سیلیکون ها پلیمرهایی هستند که شامل هر گونه بی اثر، ترکیبی ترکیبی متشکل از واحدهای تکرارشونده سیلوکسان، که یک گروه عملکردی از دو اتم سیلیکون و یک اتم اکسیژن است که اغلب با کربن و/یا هیدروژن ترکیب می‌شود. آنها معمولاً مقاوم در برابر حرارت و لاستیک مانند هستند و در درزگیرها استفاده می شوند. چسب ها، روان کننده ها، داروها، ظروف پخت و پز و عایق های حرارتی و الکتریکی.
در این مقاله به خواص سیلیکون و فرآیند ساخت آن می پردازیم.
در این پست به موارد زیر می پردازیم:
- هر آنچه باید درباره سیلیکون بدانید
- تکامل سیلیکون: از سیلیکون کریستالی تا تولید مدرن
- از شن تا سیلیکون: فرآیند جذاب تولید سیلیکون
- شیمی سیلیکون: بررسی خواص و تشکیل این ماده همه کاره
- کاربردهای همه کاره سیلیکون
- چرا سیلیکون انتخابی ایمن و دوستدار محیط زیست است؟
- سیلیکون در مقابل پلاستیک: کدام جایگزین بهتر است؟
- نتیجه
هر آنچه باید درباره سیلیکون بدانید
سیلیکون یک ماده پلیمری است که از مولکول هایی به نام سیلوکسان تشکیل شده است. این ماده منحصر به فردی است که از سیلیکون، یک عنصر طبیعی موجود در ماسه و سنگ ها و اکسیژن تشکیل شده است. هنگامی که این دو عنصر با هم ترکیب می شوند، ترکیبی را تشکیل می دهند که حاوی زنجیره های بلندی از مونومرهای تکرار شونده است که برای ایجاد محصول نهایی به یکدیگر متصل می شوند.
سیلیکون چگونه تولید می شود؟
سیلیکون معمولاً با مخلوط کردن سیلیکون خالص با سایر ترکیبات برای ایجاد یک ترکیب سیلیکونی تولید می شود. سپس این ترکیب از طریق یک سری فرآیندهای علمی عبور داده می شود تا محصول نهایی ایجاد شود که از زنجیره های طولانی مونومرهای تکرار شونده تشکیل شده است. این زنجیرها برای ایجاد پلیمری که معمولاً به نام سیلیکون شناخته می شود به یکدیگر متصل می شوند.
کاربردهای اولیه سیلیکون چیست؟
سیلیکون یک ماده محبوب است که در بسیاری از محصولات مختلف استفاده می شود. برخی از رایج ترین کاربردهای سیلیکون عبارتند از:
- ایجاد درزگیرها و چسب هایی که می توان از آنها برای چسباندن مواد مختلف به یکدیگر استفاده کرد.
- تولید روان کننده هایی که می توان از آنها برای کاهش اصطکاک بین قطعات متحرک استفاده کرد.
- ایجاد عایق حرارتی و الکتریکی که بتوان از تجهیزات حساس در برابر گرما و برق محافظت کرد.
- ساخت ظروف پخت و پز و سایر محصولات آشپزخانه غیر سمی و مقاوم در برابر حرارت.
- ایجاد وسایل پزشکی و ایمپلنت های ایمن و موثر برای بیماران.
تفاوت بین سیلیکون و سیلیکون چیست؟
سیلیکون یک ماده واحد است، در حالی که سیلیکون ها گروهی از مواد هستند که از سیلیکون تشکیل شده اند. سیلیکون‌ها معمولاً سخت‌تر و بادوام‌تر از سیلیکون هستند و معمولاً در محصولاتی استفاده می‌شوند که به کیفیت و عملکرد بالایی نیاز دارند.
