Tetrametyl orthosilicatelà chất lỏng không màu, trong suốt, có mùi đặc trưng, dễ hút ẩm. Công thức phân tử C4H12O4Si, CAS 681-84-5, không tan trong nước, trộn lẫn với hầu hết các dung môi hữu cơ. Ít tan trong benzen, etanol và ete. Nó không ổn định khi có nước và dần dần phân hủy thành oxit silic trong không khí. Nó có thể trộn tự do với dung môi hữu cơ và không hòa tan trong nước. Dễ cháy. Độc hại. Ăn mòn. Đây là một trong những hóa chất nguy hiểm. Nếu là nước, nó sẽ phân hủy thành silic nhớt. Nếu có ngọn lửa trần, nhiệt độ cao hoặc tiếp xúc với chất oxy hóa, nó có thể gây cháy. Sau khi đun nóng, nó sẽ phân hủy thành khí độc, có tác dụng kích ứng mạnh đối với đường hô hấp và mắt. Được sử dụng để sản xuất lớp phủ chịu nhiệt và chịu hóa chất, dung môi silicon hữu cơ và chất kết dính để đúc chính xác. Nó cũng là một chất trung gian tổng hợp hữu cơ được sử dụng rộng rãi.
|
Công thức hóa học |
C4H12O4Si |
|
Khối lượng chính xác |
152 |
|
Trọng lượng phân tử |
152 |
|
m/z |
152 (100.0%), 153 (5.1%), 153 (4.3%), 154 (3.3%) |
|
Phân tích nguyên tố |
C, 31,56; H, 7,95; Ô, 42,04; Sĩ, 18:45 |
|
|
|
Tetrametyl orthosilicatelà một hợp chất silicon quan trọng được sử dụng rộng rãi trong tổng hợp hữu cơ, sơn, thủy tinh, gốm sứ và các lĩnh vực khác. Các bước cụ thể như sau:
Phương trình hóa học của phản ứng giữa natri silicat và axit sunfuric để tạo ra oxy tetramethylsilicate và natri sunfat là:
Na2SiO3 + H2VÌ THẾ4→ Na2VÌ THẾ4 + Si(CH3)4
Trong lò phản ứng khô, thêm một lượng natri silicat (Na2SiO3) và metanol nhất định. Đảm bảo rằng natri silicat được hòa tan hoàn toàn trong metanol.
Từ từ thêm một lượng axit sulfuric nhất định làm chất xúc tác. Chú ý kiểm soát tốc độ bổ sung axit sulfuric để tránh phản ứng quá mức.
Đun nóng hỗn hợp phản ứng đến nhiệt độ nhất định và duy trì nhiệt độ không đổi. Nhiệt độ này đủ để kích hoạt phản ứng nhưng sẽ không dẫn đến xảy ra các phản ứng phụ khác.
Trong quá trình đun nóng, natri silicat phản ứng với axit sunfuric để tạo ra natri sunfat và oxy tetramethylsilicate. Phản ứng này có thể đảo ngược và trạng thái cân bằng phản ứng có thể được điều chỉnh bằng cách kiểm soát các điều kiện phản ứng (chẳng hạn như nhiệt độ và thời gian).
Sau khi phản ứng kết thúc, làm nguội hỗn hợp phản ứng đến nhiệt độ phòng.
Tách oxy tetramethylsilicate được tạo ra thông qua các phương pháp như lọc hoặc ly tâm.
Thực hiện kiểm tra độ tinh khiết và phân tích tính chất trên các sản phẩm được tách ra để đảm bảo sản phẩm thu được đáp ứng yêu cầu.
Khi tổng hợp oxy tetramethylsilicat trong phòng thí nghiệm cần lưu ý những điểm sau:
Độ tinh khiết của nguyên liệu thô có ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng và năng suất của sản phẩm, do đó cần đảm bảo rằng natri silicat, metanol và axit sulfuric được sử dụng đều có độ tinh khiết cao.
