Сіліконы - гэта палімеры, якія ўключаюць любыя інэртныя, сінтэтычны злучэнне, якое складаецца з паўтаральных звёнаў сілаксана, які ўяўляе сабой функцыянальную групу з двух атамаў крэмнію і аднаго атама кіслароду, часта спалучаных з вугляродам і/або вадародам. Як правіла, яны тэрмаўстойлівыя і падобныя на гуму і выкарыстоўваюцца ў герметыках, клеі, змазачныя матэрыялы, лекі, кухонны посуд, цепла- і электраізаляцыя.
У гэтым артыкуле мы разгледзім уласцівасці сілікону і працэс яго вытворчасці.
У гэтым пасце мы разгледзім:
- Усё, што вам трэба ведаць пра сілікон
- Эвалюцыя сілікону: ад крышталічнага крэмнія да сучаснай вытворчасці
- Нараджэнне сіліконаў: даследаванне Хайда і прысваенне імя Кіпінгу
- Хімія сіліконаў: структура і палімерныя ланцугі
- Сучасная вытворчасць сіліконаў: Corning, Dow і Hydrolysis
- Уласцівасці сіліконаў: трывалы, воданепранікальны і электраізаляцыйны
- Адрозненні паміж сіліконам і іншымі палімерамі
- Будучыня сіліконаў: перадавыя даследаванні і новыя прадукты
- Ад пяску да сілікону: захапляльны працэс вытворчасці сілікону
- Хімія сілікону: вывучэнне ўласцівасцей і фарміравання гэтага універсальнага матэрыялу
- Універсальнае прымяненне сілікону
- Чаму сілікон - бяспечны і экалагічна чысты выбар
- Сілікон супраць пластыка: якая лепшая альтэрнатыва?
- заключэнне
Усё, што вам трэба ведаць пра сілікон
Сілікон - гэта палімерны матэрыял, які складаецца з малекул, званых сілаксанамі. Гэта ўнікальны матэрыял, які складаецца з крэмнію, прыроднага элемента, які змяшчаецца ў пяску і камянях, і кіслароду. Калі гэтыя два элемента аб'ядноўваюцца, яны ўтвараюць злучэнне, якое змяшчае доўгія ланцужкі паўтаральных манамераў, якія злучаюцца разам, каб стварыць канчатковы прадукт.
Як вырабляецца сілікон?
Сілікон звычайна атрымліваюць шляхам змешвання чыстага крэмнію з іншымі злучэннямі для стварэння сіліконавай сумесі. Затым злучэнне праходзіць шэраг навуковых працэсаў для стварэння канчатковага прадукту, які складаецца з доўгіх ланцугоў паўтаральных мономеров. Гэтыя ланцугі злучаюцца разам, каб стварыць палімер, які шырока вядомы як сілікон.
Якое асноўнае прымяненне сілікону?
Сілікон - папулярны матэрыял, які выкарыстоўваецца ў розных прадуктах. Некаторыя з найбольш распаўсюджаных ужыванняў сілікону ўключаюць:
- Стварэнне герметыкаў і клеяў, якія можна выкарыстоўваць для злучэння розных матэрыялаў.
- Вытворчасць змазачных матэрыялаў, якія можна выкарыстоўваць для памяншэння трэння паміж рухомымі часткамі.
- Стварэнне цеплавой і электрычнай ізаляцыі, якая можа выкарыстоўвацца для абароны адчувальнага абсталявання ад цяпла і электрычнасці.
- Выраб кухоннага посуду і іншых кухонных вырабаў, нетоксичных і ўстойлівых да цяпла.
- Стварэнне медыцынскіх прыбораў і імплантатаў, бяспечных і эфектыўных для пацыентаў.
У чым розніца паміж сіліконам і сіліконам?
Сілікон - гэта адзіны матэрыял, а сілікон - гэта група матэрыялаў, якія складаюцца з сілікону. Сіліконы звычайна больш цвёрдыя і трывалыя, чым сілікон, і яны звычайна выкарыстоўваюцца ў прадуктах, якія патрабуюць высокага ўзроўню якасці і прадукцыйнасці.
