A szilikonok olyan polimerek, amelyek bármilyen inert, szintetikus sziloxán ismétlődő egységeiből álló vegyület, amely két szilíciumatom és egy oxigénatom funkciós csoportja, amely gyakran szénnel és/vagy hidrogénnel kombinálódik. Jellemzően hőállóak és gumiszerűek, és tömítőanyagokban, ragasztók, kenőanyagok, gyógyszerek, főzőedények, valamint hő- és elektromos szigetelés.
Ebben a cikkben a szilikon tulajdonságait és gyártási folyamatát ismertetjük.
Ebben a bejegyzésben kitérünk:
- Minden, amit a szilikonról tudni kell
- A szilikon evolúciója: a kristályos szilíciumtól a modern gyártásig
- A szilikonok születése: Hyde kutatásai és Kipping elnevezése
- A szilikonok kémiája: szerkezet és polimerláncok
- A szilikonok modern gyártása: Corning, Dow és hidrolízis
- A szilikonok tulajdonságai: erős, vízálló és elektromosan szigetelő
- A szilikonok és más polimerek közötti különbségek
- A szilikonok jövője: fejlett kutatás és új termékek
- Homoktól a szilikonig: A szilikongyártás lenyűgöző folyamata
- A szilikon kémiája: ennek a sokoldalú anyagnak a tulajdonságainak és kialakulásának feltárása
- A szilikon sokoldalú alkalmazása
- Miért biztonságos és környezetbarát választás a szilikon?
- Szilikon vs műanyag: melyik a jobb alternatíva?
- Következtetés
Minden, amit a szilikonról tudni kell
A szilikon egy polimer anyag, amely sziloxánoknak nevezett molekulákból áll. Ez egy egyedülálló anyag, amely szilíciumból, a homokban és kőzetekben található természetes elemből és oxigénből áll. Ha ezt a két elemet egyesítik, olyan vegyületet képeznek, amely ismétlődő monomerek hosszú láncait tartalmazza, amelyek egymáshoz kapcsolódnak, hogy végterméket hozzanak létre.
Hogyan készül a szilikon?
A szilikont általában úgy állítják elő, hogy tiszta szilíciumot kevernek össze más vegyületekkel, és így szilikonvegyületet állítanak elő. A vegyületet ezután egy sor tudományos folyamaton vezetik át, hogy egy végterméket hozzanak létre, amely ismétlődő monomerek hosszú láncaiból áll. Ezeket a láncokat egymáshoz kötik, és olyan polimert hoznak létre, amelyet általában szilikonnak neveznek.
Melyek a szilikon elsődleges felhasználási területei?
A szilikon egy népszerű anyag, amelyet sok különböző termékben használnak. A szilikon leggyakoribb felhasználási területei közé tartozik:
- Különböző anyagok egymáshoz ragasztására használható tömítőanyagok és ragasztók készítése.
- Kenőanyagok gyártása, amelyek segítségével csökkenthető a mozgó alkatrészek közötti súrlódás.
- Hő- és elektromos szigetelés kialakítása, amellyel megvédhető az érzékeny berendezések hőtől és elektromosságtól.
- Nem mérgező és hőálló főzőedények és egyéb konyhai termékek készítése.
- A betegek számára biztonságos és hatékony orvostechnikai eszközök és implantátumok készítése.
Mi a különbség a szilikon és a szilikon között?
A szilikon egyetlen anyag, míg a szilikonok olyan anyagok csoportja, amelyek szilikonból állnak. A szilikonok jellemzően keményebbek és tartósabbak, mint a szilikonok, és általában olyan termékekben használják, amelyek magas szintű minőséget és teljesítményt igényelnek.
