Silikoni: Täydellinen opas historiaan, kemiaan ja turvallisuuteen

Silikonit ovat polymeerejä, jotka sisältävät mitä tahansa inerttejä, synteettinen yhdiste, joka koostuu toistuvista siloksaaniyksiköistä, joka on kahden piiatomin ja yhden happiatomin funktionaalinen ryhmä, joka on usein yhdistetty hiilen ja/tai vedyn kanssa. Ne ovat tyypillisesti lämmönkestäviä ja kumimaisia, ja niitä käytetään tiivisteaineissa, liimat, voiteluaineet, lääkkeet, ruoanlaittovälineet sekä lämpö- ja sähköeristys.

Tässä artikkelissa käsittelemme silikonin ominaisuuksia ja sen valmistusprosessia.

Kaikki mitä sinun tulee tietää silikonista

Silikoni on polymeerimateriaali, joka koostuu siloksaaneista kutsutuista molekyyleistä. Se on ainutlaatuinen materiaali, joka koostuu piistä, hiekasta ja kivistä löytyvästä luonnollisesta alkuaineesta sekä hapesta. Kun nämä kaksi alkuainetta yhdistetään, ne muodostavat yhdisteen, joka sisältää pitkiä toistuvien monomeerien ketjuja, jotka sitoutuvat yhteen lopullisen tuotteen muodostamiseksi.

Kuinka silikoni valmistetaan?

Silikonia valmistetaan tyypillisesti sekoittamalla puhdasta piitä muiden yhdisteiden kanssa silikoniyhdisteen muodostamiseksi. Yhdiste johdetaan sitten useiden tieteellisten prosessien läpi lopullisen tuotteen luomiseksi, joka koostuu pitkistä toistuvien monomeerien ketjuista. Nämä ketjut liitetään yhteen polymeerin muodostamiseksi, joka tunnetaan yleisesti silikonina.

Mitkä ovat silikonin ensisijaiset käyttötarkoitukset?

Silikoni on suosittu materiaali, jota käytetään monissa eri tuotteissa. Jotkut silikonin yleisimmistä käyttötavoista ovat:

• Luodaan tiivisteitä ja liimoja, joilla voidaan liimata eri materiaaleja yhteen.
• Tuottaa voiteluaineita, joita voidaan käyttää vähentämään kitkaa liikkuvien osien välillä.
• Luodaan lämpö- ja sähköeristys, jota voidaan käyttää suojaamaan herkkiä laitteita lämmöltä ja sähköltä.
• Ruoanlaittovälineiden ja muiden myrkyttömien ja lämpöä kestävien keittiötuotteiden valmistus.
• Potilaille turvallisten ja tehokkaiden lääketieteellisten laitteiden ja implanttien luominen.

Mitä eroa on silikonilla ja silikonilla?

Silikoni on yksi materiaali, kun taas silikonit ovat ryhmä materiaaleja, jotka koostuvat silikonista. Silikonit ovat tyypillisesti kovempia ja kestävämpiä kuin silikoni, ja niitä käytetään yleisesti tuotteissa, jotka vaativat korkeaa laatua ja suorituskykyä.

Silikonin evoluutio: kiteisestä piistä moderniin tuotantoon

Henry Sainte-Claire Deville sai vuonna 1854 kiteistä piitä, joka oli merkittävä löytö materiaalien ja yhdisteiden maailmassa. Pii on kemiallinen alkuaine, jonka symboli on Si ja atominumero 14. Se on kova, hauras kiteinen kiinteä aine, jolla on siniharmaa metallikiilto, ja se on neliarvoinen metalloidi ja puolijohde. Pii on massaltaan maailmankaikkeuden kahdeksanneksi yleisin alkuaine, mutta sitä tavataan harvoin puhtaassa muodossaan luonnossa.