تکامل سیلیکون: از سیلیکون کریستالی تا تولید مدرن
در سال 1854، هنری سنت کلر دویل سیلیکون کریستالی را به دست آورد که یک کشف مهم در دنیای مواد و ترکیبات بود. سیلیکون یک عنصر شیمیایی با نماد Si و عدد اتمی 14 است. این یک جامد کریستالی سخت و شکننده با درخشندگی فلزی آبی مایل به خاکستری است و یک متالوئید و نیمه هادی چهار ظرفیتی است. سیلیکون هشتمین عنصر رایج در جهان از نظر جرم است، اما به ندرت به صورت خالص در طبیعت یافت می شود.
تولد سیلیکون ها: تحقیقات هاید و نامگذاری کیپینگ
در سال 1930، JF Hyde اولین تحقیق را برای تولید سیلیکون های تجاری انجام داد. بعدها، در سال 1940، شیمیدان انگلیسی، فردریش استنلی کیپینگ، با استفاده از تحقیقات هاید، نام این ماده را "سیلیکون" گذاشت، زیرا آنها "به هم ریخته های چسبنده" بودند. کیپینگ در زمینه شیمی آلی پیشگام بود و بیشتر به خاطر کارش بر روی شیمی سیلیکون ها شناخته شده است. سیلیکون‌ها گروهی از پلیمرهای مصنوعی هستند که از واحدهای تکرارشونده سیلوکسان تشکیل شده‌اند که زنجیره‌ای از اتم‌های سیلیسیم و اکسیژن متناوب با گروه‌های آلی متصل به اتم‌های سیلیکون است.
شیمی سیلیکون ها: ساختار و زنجیره های پلیمری
سیلیکون ها اساساً پلیمرهایی با واحد تکرار شونده سیلوکسان هستند. واحد سیلوکسان شامل یک اتم سیلیکون متصل به دو اتم اکسیژن است که به نوبه خود به گروه های آلی متصل هستند. گروه های آلی می توانند متیل، اتیل، فنیل یا گروه های دیگر باشند. واحدهای سیلوکسان را می توان به یکدیگر متصل کرد تا زنجیره های خطی یا زنجیره های منشعب را تشکیل دهند. زنجیرها همچنین می توانند به صورت متقاطع به هم متصل شوند تا یک شبکه سه بعدی تشکیل دهند. ماده به دست آمده یک پلیمر سیلیکونی با خواص بسیار متنوعی است.
تولید مدرن سیلیکون: کورنینگ، داو و هیدرولیز
تولید مدرن سیلیکون ها شامل روش های مختلفی است، اما رایج ترین روش مبتنی بر هیدرولیز ترکیبات سیلیکون است. ترکیبات سیلیکونی مانند تتراکلرید سیلیکون (SiCl4) یا دی متیل دی کلروسیلان (CH3)2SiCl2 با آب واکنش داده و سیلوکسان تولید می کنند. سپس سیلوکسان ها برای تشکیل پلیمرهای سیلیکونی پلیمریزه می شوند. این فرآیند را می توان با استفاده از انواع کاتالیزورها از جمله اسیدهایی مانند HCl یا بازهایی مانند NaOH انجام داد.
خواص سیلیکون: قوی، مقاوم در برابر آب و عایق الکتریکی
سیلیکون ها دارای طیف وسیعی از خواص هستند که بستگی به گروه های آلی متصل به اتم های سیلیکون و طول زنجیره های پلیمری دارد. برخی از خواص سیلیکون عبارتند از:
- قوی و بادوام
- ضد آب
- عایق الکتریکی
- مقاوم در برابر دماهای بالا و پایین
- از نظر شیمیایی بی اثر
- Biocompatibl به
سیلیکون ها در طیف وسیعی از کاربردها استفاده می شوند، از جمله:
- درزگیر و چسب
- روان کننده ها و روکش ها
- تجهیزات پزشکی و ایمپلنت
- عایق برق و برد مدار
- قطعات خودرو و هوافضا
- محصولات مراقبت شخصی و لوازم آرایشی
تفاوت بین سیلیکون و سایر پلیمرها
سیلیکون ها از چند جهت با سایر پلیمرها متفاوت هستند:
- واحد تکرار شونده در سیلیکون ها سیلوکسان است، در حالی که سایر پلیمرها واحدهای تکرار شونده متفاوتی دارند.