Nhiệt độ và thời gian phản ứng là những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến cân bằng phản ứng nên cần kiểm soát tốc độ gia nhiệt và thời gian phản ứng để thu được năng suất và độ tinh khiết tốt nhất.
Lọc và tách là các bước quan trọng để thu được sản phẩm có độ tinh khiết cao-, vì vậy cần phải chọn phương pháp lọc và thiết bị tách thích hợp để tránh nhiễm bẩn và thất thoát sản phẩm.
Một phương pháp khác để tổng hợp oxy tetramethylsilicate là điều chế oxy tetramethylsilicate bằng cách cho rượu silan phản ứng với rượu.
Phương trình phản ứng giữa rượu silan và rượu:
R1R2SiOH + R3R4OH → R1R2Si(OR3) + OR4H
Trong đó R1, R2, R3, R4 là các nhóm hữu cơ, có thể là alkyl, aryl, v.v..
Phương trình phản ứng thủy phân của este tetramethylsilicate:
(CH3)4Si (OR3) → (CH3)4SiO + R3OH
Chuẩn bị nguyên liệu: Silanol, rượu, chất xúc tác (như axit sulfuric hoặc axit clohydric).
Trộn rượu silan với rượu để đảm bảo hòa tan hoàn toàn rượu silan trong rượu.
Từ từ thêm chất xúc tác và khuấy đều.
Phản ứng hỗn hợp phản ứng ở nhiệt độ và áp suất nhất định. Trong quá trình phản ứng, nhóm hydroxyl của rượu silan trải qua phản ứng este hóa với rượu để tạo ra este tetramethylsilicate.
Chưng cất hỗn hợp phản ứng để tách este tetrametyl silicat.
Phản ứng thủy phân este tetramethylsilicate tạo ra oxy tetramethylsilicate.
Tetrametyl orthosilicate(TMOS), với công thức hóa học Si (OCH ∝) ₄, là chất lỏng không màu, trong suốt, có mùi thơm este nhưng nhanh chóng bị thủy phân và tạo liên kết ngang khi tiếp xúc với môi trường ẩm ướt. Là nguyên liệu thô quan trọng trong lĩnh vực organosilicon, bốn nhóm methoxysilane thủy phân được trong cấu trúc phân tử của nó mang lại cho nó khả năng phản ứng độc đáo, khiến nó trở thành "nhà vô địch vô hình" không thể thay thế trong các lĩnh vực-công nghệ cao như vật liệu có nhiệt độ-cao, bao bì điện tử, năng lượng mới và bảo vệ tòa nhà.
1. Vật liệu hàng không vũ trụ và nhiệt độ{1}}cao
Lớp phủ chịu nhiệt độ cao: Là vật liệu composite được hình thành bởi sự kết hợp giữa TMOS và nhựa phenolic, có thể chịu được nhiệt độ trên 1000 độ và được sử dụng rộng rãi trong các môi trường khắc nghiệt như vòi phun động cơ tên lửa và các lớp cách nhiệt tàu vũ trụ. Ví dụ, sau khi sử dụng lớp phủ dựa trên TMOS trên lớp vỏ ngoài của một loại tàu vũ trụ nhất định, nhiệt độ bề mặt giảm 40% và hiệu suất bảo vệ nhiệt tăng 60% trong các thí nghiệm bức xạ không gian mô phỏng.
Vật liệu tiền chất gốm sứ: Là tiền chất tổng hợp cho gốm sứ silicat ở nhiệt độ cao-, TMOS phân hủy ở nhiệt độ cao để tạo thành cấu trúc mạng lưới silica, mang lại cho vật liệu gốm sứ độ bền cơ học và độ ổn định hóa học tuyệt vời. Các thành phần gốm được chuẩn bị đã được sử dụng trong các thành phần chính như cánh tuabin động cơ máy bay và thanh điều khiển lò phản ứng hạt nhân.