Silikonien syntymä: Hyden tutkimus ja Kippingin nimeäminen

Vuonna 1930 JF Hyde suoritti ensimmäisen tutkimuksen kaupallisten silikonien tuottamiseksi. Myöhemmin, vuonna 1940, englantilainen kemisti Frederich Stanley Kipping antoi Hyden tutkimusta käyttäen materiaalille nimen "silikoneja", koska ne olivat "tahmeita sotkuja". Kipping oli pioneeri orgaanisen kemian alalla ja tunnetaan parhaiten työstään silikonikemian parissa. Silikonit ovat synteettisten polymeerien ryhmä, joka koostuu toistuvista siloksaaniyksiköistä, joka on ketju vuorottelevia pii- ja happiatomeja, joissa piiatomeihin on kiinnittynyt orgaanisia ryhmiä.

Silikonien kemia: rakenne ja polymeeriketjut

Silikonit ovat pääasiassa polymeerejä, joissa on toistuva siloksaaniyksikkö. Siloksaaniyksikkö koostuu piiatomista, joka on kiinnittynyt kahteen happiatomiin, jotka puolestaan ​​ovat kiinnittyneet orgaanisiin ryhmiin. Orgaaniset ryhmät voivat olla metyyli-, etyyli-, fenyyli- tai muita ryhmiä. Siloksaaniyksiköt voidaan liittää yhteen lineaaristen tai haarautuneiden ketjujen muodostamiseksi. Ketjut voidaan myös ristisilloita muodostaa kolmiulotteinen verkko. Tuloksena oleva materiaali on silikonipolymeeriä, jolla on laaja valikoima ominaisuuksia.

Silikonien moderni tuotanto: Corning, Dow ja hydrolyysi

How to strip wire fast

Share

Watch on

Nykyaikainen silikonien tuotanto sisältää erilaisia ​​menetelmiä, mutta yleisin menetelmä perustuu piiyhdisteiden hydrolyysiin. Piiyhdisteet, kuten piitetrakloridi (SiCl4) tai dimetyylidikloorisilaani (CH3)2SiCl2, saatetaan reagoimaan veden kanssa siloksaanien tuottamiseksi. Siloksaanit polymeroidaan sitten silikonipolymeerien muodostamiseksi. Prosessi voidaan suorittaa käyttämällä erilaisia ​​katalyyttejä, mukaan lukien hapot, kuten HCl, tai emäkset, kuten NaOH.

Silikonien ominaisuudet: Vahva, vedenkestävä ja sähköä eristävä

Silikoneilla on laaja valikoima ominaisuuksia riippuen piiatomeihin kiinnittyneistä orgaanisista ryhmistä ja polymeeriketjujen pituudesta. Joitakin silikonien ominaisuuksia ovat mm.

• Vahva ja kestävä
• Vedenkestävä
• Sähköä eristävä
• Kestää korkeita ja matalia lämpötiloja
• Kemiallisesti inertti
• Biocompatibl kohteeseen

Silikoneita käytetään monenlaisissa sovelluksissa, mukaan lukien:

• Tiivisteet ja liimat
• Voiteluaineet ja pinnoitteet
• Lääketieteelliset laitteet ja implantit
• Sähköeristys ja piirilevyt
• Auto- ja ilmailukomponentit
• Henkilökohtaiset hygieniatuotteet ja kosmetiikka

Erot silikonien ja muiden polymeerien välillä

Silikonit eroavat muista polymeereistä useilla tavoilla:

• Silikoneissa toistuva yksikkö on siloksaani, kun taas muilla polymeereillä on erilaisia ​​toistuvia yksiköitä.
• Siloksaanin pii-happisidos on vahvempi kuin muiden polymeerien hiili-hiilisidos, mikä antaa silikoneille niiden ainutlaatuiset ominaisuudet.
• Silikonit kestävät paremmin korkeita ja matalia lämpötiloja kuin muut polymeerit.
• Silikonit ovat vedenkestävämpiä kuin muut polymeerit.

