Silikoon: ajaloo, keemia ja ohutuse täielik juhend

Silikoonid on polümeerid, mis sisaldavad mis tahes inertseid, sünteetiline ühend, mis koosneb korduvatest siloksaani ühikutest, mis on funktsionaalne rühm kahest räni aatomist ja ühest hapnikuaatomist, mis on sageli ühendatud süsiniku ja/või vesinikuga. Need on tavaliselt kuumakindlad ja kummitaolised ning neid kasutatakse hermeetikutes, liimid, määrdeained, ravimid, kööginõud ning soojus- ja elektriisolatsioon.

Selles artiklis käsitleme silikooni omadusi ja selle tootmisprotsessi.

Kõik, mida pead teadma silikooni kohta

Silikoon on polümeermaterjal, mis koosneb molekulidest, mida nimetatakse siloksaanideks. See on ainulaadne materjal, mis koosneb ränist, liivas ja kivimites leiduvast looduslikust elemendist ning hapnikust. Kui need kaks elementi on kombineeritud, moodustavad nad ühendi, mis sisaldab pikki korduvate monomeeride ahelaid, mis on omavahel seotud, et luua lõpptoode.

Kuidas silikooni toodetakse?

Silikooni toodetakse tavaliselt puhta räni segamisel teiste ühenditega, et luua silikoonühend. Seejärel viiakse ühend läbi rea teaduslikke protsesse, et luua lõpptoode, mis koosneb korduvate monomeeride pikkadest ahelatest. Need ahelad on omavahel ühendatud, et luua polümeer, mida tavaliselt tuntakse silikoonina.

Millised on silikooni peamised kasutusalad?

Silikoon on populaarne materjal, mida kasutatakse paljudes erinevates toodetes. Mõned silikooni levinumad kasutusalad on järgmised:

• Hermeetikute ja liimide loomine, mida saab kasutada erinevate materjalide ühendamiseks.
• Määrdeainete tootmine, mida saab kasutada liikuvate osade vahelise hõõrdumise vähendamiseks.
• Soojus- ja elektriisolatsiooni loomine, mille abil saab kaitsta tundlikke seadmeid soojuse ja elektri eest.
• Mittetoksiliste ja kuumusele vastupidavate köögiriistade ja muude köögitoodete valmistamine.
• Patsientide jaoks ohutute ja tõhusate meditsiiniseadmete ja implantaatide loomine.

Mis vahe on silikoonil ja silikoonidel?

Silikoon on üks materjal, silikoonid aga rühm materjale, mis koosnevad silikoonist. Silikoonid on tavaliselt kõvemad ja vastupidavamad kui silikoon ning neid kasutatakse tavaliselt toodetes, mis nõuavad kõrget kvaliteeti ja jõudlust.

Silikooni areng: kristallilisest ränist tänapäevase tootmiseni

1854. aastal sai Henry Sainte-Claire Deville kristallilise räni, mis oli materjalide ja ühendite maailmas märkimisväärne avastus. Räni on keemiline element sümboliga Si ja aatomnumbriga 14. See on kõva, rabe kristalne tahke aine, millel on sinakashall metalliline läige ning see on neljavalentne metalloid ja pooljuht. Räni on massi järgi universumis levinuim element kaheksandal kohal, kuid puhtal kujul leidub seda looduses harva.

Silikoonide sünd: Hyde'i uuringud ja Kippingu nimed

1930. aastal viis JF Hyde läbi esimesed uuringud kaubanduslike silikoonide tootmiseks. Hiljem, 1940. aastal, andis inglise keemik Frederich Stanley Kipping, kasutades Hyde'i uuringuid, materjalile nimetuse "silikoonid", kuna need olid "kleepuvad segadused". Kipping oli orgaanilise keemia valdkonna teerajaja ja on tuntud oma töö poolest silikoonide keemia vallas. Silikoonid on sünteetiliste polümeeride rühm, mis koosneb korduvatest siloksaani ühikutest, mis on vahelduvate räni- ja hapnikuaatomite ahel, mille orgaanilised rühmad on seotud räni aatomitega.