- پیوند سیلیکون-اکسیژن در سیلوکسان قوی تر از پیوند کربن-کربن در سایر پلیمرها است که به سیلیکون ها خواص منحصر به فردی می بخشد.
- سیلیکون ها نسبت به سایر پلیمرها در برابر دماهای بالا و پایین مقاومت بیشتری دارند.
- سیلیکون ها نسبت به سایر پلیمرها در برابر آب مقاوم تر هستند.
آینده سیلیکون ها: تحقیقات پیشرفته و محصولات جدید
استفاده از سیلیکون ها همچنان در حال رشد است و محصولات جدید همیشه در حال توسعه هستند. برخی از زمینه های تحقیقات پیشرفته در سیلیکون عبارتند از:
- توسعه کاتالیزورهای جدید برای پلیمریزاسیون سیلوکسان ها
- استفاده از سیلیل استات و سایر ترکیبات برای اصلاح خواص سیلیکون ها
- استفاده از واکنش های کاتالیزور اسید و باز برای تولید انواع جدیدی از پلیمرهای سیلیکونی
- استفاده از پلیمرهای سیلیکونی در تشکیل شیشه و سایر مواد
اصطلاح "سیلیکون" یک اصطلاح رایج است که برای توصیف طیف گسترده ای از مواد مبتنی بر سیلیکون استفاده می شود و خواص این مواد همچنان مورد بررسی و درک قرار می گیرد.
از شن تا سیلیکون: فرآیند جذاب تولید سیلیکون
سیلیکون پلیمری است که در اشکال و محصولات مختلف کاربرد فراوانی دارد. فرآیند دستیابی به اشکال مورد نظر سیلیکون شامل یک سری مراحل است که به مواد و بلوک های ساختمانی مناسب نیاز دارد. اجزا و مراحل درگیر در فرآیند تولید به شرح زیر است:
- سیلیکون: بلوک اصلی ساختمان سیلیکون سیلیکون است که یکی از رایج ترین عناصر زمین است. با آسیاب شن کوارتز و اعمال حرارت به آن جدا می شود و دمای آن تا 2000 درجه سانتیگراد می رسد.
- متیل کلرید: سیلیکون با متیل کلرید که معمولاً به عنوان کلرومتان شناخته می شود مخلوط می شود. این واکنش کلروسیلان را تولید می کند که یک واسطه کلیدی در تولید سیلیکون است.
- حرارت دادن: سپس کلروسیلان گرم می شود تا دی متیل دی کلروسیلان که پیش ماده سیلیکون است تشکیل شود. این فرآیند شامل اعمال حرارت به مخلوط است که واکنش را فعال می کند و اسید کلریدریک را حذف می کند.
- پردازش پلیمر: دی متیل دی کلروسیلان سپس با آب مخلوط می شود تا یک پلیمر تشکیل شود. این پلیمر را می توان برای دستیابی به اشکال مختلف سیلیکون، مانند الاستومرها، که معمولاً در تولید محصولات لاستیکی استفاده می شود، پردازش کرد.
اهمیت کنترل کیفیت در تولید سیلیکون
تولید سیلیکون نیاز به سطح بالایی از کنترل کیفیت دارد تا اطمینان حاصل شود که محصول نهایی استانداردهای لازم را دارد. تولیدکنندگان باید اطمینان حاصل کنند که از اجزای مناسب در فرآیند تولید استفاده می شود و این فرآیند در شرایط مناسب انجام می شود. در اینجا برخی از عواملی است که تولید کنندگان باید در نظر بگیرند:
- دما: فرآیند تولید به دماهای بالا نیاز دارد که می تواند بر کیفیت محصول نهایی تأثیر بگذارد. سازندگان باید اطمینان حاصل کنند که دما به دقت کنترل می شود تا از آسیب به سیلیکون جلوگیری شود.
- جداسازی حجم: فرآیند تولید شامل جداسازی حجم واکنش برای اطمینان از تولید مقدار مناسب سیلیکون است. این امر مستلزم نظارت و کنترل دقیق واکنش است.