Silikonien tulevaisuus: Kehittynyt tutkimus ja uudet tuotteet

Silikonien käyttö jatkaa kasvuaan ja uusia tuotteita kehitetään koko ajan. Jotkut silikonien edistyneen tutkimuksen alueista ovat:

• Uusien katalyyttien kehittäminen siloksaanien polymerointiin
• Silyyliasetaattien ja muiden yhdisteiden käyttö silikonien ominaisuuksien muokkaamiseen
• Happojen ja emästen katalysoimien reaktioiden käyttö uudentyyppisten silikonipolymeerien tuottamiseksi
• Silikonipolymeerien käyttö lasin ja muiden materiaalien muodostuksessa

Termi "silikonit" on edelleen yleinen termi, jota käytetään kuvaamaan monenlaisia ​​silikonipohjaisia ​​materiaaleja, ja näiden materiaalien ominaisuuksia tutkitaan ja ymmärretään edelleen.

Hiekasta silikoniin: kiehtova silikonin valmistusprosessi

Silikoni on polymeeri, jota käytetään laajasti eri muodoissa ja tuotteissa. Prosessi haluttujen silikonimuotojen saavuttamiseksi sisältää sarjan vaiheita, jotka vaativat oikeat materiaalit ja rakennuspalikat. Tässä ovat tuotantoprosessin komponentit ja vaiheet:

• Pii: Silikonin ensisijainen rakennuspalikka on pii, joka on yksi maan yleisimmistä alkuaineista. Se eristetään jauhamalla kvartsihiekkaa ja kohdistamalla siihen lämpöä, joka saavuttaa jopa 2000 celsiusasteen lämpötilan.

• Metyylikloridi: Pii sekoitetaan metyylikloridin kanssa, joka tunnetaan yleisesti kloorimetaanina. Tämä reaktio tuottaa kloorisilaania, joka on tärkeä välituote silikonin valmistuksessa.

• Kuumennus: Kloorisilaani kuumennetaan sitten dimetyylidikloorisilaanin muodostamiseksi, joka on silikonin esiaste. Tämä prosessi sisältää lämmön kohdistamisen seokseen, mikä aktivoi reaktion ja poistaa suolahapon.

• Polymeerin käsittely: Dimetyylidikloorisilaani sekoitetaan sitten veden kanssa polymeerin muodostamiseksi. Tätä polymeeriä voidaan jalostaa edelleen erilaisten silikonimuotojen, kuten elastomeerien, saamiseksi, joita käytetään yleisesti kumituotteiden valmistuksessa.

Laadunvalvonnan merkitys silikonin tuotannossa

Silikonin tuotanto vaatii korkeatasoista laadunvalvontaa, jotta varmistetaan, että lopputuote täyttää vaaditut standardit. Valmistajien on varmistettava, että tuotantoprosessissa käytetään oikeita komponentteja ja että prosessi suoritetaan oikeissa olosuhteissa. Tässä on joitain tekijöitä, jotka valmistajien on otettava huomioon:

• Lämpötila: Tuotantoprosessi vaatii korkeita lämpötiloja, jotka voivat vaikuttaa lopputuotteen laatuun. Valmistajien on varmistettava, että lämpötilaa valvotaan huolellisesti, jotta silikoni ei vahingoitu.

• Tilavuuden eristäminen: Tuotantoprosessiin kuuluu reaktion tilavuuden eristäminen sen varmistamiseksi, että syntyy oikea määrä silikonia. Tämä edellyttää reaktion huolellista seurantaa ja valvontaa.

• Silloitus: Jotkin silikonimuodot vaativat silloitusta haluttujen ominaisuuksien saavuttamiseksi. Tämä edellyttää polymeeriketjujen sitomista yhteen vahvemman materiaalin luomiseksi.