Silikoonide keemia: struktuur ja polümeerahelad

Silikoonid on sisuliselt polümeerid, millel on korduv siloksaan. Siloksaaniüksus koosneb räni aatomist, mis on seotud kahe hapnikuaatomiga, mis omakorda on seotud orgaaniliste rühmadega. Orgaanilised rühmad võivad olla metüül-, etüül-, fenüül- või muud rühmad. Siloksaani ühikuid saab omavahel ühendada, et moodustada lineaarseid või hargnenud ahelaid. Kette saab ka ristseotud, et moodustada kolmemõõtmeline võrk. Saadud materjal on mitmesuguste omadustega silikoonpolümeer.

Kaasaegne silikoonide tootmine: Corning, Dow ja hüdrolüüs

How to strip wire fast

Share

Watch on

Kaasaegne silikoonide tootmine hõlmab mitmesuguseid meetodeid, kuid kõige levinum meetod põhineb räniühendite hüdrolüüsil. Räniühendid, nagu ränitetrakloriid (SiCl4) või dimetüüldiklorosilaan (CH3)2SiCl2, pannakse siloksaanide saamiseks reageerima veega. Seejärel siloksaanid polümeriseeritakse, moodustades silikoonpolümeerid. Protsessi võib läbi viia mitmesuguste katalüsaatorite, sealhulgas hapetega, nagu HCl, või alustega, nagu NaOH, kasutades.

Silikoonide omadused: tugev, veekindel ja elektrit isoleeriv

Silikoonidel on lai valik omadusi, mis sõltuvad räni aatomitega seotud orgaanilistest rühmadest ja polümeeri ahelate pikkusest. Mõned silikoonide omadused on järgmised:

• Tugev ja vastupidav
• Veekindel
• Elektriliselt isoleeriv
• Vastupidav kõrgetele ja madalatele temperatuuridele
• Keemiliselt inertne
• Biocompatibl et

Silikoone kasutatakse paljudes rakendustes, sealhulgas:

• Hermeetikud ja liimid
• Määrdeained ja katted
• Meditsiiniseadmed ja implantaadid
• Elektriisolatsioon ja trükkplaadid
• Auto- ja kosmosetööstuse komponendid
• Isikuhooldustooted ja kosmeetika

Erinevused silikoonide ja muude polümeeride vahel

Silikoonid erinevad teistest polümeeridest mitmel viisil:

• Silikoonides on korduv ühik siloksaan, samas kui teistel polümeeridel on erinevad korduvad ühikud.
• Räni-hapniku side siloksaanis on tugevam kui süsinik-süsinik side teistes polümeerides, mis annab silikoonidele nende ainulaadsed omadused.
• Silikoonid on kõrgete ja madalate temperatuuride suhtes vastupidavamad kui teised polümeerid.
• Silikoonid on veekindlamad kui teised polümeerid.

Silikoonide tulevik: täiustatud uuringud ja uued tooted

Silikoonide kasutamine kasvab jätkuvalt ja uusi tooteid arendatakse pidevalt. Mõned silikoonide täiustatud uuringute valdkonnad on järgmised:

• Uute katalüsaatorite väljatöötamine siloksaanide polümerisatsiooniks
• Silüülatsetaatide ja muude ühendite kasutamine silikoonide omaduste muutmiseks
• Happe ja aluse katalüüsitud reaktsioonide kasutamine uut tüüpi silikoonpolümeeride tootmiseks
• Silikoonpolümeeride kasutamine klaasi ja muude materjalide moodustamisel

Mõiste "silikoonid" on endiselt levinud termin, mida kasutatakse mitmesuguste silikoonil põhinevate materjalide kirjeldamiseks ning nende materjalide omadusi uuritakse ja mõistetakse jätkuvalt.

Liivast silikoonini: põnev silikooni valmistamise protsess

Silikoon on polümeer, mida kasutatakse laialdaselt erinevates vormides ja toodetes. Silikooni soovitud vormide saavutamise protsess hõlmab mitmeid samme, mis nõuavad õigeid materjale ja ehitusplokke. Siin on tootmisprotsessi komponendid ja etapid:

• Räni: silikooni peamine ehitusplokk on räni, mis on üks maakera levinumaid elemente. See isoleeritakse kvartsliiva peenestamisel ja sellele kuumuse rakendamisel, saavutades temperatuuri kuni 2000 kraadi Celsiuse järgi.