- اتصال عرضی: برخی از اشکال سیلیکون برای دستیابی به خواص مورد نظر نیاز به اتصال عرضی دارند. این شامل اتصال زنجیره های پلیمری به یکدیگر برای ایجاد یک ماده قوی تر است.
اشکال رایج سیلیکون در بازار
سیلیکون معمولا در طیف وسیعی از محصولات، از ظروف آشپزخانه گرفته تا دستگاه های پزشکی یافت می شود. در اینجا برخی از رایج ترین اشکال سیلیکون در بازار آورده شده است:
- سیلیکون با چگالی کم: این نوع سیلیکون معمولاً در ساخت درزگیرها و چسب ها استفاده می شود.
- الاستومرها: این الاستومرها معمولاً در ساخت محصولات لاستیکی مانند واشر و حلقه های O استفاده می شوند.
- سیلیکون با دمای بالا: این نوع سیلیکون در کاربردهایی که نیاز به مقاومت در برابر دمای بالا دارند مانند صنایع هوافضا استفاده می شود.
شیمی سیلیکون: بررسی خواص و تشکیل این ماده همه کاره
سیلیکون ماده ای مصنوعی است که از اتم های سیلیکون، اکسیژن، کربن و هیدروژن ساخته شده است. این یک نوع پلیمر است، به این معنی که از زنجیره های بلندی از مولکول ها تشکیل شده است که طی فرآیندی به نام پلیمریزاسیون به وجود می آیند. سیلیکون معمولاً از طریق روشی به نام هیدرولیز تشکیل می شود که شامل واکنش ترکیبات سیلیکون با آب برای تولید سیلوکسان است.
شیمی سیلوکسان ها و پلیمرهای سیلیکون
سیلوکسان ها بلوک های سازنده پلیمرهای سیلیکونی هستند. آنها از واکنش ترکیبات سیلیکون با آب تشکیل می شوند که زنجیره ای از اتم های سیلیسیم و اکسیژن متناوب را تولید می کند. زنجیره سیلوکسان حاصل را می‌توان با افزودن گروه‌های آلی، مانند گروه‌های متیل یا فنیل، برای تولید طیف گسترده‌ای از پلیمرهای سیلیکونی اصلاح کرد.
یکی از رایج ترین پلیمرهای سیلیکونی پلی دی متیل سیلوکسان (PDMS) است که با افزودن گروه های متیل به زنجیره سیلوکسان تشکیل می شود. PDMS یک جامد کریستالی سخت و شکننده با درخشش فلزی خاکستری آبی است و عضوی از گروه 14 جدول تناوبی است. این یک نوع سیلیکون است که معمولاً در تولید مدارهای الکترونیکی و سایر محصولاتی که نیاز به مواد قوی و مقاوم در برابر آب دارند استفاده می شود.
خواص سیلیکون و کاربردهای رایج آن
سیلیکون دارای تعدادی خواص منحصر به فرد است که آن را به ماده ای محبوب برای کاربردهای مختلف تبدیل می کند. برخی از خواص کلیدی سیلیکون عبارتند از:
- پایداری حرارتی بالا
- مقاومت آب
- سمیت کم
- خواص عایق الکتریکی خوب
- نفوذپذیری گاز بالا
این ویژگی‌ها سیلیکون را به ماده‌ای محبوب برای طیف گسترده‌ای از محصولات تبدیل می‌کند، از جمله:
- وسایل پزشکی
- قطعات خودرو
- قطعات الکترونیکی
- درزگیر و چسب
- محصولات مراقبت شخصی
آینده تولید و توسعه سیلیکون
تولید و توسعه سیلیکون یک حوزه فعال تحقیقاتی برای شیمیدانان و دانشمندان مواد باقی مانده است. روش های جدیدی برای تولید پلیمرهای سیلیکونی در حال ارائه و آزمایش هستند که شامل استفاده از کتون و سیلیل استات در فرآیند پلیمریزاسیون می شود. با توسعه پلیمرهای سیلیکونی جدید، احتمالاً کاربردهای جدیدی در طیف گسترده ای از صنایع و محصولات پیدا می کنند.