Эвалюцыя сілікону: ад крышталічнага крэмнія да сучаснай вытворчасці
У 1854 годзе Генры Сэнт-Клер Дэвіль атрымаў крышталічны крэмній, які стаў значным адкрыццём у свеце матэрыялаў і злучэнняў. Крэмній - гэта хімічны элемент з сімвалам Si і атамным нумарам 14. Гэта цвёрдае, далікатнае крышталічнае цвёрдае рэчыва з блакітна-шэрым металічным бляскам, чатырохвалентны металоід і паўправаднік. Крэмній з'яўляецца восьмым найбольш распаўсюджаным элементам у Сусвеце па масе, але ён рэдка сустракаецца ў чыстым выглядзе ў прыродзе.
Нараджэнне сіліконаў: даследаванне Хайда і прысваенне імя Кіпінгу
У 1930 годзе Дж. Ф. Хайд правёў першае даследаванне па вытворчасці камерцыйных сіліконаў. Пазней, у 1940 годзе, англійскі хімік Фрэдэрых Стэнлі Кіпінг, карыстаючыся даследаваннямі Хайда, даў гэтаму матэрыялу назву «сіліконы», таму што яны былі «ліпкімі кашамі». Кіпінг быў піянерам у галіне арганічнай хіміі і найбольш вядомы сваімі працамі па хіміі сіліконаў. Сіліконы - гэта група сінтэтычных палімераў, якія складаюцца з паўтаральных звёнаў сілаксану, які ўяўляе сабой ланцужок атамаў крэмнію і кіслароду, якія чаргуюцца, з арганічнымі групамі, далучанымі да атамаў крэмнію.
Хімія сіліконаў: структура і палімерныя ланцугі
Сіліконы - гэта, па сутнасці, палімеры з паўтаральнай адзінкай сілаксана. Сілаксанавы блок складаецца з атама крэмнія, далучанага да двух атамаў кіслароду, якія, у сваю чаргу, далучаны да арганічных груп. Арганічныя групы могуць быць метылавымі, этылавымі, фенільнымі ці іншымі групамі. Сілаксанавыя адзінкі могуць быць злучаныя разам з адукацыяй лінейных або разгалінаваных ланцугоў. Ланцужкі таксама можна перакрыжавана зшываць, утвараючы трохмерную сетку. Атрыманы матэрыял уяўляе сабой сіліконавы палімер з самымі рознымі ўласцівасцямі.
Сучасная вытворчасць сіліконаў: Corning, Dow і Hydrolysis
Сучаснае вытворчасць сіліконаў ўключае ў сябе розныя метады, але найбольш распаўсюджаны метад заснаваны на гідролізе злучэнняў крэмнія. Злучэнні крэмнію, такія як чатыроххларыд крэмнію (SiCl4) або дыметылдыхларасілан (CH3)2SiCl2, уступаюць у рэакцыю з вадой з атрыманнем сілаксанаў. Затым сілаксаны полімерызуюцца з адукацыяй сіліконавых палімераў. Працэс можна праводзіць з выкарыстаннем розных каталізатараў, у тым ліку кіслот, такіх як HCl, або падстаў, такіх як NaOH.
Уласцівасці сіліконаў: трывалы, воданепранікальны і электраізаляцыйны
Сіліконы валодаюць шырокім спектрам уласцівасцей у залежнасці ад арганічных груп, прымацаваных да атамаў крэмнію, і даўжыні палімерных ланцугоў. Некаторыя ўласцівасці сіліконаў ўключаюць:
- Моцны і даўгавечны
- Вільгацятрывалы
- Электраізаляцыйная
- Устойлівы да высокіх і нізкіх тэмператур
- Хімічна інэртны
- Biocompatibl ў
Сіліконы выкарыстоўваюцца ў шырокім спектры прымянення, у тым ліку:
- Герметыкі і клеі
- Змазкі і пакрыцця
- Медыцынскія прылады і імплантаты
- Электрычная ізаляцыя і друкаваныя платы
- Аўтамабільныя і аэракасмічныя кампаненты
- Сродкі асабістай гігіены і касметыка
Адрозненні паміж сіліконам і іншымі палімерамі
Сіліконы адрозніваюцца ад іншых палімераў некалькімі прыкметамі:
- Паўтаральная адзінка ў сіліконах - сілаксан, у той час як іншыя палімеры маюць розныя паўтаральныя адзінкі.
