السيليكون عبارة عن بوليمرات تحتوي على أي مادة خاملة ، اصطناعي مركب مكون من وحدات متكررة من siloxane ، وهي مجموعة وظيفية من ذرتين من السيليكون وذرة أكسجين واحدة بشكل متكرر مع الكربون و / أو الهيدروجين. عادة ما تكون مقاومة للحرارة وتشبه المطاط ، وتستخدم في المواد المانعة للتسرب ، مواد لاصقةومواد التشحيم والأدوية وأواني الطبخ والعزل الحراري والكهربائي.
في هذه المقالة ، سنغطي خصائص السيليكون وعملية تصنيعه.
في هذا المنشور سوف نغطي:
- كل ما تحتاج لمعرفته حول السيليكون
- تطور السيليكون: من السيليكون البلوري إلى الإنتاج الحديث
- من الرمل إلى السيليكون: العملية الرائعة لإنتاج السيليكون
- كيمياء السيليكون: استكشاف خصائص وتشكيل هذه المادة متعددة الاستخدامات
- التطبيقات المتنوعة للسيليكون
- لماذا يعتبر السيليكون خيارًا آمنًا وصديقًا للبيئة
- السيليكون مقابل البلاستيك: أيهما البديل الأفضل؟
- وفي الختام
كل ما تحتاج لمعرفته حول السيليكون
السيليكون مادة بوليمر تتكون من جزيئات تسمى السيلوكسانات. إنها مادة فريدة تتكون من السيليكون ، وهو عنصر طبيعي موجود في الرمال والصخور ، والأكسجين. عندما يتم الجمع بين هذين العنصرين ، فإنهما يشكلان مركبًا يحتوي على سلاسل طويلة من المونومرات المتكررة ، والتي يتم ربطها معًا لإنشاء منتج نهائي.
كيف يتم إنتاج السيليكون؟
يتم إنتاج السيليكون عادةً عن طريق خلط السيليكون النقي بمركبات أخرى لإنشاء مركب سيليكون. ثم يتم تمرير المركب من خلال سلسلة من العمليات العلمية لإنشاء منتج نهائي يتكون من سلاسل طويلة من المونومرات المتكررة. يتم ربط هذه السلاسل معًا لإنشاء بوليمر يُعرف باسم السيليكون.
ما هي الاستخدامات الأساسية للسيليكون؟
السيليكون مادة شائعة تستخدم في العديد من المنتجات المختلفة. تشمل بعض الاستخدامات الأكثر شيوعًا للسيليكون ما يلي:
- صنع مواد مانعة للتسرب ومواد لاصقة يمكن استخدامها لربط المواد المختلفة معًا.
- إنتاج مواد تشحيم يمكن استخدامها لتقليل الاحتكاك بين الأجزاء المتحركة.
- عمل عزل حراري وكهربائي يمكن استخدامه لحماية المعدات الحساسة من الحرارة والكهرباء.
- صنع أواني الطبخ وغيرها من منتجات المطبخ غير السامة والمقاومة للحرارة.
- ابتكار أجهزة وزراعة طبية آمنة وفعالة للمرضى.
ما هو الفرق بين السيليكون والسيليكون؟
السيليكون مادة واحدة ، بينما السيليكون عبارة عن مجموعة من المواد التي تتكون من السيليكون. عادةً ما تكون السيليكون أكثر صلابة ومتانة من السيليكون ، وهي تُستخدم بشكل شائع في المنتجات التي تتطلب مستوى عالٍ من الجودة والأداء.
تطور السيليكون: من السيليكون البلوري إلى الإنتاج الحديث
في عام 1854 ، حصل هنري سانت كلير ديفيل على السيليكون البلوري ، والذي كان اكتشافًا مهمًا في عالم المواد والمركبات. السيليكون عنصر كيميائي برمز Si والرقم الذري 14. وهو مادة صلبة بلورية صلبة وهشة ذات بريق معدني أزرق رمادي ، وهي عبارة عن فلز رباعي التكافؤ وأشباه موصلات. السيليكون هو العنصر الثامن الأكثر شيوعًا في الكون من حيث الكتلة ، ولكن نادرًا ما يوجد في شكله النقي في الطبيعة.