کاربردهای همه کاره سیلیکون
سیلیکون یک عنصر ضروری در انواع محصولات و مواد مورد استفاده در بخش های ساختمانی و صنعتی است. توانایی آن در تحمل دماهای بالا و پایین، مقاومت در برابر مواد شیمیایی و روغن‌ها و پایدار ماندن در شرایط سخت، آن را به یک ماده عالی برای طیف وسیعی از کاربردها تبدیل می‌کند، از جمله:
- روکش و چسب
- عایق ها و پرکننده ها (در اینجا نحوه استفاده از پرکننده های مناسب آورده شده است)
- روان کننده و دنده موتور خودرو
- روغن های تخصصی و محصولات تکمیلی
- مواد لعاب کاری و تکمیلی
صنایع الکترونیک و هوافضا
سیلیکون ها همچنین به دلیل خواص منحصر به فرد خود معمولاً در صنایع الکترونیک و هوافضا استفاده می شوند، از جمله:
- عایق موثر و مقاومت در برابر دماهای بالا و مواد شیمیایی
- قابلیت پر کردن شکاف ها و ایجاد بالشتک برای اجزای ظریف
- عملکرد پایدار و طولانی مدت در محیط های شدید
کاربردهای پزشکی و آرایشی
ژل سیلیکون به دلیل زیست سازگاری بالا و توانایی تقلید از خواص بافت انسانی، یک ماده مهم در محصولات پزشکی و آرایشی است. برخی از کاربردهای خاص عبارتند از:
- ایمپلنت سینه، ایمپلنت بیضه و ایمپلنت سینه ای
- باند و پانسمان
- لنزهای تماسی
- درمان اسکار و محصولات مراقبت از زخم
کاربردهای تخصصی
سیلیکون همچنین در کاربردهای تخصصی مختلفی استفاده می شود، از جمله:
- تولید لاستیک و رزین
- میکروسیال و سایر اجزای با دقت بالا
- محصولات صنعت نفت و گاز
- چسب های موثر و ماندگار
آینده برنامه های کاربردی سیلیکون
همانطور که فن آوری و تکنیک های پردازش به پیشرفت ادامه می دهند، دامنه کاربردهای سیلیکون فقط به رشد خود ادامه خواهد داد. از توسعه مواد و ترکیبات جدید گرفته تا طراحی قطعات و ساختارهای خاص، سیلیکون یک عنصر ضروری در طیف گسترده ای از محصولات و صنایع باقی خواهد ماند.
چرا سیلیکون انتخابی ایمن و دوستدار محیط زیست است؟
سیلیکون به دلیل ویژگی‌های ایمنی، انتخابی محبوب برای بسیاری از محصولات است. این ها چند پاسخ برای چرا هستند:
- بدون فتالات: فتالات ها مواد شیمیایی هستند که معمولا در پلاستیک یافت می شوند و می توانند برای سلامت انسان مضر باشند. سیلیکون حاوی فتالات نیست و آن را جایگزین ایمن تری برای پلاستیک می کند.
- بدون BPA: بیسفنول A (BPA) یکی دیگر از مواد شیمیایی موجود در پلاستیک است که می تواند اثرات منفی بر سلامتی داشته باشد. سیلیکون عاری از BPA است و آن را به گزینه ای سالم برای نگهداری و پخت غذا تبدیل می کند.
- بهداشت کانادا تایید شده است: Health Canada سیلیکون مواد غذایی را برای پخت و پز و نگهداری مواد غذایی ایمن می داند. با غذا یا نوشیدنی ها واکنش نشان نمی دهد، و آن را به یک انتخاب مطمئن برای استفاده در آشپزخانه تبدیل می کند.
ملاحظات زیست محیطی
سیلیکون نه تنها برای انسان بی خطر است، بلکه یک انتخاب دوستدار محیط زیست نیز می باشد. در اینجا دلیل آن است:
- بادوام: سیلیکون ماده ای بادوام است که می تواند سال ها دوام بیاورد و نیاز به تعویض مکرر و ضایعات را کاهش دهد.
- قابل بازیافت: سیلیکون را می توان بازیافت کرد و تاثیر آن بر محیط زیست را کاهش داد.
