Que sont les chlorosilanes ?

Les chlorosilanes sont des composés chimiques préparés par réaction de poudre de silicium et de chlorure de méthyle (CH₃CI) gazeux. Les méthylchlorosilanes produits (triméthyle, diméthyle et méthylchlorosilane) sont les éléments constitutifs de diverses substances à base de silicone.

Du silicium aux chlorosilanes :

La production de silicones, nécessite tout d’abord la synthèse de leurs précurseurs : les chlorosilanes. Ceux-ci sont préparés par réaction de poudre de silicium (extraite de la silice naturelle au moyen d’un procédé électrochimique) et de CH₃CI ou chlorure de méthyle gazeux (formé lors de la réaction entre HCI et CH₃OH ou méthanol).

Cette réaction est appelée synthèse directe, et elle est réalisée dans des réacteurs à grande échelle et produit un mélange brut de plusieurs chlorosilanes liquides qui doivent ensuite être séparés par distillation.

Les chlorosilanes produits sont les éléments constitutifs avec lesquels les différentes substances de silicone sont ensuite produites : l’atome de silicium central est lié à un nombre variable d’atomes de chlore, chacun d’entre eux fournissant un site réactif potentiel pour la réaction d’hydrolyse qui permet de contrôler la longueur et la ramification du cadre moléculaire du polymère.

Les trois types de méthylchlorosilanes obtenus lors de la synthèse directe qui sont ensuite utilisés pour produire des silicones sont : le triméthyl chlorosilane, le diméthyl dichlorosilane et le méthyl trichlorosilane, comme le montre le schéma ci-dessous.

Des chlorosilanes aux produits de base en silicone :

Les chlorosilanes subissent une hydrolyse et une polycondensation pour donner les produits de base à base de silicone : huiles, gommes et résines. Les huiles et les gommes sont des composés à chaîne droite qui sont réactifs ou non réactifs. Lorsque les composés ont une consistance fluide, ils sont considérés comme des huiles, tandis que lorsque leur viscosité augmente au point de se solidifier, ils sont considérés comme des gommes.

Les huiles et les gommes peuvent également faire l’objet d’un traitement physique et chimique ultérieur. Les résines ont une structure ramifiée qui forme des réseaux moléculaires. Ces produits de base en silicone ont un cadre moléculaire basé sur les quatre groupes différents qui résultent des chlorosilanes originaux.

Hydrolyse des chlorosilanes pour former le squelette du siloxane

L’hydrolyse produit des polymères à chaîne courte qui doivent ensuite être allongés pour donner le poids moléculaire requis. Les diméthyldichlorosilanes purs sont hydrolysés pour obtenir des huiles. Les résines sont obtenues par hydrolyse d’un mélange de diméthyldichlorosilanes et de mathyltrichlorosilanes, auxquels des solvants sont ajoutés pour éviter la gélification.

Allongement des chaînes polymères par polycondensation

La polycondensation des prépolymères est réalisée à l’aide de catalyseurs. L’ajout de terminaisons de chaîne permet de désactiver les extrémités de la chaîne polymère, c’est-à-dire de donner des huiles non réactives. Pour préparer certains produits en silicone de spécialité aux propriétés particulières, il est parfois nécessaire de modifier les groupes CH₃ (non réactifs) qui sont initialement liés aux atomes de silicium. Par conséquent, ces groupes sont partiellement remplacés par d’autres groupes non réactifs (-C₆H₅, etc.) ou des groupes réactifs (-H, CH = CH₂, etc.) dans certains cas, avant ou après l’hydrolyse.