Yleisimmät silikonimuodot markkinoilla

Silikonia löytyy yleisesti erilaisista tuotteista keittiövälineistä lääketieteellisiin laitteisiin. Tässä on joitain markkinoiden yleisimmistä silikonimuodoista:

• Pienitiheyksinen silikoni: Tämän tyyppistä silikonia käytetään yleisesti tiivisteiden ja liimojen valmistuksessa.

• Elastomeerit: Näitä käytetään yleisesti kumituotteiden, kuten tiivisteiden ja O-renkaiden, valmistuksessa.

• Korkean lämpötilan silikoni: Tämän tyyppistä silikonia käytetään sovelluksissa, jotka vaativat korkeita lämpötiloja, kuten ilmailuteollisuudessa.

Silikonin kemia: Tämän monipuolisen materiaalin ominaisuuksien ja muodostumisen tutkiminen

Silikoni on synteettinen materiaali, joka koostuu pii-, happi-, hiili- ja vetyatomeista. Se on eräänlainen polymeeri, mikä tarkoittaa, että se koostuu pitkistä molekyyliketjuista, jotka muodostuvat polymeroitumisprosessissa. Silikoni muodostetaan tyypillisesti hydrolyysiksi kutsutulla menetelmällä, jossa piiyhdisteet saatetaan reagoimaan veden kanssa siloksaanien tuottamiseksi.

Siloksaanien ja silikonipolymeerien kemia

Siloksaanit ovat silikonipolymeerien rakennuspalikoita. Ne muodostuvat piiyhdisteiden reaktiossa veden kanssa, mikä tuottaa ketjun vuorottelevia pii- ja happiatomeja. Saatua siloksaaniketjua voidaan edelleen modifioida lisäämällä orgaanisia ryhmiä, kuten metyyli- tai fenyyliryhmiä, useiden silikonipolymeerien tuottamiseksi.

Yksi yleisimmistä silikonipolymeereistä on polydimetyylisiloksaani (PDMS), joka muodostuu lisäämällä metyyliryhmiä siloksaaniketjuun. PDMS on kova, hauras kiteinen kiinteä aine, jolla on siniharmaa metallinen kiilto, ja se kuuluu jaksollisen järjestelmän ryhmään 14. Se on eräänlainen silikoni, jota käytetään yleisesti elektronisten piirien ja muiden tuotteiden valmistuksessa, jotka vaativat vahvaa, vettä hylkivää materiaalia.

Silikonin ominaisuudet ja sen yleiset käyttötarkoitukset

Silikonilla on useita ainutlaatuisia ominaisuuksia, jotka tekevät siitä suositun materiaalin monenlaisiin sovelluksiin. Jotkut silikonin tärkeimmistä ominaisuuksista ovat:

• Korkea lämpöstabiilisuus
• Vedenkestävyys
• Alhainen myrkyllisyys
• Hyvät sähköeristysominaisuudet
• Korkea kaasunläpäisevyys

Nämä ominaisuudet tekevät silikonista suositun materiaalin monenlaisissa tuotteissa, mukaan lukien:

• Lääketieteelliset laitteet
• Autojen osat
• Elektroniset komponentit
• Tiivisteet ja liimat
• Henkilökohtaiset hygieniatuotteet

Silikonituotannon ja -kehityksen tulevaisuus

Silikonin tuotanto ja kehitys on edelleen aktiivinen tutkimusalue kemisteille ja materiaalitutkijoille. Uusia menetelmiä silikonipolymeerien valmistamiseksi ehdotetaan ja testataan, mukaan lukien ketonin ja silyyliasetaattien käyttö polymerointiprosessissa. Kun uusia silikonipolymeerejä kehitetään, niille tulee todennäköisesti uusia käyttökohteita monilla eri teollisuudenaloilla ja tuotteilla.

