Силикон: Пълното ръководство за история, химия и безопасност

Силиконите са полимери, които включват всякакви инертни, синтетичен съединение, съставено от повтарящи се единици силоксан, което е функционална група от два силициеви атома и един кислороден атом, често комбинирани с въглерод и/или водород. Те обикновено са топлоустойчиви и подобни на гума и се използват в уплътнители, лепила, смазочни материали, лекарства, съдове за готвене и топло- и електрическа изолация.

В тази статия ще разгледаме свойствата на силикона и процеса на неговото производство.

Всичко, което трябва да знаете за силикона

Силиконът е полимерен материал, съставен от молекули, наречени силоксани. Това е уникален материал, който се състои от силиций, естествен елемент, открит в пясъка и скалите, и кислород. Когато тези два елемента се комбинират, те образуват съединение, което съдържа дълги вериги от повтарящи се мономери, които са свързани заедно, за да създадат краен продукт.

Как се произвежда силиконът?

Силиконът обикновено се произвежда чрез смесване на чист силиций с други съединения за създаване на силиконово съединение. След това съединението преминава през серия от научни процеси, за да се създаде краен продукт, който е съставен от дълги вериги от повтарящи се мономери. Тези вериги са свързани заедно, за да създадат полимер, който е известен като силикон.

Какви са основните приложения на силикона?

Силиконът е популярен материал, който се използва в много различни продукти. Някои от най-честите употреби на силикон включват:

• Създаване на уплътнители и лепила, които могат да се използват за свързване на различни материали.
• Производство на смазки, които могат да се използват за намаляване на триенето между движещите се части.
• Създаване на топлинна и електрическа изолация, която може да се използва за защита на чувствително оборудване от топлина и електричество.
• Изработване на съдове за готвене и други кухненски продукти, които не са токсични и устойчиви на топлина.
• Създаване на медицински изделия и импланти, които са безопасни и ефективни за пациентите.

Каква е разликата между силикона и силиконите?

Силиконът е отделен материал, докато силиконите са група от материали, които са съставени от силикон. Силиконите обикновено са по-твърди и по-издръжливи от силикона и обикновено се използват в продукти, които изискват високо ниво на качество и производителност.

Еволюцията на силикона: от кристален силиций до модерно производство

През 1854 г. Хенри Сент-Клер Девил получава кристален силиций, което е значително откритие в света на материалите и съединенията. Силицият е химичен елемент със символ Si и атомен номер 14. Той е твърдо, крехко кристално твърдо вещество със синьо-сив метален блясък и е четиривалентен металоид и полупроводник. Силицият е осмият най-често срещан елемент във Вселената по маса, но рядко се среща в чистата си форма в природата.

Раждането на силиконите: изследването на Хайд и именуването на Кипинг

През 1930 г. JF Hyde провежда първото изследване за производство на търговски силикони. По-късно, през 1940 г., английският химик Фредерик Стенли Кипинг, използвайки изследванията на Хайд, дава на материала името „силикони“, защото те са „лепкави каши“. Кипинг е пионер в областта на органичната химия и е най-известен с работата си върху химията на силиконите. Силиконите са група синтетични полимери, съставени от повтарящи се единици силоксан, който е верига от редуващи се силициеви и кислородни атоми с органични групи, прикрепени към силициевите атоми.

Химията на силиконите: структура и полимерни вериги

Силиконите са по същество полимери с повтаряща се единица силоксан. Силоксановата единица се състои от силициев атом, свързан с два кислородни атома, които от своя страна са свързани с органични групи. Органичните групи могат да бъдат метил, етил, фенил или други групи. Силоксановите единици могат да бъдат свързани заедно, за да образуват линейни вериги или разклонени вериги. Веригите също могат да бъдат омрежени, за да образуват триизмерна мрежа. Полученият материал е силиконов полимер с голямо разнообразие от свойства.

Модерното производство на силикони: Corning, Dow и Hydrolysis

How to strip wire fast

Share

Watch on

Съвременното производство на силикони включва различни методи, но най-разпространеният метод е базиран на хидролиза на силициеви съединения. Силициеви съединения като силициев тетрахлорид (SiCl4) или диметилдихлоросилан (CH3)2SiCl2 реагират с вода за получаване на силоксани. След това силоксаните се полимеризират, за да образуват силиконови полимери. Процесът може да се проведе с помощта на различни катализатори, включително киселини като HCl или основи като NaOH.