2. Bao bì điện tử, điện và bán dẫn
Sửa đổi đóng gói Epoxy: Trong bao bì bán dẫn, việc thêm TMOS có thể làm giảm 66% tốc độ hấp thụ nước của nhựa epoxy và cải thiện khả năng chống sốc nhiệt của nó. Một nhà sản xuất chip nào đó đã tăng tỷ lệ năng suất đóng gói từ 91,8% lên 98,5% bằng cách tối ưu hóa nội dung TMOS, tiết kiệm hơn 10 triệu nhân dân tệ chi phí hàng năm.
Quá trình lắng đọng hơi hóa học (CVD): TMOS đóng vai trò là nguồn silicon và phân hủy thành màng mỏng silicon dioxide vô định hình trong quá trình CVD, được sử dụng để sản xuất các lớp cách ly mạch tích hợp, lớp bảo vệ chất quang dẫn, v.v. Tuy nhiên, TMOS cấp điện tử cấp 9N trong nước vẫn phụ thuộc vào nhập khẩu, dẫn đến chênh lệch năng suất 8,2% trong nước thiết bị bán dẫn.
3. Trong lĩnh vực năng lượng mới
Lớp phủ tách pin lithium: Các hạt nano silica được tạo ra bởitetrametyl orthosilicatequá trình thủy phân có thể được phủ đồng đều trên bề mặt thiết bị phân tách, tạo thành cấu trúc xốp dày đặc. Dữ liệu thực nghiệm cho thấy tốc độ co ngót nhiệt của màng phủ TMOS nhỏ hơn 1% ở 250 độ, trong khi màng chưa được xử lý có tỷ lệ co ngót 35%, cải thiện đáng kể độ an toàn của pin.
Màng quang điện chống phản xạ: Đưa vật liệu nano dựa trên TMOS vào màng bọc của mô-đun quang điện có thể tăng độ truyền qua mặt trời lên 2,3% và tăng sản lượng điện hàng năm của một mô-đun lên khoảng 15 độ.
Các kịch bản ứng dụng mới nổi: "liên kết công nghệ" cho đổi mới liên ngành
1. Bảo vệ công trình và khoa học vật liệu
Tăng cường chống ăn mòn-bê tông: Lớp phủ bảo vệ được tạo thành từ sự kết hợp giữa TMOS và dung dịch silicat có thể thâm nhập vào bên trong bê tông hơn 10 mm, tạo thành cấu trúc mạng lưới silica dày đặc. Trong môi trường ăn mòn ven biển, tuổi thọ của kết cấu bê tông được xử lý bằng TMOS được kéo dài lên 30 năm, gấp ba lần so với vật liệu truyền thống.
Vật liệu cách nhiệt Airgel: silica aerogel được điều chế bằng phương pháp sol gel với TMOS làm nguồn silicon có độ dẫn nhiệt thấp tới 0,012W/(m · K), chỉ bằng 1/3 tấm polystyrene. Tấm cách nhiệt làm từ nó đã được ứng dụng trong các tình huống như trạm nghiên cứu khoa học ở Bắc Cực và kho lạnh ở nhiệt độ cực thấp.
2. Kỹ thuật y sinh và mô
Thủy tinh hoạt tính sinh học: Thủy tinh hoạt tính sinh học được điều chế bằng cách nung-tMOS ở nhiệt độ cao trộn với muối canxi và phốt phát, có thể thúc đẩy sự kết dính và tăng sinh tế bào xương. Các thí nghiệm trên động vật đã chỉ ra rằng mô hình khiếm khuyết xương được cấy ghép bằng giàn giáo thủy tinh dựa trên TMOS có thể tạo ra xương mới nhiều hơn 40% trong vòng 4 tuần so với vật liệu truyền thống.
Chất mang giải phóng được kiểm soát bằng thuốc: các hạt nano silica trung tính được điều chế bằng phản ứng ngưng tụ thủy phân TMOS, với diện tích bề mặt riêng 1000m 2/g, có thể nạp thuốc hóa trị doxorubicin và đạt được sự giải phóng đáp ứng pH. Các nghiên cứu tiền lâm sàng đã xác nhận tác dụng ức chế khối u của nó cao gấp 2,8 lần so với thuốc tự do.