ولادة السيليكون: أبحاث هايد وتسمية كيبينغ
في عام 1930 ، أجرى JF Hyde أول بحث لإنتاج السيليكون التجاري. في وقت لاحق ، في عام 1940 ، قام الكيميائي الإنجليزي فريدريك ستانلي كيبينج ، باستخدام بحث هايد ، بإعطاء المادة اسم "silicones" لأنها كانت "عبثًا لزجًا". كان كيبينغ رائدًا في مجال الكيمياء العضوية واشتهر بعمله في كيمياء السيليكون. السيليكون عبارة عن مجموعة من البوليمرات الاصطناعية المكونة من وحدات متكررة من السيلوكسان ، وهي سلسلة من ذرات السيليكون والأكسجين المتناوبة مع مجموعات عضوية مرتبطة بذرات السيليكون.
كيمياء السيليكون: الهيكل وسلاسل البوليمر
السيليكونات هي في الأساس بوليمرات ذات وحدة متكررة من السيلوكسان. تتكون وحدة السيلوكسان من ذرة سيليكون متصلة بذرتين من الأكسجين ، والتي ترتبط بدورها بمجموعات عضوية. يمكن أن تكون المجموعات العضوية ميثيل أو إيثيل أو فينيل أو مجموعات أخرى. يمكن ضم وحدات السيلوكسان معًا لتشكيل سلاسل خطية أو سلاسل متفرعة. يمكن أيضًا ربط السلاسل لتشكيل شبكة ثلاثية الأبعاد. المادة الناتجة عبارة عن بوليمر سيليكون مع مجموعة متنوعة من الخصائص.
الإنتاج الحديث للسيليكون: Corning و Dow و Hydrolysis
يتضمن الإنتاج الحديث للسيليكون مجموعة متنوعة من الطرق ، ولكن الطريقة الأكثر شيوعًا تعتمد على التحلل المائي لمركبات السيليكون. تتفاعل مركبات السيليكون مثل رباعي كلوريد السيليكون (SiCl4) أو ثنائي ميثيل كلورو سيلان (CH3) 2SiCl2 مع الماء لإنتاج siloxanes. يتم بعد ذلك بلمرة السيلوكسانات لتشكيل بوليمرات سيليكون. يمكن تنفيذ العملية باستخدام مجموعة متنوعة من المحفزات ، بما في ذلك الأحماض مثل حمض الهيدروكلوريك أو القواعد مثل هيدروكسيد الصوديوم.
خصائص السيليكونات: قوية ، مقاومة للماء ، وعازلة كهربائياً
للسيليكون مجموعة واسعة من الخصائص ، اعتمادًا على المجموعات العضوية المرتبطة بذرات السيليكون وطول سلاسل البوليمر. بعض خصائص السيليكون تشمل:
- قوي ودائم
- مقاوم للمياه
- عازلة كهربائيا
- مقاومة لدرجات الحرارة العالية والمنخفضة
- خامل كيميائيا
- Biocompatibl ل
تستخدم السيليكون في مجموعة واسعة من التطبيقات ، بما في ذلك:
- مانعات التسرب والمواد اللاصقة
- مواد التشحيم والطلاء
- الأجهزة الطبية والغرسات
- العزل الكهربائي ولوحات الدوائر
- مكونات السيارات والفضاء
- منتجات العناية الشخصية ومستحضرات التجميل
الاختلافات بين السيليكونات والبوليمرات الأخرى
تختلف السيليكونات عن البوليمرات الأخرى بعدة طرق:
- وحدة التكرار في السيليكون هي siloxane ، بينما تحتوي البوليمرات الأخرى على وحدات تكرار مختلفة.
- تعتبر رابطة السيليكون والأكسجين في السيلوكسان أقوى من رابطة الكربون والكربون في البوليمرات الأخرى ، مما يعطي السيليكون خصائصها الفريدة.