Свойствата на силиконите: здрави, водоустойчиви и електроизолиращи

Силиконите имат широк спектър от свойства в зависимост от органичните групи, прикрепени към силициевите атоми и дължината на полимерните вериги. Някои от свойствата на силиконите включват:

• Силни и издръжливи
• Водоустойчив
• Електрическа изолация
• Устойчив на високи и ниски температури
• Химически инертен
• Biocompatibl да

Силиконите се използват в широк спектър от приложения, включително:

• Уплътнители и лепила
• Смазки и покрития
• Медицински изделия и импланти
• Електроизолация и платки
• Автомобилни и космически компоненти
• Продукти за лична хигиена и козметика

Разликите между силикони и други полимери

Силиконите се различават от другите полимери по няколко начина:

• Повтарящата се единица в силиконите е силоксан, докато други полимери имат различни повтарящи се единици.
• Връзката силиций-кислород в силоксана е по-силна от връзката въглерод-въглерод в други полимери, което придава на силиконите техните уникални свойства.
• Силиконите са по-устойчиви на високи и ниски температури от другите полимери.
• Силиконите са по-устойчиви на вода от другите полимери.

Бъдещето на силиконите: напреднали изследвания и нови продукти

Използването на силикони продължава да расте и непрекъснато се разработват нови продукти. Някои от областите на напреднали изследвания в силиконите включват:

• Разработване на нови катализатори за полимеризация на силоксани
• Използването на силилацетати и други съединения за модифициране на свойствата на силиконите
• Използването на катализирани от киселина и основа реакции за получаване на нови видове силиконови полимери
• Използването на силиконови полимери при формирането на стъкло и други материали

Терминът „силикони“ остава често срещан термин, използван за описване на голямо разнообразие от материали на базата на силикон и свойствата на тези материали продължават да се изследват и разбират.

От пясък до силикон: Очарователният процес на производство на силикон

Силиконът е полимер, който се използва широко в различни форми и продукти. Процесът за постигане на желаните форми на силикон включва серия от стъпки, които изискват правилните материали и градивни елементи. Ето компонентите и стъпките, включени в производствения процес:

• Силиций: Основният градивен елемент на силикона е силиций, който е един от най-често срещаните елементи на земята. Той се изолира чрез смилане на кварцов пясък и прилагане на топлина към него, достигайки температури до 2000 градуса по Целзий.

• Метилхлорид: Силицият се смесва с метилхлорид, който е известен като хлорометан. Тази реакция произвежда хлоросилан, който е ключов междинен продукт в производството на силикон.

• Нагряване: След това хлоросиланът се нагрява, за да се образува диметилдихлоросилан, който е прекурсор на силикона. Този процес включва прилагане на топлина към сместа, която активира реакцията и премахва солната киселина.

• Обработка на полимера: След това диметилдихлоросиланът се смесва с вода, за да се образува полимер. Този полимер може да бъде допълнително обработен, за да се получат различни форми на силикон, като еластомери, които обикновено се използват в производството на каучукови продукти.

Значението на контрола на качеството при производството на силикон

Производството на силикон изисква високо ниво на контрол на качеството, за да се гарантира, че крайният продукт отговаря на изискваните стандарти. Производителите трябва да гарантират, че правилните компоненти се използват в производствения процес и че процесът се извършва при правилните условия. Ето някои от факторите, които производителите трябва да вземат предвид:

• Температура: Производственият процес изисква високи температури, които могат да повлияят на качеството на крайния продукт. Производителите трябва да гарантират, че температурата се контролира внимателно, за да се предотврати повреда на силикона.

• Изолиране на обема: Производственият процес включва изолиране на обема на реакцията, за да се гарантира, че се произвежда точното количество силикон. Това изисква внимателно наблюдение и контрол на реакцията.

• Омрежване: Някои форми на силикон изискват омрежване, за да се постигнат желаните свойства. Това включва свързване на полимерните вериги заедно, за да се създаде по-здрав материал.