- Крэмній-кіслародная сувязь у сілаксане мацнейшая, чым вуглярод-вугляродная сувязь у іншых палімерах, што надае сіліконам іх унікальныя ўласцівасці.
- Сіліконы больш устойлівыя да высокіх і нізкіх тэмператур, чым іншыя палімеры.
- Сіліконы больш водатрывалыя, чым іншыя палімеры.
Будучыня сіліконаў: перадавыя даследаванні і новыя прадукты
Выкарыстанне сіліконаў працягвае расці, і ўвесь час распрацоўваюцца новыя прадукты. Некаторыя з абласцей перадавых даследаванняў сіліконаў ўключаюць:
- Распрацоўка новых каталізатараў полімерызацыі сілаксанаў
- Выкарыстанне силилацетатов і іншых злучэнняў для змены ўласцівасцей сіліконаў
- Выкарыстанне каталізаваных кіслот і асноў рэакцый для атрымання новых тыпаў сіліконавых палімераў
- Выкарыстанне сіліконавых палімераў пры фарміраванні шкла і іншых матэрыялаў
Тэрмін «сіліконы» застаецца агульным тэрмінам, які выкарыстоўваецца для апісання шырокага спектру матэрыялаў на аснове сілікону, і ўласцівасці гэтых матэрыялаў працягваюць даследавацца і разумець.
Ад пяску да сілікону: захапляльны працэс вытворчасці сілікону
Сілікон - гэта палімер, які шырока выкарыстоўваецца ў розных формах і прадуктах. Працэс атрымання патрэбнай формы сілікону ўключае ў сябе шэраг этапаў, якія патрабуюць правільных матэрыялаў і будаўнічых блокаў. Вось кампаненты і этапы вытворчага працэсу:
- Крэмній: асноўным будаўнічым блокам сілікону з'яўляецца крэмній, які з'яўляецца адным з найбольш распаўсюджаных элементаў Зямлі. Ён вылучаецца шляхам драбнення кварцавага пяску і награвання да яго, дасягаючы тэмпературы да 2000 градусаў Цэльсія.
- Хларыд метыла: крэмній змешваюць з хларыдам метыла, які шырока вядомы як хлорметан. Гэтая рэакцыя вырабляе хлорсілан, які з'яўляецца ключавым прамежкавым прадуктам у вытворчасці сілікону.
- Награванне: затым хлорсілан награваюць з адукацыяй диметилдихлорсилана, які з'яўляецца папярэднікам сілікону. Гэты працэс прадугледжвае падачу цяпла да сумесі, якая актывуе рэакцыю і выдаляе саляную кіслату.
- Апрацоўка палімера: затым диметилдихлорсилан змешваюць з вадой з адукацыяй палімера. Гэты палімер можа падвяргацца далейшай апрацоўцы для атрымання розных формаў сілікону, напрыклад, эластамераў, якія звычайна выкарыстоўваюцца ў вытворчасці гумовых вырабаў.
Важнасць кантролю якасці ў вытворчасці сілікону
Вытворчасць сілікону патрабуе высокага ўзроўню кантролю якасці, каб гарантаваць, што канчатковы прадукт адпавядае неабходным стандартам. Вытворцы павінны пераканацца, што ў працэсе вытворчасці выкарыстоўваюцца правільныя кампаненты і што працэс ажыццяўляецца ў належных умовах. Вось некаторыя з фактараў, якія вытворцы павінны ўлічваць:
- Тэмпература: Вытворчы працэс патрабуе высокіх тэмператур, якія могуць паўплываць на якасць канчатковага прадукту. Вытворцы павінны старанна кантраляваць тэмпературу, каб прадухіліць пашкоджанне сілікону.
- Ізаляцыя аб'ёму: Працэс вытворчасці ўключае ізаляцыю аб'ёму рэакцыі, каб гарантаваць выпрацоўку патрэбнай колькасці сілікону. Гэта патрабуе ўважлівага назірання і кантролю за рэакцыяй.
