朱庆增老师高分子综合实验报告

聚二甲基硅氧烷（二甲硅油）制备与表征

200x级化学x班姓名学号一、实验目的：

（1）学习聚二甲基硅氧烷的合成原理与制备方法；

（2）掌握分离、洗涤和减压蒸馏等实验技术；

（3）学习聚合物的粘度测量，分子量和分子量分布表征技术。

二、基本原理：

1、二甲基硅油简介

二甲基硅油为无色无味的透明液体，其结构式如下：

其分子间有较大距离，分子作用力比碳氢化合物强得多。表面张力低，具有高的表面活性，优良的消泡抗泡性和良好的成膜性。二甲基硅油具有憎水性，不溶于水。二甲基硅油与其他物质有良好的隔离性，润滑性能较优。在不影响透气的情况下，有阻隔潮湿的性能。二甲基硅油在宽的温度范围内粘度变化小。耐热性耐酸性优良。化学性质稳定，沸点高，凝固点低，作为液体存在的温度范围广。二甲基硅油的电性能佳，特别在各种频率范围内时率因素小，其表面张力小。抗剪切性能优良。基于以上优良的性质，二甲基硅油广泛应用于机械、电气、纺织、涂料、医学等国民经济各部门。

2、实验过程原理

反应条件：H2SO4提供的H+环境，催化剂；

聚二甲基硅氧烷的数均分子量：M n=2000

使用酸性催化剂d4和止链剂酸催化平衡化制取甲基硅油是生产中经常使用的一种方法。特别是生产粘度较低的甲基硅油。常用的酸性催化剂有浓H2SO4、三氟甲基磺酸及固体酸性催化剂。固体酸性催化剂如：酸性白土、强酸性阳离子交换树脂等。

酸性催化剂对MM的Si—O键的断裂速度比对D4快得多，而且酸催化平衡化反应温度（室温—70°C）低，用MM做止链剂时也不会引起它从反应体系中挥发溢出，故不会出现粘度高峰。同时，MM比其它止链剂（如MDM或MD2M）易得。因此，由D4酸催化平衡化制取甲基硅油时常选用MM做止链剂。

浓H2SO4对催化的速度有很大的影响。H2SO4的浓度越大反应速度越快。如75%的H2SO4使D4开环聚合的速度比96%的H2SO4慢200倍。另外浓H2SO4作催化剂具有止链剂的作用，致使分子链的增长速度不快。浓H2SO4用量较大。一般为D4的2%—4%。反应完后要中和、水洗除酸，脱低沸物后，得产品。

使用三氟甲基磺酸作催化剂，其催化反应活性比其他强酸都高，用量较少，一般为原料硅氧烷总量的0.05—0.1%。反应完后可用NH3中和，过滤除去形成少量的三氟甲基磺酸铵，后处理相对容易。使用三氟甲基磺酸作催化剂得到的甲基硅油羟基含量特别低（约17ug/g）。

使用固体催化剂，反应完后可省去中和水洗工序。过滤、减压脱除低沸物后得到中性甲基硅油。催化剂可反复使用，但反应温度较高，约在70—180°C范围

具体反应步骤为：

①链引发反应：

八甲基环四硅氧烷（简称D4）首先在酸性条件下结合一个H+，使得D4的一个O原子上负一个正电荷。随后发生开环可逆反应，同时发生正电荷的转移，使得与原来O原子相邻的一个Si上负一个正电荷，生成如下产物：

②链增长反应：

上述产物之间发生链增长反应，由于Si原子上荷有一个正电荷，而羟基O原子上带有一对孤对电子荷负电，二者通过静电作用结合，同时释放一个氢离子H+，完成连增长反应。

③链终止反应：

链终止共有两种反应：

1、正常链终止：反应的产物与封端剂Me3SiOSiMe3发生链终止反应，由于Si原子上荷有一个正电荷，而封端剂Me3SiOSiMe3的O原子上含有一对孤对电子，荷负电，二者通过静电作用，同时Me3SiOSiMe3脱去一个Me3Si基团，生成最终的产物并完成封端，产物为聚二甲基硅氧烷：

2、其他链终止：由于实验开始之前体系中加入了催化剂H2SO4，一方面H2SO4可以为体系提供一个酸性环境，同时H2SO4失去一个H+后变为HSO4-，此时O原子上荷有一个负电荷。此时若遇到一个荷有正电荷的链增长中间产物，则可以通过静电作用实现封端，反应为：

生成的产物可以失去一个H+而带负电荷，此时又可以与一分子的链增长产物进行封端，生成的产物中带有—SiOSi—的中性产物，从而完成封端。

三、实验装置

如图所示：

图一二甲基硅烷制备装置图

图二脱除低沸物装置图

四、数据及处理

D4 量30.9g

MM 量 2.4g

浓H2SO4量 1.2g

瓶+盖质量55.7

保留时间18.117min

峰代码108

Mn 5281

Mw 6774

Mp 6007

Mz 8451

Mz+1 10135

多分散性1.282705

Mz/Mw 1.247622 面积（mv/s）40185