• Metüülkloriid: räni segatakse metüülkloriidiga, mida tavaliselt tuntakse klorometaanina. Selle reaktsiooni tulemusena tekib klorosilaan, mis on silikooni tootmisel võtmetähtsusega vaheühend.

• Kuumutamine: klorosilaani kuumutatakse seejärel dimetüüldiklorosilaaniks, mis on silikooni eelkäija. See protsess hõlmab segu kuumutamist, mis aktiveerib reaktsiooni ja eemaldab vesinikkloriidhappe.

• Polümeeri töötlemine: Seejärel segatakse dimetüüldiklorosilaan veega, et moodustada polümeer. Seda polümeeri saab edasi töödelda, et saada erinevaid silikoonivorme, nagu elastomeerid, mida tavaliselt kasutatakse kummitoodete valmistamisel.

Kvaliteedikontrolli tähtsus silikooni tootmisel

Silikooni tootmine nõuab kõrgetasemelist kvaliteedikontrolli, et tagada lõpptoote vastavus nõutavatele standarditele. Tootjad peavad tagama, et tootmisprotsessis kasutatakse õigeid komponente ja et protsess viiakse läbi õigetes tingimustes. Siin on mõned tegurid, mida tootjad peavad arvestama:

• Temperatuur: tootmisprotsess nõuab kõrgeid temperatuure, mis võib mõjutada lõpptoote kvaliteeti. Tootjad peavad tagama, et temperatuur oleks hoolikalt kontrollitud, et vältida silikooni kahjustamist.

• Mahu eraldamine: tootmisprotsess hõlmab reaktsiooni mahu eraldamist, et tagada õige koguse silikooni tootmine. See nõuab reaktsiooni hoolikat jälgimist ja kontrolli.

• Ristsidumine: teatud silikoonivormid nõuavad soovitud omaduste saavutamiseks ristsidumist. See hõlmab polümeeriahelate ühendamist tugevama materjali loomiseks.

Turul levinud silikoonivormid

Silikooni leidub tavaliselt paljudes toodetes, alates köögiriistadest kuni meditsiiniseadmeteni. Siin on mõned turul kõige levinumad silikoonivormid:

• Madala tihedusega silikoon: seda tüüpi silikooni kasutatakse tavaliselt hermeetikute ja liimide tootmisel.

• Elastomeerid: neid kasutatakse tavaliselt kummitoodete, näiteks tihendite ja O-rõngaste tootmisel.

• Kõrge temperatuuriga silikoon: seda tüüpi silikooni kasutatakse rakendustes, mis nõuavad kõrge temperatuuri vastupidavust, näiteks kosmosetööstuses.

Silikooni keemia: selle mitmekülgse materjali omaduste ja moodustumise uurimine

Silikoon on sünteetiline materjal, mis koosneb räni, hapniku, süsiniku ja vesiniku aatomitest. See on teatud tüüpi polümeer, mis tähendab, et see koosneb pikkadest molekulide ahelatest, mis moodustuvad polümerisatsiooniks nimetatava protsessi käigus. Silikoon moodustatakse tavaliselt hüdrolüüsi meetodil, mis hõlmab räniühendite reageerimist veega, et saada siloksaanid.

Siloksaanide ja silikoonpolümeeride keemia

Siloksaanid on silikoonpolümeeride ehitusplokid. Need tekivad räniühendite reaktsioonil veega, mis tekitab vahelduvate räni- ja hapnikuaatomite ahela. Saadud siloksaani ahelat saab täiendavalt modifitseerida, lisades orgaanilisi rühmi, näiteks metüül- või fenüülrühmi, et saada mitmesuguseid silikoonpolümeere.

Üks levinumaid silikoonpolümeere on polüdimetüülsiloksaan (PDMS), mis tekib metüülrühmade lisamisel siloksaani ahelasse. PDMS on sinakashalli metallilise läikega kõva, habras kristalne tahke aine, mis kuulub perioodilisuse tabeli rühma 14. See on teatud tüüpi silikoon, mida tavaliselt kasutatakse elektrooniliste vooluahelate ja muude toodete tootmisel, mis nõuavad tugevat ja veekindlat materjali.