- Сшыванне: некаторыя формы сілікону патрабуюць сшывання для дасягнення патрэбных уласцівасцей. Гэта прадугледжвае злучэнне палімерных ланцугоў разам для стварэння больш трывалага матэрыялу.
Распаўсюджаныя формы сілікону на рынку
Сілікон звычайна сустракаецца ў шэрагу прадуктаў, ад кухоннага посуду да медыцынскіх прыбораў. Вось некаторыя з найбольш распаўсюджаных формаў сілікону на рынку:
- Сілікон нізкай шчыльнасці: гэты тып сілікону звычайна выкарыстоўваецца ў вытворчасці герметыкаў і клеяў.
- Эластомеры: яны звычайна выкарыстоўваюцца ў вытворчасці гумовых вырабаў, такіх як пракладкі і ўшчыльняльныя кольцы.
- Высокотэмпературны сілікон: гэты тып сілікону выкарыстоўваецца там, дзе патрабуецца ўстойлівасць да высокіх тэмператур, напрыклад, у аэракасмічнай прамысловасці.
Хімія сілікону: вывучэнне ўласцівасцей і фарміравання гэтага універсальнага матэрыялу
Сілікон - гэта сінтэтычны матэрыял, які складаецца з атамаў крэмнію, кіслароду, вугляроду і вадароду. Гэта тып палімера, што азначае, што ён складаецца з доўгіх ланцужкоў малекул, якія ўтвараюцца ў выніку працэсу, званага полімерызацыяй. Сілікон звычайна ўтвараецца з дапамогай метаду, званага гідролізам, які ўключае рэакцыю злучэнняў крэмнію з вадой для атрымання сілаксанаў.
Хімія силоксанов і сіліконавых палімераў
Сілаксаны з'яўляюцца будаўнічымі блокамі сіліконавых палімераў. Яны ўтвараюцца ў выніку рэакцыі злучэнняў крэмнію з вадой, у выніку якой утвараецца ланцужок атамаў крэмнію і кіслароду, якія чаргуюцца. Атрыманая сілаксанавая ланцуг можа быць дадаткова мадыфікавана шляхам дадання арганічных груп, такіх як метыльныя або фенільныя групы, для атрымання шырокага спектру сіліконавых палімераў.
Адным з найбольш распаўсюджаных сіліконавых палімераў з'яўляецца полидиметилсилоксан (PDMS), які ўтвараецца шляхам дадання метыльных груп да силоксановой ланцугу. PDMS - гэта цвёрдае, далікатнае крышталічнае цвёрдае рэчыва з блакітна-шэрым металічным бляскам, якое з'яўляецца членам групы 14 у перыядычнай сістэме. Гэта тып сілікону, які звычайна выкарыстоўваецца ў вытворчасці электронных схем і іншых вырабаў, якія патрабуюць трывалага, водатрывалага матэрыялу.
Уласцівасці сілікону і яго агульнае выкарыстанне
Сілікон валодае шэрагам унікальных уласцівасцяў, якія робяць яго папулярным матэрыялам для самых розных прымянення. Некаторыя з ключавых уласцівасцяў сілікону ўключаюць:
- Высокая тэрмаўстойлівасць
- вадаўстойлівасць
- Малая таксічнасць
- Добрыя электраізаляцыйныя ўласцівасці
- Высокая газапранікальнасць
Гэтыя ўласцівасці робяць сілікон папулярным матэрыялам для шырокага спектру прадуктаў, у тым ліку:
- Медыцынскія прылады
- Аўтазапчасткі
- Электронныя кампаненты
- Герметыкі і клеі
- Сродкі асабістай гігіены
Будучыня вытворчасці і развіцця сілікону
Вытворчасць і распрацоўка сілікону застаецца актыўнай сферай даследаванняў для хімікаў і матэрыялазнаўцаў. Прапануюцца і выпрабоўваюцца новыя метады атрымання сіліконавых палімераў, уключаючы выкарыстанне ў працэсе полімерызацыі кетонаў і силилацетатов. Па меры распрацоўкі новых сіліконавых палімераў яны, верагодна, знойдуць новае прымяненне ў самых розных галінах і прадуктах.
