈性體 (橡膠化合物)。 這些物質的特點是在高溫 (250 °C) 和低溫(低至 -75 °C)下具有出色的穩定性,並且能夠抵抗化學物質的侵蝕。 它們的化學惰性使得它們經常被用作血管等的植入材料。 此外,它們不溶於許多有機溶劑,例如三氯乙烯或丙酮。 矽橡膠膜很容易被氧氣等氣體滲透,即使這些氣體溶解在水中也是如此。

應該指出的是,關於矽膠乳房植入物的效果存在重大爭議和法律糾紛,著名當局對任何可能的遠距離健康危害存在分歧。

油畫. 這些化合物在暴露於極端溫度變化時也能保持其穩定性。 由於這個原因,它們經常用作潤滑劑,因為它們的粘度在不同溫度下基本保持恆定。 它們還用作防水劑,例如應用於牆壁、紡織品或皮革。 壓制的部件可以很容易地從塗有這些化合物的模具中取出,它們還可以作為消泡劑(後一種特性尤其有助於慢性支氣管炎患者,因為吸入這些油的蒸氣有助於排出痰液) . 在實驗動物中發現,這些物質從肺部排出的速度非常緩慢,但它們的存在不會引起不良反應。 用有機矽製成的軟膏也具有很好的耐受性,並且由於它們的防水特性,有助於預防接觸性濕疹或從接觸性濕疹中恢復,因為它們可以防止與因超敏反應引起反應的物質接觸。

動物實驗也表明,如果吸入非常高濃度的蒸汽,可能會導致致命的麻醉; 然而,如果暴露的動物在麻醉中倖存下來,就會完全康復。 矽油輕微刺激眼粘膜,引起發紅、疼痛和流淚; 更嚴重的症狀僅由低分子量化合物引起。

雜矽氧烷. 雜矽氧烷除含有矽、氫、氧外,還含有某些其他元素,如金屬(鋁、錫、鉛等)以及硼或砷等,易水解,對人體有危害,主要其中一部分由水組成。 雜矽氧烷通常作為化學合成中的中間產物形成。 矽酸甲酯矽酸乙酯 在這個群體中佔有特殊的位置。 矽酸甲酯是一種相當易揮發的液體,用於製造電視屏幕。 當它在水中分解時,會形成一層透明的 矽酸 結果,將屏幕固定在玻璃牆上。 矽酸甲酯液體或蒸氣進入眼睛不會立即產生影響,但在 10 至 12 小時後會引起劇烈的眼痛,並伴有發紅和流淚。 角膜變得不透明,並可能發生潰瘍,這可能導致失明。 如果吸入蒸氣,會對肺部或腎臟造成致命傷害。 由於接觸蒸氣或液體不會立即產生警告性疼痛,因此需要對這種物質採取特殊的預防措施。 必須避免燒瓶破裂。 必須用氣密護目鏡保護眼睛,並且必須通過安裝排氣通風系統來避免在溢出等情況下吸入蒸氣的風險。

矽酸乙酯,用作特殊金屬鑄造工藝中製造模具的粘合劑或化學合成的起始原料,蒸汽壓低; 這種物理特性有助於減少接觸。 在高濃度下,它會刺激粘膜和皮膚,而在非常高的濃度下,它已證明對動物是致命的。

隨著矽酸鹽的分子量增加,反應性降低。

矽和有機矽化合物表

表格1 - 化學信息。

表格2 - 健康危害。

表格3 - 物理和化學危害。

表格4 - 物理和化學特性。

 

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