Silikooni omadused ja selle tavalised kasutusalad

Silikoonil on mitmeid unikaalseid omadusi, mis muudavad selle populaarseks materjaliks mitmesuguste rakenduste jaoks. Mõned silikooni peamised omadused on järgmised:

• Kõrge termiline stabiilsus
• Veekindlus
• Madal toksilisus
• Head elektriisolatsiooni omadused
• Kõrge gaasi läbilaskvus

Need omadused teevad silikoonist populaarse materjali mitmesuguste toodete jaoks, sealhulgas:

• Meditsiiniseadmed
• Autotooted
• Elektroonilised osad
• Hermeetikud ja liimid
• Isikuhooldustooted

Silikooni tootmise ja arendamise tulevik

Silikooni tootmine ja arendus jääb keemikute ja materjaliteadlaste aktiivseks uurimisvaldkonnaks. Silikooni polümeeride tootmiseks pakutakse välja ja katsetatakse uusi meetodeid, sealhulgas ketooni ja silüülatsetaatide kasutamist polümerisatsiooniprotsessis. Uute silikoonpolümeeride väljatöötamisel leiavad need tõenäoliselt uusi rakendusi paljudes tööstusharudes ja toodetes.

Silikooni mitmekülgsed rakendused

Silikoon on oluline koostisosa mitmesugustes ehitus- ja tööstussektoris kasutatavates toodetes ja materjalides. Selle võime taluda kõrgeid ja madalaid temperatuure, taluda kemikaale ja õlisid ning püsida stabiilsena äärmuslikes tingimustes muudab selle suurepäraseks materjaliks mitmesugusteks rakendusteks, sealhulgas:

• Katted ja liimid
• Isolaatorid ja täiteained (õigete täiteainete kasutamine on järgmine)
• Automootorite määrded ja käigud
• Spetsiaalsed õlid ja viimistlustooted
• Klaasimis- ja viimistlusmaterjalid

Elektroonika- ja kosmosetööstus

Silikoone kasutatakse sageli ka elektroonika- ja kosmosetööstuses nende ainulaadsete omaduste tõttu, sealhulgas:

• Tõhus isolatsioon ja vastupidavus kõrgetele temperatuuridele ja kemikaalidele
• Võimalus täita lünki ja pakkuda õrnadele komponentidele pehmendust
• Stabiilne ja kauakestev jõudlus ekstreemsetes keskkondades

Meditsiini- ja kosmeetikarakendused

Silikoongeel on meditsiini- ja kosmeetikatoodete oluline koostisosa tänu oma suurele biosobivusele ja võimele jäljendada inimkoe omadusi. Mõned konkreetsed kasutusalad hõlmavad järgmist:

• Rinnaimplantaadid, munandiimplantaadid ja rinnaimplantaadid
• Sidemed ja sidemed
• Kontaktläätsed
• Armide ravi ja haavahooldustooted

Spetsiaalsed rakendused

Silikooni kasutatakse ka mitmesugustes erirakendustes, sealhulgas:

• Kummi ja vaigu tootmine
• Mikrofluidika ja muud ülitäpsed komponendid
• Nafta- ja gaasitööstuse tooted
• Tõhusad ja kauakestvad liimid

Silikoonrakenduste tulevik

Kuna tehnoloogia ja töötlemismeetodid arenevad edasi, kasvab silikoonirakenduste valik ainult edasi. Alates uute materjalide ja ühendite väljatöötamisest kuni konkreetsete osade ja struktuuride kujundamiseni jääb silikoon paljudes toodetes ja tööstusharudes oluliseks koostisosaks.

Miks silikoon on ohutu ja keskkonnasõbralik valik?

Silikoon on oma turvaelementide tõttu populaarne valik paljude toodete jaoks. Siin on mõned põhjused, miks:

• Ftalaadid puuduvad: ftalaadid on kemikaalid, mida tavaliselt leidub plastides ja mis võivad olla inimeste tervisele kahjulikud. Silikoon ei sisalda ftalaate, mistõttu on see plastikule ohutum alternatiiv.
• BPA puudub: Bisfenool A (BPA) on veel üks plastikus leiduv kemikaal, millel võib olla negatiivne mõju tervisele. Silikoon ei sisalda BPA-d, mistõttu on see tervislikum valik toidu säilitamisel ja küpsetamisel.
• Health Canada on heaks kiidetud: Health Canada on pidanud toidukvaliteediga silikooni toidu valmistamiseks ja säilitamiseks ohutuks. See ei reageeri toidu ega jookidega, mistõttu on see köögis kasutamiseks ohutu valik.

