Silikon: Kompletní průvodce historií, chemií a bezpečností

Silikony jsou polymery, které zahrnují jakékoli inertní, syntetický sloučenina tvořená opakujícími se jednotkami siloxanu, což je funkční skupina dvou atomů křemíku a jednoho atomu kyslíku často kombinovaná s uhlíkem a/nebo vodíkem. Obvykle jsou žáruvzdorné a podobné pryži a používají se v tmelech, lepidla, maziva, léky, kuchyňské náčiní a tepelná a elektrická izolace.

V tomto článku se budeme zabývat vlastnostmi silikonu a jeho výrobním procesem.

Vše, co potřebujete vědět o silikonu

Silikon je polymerní materiál složený z molekul nazývaných siloxany. Jde o unikátní materiál, který se skládá z křemíku, přírodního prvku nacházejícího se v písku a horninách, a kyslíku. Když jsou tyto dva prvky spojeny, tvoří sloučeninu, která obsahuje dlouhé řetězce opakujících se monomerů, které jsou vzájemně spojeny a vytvářejí konečný produkt.

Jak se vyrábí silikon?

Silikon se typicky vyrábí smícháním čistého křemíku s jinými sloučeninami za vzniku silikonové sloučeniny. Sloučenina pak prochází řadou vědeckých procesů, aby se vytvořil konečný produkt, který se skládá z dlouhých řetězců opakujících se monomerů. Tyto řetězce jsou spojeny dohromady a vytvářejí polymer, který je běžně známý jako silikon.

Jaká jsou primární použití silikonu?

Silikon je oblíbený materiál, který se používá v mnoha různých produktech. Některé z nejběžnějších použití silikonu zahrnují:

• Vytváření tmelů a lepidel, které lze použít k lepení různých materiálů dohromady.
• Vyrábí maziva, která lze použít ke snížení tření mezi pohyblivými částmi.
• Vytváření tepelné a elektrické izolace, kterou lze použít k ochraně citlivých zařízení před teplem a elektřinou.
• Výroba kuchyňského náčiní a jiných kuchyňských výrobků, které jsou netoxické a odolné vůči teplu.
• Vytváření zdravotnických prostředků a implantátů, které jsou bezpečné a účinné pro pacienty.

Jaký je rozdíl mezi silikonem a silikonem?

Silikon je jediný materiál, zatímco silikony jsou skupinou materiálů, které se skládají ze silikonu. Silikony jsou obvykle tvrdší a odolnější než silikon a běžně se používají ve výrobcích, které vyžadují vysokou úroveň kvality a výkonu.

Evoluce silikonu: Od krystalického křemíku k moderní výrobě

V roce 1854 získal Henry Sainte-Claire Deville krystalický křemík, což byl významný objev ve světě materiálů a sloučenin. Křemík je chemický prvek se symbolem Si a atomovým číslem 14. Je to tvrdá, křehká krystalická pevná látka s modrošedým kovovým leskem a je to čtyřmocný metaloid a polovodič. Křemík je podle hmotnosti osmým nejběžnějším prvkem ve vesmíru, ale v přírodě se vyskytuje jen zřídka ve své čisté formě.

Zrození silikonů: Hydeův výzkum a Kippingovo pojmenování

V roce 1930 provedl JF Hyde první výzkum výroby komerčních silikonů. Později, v roce 1940, anglický chemik Frederich Stanley Kipping na základě Hydeova výzkumu dal materiálu název „silikony“, protože to byly „lepkavé nepořádky“. Kipping byl průkopníkem v oblasti organické chemie a je nejlépe známý pro svou práci na chemii silikonů. Silikony jsou skupinou syntetických polymerů tvořených opakujícími se jednotkami siloxanu, což je řetězec střídajících se atomů křemíku a kyslíku s organickými skupinami připojenými k atomům křemíku.

Chemie silikonů: Struktura a polymerní řetězce

Silikony jsou v podstatě polymery s opakující se jednotkou siloxanu. Siloxanová jednotka se skládá z atomu křemíku připojeného ke dvěma atomům kyslíku, které jsou zase připojeny k organickým skupinám. Organické skupiny mohou být methyl, ethyl, fenyl nebo jiné skupiny. Siloxanové jednotky mohou být spojeny dohromady za vzniku lineárních řetězců nebo rozvětvených řetězců. Řetězce mohou být také zesíťovány za vzniku trojrozměrné sítě. Výsledným materiálem je silikonový polymer s širokou škálou vlastností.