- سمیت کم: سیلیکون ماده ای کم سمیت است، به این معنی که در طول تولید یا دفع، مواد شیمیایی مضر را در محیط آزاد نمی کند.
سیلیکون در مقابل پلاستیک: کدام جایگزین بهتر است؟
سیلیکون و پلاستیک دو نوع ماده ای هستند که معمولا در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرند. پلاستیک یک ماده سنتی است که برای چندین دهه استفاده شده است، در حالی که سیلیکون یک ترکیب نسبتا جدید است که در سال های اخیر محبوبیت پیدا کرده است. هر دو ماده خواص و کاربردهای منحصر به فرد خود را دارند، اما تفاوت های مهمی بین آنها وجود دارد.
تفاوت در خواص
یکی از تفاوت های اصلی سیلیکون و پلاستیک در نحوه تولید آنهاست. سیلیکون از سیلیکون، یک عنصر پایدار طبیعی تولید می شود، در حالی که پلاستیک از ترکیبات مصنوعی ساخته شده است. این بدان معناست که سیلیکون دارای خواصی است که پلاستیک ندارد، مانند دوام بیشتر و مقاوم در برابر حرارت. سیلیکون می تواند دمای بالاتری را نسبت به پلاستیک تحمل کند و برای استفاده در تجهیزات پخت و پز و پخت بسیار ایده آل است.
شباهت ها و تفاوت ها در شکل و قالب پذیری
در حالی که سیلیکون از پلاستیک دوام بیشتری دارد، اما انعطاف پذیر نیست. مانند قوطی پلاستیکی نمی توان آن را به اشکال مختلف قالب زد. با این حال، سیلیکون را می توان به اشکال مختلف قالب ریزی کرد و آن را به یک انتخاب محبوب برای ظروف و تجهیزات آشپزخانه تبدیل کرد. پلاستیک معمولاً برای ظروف و تجهیزات آشپزخانه نیز استفاده می شود، اما به اندازه سیلیکون بادوام نیست.
ایمنی و خواص الکتریکی
سیلیکون همچنین به دلیل خواص ایمنی و الکتریکی خود شناخته شده است. این یک ماده غیر سمی است که هنگام گرم شدن مواد شیمیایی مضر را آزاد نمی کند و برای استفاده در پخت و پز و پخت بی خطر است. همچنین یک عایق الکتریکی خوب است و برای استفاده در تجهیزات الکتریکی ایده آل است. از سوی دیگر، پلاستیک می‌تواند مواد شیمیایی مضر را هنگام گرم شدن آزاد کند و آن را به گزینه ای کمتر ایمن برای پخت و پز و پخت تبدیل کند.
تمیز کردن و نگهداری
وقتی صحبت از تمیز کردن و نگهداری می شود، سیلیکون و پلاستیک شباهت ها و تفاوت هایی با هم دارند. هر دو ماده را می توان در ماشین ظرفشویی تمیز کرد، اما سیلیکون دوام بیشتری دارد و می تواند دمای بالاتر را تحمل کند. پلاستیک می تواند در دماهای بالا تاب خورده و ذوب شود و از دوام کمتری نسبت به سیلیکون برخوردار است.
نتیجه
بنابراین، سیلیکون ماده ای است که از سیلیکون و اکسیژن ساخته شده است و برای بسیاری از چیزها استفاده می شود.
می توانید ببینید که چرا الان اینقدر محبوب شده است، نمی توانید؟ بنابراین، اگر در مورد چیزی مطمئن نیستید، از پرسیدن سؤال نترسید. همیشه می توانید از یک دوست کمک بخواهید.
و فراموش نکنید که راهنمای ما را برای اطلاعات بیشتر در مورد سیلیکون بررسی کنید.
من Joost Nusselder، بنیانگذار Tools Doctor، بازاریاب محتوا، و پدر هستم. من عاشق امتحان کردن تجهیزات جدید هستم و به همراه تیمم از سال 2016 مقالات وبلاگ عمیقی ایجاد کرده‌ام تا به خوانندگان وفادار با ابزار و نکات کاردستی کمک کنم.