Silikonin monipuoliset sovellukset

Silikoni on olennainen ainesosa monissa rakennus- ja teollisuusaloilla käytettävissä tuotteissa ja materiaaleissa. Sen kyky kestää korkeita ja matalia lämpötiloja, kestää kemikaaleja ja öljyjä ja pysyy vakaana äärimmäisissä olosuhteissa tekee siitä erinomaisen materiaalin useisiin sovelluksiin, mukaan lukien:

• Pinnoitteet ja liimat
• Eristimet ja täyteaineet (oikeiden käytetään näin)
• Autojen moottorien voiteluaineet ja vaihteistot
• Erikoisöljyt ja viimeistelytuotteet
• Lasitus- ja viimeistelymateriaalit

Elektroniikka- ja ilmailuteollisuus

Silikoneita käytetään yleisesti myös elektroniikka- ja ilmailuteollisuudessa niiden ainutlaatuisten ominaisuuksien vuoksi, kuten:

• Tehokas eristys ja kestävyys korkeita lämpötiloja ja kemikaaleja vastaan
• Kyky täyttää aukot ja pehmustaa herkkiä komponentteja
• Vakaa ja pitkäkestoinen suorituskyky äärimmäisissä ympäristöissä

Lääketieteelliset ja kosmeettiset sovellukset

Silikonigeeli on tärkeä ainesosa lääketieteellisissä ja kosmeettisissa tuotteissa, koska se on bioyhteensopiva ja kykenee jäljittelemään ihmiskudoksen ominaisuuksia. Joitakin erityisiä käyttötarkoituksia ovat:

• Rintaimplantteja, kivesimplantteja ja rintaimplantteja
• Sidokset ja sidokset
• Piilolinssit
• Arpien hoidot ja haavanhoitotuotteet

Erikoissovellukset

Silikonia käytetään myös erilaisissa erikoissovelluksissa, mukaan lukien:

• Kumin ja hartsin tuotanto
• Mikrofluidiikka ja muut korkean tarkkuuden komponentit
• Öljy- ja kaasuteollisuuden tuotteet
• Tehokkaat ja pitkäkestoiset liimat

Silikonisovellusten tulevaisuus

Teknologian ja prosessointitekniikoiden kehittyessä silikonisovellusten valikoima vain kasvaa. Uusien materiaalien ja yhdisteiden kehittämisestä tiettyjen osien ja rakenteiden suunnitteluun silikoni pysyy olennainen ainesosa monilla tuotteilla ja teollisuudenaloilla.

Miksi silikoni on turvallinen ja ympäristöystävällinen valinta

Silikoni on suosittu valinta moniin tuotteisiin turvallisuusominaisuuksiensa vuoksi. Tässä on joitain syitä miksi:

• Ei ftalaatteja: Ftalaatit ovat kemikaaleja, joita löytyy yleisesti muovista ja jotka voivat olla haitallisia ihmisten terveydelle. Silikoni ei sisällä ftalaatteja, joten se on turvallisempi vaihtoehto muoville.
• Ei BPA:ta: Bisfenoli A (BPA) on toinen muovista löytyvä kemikaali, jolla voi olla kielteisiä terveysvaikutuksia. Silikoni ei sisällä BPA:ta, mikä tekee siitä terveellisemmän vaihtoehdon ruoan säilytykseen ja ruoanlaittoon.
• Health Canada Hyväksytty: Health Canada on katsonut elintarvikelaatuisen silikonin turvalliseksi ruoanlaittoon ja säilytykseen. Se ei reagoi ruoan tai juomien kanssa, joten se on turvallinen valinta keittiöön.

Ympäristönäkökohdat

Silikoni ei ole vain turvallinen ihmisille, vaan se on myös ympäristöystävällinen valinta. Tässä syy:

• Kestävä: Silikoni on kestävä materiaali, joka voi kestää vuosia, mikä vähentää toistuvien vaihto- ja jätteiden tarvetta.
• Kierrätettävä: Silikoni voidaan kierrättää, mikä vähentää sen ympäristövaikutuksia.
• Matala myrkyllisyys: Silikoni on vähän myrkyllistä materiaalia, mikä tarkoittaa, että se ei vapauta haitallisia kemikaaleja ympäristöön tuotannon tai hävittämisen aikana.