Moderní výroba silikonů: Corning, Dow a hydrolýza

How to strip wire fast

Share

Watch on

Moderní výroba silikonů zahrnuje celou řadu metod, ale nejběžnější metoda je založena na hydrolýze sloučenin křemíku. Sloučeniny křemíku, jako je chlorid křemičitý (SiCl4) nebo dimethyldichlorsilan (CH3)2SiCl2, reagují s vodou za vzniku siloxanů. Siloxany se pak polymerují za vzniku silikonových polymerů. Proces lze provádět za použití různých katalyzátorů, včetně kyselin, jako je HCXNUMX, nebo zásad, jako je NaOH.

Vlastnosti silikonů: Silné, voděodolné a elektricky izolující

Silikony mají širokou škálu vlastností v závislosti na organických skupinách připojených k atomům křemíku a délce polymerních řetězců. Některé z vlastností silikonů zahrnují:

• Silný a odolný
• Voděodolný
• Elektricky izolační
• Odolává vysokým a nízkým teplotám
• Chemicky inertní
• Biocompatibl na

Silikony se používají v široké škále aplikací, včetně:

• Tmely a lepidla
• Maziva a nátěry
• Lékařská zařízení a implantáty
• Elektrická izolace a desky plošných spojů
• Automobilové a letecké komponenty
• Produkty osobní péče a kosmetika

Rozdíly mezi silikony a jinými polymery

Silikony se od ostatních polymerů liší několika způsoby:

• Opakující se jednotkou v silikonech je siloxan, zatímco jiné polymery mají různé opakující se jednotky.
• Vazba křemík-kyslík v siloxanu je silnější než vazba uhlík-uhlík v jiných polymerech, což dává silikonům jejich jedinečné vlastnosti.
• Silikony jsou odolnější vůči vysokým a nízkým teplotám než jiné polymery.
• Silikony jsou odolnější vůči vodě než jiné polymery.

Budoucnost silikonů: Pokročilý výzkum a nové produkty

Používání silikonů stále roste a neustále se vyvíjejí nové produkty. Některé z oblastí pokročilého výzkumu silikonů zahrnují:

• Vývoj nových katalyzátorů pro polymeraci siloxanů
• Použití silylacetátů a dalších sloučenin k úpravě vlastností silikonů
• Využití kysele a zásaditě katalyzovaných reakcí k výrobě nových typů silikonových polymerů
• Použití silikonových polymerů při výrobě skla a dalších materiálů

Termín „silikony“ zůstává běžným termínem používaným k popisu široké škály materiálů na bázi silikonu a vlastnosti těchto materiálů jsou nadále zkoumány a chápány.

Od písku ke silikonu: Fascinující proces výroby silikonu

Silikon je polymer, který je široce používán v různých formách a produktech. Proces dosažení požadovaných forem silikonu zahrnuje řadu kroků, které vyžadují správné materiály a stavební bloky. Zde jsou součásti a kroky zahrnuté ve výrobním procesu:

• Křemík: Primárním stavebním kamenem silikonu je křemík, který je jedním z nejběžnějších prvků na Zemi. Izoluje se mletím křemenného písku a působením tepla na něj dosahujícího teploty až 2000 stupňů Celsia.

• Methylchlorid: Křemík je smíchán s methylchloridem, který je běžně známý jako chlormethan. Touto reakcí vzniká chlorsilan, který je klíčovým meziproduktem při výrobě silikonu.

• Zahřívání: Chlorsilan se poté zahřívá za vzniku dimethyldichlorsilanu, který je prekurzorem silikonu. Tento proces zahrnuje aplikaci tepla na směs, která aktivuje reakci a odstraní kyselinu chlorovodíkovou.

• Zpracování polymeru: Dimetyldichlorsilan se poté smíchá s vodou za vzniku polymeru. Tento polymer lze dále zpracovávat za účelem získání různých forem silikonu, jako jsou elastomery, které se běžně používají při výrobě pryžových produktů.

Význam kontroly kvality při výrobě silikonu

Výroba silikonu vyžaduje vysokou úroveň kontroly kvality, aby konečný produkt odpovídal požadovaným standardům. Výrobci musí zajistit, aby se ve výrobním procesu používaly správné komponenty a aby proces probíhal za správných podmínek. Zde jsou některé z faktorů, které musí výrobci zvážit:

• Teplota: Výrobní proces vyžaduje vysoké teploty, které mohou ovlivnit kvalitu konečného produktu. Výrobci musí zajistit, aby byla teplota pečlivě kontrolována, aby nedošlo k poškození silikonu.

• Izolace objemu: Výrobní proces zahrnuje izolaci objemu reakce, aby bylo zajištěno, že se vytvoří správné množství silikonu. To vyžaduje pečlivé sledování a kontrolu reakce.

• Síťování: Některé formy silikonu vyžadují k dosažení požadovaných vlastností síťování. To zahrnuje spojení polymerních řetězců dohromady, aby se vytvořil pevnější materiál.