Універсальнае прымяненне сілікону
Сілікон з'яўляецца важным інгрэдыентам у розных прадуктах і матэрыялах, якія выкарыстоўваюцца ў будаўнічай і прамысловай галінах. Яго здольнасць вытрымліваць высокія і нізкія тэмпературы, супрацьстаяць хімікатам і алеям і заставацца стабільным у экстрэмальных умовах робіць яго выдатным матэрыялам для розных прымянення, у тым ліку:
- Пакрыцці і клеі
- Ізалятары і напаўняльнікі (вось як выкарыстоўваць правільныя)
- Змазачныя матэрыялы для аўтамабільных рухавікоў і перадач
- Спецыяльныя алею і прадукты аздаблення
- Шкленне і аздобныя матэрыялы
Электроніка і аэракасмічная прамысловасць
Сіліконы таксама шырока выкарыстоўваюцца ў электроннай і аэракасмічнай прамысловасці дзякуючы сваім унікальным уласцівасцям, у тым ліку:
- Эфектыўная ізаляцыя і ўстойлівасць да высокіх тэмператур і хімічных рэчываў
- Здольнасць запаўняць шчыліны і забяспечваць амартызацыю для далікатных кампанентаў
- Стабільная і працяглая праца ў экстрэмальных умовах
Медыцынскія і касметычныя прымянення
Сіліконавы гель з'яўляецца важным інгрэдыентам медыцынскіх і касметычных сродкаў дзякуючы сваёй высокай биосовместимости і здольнасці імітаваць ўласцівасці тканін чалавека. Некаторыя канкрэтныя спосабы выкарыстання ўключаюць:
- Грудныя імплантаты, імплантаты яечкаў і грудныя імплантаты
- Бандажы і перавязачныя матэрыялы
- Кантактныя лінзы
- Сродкі для лячэння рубцоў і ран
Спецыяльныя прыкладання
Сілікон таксама выкарыстоўваецца ў розных спецыяльных прыкладаннях, у тым ліку:
- Вытворчасць гумы і смол
- Мікрафлюіды і іншыя высокадакладныя кампаненты
- Прадукцыя нафтагазавай прамысловасці
- Эфектыўныя і даўгавечныя клеі
Будучыня сіліконавых прыкладанняў
Паколькі тэхналогіі і метады апрацоўкі працягваюць развівацца, спектр прымянення сілікону будзе толькі расці. Ад распрацоўкі новых матэрыялаў і злучэнняў да распрацоўкі канкрэтных частак і канструкцый сілікон застанецца важным інгрэдыентам у самых розных прадуктах і галінах.
Чаму сілікон - бяспечны і экалагічна чысты выбар
Сілікон з'яўляецца папулярным выбарам для многіх прадуктаў дзякуючы сваім характарыстыкам бяспекі. Вось некалькі прычын, чаму:
- Без фталатаў: фталаты - гэта хімічныя рэчывы, якія звычайна сустракаюцца ў пластмасах і могуць быць шкоднымі для здароўя чалавека. Сілікон не ўтрымлівае фталатаў, што робіць яго больш бяспечнай альтэрнатывай пластыку.
- Без BPA: бісфенол А (BPA) - гэта яшчэ адно хімічнае рэчыва, якое змяшчаецца ў пластмасах і можа мець негатыўныя наступствы для здароўя. Сілікон не ўтрымлівае BPA, што робіць яго больш карысным варыянтам для захоўвання і прыгатавання ежы.
- Зацверджана Міністэрствам аховы здароўя Канады: Міністэрства аховы здароўя Канады прызнала харчовы сілікон бяспечным для гатавання і захоўвання ежы. Ён не рэагуе з ежай або напоямі, што робіць яго бяспечным выбарам для выкарыстання на кухні.
Экалагічныя меркаванні
Сілікон не толькі бяспечны для людзей, але і экалагічна чысты. Вось чаму:
- Трывалы: сілікон - гэта трывалы матэрыял, які можа служыць гадамі, памяншаючы патрэбу ў частай замене і адходах.
