Силиконы, или по-научному кремнийорганические полимеры, часто называют одним из главных материалов современной промышленности. Ежегодно в мире продаются несколько миллионов тонн силиконов. Стоит отметить, что в свое время производством силиконов владели только пять государств. Наша страна входила в этот «клуб» на полном основании – еще в 1950-х годах советскими химиками были разработаны собственные технологии производства силиконов. Отрасль возглавил ГНИИХТЭОС – Государственный научно-исследовательский институт химии и технологии элементоорганических соединений. Сегодня это один из ведущих российских научных центров, специализирующийся на кремнийорганических материалах. Институту присвоен статус Государственного научного центра Российской Федерации, который он успешно подтверждает на протяжении более 20 лет.
Длинная цепь событий и молекул: как создавались силиконы
Силиконы как химические соединения представляют собой синтетические кремнийорганические полимеры. Напомним, что по распространенности в земной коре кремний занимает второе место после кислорода. В природе он представлен в виде соединения диоксида кремния – это песок, кварц, кремень и другие горные породы. Получением кремния и исследованием его свойств ученые занялись еще в первой половине XIX века. Позже Дмитрий Менделеев стал одним из первых, кто обнаружил полимерное строение двуокиси кремния. А в 1937 году в СССР впервые в мире смогли получить кремнийорганические полимеры. Первооткрывателем стал советский химик Кузьма Андрианович Андрианов, которого впоследствии прозвали «отцом химии силиконов».
Андрианов взялся за развитие направления, которое в те годы считалось практически бесперспективным. Например, такого мнения придерживался и английский химик Фредерик Киппинг, который изучал кремнийорганические соединения в течение десятилетий, и собственно, придумал сам термин «silicone».
Кремний наиболее близок к углероду и вроде бы должен, как и углерод, давать огромное разнообразие соединений. Однако это не так – большие размеры атома кремния не позволяют ему образовывать длинные цепочки. Кроме того, несмотря на свою термостабильность, кремнезем (диоксид кремния) довольно хрупок. Андрианов в 1935 году нашел удачное решение – цепи молекул построить из атомов кремния и кислорода. Ведь если в «органике» постоянный напарник углерода – водород, то в мире неорганических соединений спутник кремния – кислород. Так было положено начало новой области химии полимеров с неорганическими главными цепями молекул. Такие полимеры стали называть полиорганосилоксаны – это и есть современные силиконы. Они имеют строение в виде основной неорганической кремний-кислородной цепи, в которой к атомам кремния прикреплены боковые органические группы. Меняя длину этой цепи и боковые группы, можно синтезировать различные силиконы: жидкости, эластомеры и смолы.
Весь широкий спектр промышленных силиконов был освоен в нашей стране благодаря открытию Андрианова и его работам в этой области, которой химик посвятил все последующие годы. Основой отрасли явилось создание ГНИИХТЭОС, к чему огромные усилия приложил сам Кузьма Андрианович. Институт являлся своеобразным технологическим центром – именно здесь разрабатывалась и совершенствовалась любая технология перед пуском в производство.
И сегодня ГНИИХТЭОС – один из ведущих российских научных центров со специализацией на кремнийорганических материалах. Институт продолжает работать над развитием технологий изготовления силиконовых материалов. Отечественные кремнийорганические производства пережили сложные времена, и как уверены специалисты отрасли, чтобы вернуть себе лидирующие позиции в сфере производства силиконов, необходим переход к принципиально новым технологиям. Одно из таких перспективных направлений исследований – создание бесхлорных методов синтеза силиконов, которые сделают производство кремнийорганики более экологичным.
От имплантов до космической ракеты: где применяются силиконы
Силиконы отличаются рядом уникальных качеств, да еще в таком сочетании, которое не встретить у других веществ: способностью увеличивать или уменьшать адгезию, работать при экстремальных температурах, они обладают биоинертностью (слабое взаимодействие с биологическими структурами), эластичностью, долговечностью. Это объясняет высокий спрос на них в различных областях. Силиконы – это шампунь и крем для лица, антипригарные покрытия для сковородок, резина для детских сосок, и в то же время – медицина, авиация и космонавтика. К примеру, в космосе силиконы используются везде, от капсул для экипажа до спутников и ракет-носителей. Кстати, клеями, содержащими силиконы, были приклеены термостойкие плитки, которыми был покрыт «Буран».
Термостойкие плитки покрытия «Бурана»
Разработки ГНИИХТЭОС можно встретить в любой из сфер. Сегодня одним из значимых направлений деятельности Института является создание термо-, жаро-, огнестойких наполненных композитов на основе силиконов и алюмоксанов. Так, специалистами ГНИИХТЭОС разработан жаростойкий легковесный композит, способный сохранять свои свойства при температуре до +1900 °С благодаря симбиозу алюмоксановой основы и защитному силиконовому покрытию.
Силиконы от ГНИИХТЭОС используются и для производства медицинских изделий. Так, Институтом был разработан уникальный материал – компаунд СИЭЛ. Различные марки компаунда использовались для множества медицинских целей. Компаунд СИЭЛ 159-456 применяют в качестве основы для специальных самоклеящихся накладок для лечения ожогов кожи. Еще по инициативе академика С. Н. Федорова, Институтом были разработаны компаунды для помощи больным с практически полной потерей зрения. В частности, из силиконового материала ГНИИХТЭОС были сделаны первые в мире эластичные глазные хрусталики. Компаунд СИЭЛ 159-330 стал материалом для изготовления имплантируемых контактных линз для коррекции зрения. Это отличная альтернатива для пациентов, которым по тем или иным причинам противопоказана лазерная коррекция зрения – есть возможность избавиться от ношения наружных контактных линз.
В рамках одной статьи невозможно перечислить все сферы применения силиконов. Одно точно – без силиконов современному, технологически развитому обществу не прожить. Это отрасль, которая обеспечивает уникальной продукцией и народное хозяйство, и оборонную промышленность, поэтому так важно ее развитие. Благо, что у России есть огромный научно-технический задел и потенциал в данной сфере, что может помочь избежать «силиконовой» зависимости от импорта и, в свою очередь, позволит развить высокотехнологичные отрасли отечественной промышленности.