- السيليكون أكثر مقاومة لدرجات الحرارة العالية والمنخفضة من البوليمرات الأخرى.
- السيليكون أكثر مقاومة للماء من البوليمرات الأخرى.
مستقبل السيليكون: بحث متقدم ومنتجات جديدة
يستمر استخدام السيليكون في النمو ، ويتم تطوير منتجات جديدة طوال الوقت. تشمل بعض مجالات البحث المتقدم في السيليكون ما يلي:
- تطوير محفزات جديدة لبلمرة السيلوكسانات
- استخدام خلات silyl ومركبات أخرى لتعديل خصائص السيليكون
- استخدام تفاعلات الحمض والقاعدة المحفزة لإنتاج أنواع جديدة من بوليمرات السيليكون
- استخدام بوليمرات السيليكون في تشكيل الزجاج ومواد أخرى
يظل مصطلح "silicones" مصطلحًا شائعًا يستخدم لوصف مجموعة متنوعة من المواد القائمة على السيليكون ، ويستمر استكشاف خصائص هذه المواد وفهمها.
من الرمل إلى السيليكون: العملية الرائعة لإنتاج السيليكون
السيليكون عبارة عن بوليمر يستخدم على نطاق واسع في أشكال ومنتجات مختلفة. تتضمن عملية تحقيق الأشكال المرغوبة من السيليكون سلسلة من الخطوات التي تتطلب المواد المناسبة ولبنات البناء. فيما يلي المكونات والخطوات المتضمنة في عملية الإنتاج:
- السيليكون: يعتبر السيليكون لبنة البناء الأساسية للسيليكون ، وهو أحد أكثر العناصر شيوعًا على الأرض. وهي معزولة بطحن رمل الكوارتز وتسخينها لتصل إلى درجات حرارة تصل إلى 2000 درجة مئوية.
- كلوريد الميثيل: يتم خلط السيليكون مع كلوريد الميثيل ، المعروف باسم كلوروميثان. ينتج هذا التفاعل الكلوروسيلان ، وهو وسيط رئيسي في إنتاج السيليكون.
- التسخين: يتم تسخين الكلوروسيلان بعد ذلك لتشكيل ثنائي ميثيل ديكلورو سيلان ، وهو مقدمة للسيليكون. تتضمن هذه العملية تطبيق الحرارة على الخليط ، مما ينشط التفاعل ويزيل حمض الهيدروكلوريك.
- معالجة البوليمر: يتم بعد ذلك خلط ثنائي ميثيل ديكلورو سيلان بالماء لتشكيل بوليمر. يمكن معالجة هذا البوليمر بشكل أكبر للحصول على أشكال مختلفة من السيليكون ، مثل اللدائن ، والتي تستخدم بشكل شائع في تصنيع منتجات المطاط.
أهمية مراقبة الجودة في إنتاج السيليكون
يتطلب إنتاج السيليكون مستوى عاليًا من مراقبة الجودة لضمان أن المنتج النهائي يلبي المعايير المطلوبة. يحتاج المصنعون إلى التأكد من استخدام المكونات الصحيحة في عملية الإنتاج وأن العملية تتم في ظل الظروف المناسبة. فيما يلي بعض العوامل التي يحتاج المصنعون إلى مراعاتها:
- درجة الحرارة: تتطلب عملية الإنتاج درجات حرارة عالية يمكن أن تؤثر على جودة المنتج النهائي. يحتاج المصنعون إلى التأكد من التحكم في درجة الحرارة بعناية لمنع أي تلف للسيليكون.
- عزل الحجم: تتضمن عملية الإنتاج عزل حجم التفاعل لضمان إنتاج الكمية المناسبة من السيليكون. هذا يتطلب مراقبة دقيقة والتحكم في التفاعل.
- التشابك: تتطلب بعض أشكال السيليكون تشابكًا لتحقيق الخصائص المطلوبة. يتضمن ذلك ربط سلاسل البوليمر معًا لإنشاء مادة أقوى.