- Перапрацоўка: сілікон можа быць перапрацаваны, памяншаючы яго ўздзеянне на навакольнае асяроддзе.
- Нізкая таксічнасць: сілікон з'яўляецца малатоксичным матэрыялам, гэта значыць, што ён не вылучае шкодных хімічных рэчываў у навакольнае асяроддзе падчас вытворчасці або ўтылізацыі.
Сілікон супраць пластыка: якая лепшая альтэрнатыва?
Сілікон і пластык - гэта два тыпы матэрыялаў, якія звычайна выкарыстоўваюцца ў розных галінах прамысловасці. Пластык - традыцыйны матэрыял, які выкарыстоўваецца дзесяцігоддзямі, а сілікон - адносна новае злучэнне, якое набыло папулярнасць у апошнія гады. Абодва матэрыялы маюць свае унікальныя ўласцівасці і прымяненне, але паміж імі ёсць некаторыя важныя адрозненні.
Розніца ва ўласцівасцях
Адным з галоўных адрозненняў паміж сіліконам і пластыкам з'яўляецца спосаб іх вытворчасці. Сілікон вырабляецца з крэмнію, стабільнага элемента, які сустракаецца ў прыродзе, а пластык - з сінтэтычных злучэнняў. Гэта азначае, што сілікон валодае некаторымі ўласцівасцямі, якіх не мае пластык, напрыклад, ён больш трывалы і тэрмаўстойлівы. Сілікон можа вытрымліваць больш высокія тэмпературы, чым пластык, што робіць яго ідэальным для выкарыстання ў кулінарным і хлебапякарным абсталяванні.
Падабенства і адрозненні ў форме і формуемости
Хоць сілікон больш трывалы, чым пластык, ён не такі гнуткі. Яго нельга фармаваць у розныя формы, як пластыкавыя банкі. Аднак з сілікону можна надаваць розныя формы, што робіць яго папулярным выбарам для посуду і кухоннага абсталявання. Пластык таксама звычайна выкарыстоўваецца для вырабу посуду і кухоннага абсталявання, але ён не такі трывалы, як сілікон.
Бяспека і электрычныя ўласцівасці
Сілікон таксама вядомы сваёй бяспекай і электрычнымі ўласцівасцямі. Гэта нетоксичный матэрыял, які не вылучае шкодных хімічных рэчываў пры награванні, што робіць яго бяспечным для выкарыстання ў кулінарыі і выпечцы. Гэта таксама добры электрычны ізалятар, што робіць яго ідэальным для выкарыстання ў электраабсталяванні. З іншага боку, пластык можа вылучаць шкодныя хімічныя рэчывы пры награванні, што робіць яго менш бяспечным варыянтам для падрыхтоўкі ежы і выпечкі.
Ачыстка і тэхнічнае абслугоўванне
Калі справа даходзіць да чысткі і абслугоўвання, сілікон і пластык маюць некаторыя падабенства і адрозненні. Абодва матэрыялы можна мыць у посудамыйнай машыне, але сілікон больш трывалы і можа вытрымліваць больш высокія тэмпературы. Пластык можа дэфармавацца і плавіцца пры высокіх тэмпературах, што робіць яго менш трывалым, чым сілікон.
заключэнне
Такім чынам, сілікон - гэта матэрыял, зроблены з крэмнію і кіслароду, і ён выкарыстоўваецца для многіх рэчаў.
Вы разумееце, чаму гэта так папулярна зараз, ці не так? Такім чынам, не бойцеся задаваць пытанні, калі вы ў чымсьці не ўпэўненыя. Вы заўсёды можаце папрасіць дапамогі ў сябра.
І не забудзьцеся азнаёміцца з нашым кіраўніцтвам, каб атрымаць дадатковую інфармацыю аб сіліконе.
Я Йост Нусельдэр, заснавальнік Tools Doctor, маркетынг кантэнту і тата. Я люблю выпрабоўваць новае абсталяванне, і разам са сваёй камандай я ствараю падрабязныя артыкулы ў блогу з 2016 года, каб дапамагчы лаяльным чытачам інструментамі і парадамі па вырабе.