Keskkonnakaalutlused

Silikoon pole mitte ainult inimestele ohutu, vaid ka keskkonnasõbralik valik. Siin on põhjus:

• Vastupidav: Silikoon on vastupidav materjal, mis võib kesta aastaid, vähendades vajadust sagedase asendamise ja raiskamise järele.
• Taaskasutatav: silikooni saab taaskasutada, vähendades selle mõju keskkonnale.
• Madal toksilisus: Silikoon on madala toksilisusega materjal, mis tähendab, et see ei eralda tootmise või kõrvaldamise ajal keskkonda kahjulikke kemikaale.

Silikoon vs plast: milline on parem alternatiiv?

Silikoon ja plast on kahte tüüpi materjale, mida tavaliselt kasutatakse erinevates tööstusharudes. Plastik on traditsiooniline materjal, mida on kasutatud aastakümneid, silikoon aga suhteliselt uus ühend, mis on viimastel aastatel populaarsust kogunud. Mõlemal materjalil on oma ainulaadsed omadused ja kasutusalad, kuid nende vahel on mõned olulised erinevused.

Omaduste erinevus

Üks peamisi erinevusi silikooni ja plasti vahel on nende valmistamise viis. Silikoon on valmistatud ränist, looduslikult esinevast stabiilsest elemendist, plast aga sünteetilistest ühenditest. See tähendab, et silikoonil on mõned omadused, mida plastil pole, näiteks vastupidavam ja kuumakindlam. Silikoon talub kõrgemaid temperatuure kui plast, mistõttu on see ideaalne kasutamiseks toiduvalmistamis- ja küpsetusseadmetes.

Kuju ja vormitavuse sarnasused ja erinevused

Kuigi silikoon on plastist vastupidavam, pole see nii paindlik. Seda ei saa erineva kujuga vormida nagu plastikust purki. Kuid silikooni saab vormida erineva kujuga, mistõttu on see populaarne riistade ja köögiseadmete valik. Plastikut kasutatakse tavaliselt ka riistade ja köögiseadmete jaoks, kuid see pole nii vastupidav kui silikoon.

Ohutus ja elektrilised omadused

Silikoon on tuntud ka oma ohutuse ja elektriliste omaduste poolest. See on mittetoksiline materjal, mis ei eralda kuumutamisel kahjulikke kemikaale, mistõttu on see toiduvalmistamisel ja küpsetamisel ohutu. See on ka hea elektriisolaator, mis muudab selle ideaalseks kasutamiseks elektriseadmetes. Plastik aga võib kuumutamisel eraldada kahjulikke kemikaale, mistõttu on see toiduvalmistamiseks ja küpsetamiseks vähem ohutu.

Puhastamine ja hooldus

Puhastamise ja hoolduse osas on silikoonil ja plastil mõningaid sarnasusi ja erinevusi. Mõlemat materjali saab pesta nõudepesumasinas, kuid silikoon on vastupidavam ja talub kõrgemat temperatuuri. Plast võib kõrgetel temperatuuridel väänduda ja sulada, muutes selle vähem vastupidavaks kui silikoon.

Järeldus

Seega on silikoon materjal, mis on valmistatud ränist ja hapnikust ning seda kasutatakse paljude asjade jaoks. 

Saate aru, miks see nüüd nii populaarne on, kas pole? Seega ärge kartke küsimusi esitada, kui te pole milleski kindel. Alati võid sõbralt abi paluda. 

Ja ärge unustage silikooni kohta lisateabe saamiseks tutvuda meie juhendiga.

Olen Joost Nusselder, Tools Doctori asutaja, sisuturundaja ja isa. Mulle meeldib uusi seadmeid proovida ja olen koos oma meeskonnaga loonud põhjalikke ajaveebiartikleid alates 2016. aastast, et aidata lojaalseid lugejaid tööriistade ja meisterdamisnõuannetega.