الأشكال الشائعة للسيليكون في السوق
يوجد السيليكون بشكل شائع في مجموعة من المنتجات ، من أدوات المطبخ إلى الأجهزة الطبية. فيما يلي بعض أكثر أشكال السيليكون شيوعًا في السوق:
- سيليكون منخفض الكثافة: يشيع استخدام هذا النوع من السيليكون في تصنيع مواد منع التسرب والمواد اللاصقة.
- اللدائن: تستخدم بشكل شائع في تصنيع المنتجات المطاطية ، مثل الجوانات والحلقات على شكل حرف O.
- سيليكون ذو درجة حرارة عالية: يستخدم هذا النوع من السيليكون في التطبيقات التي تتطلب مقاومة درجات الحرارة العالية ، كما هو الحال في صناعة الطيران.
كيمياء السيليكون: استكشاف خصائص وتشكيل هذه المادة متعددة الاستخدامات
السيليكون مادة اصطناعية تتكون من ذرات السيليكون والأكسجين والكربون والهيدروجين. إنه نوع من البوليمر ، مما يعني أنه يتكون من سلاسل طويلة من الجزيئات التي تتشكل من خلال عملية تسمى البلمرة. يتكون السيليكون عادةً من خلال طريقة تسمى التحلل المائي ، والتي تتضمن تفاعل مركبات السيليكون مع الماء لإنتاج السيلوكسانات.
كيمياء السيلوكسانات وبوليمرات السيليكون
السيلوكسانات هي اللبنات الأساسية لبوليمرات السيليكون. تتشكل من خلال تفاعل مركبات السيليكون مع الماء ، والتي تنتج سلسلة من ذرات السيليكون والأكسجين المتناوبة. يمكن تعديل سلسلة siloxane الناتجة عن طريق إضافة مجموعات عضوية ، مثل مجموعات الميثيل أو فينيل ، لإنتاج مجموعة متنوعة من بوليمرات السيليكون.
أحد أكثر بوليمرات السيليكون شيوعًا هو بولي دايميثيل سيلوكسان (PDMS) ، والذي يتكون عن طريق إضافة مجموعات الميثيل إلى سلسلة السيلوكسان. PDMS عبارة عن مادة صلبة بلورية صلبة وهشة ذات بريق معدني أزرق رمادي ، وهي عضو في المجموعة 14 في الجدول الدوري. إنه نوع من السيليكون يستخدم بشكل شائع في إنتاج الدوائر الإلكترونية وغيرها من المنتجات التي تتطلب مادة قوية مقاومة للماء.
خصائص السيليكون واستخداماته الشائعة
يحتوي السيليكون على عدد من الخصائص الفريدة التي تجعله مادة شائعة لمجموعة متنوعة من التطبيقات. تتضمن بعض الخصائص الرئيسية للسيليكون ما يلي:
- استقرار حراري عالي
- مقاومة الماء
- سمية منخفضة
- خصائص عزل كهربائية جيدة
- نفاذية غاز عالية
هذه الخصائص تجعل السيليكون مادة شائعة لمجموعة متنوعة من المنتجات ، بما في ذلك:
- الأجهزة الطبية
- قطع غيار السيارات
- مكونات الكترونية
- مانعات التسرب والمواد اللاصقة
- منتجات العناية الشخصية
مستقبل إنتاج السيليكون وتطويره
يظل إنتاج السيليكون وتطويره مجالًا نشطًا للبحث للكيميائيين وعلماء المواد. يتم اقتراح واختبار طرق جديدة لإنتاج بوليمرات السيليكون ، بما في ذلك استخدام أسيتات الكيتون والسيليل في عملية البلمرة. مع تطوير بوليمرات السيليكون الجديدة ، فمن المحتمل أن تجد تطبيقات جديدة في مجموعة متنوعة من الصناعات والمنتجات.