Běžné formy silikonu na trhu

Silikon se běžně vyskytuje v řadě produktů, od kuchyňského náčiní až po zdravotnické prostředky. Zde jsou některé z nejběžnějších forem silikonu na trhu:

• Silikon s nízkou hustotou: Tento typ silikonu se běžně používá při výrobě tmelů a lepidel.

• Elastomery: Běžně se používají při výrobě pryžových výrobků, jako jsou těsnění a O-kroužky.

• Silikon pro vysoké teploty: Tento typ silikonu se používá v aplikacích, které vyžadují odolnost vůči vysokým teplotám, jako například v leteckém průmyslu.

Chemie silikonu: Zkoumání vlastností a formování tohoto všestranného materiálu

Silikon je syntetický materiál, který se skládá z atomů křemíku, kyslíku, uhlíku a vodíku. Jedná se o typ polymeru, což znamená, že je tvořen dlouhými řetězci molekul, které vznikají procesem zvaným polymerace. Silikon se typicky vytváří metodou zvanou hydrolýza, která zahrnuje reakci sloučenin křemíku s vodou za vzniku siloxanů.

Chemie siloxanů a silikonových polymerů

Siloxany jsou stavebními kameny silikonových polymerů. Vznikají reakcí sloučenin křemíku s vodou, čímž vzniká řetězec střídajících se atomů křemíku a kyslíku. Výsledný siloxanový řetězec lze dále modifikovat přidáním organických skupin, jako jsou methylové nebo fenylové skupiny, za vzniku široké škály silikonových polymerů.

Jedním z nejběžnějších silikonových polymerů je polydimethylsiloxan (PDMS), který vzniká přidáním methylových skupin do siloxanového řetězce. PDMS je tvrdá, křehká krystalická pevná látka s modrošedým kovovým leskem a je členem skupiny 14 v periodické tabulce. Jde o typ silikonu, který se běžně používá při výrobě elektronických obvodů a dalších produktů, které vyžadují pevný, voděodolný materiál.

Vlastnosti silikonu a jeho běžné použití

Silikon má řadu jedinečných vlastností, které z něj dělají oblíbený materiál pro širokou škálu aplikací. Některé z klíčových vlastností silikonu zahrnují:

• Vysoká tepelná stabilita
• Odolnost proti vodě
• Nízká toxicita
• Dobré elektroizolační vlastnosti
• Vysoká propustnost plynu

Díky těmto vlastnostem je silikon oblíbeným materiálem pro širokou škálu produktů, včetně:

• Lékařské přístroje
• Automobilové díly
• Elektronické komponenty
• Tmely a lepidla
• Výrobky osobní péče

Budoucnost výroby a vývoje silikonu

Výroba a vývoj silikonu zůstává aktivní oblastí výzkumu pro chemiky a materiálové vědce. Jsou navrhovány a testovány nové způsoby výroby silikonových polymerů, včetně použití ketonu a silylacetátu v polymeračním procesu. Jak jsou nové silikonové polymery vyvíjeny, je pravděpodobné, že najdou nové uplatnění v celé řadě průmyslových odvětví a produktů.

Všestranné aplikace silikonu

Silikon je základní složkou řady produktů a materiálů používaných ve stavebnictví a průmyslu. Jeho schopnost odolávat vysokým a nízkým teplotám, odolávat chemikáliím a olejům a zůstat stabilní v extrémních podmínkách z něj činí vynikající materiál pro řadu aplikací, včetně:

• Nátěry a lepidla
• Izolátory a plniva (zde je návod, jak použít ty správné)
• Automobilová motorová maziva a převody
• Speciální oleje a dokončovací produkty
• Zasklívací a dokončovací materiály

Elektronický a letecký průmysl

Silikony se také běžně používají v elektronickém a leteckém průmyslu díky svým jedinečným vlastnostem, včetně:

• Účinná izolace a odolnost vůči vysokým teplotám a chemikáliím
• Schopnost vyplnit mezery a poskytnout odpružení pro jemné součásti
• Stabilní a dlouhotrvající výkon v extrémních prostředích

Lékařské a kosmetické aplikace

Silikonový gel je důležitou složkou lékařských a kosmetických produktů díky své vysoké biokompatibilitě a schopnosti napodobovat vlastnosti lidské tkáně. Některá konkrétní použití zahrnují:

• Prsní implantáty, implantáty varlat a prsní implantáty
• Obvazy a obvazy
• Kontaktní čočky
• Ošetření jizev a produkty péče o rány

Speciální aplikace

Silikon se také používá v různých speciálních aplikacích, včetně:

• Výroba pryže a pryskyřice
• Mikrofluidika a další vysoce přesné komponenty
• Produkty ropného a plynárenského průmyslu
• Účinná a dlouhotrvající lepidla

Budoucnost silikonových aplikací

Vzhledem k tomu, že technologie a zpracovatelské techniky pokračují vpřed, rozsah silikonových aplikací bude nadále růst. Od vývoje nových materiálů a sloučenin až po navrhování specifických částí a struktur zůstane silikon základní složkou v široké řadě produktů a průmyslových odvětví.