Silikoni vs muovi: mikä on parempi vaihtoehto?

Silikoni ja muovi ovat kahden tyyppisiä materiaaleja, joita käytetään yleisesti eri teollisuudenaloilla. Muovi on perinteinen materiaali, jota on käytetty vuosikymmeniä, kun taas silikoni on suhteellisen uusi yhdiste, joka on saavuttanut suosiota viime vuosina. Molemmilla materiaaleilla on omat ainutlaatuiset ominaisuutensa ja käyttötarkoituksensa, mutta niiden välillä on joitain tärkeitä eroja.

Ero ominaisuuksissa

Yksi suurimmista eroista silikonin ja muovin välillä on niiden valmistustapa. Silikoni on valmistettu piistä, luonnossa esiintyvästä vakaasta alkuaineesta, kun taas muovi on valmistettu synteettisistä yhdisteistä. Tämä tarkoittaa, että silikonilla on joitain ominaisuuksia, joita muovilla ei ole, kuten kestävämpi ja lämmönkestävämpi. Silikoni kestää korkeampia lämpötiloja kuin muovi, joten se on ihanteellinen käytettäväksi ruoanlaitto- ja leivontalaitteissa.

Muodon ja muovattavuuden yhtäläisyydet ja erot

Vaikka silikoni on muovia kestävämpää, se ei ole yhtä joustava. Sitä ei voi muovata eri muotoihin kuten muovipurkki. Silikonista voidaan kuitenkin muotoilla erilaisia ​​muotoja, joten se on suosittu valinta ruokailuvälineisiin ja keittiötarvikkeisiin. Muovia käytetään yleisesti myös keittiövälineissä ja keittiövälineissä, mutta se ei ole yhtä kestävää kuin silikoni.

Turvallisuus ja sähköiset ominaisuudet

Silikoni tunnetaan myös turvallisuudestaan ​​ja sähköisistä ominaisuuksistaan. Se on myrkytön materiaali, joka ei vapauta haitallisia kemikaaleja kuumennettaessa, joten se on turvallinen käyttää ruoanlaitossa ja leivonnassa. Se on myös hyvä sähköeriste, mikä tekee siitä ihanteellisen käytettäväksi sähkölaitteissa. Toisaalta muovi voi vapauttaa haitallisia kemikaaleja kuumennettaessa, mikä tekee siitä vähemmän turvallisen ruoanlaittoon ja leivontaan.

Puhdistus ja huolto

Puhdistuksessa ja kunnossapidossa silikonilla ja muovilla on joitain yhtäläisyyksiä ja eroja. Molemmat materiaalit voidaan pestä astianpesukoneessa, mutta silikoni on kestävämpi ja kestää korkeampia lämpötiloja. Muovi voi vääntyä ja sulaa korkeissa lämpötiloissa, mikä tekee siitä vähemmän kestävän kuin silikoni.

Yhteenveto

Joten silikoni on piistä ja hapesta valmistettu materiaali, ja sitä käytetään moniin asioihin. 

Voit nähdä, miksi se on niin suosittu nyt, eikö niin? Älä siis pelkää esittää kysymyksiä, jos et ole varma jostain. Voit aina pyytää ystävältä apua. 

Äläkä unohda katsoa oppaastamme lisätietoja silikonista.

Olen Joost Nusselder, Tools Doctorin perustaja, sisältömarkkinoija ja isä. Rakastan uusien laitteiden kokeilemista, ja yhdessä tiimini kanssa olen luonut syvällisiä blogiartikkeleita vuodesta 2016 lähtien auttaakseni uskollisia lukijoita työkaluilla ja askarteluvinkeillä.