التطبيقات المتنوعة للسيليكون
يعد السيليكون مكونًا أساسيًا في مجموعة متنوعة من المنتجات والمواد المستخدمة في قطاعي البناء والصناعة. قدرتها على تحمل درجات الحرارة العالية والمنخفضة ، ومقاومة المواد الكيميائية والزيوت ، والبقاء مستقرًا في ظل الظروف القاسية ، تجعلها مادة ممتازة لمجموعة من التطبيقات ، بما في ذلك:
- الطلاءات والمواد اللاصقة
- عوازل و الحشو (إليك كيفية استخدام الحشوات الصحيحة)
- زيوت وتروس محركات السيارات
- الزيوت المتخصصة ومنتجات التشطيب
- مواد التزجيج والتشطيب
صناعات الإلكترونيات والفضاء
تُستخدم السيليكونات أيضًا بشكل شائع في صناعات الإلكترونيات والفضاء نظرًا لخصائصها الفريدة ، بما في ذلك:
- عزل فعال ومقاومة لدرجات الحرارة العالية والمواد الكيميائية
- القدرة على سد الفجوات وتوفير توسيد للمكونات الحساسة
- أداء مستقر وطويل الأمد في البيئات القاسية
التطبيقات الطبية ومستحضرات التجميل
يعتبر هلام السيليكون مكونًا مهمًا في المنتجات الطبية ومستحضرات التجميل نظرًا لتوافقه الحيوي العالي وقدرته على محاكاة خصائص الأنسجة البشرية. تتضمن بعض الاستخدامات المحددة ما يلي:
- زراعة الثدي وزراعة الخصية والغرسات الصدرية
- الضمادات والضمادات
- العدسات اللاصقة
- علاجات الندبات ومنتجات العناية بالجروح
تطبيقات التخصص
يستخدم السيليكون أيضًا في مجموعة متنوعة من التطبيقات المتخصصة ، بما في ذلك:
- إنتاج المطاط والراتنج
- الموائع الدقيقة والمكونات الأخرى عالية الدقة
- منتجات صناعة النفط والغاز
- مواد لاصقة فعالة وطويلة الأمد
مستقبل تطبيقات السيليكون
مع استمرار تقدم التكنولوجيا وتقنيات المعالجة ، سيستمر نطاق تطبيقات السيليكون في النمو فقط. من تطوير مواد ومركبات جديدة إلى تصميم أجزاء وهياكل محددة ، سيظل السيليكون مكونًا أساسيًا في مجموعة متنوعة من المنتجات والصناعات.
لماذا يعتبر السيليكون خيارًا آمنًا وصديقًا للبيئة
يعد السيليكون خيارًا شائعًا للعديد من المنتجات نظرًا لميزات الأمان الخاصة به. فيما يلي بعض الأسباب:
- خالية من الفثالات: الفثالات هي مواد كيميائية توجد عادة في البلاستيك ويمكن أن تكون ضارة بصحة الإنسان. لا يحتوي السيليكون على الفثالات ، مما يجعله بديلًا آمنًا للبلاستيك.
- خالٍ من مادة بيسفينول أ: بيسفينول أ (BPA) مادة كيميائية أخرى توجد في البلاستيك يمكن أن يكون لها آثار صحية سلبية. السيليكون خالٍ من مادة BPA ، مما يجعله خيارًا صحيًا لتخزين الطعام والطهي.
- معتمد من وزارة الصحة الكندية: اعتبرت وزارة الصحة الكندية أن السيليكون من الدرجة الغذائية آمن للطهي وتخزين الطعام. لا يتفاعل مع الطعام أو المشروبات ، مما يجعله خيارًا آمنًا للاستخدام في المطبخ.
اعتبارات بيئية
السيليكون ليس آمنًا للبشر فقط ، ولكنه أيضًا خيار صديق للبيئة. إليكم السبب:
- متين: السيليكون مادة متينة يمكن أن تدوم لسنوات ، مما يقلل من الحاجة إلى الاستبدال المتكرر والنفايات.
- قابلة لإعادة التدوير: يمكن إعادة تدوير السيليكون ، مما يقلل من تأثيره على البيئة.