Proč je silikon bezpečnou a ekologicky šetrnou volbou

Silikon je oblíbenou volbou pro mnoho produktů díky svým bezpečnostním prvkům. Zde je několik důvodů:

• Žádné ftaláty: Ftaláty jsou chemikálie, které se běžně vyskytují v plastech a mohou být škodlivé pro lidské zdraví. Silikon neobsahuje ftaláty, takže je bezpečnější alternativou k plastu.
• Bez BPA: Bisfenol A (BPA) je další chemická látka nalezená v plastech, která může mít negativní účinky na zdraví. Silikon neobsahuje BPA, takže je zdravější variantou pro skladování potravin a vaření.
• Schváleno Health Canada: Health Canada považuje silikon potravinářské kvality za bezpečný pro vaření a skladování potravin. Nereaguje s potravinami ani nápoji, takže je bezpečnou volbou pro kuchyňské použití.

Úvahy o životním prostředí

Silikon je nejen bezpečný pro člověka, ale je také šetrnou k životnímu prostředí. Zde je důvod:

• Odolný: Silikon je odolný materiál, který vydrží roky a snižuje potřebu časté výměny a plýtvání.
• Recyklovatelný: Silikon lze recyklovat, což snižuje jeho dopad na životní prostředí.
• Nízká toxicita: Silikon je materiál s nízkou toxicitou, což znamená, že během výroby nebo likvidace neuvolňuje škodlivé chemikálie do životního prostředí.

Silikon vs plast: Jaká je lepší alternativa?

Silikon a plast jsou dva typy materiálů, které se běžně používají v různých průmyslových odvětvích. Plast je tradiční materiál, který se používá po desetiletí, zatímco silikon je relativně nová sloučenina, která si v posledních letech získala oblibu. Oba materiály mají své vlastní jedinečné vlastnosti a použití, ale existují mezi nimi některé důležité rozdíly.

Rozdíl ve vlastnostech

Jedním z hlavních rozdílů mezi silikonem a plastem je způsob jejich výroby. Silikon se vyrábí z křemíku, přirozeně se vyskytujícího stabilního prvku, zatímco plast je vyroben ze syntetických sloučenin. To znamená, že silikon má některé vlastnosti, které plast nemá, například je odolnější a tepelně odolný. Silikon odolává vyšším teplotám než plast, takže je ideální pro použití v zařízeních pro vaření a pečení.

Podobnosti a rozdíly ve tvaru a tvarovatelnosti

I když je silikon odolnější než plast, není tak pružný. Nelze jej tvarovat do různých tvarů jako plastové plechovky. Silikon však lze tvarovat do různých tvarů, díky čemuž je oblíbenou volbou pro nádobí a kuchyňské vybavení. Plast se také běžně používá na nádobí a kuchyňské vybavení, ale není tak odolný jako silikon.

Bezpečnost a elektrické vlastnosti

Silikon je také známý pro svou bezpečnost a elektrické vlastnosti. Je to netoxický materiál, který při zahřívání neuvolňuje škodlivé chemikálie, takže je bezpečný pro použití při vaření a pečení. Je to také dobrý elektrický izolant, takže je ideální pro použití v elektrických zařízeních. Na druhé straně plast může při zahřívání uvolňovat škodlivé chemikálie, což z něj činí méně bezpečnou variantu pro vaření a pečení.

Čištění a údržba

Pokud jde o čištění a údržbu, silikon a plast mají určité podobnosti a rozdíly. Oba materiály lze mýt v myčce na nádobí, silikon je však odolnější a snese vyšší teploty. Plast se může při vysokých teplotách deformovat a tavit, takže je méně odolný než silikon.

Proč investovat do čističky vzduchu?

Takže silikon je materiál vyrobený z křemíku a kyslíku a používá se na spoustu věcí. 

Vidíte, proč je teď tak populární, ne? Nebojte se tedy zeptat, pokud si nejste něčím jisti. Vždy můžete požádat přítele o pomoc. 

A nezapomeňte se podívat do našeho průvodce, kde najdete další informace o silikonu.

Jmenuji se Joost Nusselder, zakladatel společnosti Tools Doctor, obchodník s obsahem a táta. Rád zkouším nové vybavení a společně se svým týmem vytvářím od roku 2016 podrobné články na blogu, které věrným čtenářům pomáhají s nástroji a tipy na tvorbu.