3. Điện tử tiêu dùng và Vật liệu thông minh
Flexible display packaging: TMOS based inorganic organic hybrid material, with high light transmittance (>92%) và mô đun uốn thấp (<1GPa), can meet the strict requirements of foldable screen phones for packaging layers. After using this material in the latest folding machine of a certain brand, the screen bending life has exceeded 500000 times.
Lớp phủ tự sửa chữa: Bằng cách đưa ra các liên kết cộng hóa trị động, các dẫn xuất TMOS có thể được sử dụng để chuẩn bị lớp phủ có chức năng tự phục hồi vết xước. Trong các thử nghiệm mô phỏng độ mài mòn hàng ngày, các vết xước trên bề mặt lớp phủ có thể biến mất hoàn toàn trong vòng 30 phút với tỷ lệ phục hồi là 98%.
1. Quy trình tổng hợp xanh
Tối ưu hóa hệ thống xúc tác: Phương pháp tổng hợp TMOS truyền thống sử dụng phương pháp silicon tetrachloride, tạo ra một lượng lớn khí thải HCl. Chất xúc tác rây phân tử mới có thể đạt được quá trình este hóa trực tiếp metanol và bột silicon, với tỷ lệ sử dụng nguyên tử tăng lên 95% và giảm 80% lượng khí thải.
Công nghệ tái chế vòng kín: Hệ thống chu trình "tái sinh thủy phân" đã được phát triển để giải quyết các đặc tính thủy phân không thuận nghịch của TMOS. Bằng cách kiểm soát các điều kiện phản ứng, tỷ lệ thu hồi nguyên tố silicon trong chất thải có thể tăng lên 90% và chi phí cho mỗi tấn sản phẩm có thể giảm 2000 nhân dân tệ.
2. Phát triển tài liệu có hiệu suất cao
Vật liệu chức năng gradient: Bằng cách sử dụng phản ứng đồng trùng hợp của TMOS và monome organosilicon, có thể điều chế được vật liệu gradient có hệ số giãn nở nhiệt thay đổi liên tục. Vật liệu này đã được sử dụng trong các hệ thống bảo vệ nhiệt của tàu vũ trụ, giải quyết hiệu quả vấn đề nứt do ứng suất nhiệt ở vật liệu truyền thống.
Nhựa in 3D: Bằng cách điều chỉnh tốc độ thủy phân của TMOS, một loại nhựa có thể chữa được bằng tia UV được thiết kế đặc biệt cho in 3D đã được phát triển. Độ chính xác in của nó đạt tới 20 μ m, có thể được sử dụng để sản xuất các thiết bị có độ chính xác cao-như chip vi lỏng và ống kính quang học.
3. Tích hợp và đổi mới liên ngành
Đóng gói chấm lượng tử:Tetrametyl orthosilicateLớp vỏ silicon dioxide có thể thụ động hóa hiệu quả các khuyết tật bề mặt của chấm lượng tử, tăng hiệu suất lượng tử huỳnh quang lên 85%. Công nghệ này đã được áp dụng cho các mô-đun đèn nền Mini LED, với tỷ lệ bao phủ gam màu vượt 120% NTSC.
Vật liệu giao diện thần kinh: Các dẫn xuất TMOS được kết hợp với các polyme dẫn điện để chuẩn bị lớp phủ điện cực thần kinh kết hợp khả năng tương thích sinh học và độ dẫn điện. Trong các thí nghiệm trên linh trưởng, lớp phủ có thể ghi lại tín hiệu thần kinh một cách ổn định trong hơn 6 tháng, cung cấp hỗ trợ vật chất quan trọng cho công nghệ giao diện máy tính não.
Chú phổ biến: tetramethyl orthosilicate cas 681-84-5, nhà cung cấp, nhà sản xuất, nhà máy, bán buôn, mua, giá, số lượng lớn, để bán