「有机硅」具有怎样的特性，有哪些工业上的应用？

「有机硅」具有怎样的特性，有哪些工业上的应用？

有机硅一般是指聚硅氧烷衍生物，与聚烯烃的全碳主链不同的是，聚硅氧烷的主链由硅氧交替的重复单元构成，之所以硅氧烷可以形成这样的稳定结构，是因为硅的空3d轨道可以与氧的孤对电子形成p-dπ反馈键使得硅氧键超越了普通单键的强度，四价的硅原子还能形成两个化学键，在聚硅氧烷中，这两个取代基一般是烃基（甲基、苯基较常见），也可以是氢、卤素、烷氧基等。通过不同的取代基，可以在聚硅氧烷中引入不同的性质。

有机硅的一个重要性质是硅氧键的可交换性（通常需要外界条件催化）[1]，因此可以将结构单元按照反应性基团的个数分类为M、D、T、Q四种。其中，M单元有一个反应性基团，比如三甲基氯硅烷，视为一个M基团，D单元有两个反应性基团，比如二甲基二甲氧基硅烷是一个D单元，以此类推。因此，一个简单的直链聚硅氧烷可以描述为MDDDD……DDM，而合成有机硅常用的单体环四硅氧烷可以记作D4。而相应的，引入T或Q单元就可以构造支化、笼状或是交联的结构了，记作T8的八聚倍半硅氧烷具有立方体笼状结构。

有机硅第二个重要性质在于其极低的玻璃化转变温度，聚硅氧烷具有常见聚合物中最低的玻璃化转变温度，除了部分芳基取代的硅氧烷，大多数玻璃化转变温度都低于-100°C。这使得线性的聚硅氧烷在室温下大多以不挥发的液体存在。[2]在化学实验室中，真空硅脂常被涂抹于磨口玻璃连接处作为润滑剂，以提供良好的密封性，而掺入银粉的硅脂则常被用作导热介质。之所以有这么低的玻璃化转变温度主要在于庞大的硅原子是的Si-O键较长且Si-O-Si键角较大，从而获得了较低的转动能垒，同时由于烷基硅氧烷链节直接相互作用较弱，进一步增加了链节的自由度。

同样是由于比较弱的分子间相互作用，有机硅通常具有极低的表面能，使得液态的有机硅可以浸润大多数表面，而固态的硅橡胶表面则不易被水这样的高表面能液体浸润。正式因为这两个特性，有机硅常被应用于防水涂料、贴纸背面的离型纸和烘培纸。

此外，有机硅还具有非常成熟的交联方法，一般来说，除了上文提到卤素或者烷氧基团在水、酸或醇的作用下发生缩合以外，有机硅中还常用Si-H对乙烯基的硅氢加成构建交联网络，只需要几个ppm的零价铂即可完成Si-CH2-CH2-Si连接单元的构建。同时，由于硅氧烷极低的玻璃化转变温度，硅橡胶具有非常优异的弹性，而交联之前的预聚物是液体，因此获得各种形状的硅橡胶相对容易。

此外，有机硅由于其较为稳定的分子结构，很难参与到生物反应中，具有非常出色的生物相容性，因此被广泛应用于直接与人体接触的场合，包括医用导管、假体、厨具、幼儿用具等。但是其生物相容性有时也会造成困扰，比如用于浴室、厨房或室外环境填缝的硅橡胶往往会因为其过于优异的生物相容性而发生霉变。

同样是得益于链节的自由度，硅橡胶中往往具有丰富的自由体积，使得气体分子可以顺利通过硅橡胶，因此硅橡胶具有非常高的水蒸气和氧气渗透率，进而硅橡胶被广泛应用于隐形眼睛中[3]，硅橡胶再水凝胶复合材料中帮助提高氧气渗透率，提高隐形眼镜的舒适度。