Често срещаните форми на силикон на пазара

Силиконът обикновено се среща в редица продукти, от кухненски прибори до медицински устройства. Ето някои от най-разпространените форми на силикон на пазара:

• Силикон с ниска плътност: Този тип силикон обикновено се използва в производството на уплътнители и лепила.

• Еластомери: Те обикновено се използват в производството на каучукови продукти, като уплътнения и О-пръстени.

• Високотемпературен силикон: Този тип силикон се използва в приложения, които изискват устойчивост на висока температура, като например в космическата индустрия.

Химията на силикона: Изследване на свойствата и формирането на този универсален материал

Силиконът е синтетичен материал, който се състои от силициеви, кислородни, въглеродни и водородни атоми. Това е вид полимер, което означава, че се състои от дълги вериги от молекули, които се образуват чрез процес, наречен полимеризация. Силиконът обикновено се образува чрез метод, наречен хидролиза, който включва взаимодействие на силициеви съединения с вода за получаване на силоксани.

Химията на силоксаните и силиконовите полимери

Силоксаните са градивните елементи на силиконовите полимери. Те се образуват чрез реакция на силициеви съединения с вода, която произвежда верига от редуващи се силициеви и кислородни атоми. Получената силоксанова верига може да бъде допълнително модифицирана чрез добавяне на органични групи, като метилови или фенилови групи, за да се получи голямо разнообразие от силиконови полимери.

Един от най-разпространените силиконови полимери е полидиметилсилоксан (PDMS), който се образува чрез добавяне на метилови групи към силоксановата верига. PDMS е твърдо, крехко кристално твърдо вещество със синьо-сив метален блясък и е член на група 14 в периодичната таблица. Това е вид силикон, който обикновено се използва в производството на електронни схеми и други продукти, които изискват здрав, водоустойчив материал.

Свойствата на силикона и неговата обща употреба

Силиконът има редица уникални свойства, които го правят популярен материал за голямо разнообразие от приложения. Някои от основните свойства на силикона включват:

• Висока термична стабилност
• Водоустойчивост
• Ниска токсичност
• Добри електроизолационни свойства
• Висока газопропускливост

Тези свойства правят силикона популярен материал за голямо разнообразие от продукти, включително:

• Медицински изделия
• Автомобилни части
• Електронни компоненти
• Уплътнители и лепила
• Продукти за лична хигиена

Бъдещето на производството и развитието на силикона

Производството и разработването на силикон остава активна област на изследване за химици и учени по материали. Предлагат се и се тестват нови методи за производство на силиконови полимери, включително използването на кетон и силил ацетати в процеса на полимеризация. Тъй като се разработват нови силиконови полимери, те вероятно ще намерят нови приложения в голямо разнообразие от индустрии и продукти.

Разнообразните приложения на силикона

Силиконът е основна съставка в различни продукти и материали, използвани в строителния и индустриалния сектор. Способността му да издържа на високи и ниски температури, да издържа на химикали и масла и да остава стабилен при екстремни условия го прави отличен материал за редица приложения, включително:

• Покрития и лепила
• Изолатори и пълнители (ето как да използвате правилните)
• Смазочни материали и зъбни колела за автомобилни двигатели
• Специални масла и довършителни продукти
• Стъклопакети и довършителни материали

Електронна и космическа индустрия

Силиконите също се използват често в електронната и космическата индустрия поради техните уникални свойства, включително:

• Ефективна изолация и устойчивост на високи температури и химикали
• Възможност за запълване на празнини и осигуряване на омекотяване на деликатни компоненти
• Стабилна и дълготрайна работа в екстремни среди

Медицински и козметични приложения

Силиконовият гел е важна съставка в медицински и козметични продукти поради високата си биосъвместимост и способността да имитира свойствата на човешката тъкан. Някои специфични употреби включват:

• Гръдни импланти, тестисни импланти и гръдни импланти
• Бинтове и превръзки
• Контактни лещи
• Лечение на белези и продукти за грижа за рани

Специални приложения

Силиконът се използва и в различни специални приложения, включително:

• Производство на каучук и смоли
• Микрофлуиди и други високопрецизни компоненти
• Продукти от нефтената и газовата промишленост
• Ефективни и дълготрайни лепила

Бъдещето на силиконовите приложения

Тъй като технологията и техниките за обработка продължават да напредват, гамата от силиконови приложения ще продължи да расте. От разработването на нови материали и съединения до проектирането на специфични части и структури, силиконът ще остане основна съставка в голямо разнообразие от продукти и индустрии.