- سمية منخفضة: السيليكون مادة منخفضة السمية ، مما يعني أنه لا يطلق مواد كيميائية ضارة في البيئة أثناء الإنتاج أو التخلص.
السيليكون مقابل البلاستيك: أيهما البديل الأفضل؟
السيليكون والبلاستيك نوعان من المواد التي يشيع استخدامها في الصناعات المختلفة. البلاستيك مادة تقليدية تم استخدامها منذ عقود ، بينما يعتبر السيليكون مركبًا جديدًا نسبيًا اكتسب شعبية في السنوات الأخيرة. كلتا المادتين لهما خصائص واستخدامات فريدة خاصة بهما ، ولكن هناك بعض الاختلافات المهمة بينهما.
الفرق في الخصائص
أحد الاختلافات الرئيسية بين السيليكون والبلاستيك هو طريقة إنتاجهما. يتم إنتاج السيليكون من السيليكون ، وهو عنصر مستقر طبيعيًا ، بينما يُصنع البلاستيك من مركبات اصطناعية. هذا يعني أن السيليكون يحتوي على بعض الخصائص التي لا يمتلكها البلاستيك ، مثل كونه أكثر متانة ومقاومة للحرارة. يمكن أن يتحمل السيليكون درجات حرارة أعلى من البلاستيك ، مما يجعله مثاليًا للاستخدام في معدات الطهي والخبز.
أوجه التشابه والاختلاف في الشكل والقابلية للتشكيل
في حين أن السيليكون أكثر متانة من البلاستيك ، إلا أنه ليس مرنًا. لا يمكن تشكيلها في أشكال مختلفة مثل العلبة البلاستيكية. ومع ذلك ، يمكن تشكيل السيليكون في مجموعة متنوعة من الأشكال ، مما يجعله خيارًا شائعًا للأواني ومعدات المطبخ. يشيع استخدام البلاستيك أيضًا في الأواني ومعدات المطبخ ، ولكنه ليس متينًا مثل السيليكون.
السلامة والخصائص الكهربائية
يُعرف السيليكون أيضًا بخصائصه الكهربائية وسلامته. إنها مادة غير سامة لا تطلق مواد كيميائية ضارة عند تسخينها ، مما يجعلها آمنة للاستخدام في الطهي والخبز. إنه أيضًا عازل كهربائي جيد ، مما يجعله مثاليًا للاستخدام في المعدات الكهربائية. من ناحية أخرى ، يمكن للبلاستيك إطلاق مواد كيميائية ضارة عند تسخينه ، مما يجعله خيارًا أقل أمانًا للطهي والخبز.
التنظيف والصيانة
عندما يتعلق الأمر بالتنظيف والصيانة ، فإن السيليكون والبلاستيك لديهما بعض أوجه التشابه والاختلاف. يمكن تنظيف كلتا المادتين في غسالة الأطباق ، لكن السيليكون أكثر متانة ويمكن أن يتحمل درجات حرارة أعلى. يمكن أن يتشوه البلاستيك ويذوب في درجات حرارة عالية ، مما يجعله أقل متانة من السيليكون.
وفي الختام
لذا ، فإن السيليكون مادة مصنوعة من السيليكون والأكسجين ، وهي تستخدم في كثير من الأشياء.
يمكنك أن ترى لماذا تحظى بشعبية كبيرة الآن ، أليس كذلك؟ لذا ، لا تخف من طرح الأسئلة إذا لم تكن متأكدًا من شيء ما. يمكنك دائمًا طلب المساعدة من صديق.
ولا تنس مراجعة دليلنا للحصول على مزيد من المعلومات حول السيليكون.
أنا Joost Nusselder ، مؤسس Tools Doctor ، ومسوق المحتوى ، وأبي. أحب تجربة معدات جديدة ، ومع فريقي ، أقوم بإنشاء مقالات مدونة متعمقة منذ عام 2016 لمساعدة القراء المخلصين بالأدوات ونصائح الصياغة.