Защо силиконът е безопасен и щадящ околната среда избор

Силиконът е популярен избор за много продукти поради характеристиките си за безопасност. Ето някои причини защо:

• Без фталати: Фталатите са химикали, които обикновено се срещат в пластмасите и могат да бъдат вредни за човешкото здраве. Силиконът не съдържа фталати, което го прави по-безопасна алтернатива на пластмасата.
• Без BPA: Бисфенол А (BPA) е друг химикал, открит в пластмасите, който може да има отрицателни ефекти върху здравето. Силиконът не съдържа BPA, което го прави по-здравословен вариант за съхранение и готвене на храна.
• Одобрено от Health Canada: Министерството на здравеопазването на Канада е счело, че хранителният силикон е безопасен за готвене и съхранение на храна. Не реагира с храна или напитки, което го прави безопасен избор за кухненска употреба.

Съображения за околната среда

Силиконът е не само безопасен за хората, но е и екологичен избор. Ето защо:

• Издръжлив: Силиконът е издръжлив материал, който може да издържи с години, намалявайки нуждата от чести смени и отпадъци.
• Рециклируем: Силиконът може да се рециклира, намалявайки въздействието му върху околната среда.
• Ниска токсичност: Силиконът е ниско токсичен материал, което означава, че не отделя вредни химикали в околната среда по време на производство или изхвърляне.

Силикон срещу пластмаса: Коя е по-добрата алтернатива?

Силиконът и пластмасата са два вида материали, които обикновено се използват в различни индустрии. Пластмасата е традиционен материал, който се използва от десетилетия, докато силиконът е сравнително ново съединение, което придоби популярност през последните години. И двата материала имат свои уникални свойства и приложения, но има някои важни разлики между тях.

Разлика в свойствата

Една от основните разлики между силикона и пластмасата е начинът, по който се произвеждат. Силиконът се произвежда от силиций, естествено срещащ се стабилен елемент, докато пластмасата се произвежда от синтетични съединения. Това означава, че силиконът има някои свойства, които пластмасата няма, като например да е по-издръжлив и топлоустойчив. Силиконът може да издържи на по-високи температури от пластмасата, което го прави идеален за използване в оборудване за готвене и печене.

Прилики и разлики във формата и формовъчността

Докато силиконът е по-издръжлив от пластмасата, той не е толкова гъвкав. Не може да се формира в различни форми като пластмасовата кутия. Силиконът обаче може да се формова в различни форми, което го прави популярен избор за прибори и кухненско оборудване. Пластмасата също често се използва за прибори и кухненско оборудване, но не е толкова издръжлива, колкото силикона.

Безопасност и електрически свойства

Силиконът е известен и със своите безопасни и електрически свойства. Това е нетоксичен материал, който не отделя вредни химикали при нагряване, което го прави безопасен за използване при готвене и печене. Освен това е добър електрически изолатор, което го прави идеален за използване в електрическо оборудване. Пластмасата, от друга страна, може да отделя вредни химикали при нагряване, което я прави по-малко безопасен вариант за готвене и печене.

Почистване и поддръжка

Когато става въпрос за почистване и поддръжка, силиконът и пластмасата имат някои прилики и разлики. И двата материала могат да се мият в съдомиялна машина, но силиконът е по-издръжлив и издържа на по-високи температури. Пластмасата може да се изкриви и разтопи при високи температури, което я прави по-малко издръжлива от силикона.

Заключение

И така, силиконът е материал, направен от силиций и кислород, и се използва за много неща. 

Разбирате защо е толкова популярен сега, нали? Така че не се страхувайте да задавате въпроси, ако не сте сигурни в нещо. Винаги можете да помолите приятел за помощ. 

И не забравяйте да разгледате нашето ръководство за повече информация относно силикона.

Аз съм Йост Нуселдер, основател на Tools Doctor, търговец на съдържание и баща. Обичам да изпробвам ново оборудване и заедно с моя екип създавам задълбочени статии в блога от 2016 г., за да помогна на лоялните читатели с инструменти и съвети за изработка.