A szilikon evolúciója: a kristályos szilíciumtól a modern gyártásig
1854-ben Henry Sainte-Claire Deville kristályos szilíciumot kapott, amely jelentős felfedezés volt az anyagok és vegyületek világában. A szilícium egy kémiai elem, amelynek Si szimbóluma és 14-es rendszáma. Kemény, rideg kristályos szilárd anyag, kékesszürke fémes fényű, négy vegyértékű metalloid és félvezető. A szilícium tömegét tekintve a nyolcadik leggyakoribb elem az univerzumban, de tiszta formájában ritkán található meg a természetben.
A szilikonok születése: Hyde kutatásai és Kipping elnevezése
1930-ban JF Hyde végezte az első kutatást kereskedelmi forgalomba hozott szilikonok előállítására. Később, 1940-ben az angol kémikus, Frederich Stanley Kipping, Hyde kutatásai alapján, „szilikonok” nevet adta az anyagnak, mert „ragadós szennyeződések” voltak. Kipping úttörő volt a szerves kémia területén, és leginkább a szilikonok kémiájával kapcsolatos munkáiról ismert. A szilikonok szintetikus polimerek csoportja, amelyek ismétlődő sziloxán egységekből állnak, amely szilícium- és oxigénatomok váltakozó lánca, a szilícium atomokhoz szerves csoportokkal kapcsolva.
A szilikonok kémiája: szerkezet és polimerláncok
A szilikonok lényegében olyan polimerek, amelyek ismétlődő sziloxánegységet tartalmaznak. A sziloxán egység egy szilíciumatomból áll, amely két oxigénatomhoz kapcsolódik, amelyek viszont szerves csoportokhoz kapcsolódnak. A szerves csoportok lehetnek metil-, etil-, fenil- vagy egyéb csoportok. A sziloxán egységek összekapcsolhatók lineáris vagy elágazó láncokká. A láncok térhálósíthatók is, így háromdimenziós hálózatot alkothatnak. A kapott anyag sokféle tulajdonsággal rendelkező szilikon polimer.
A szilikonok modern gyártása: Corning, Dow és hidrolízis
A szilikonok korszerű gyártása sokféle módszert tartalmaz, de a legelterjedtebb módszer a szilíciumvegyületek hidrolízisén alapul. A szilíciumvegyületeket, például a szilícium-tetrakloridot (SiCl4) vagy a dimetil-diklór-szilánt (CH3)2SiCl2-t vízzel reagáltatva sziloxánokat állítanak elő. A sziloxánokat ezután polimerizálják szilikon polimerekké. Az eljárást különféle katalizátorok, például savak, például sósav vagy bázisok, például nátrium-hidroxid felhasználásával hajthatjuk végre.
A szilikonok tulajdonságai: erős, vízálló és elektromosan szigetelő
A szilikonok a szilícium atomokhoz kapcsolódó szerves csoportoktól és a polimer láncok hosszától függően számos tulajdonsággal rendelkeznek. A szilikonok néhány tulajdonsága:
- Erős és tartós
- Vízálló
- Elektromosan szigetelő
- Magas és alacsony hőmérsékletnek ellenáll
- Kémiailag inert
- Biocompatibl a
A szilikonokat számos alkalmazási területen használják, többek között:
- Tömítőanyagok és ragasztók
- Kenőanyagok és bevonatok
- Orvosi eszközök és implantátumok
- Elektromos szigetelés és áramköri lapok
- Autóipari és repülőgépipari alkatrészek
- Testápoló termékek és kozmetikumok
A szilikonok és más polimerek közötti különbségek
A szilikonok több szempontból is különböznek a többi polimertől:
- A szilikonokban az ismétlődő egység a sziloxán, míg más polimerek eltérő ismétlődő egységekkel rendelkeznek.
- A sziloxán szilícium-oxigén kötése erősebb, mint más polimerek szén-szén kötése, ami a szilikonok egyedi tulajdonságait adja.
- A szilikonok jobban ellenállnak a magas és alacsony hőmérsékletnek, mint más polimerek.
- A szilikonok vízállóbbak, mint más polimerek.
A szilikonok jövője: fejlett kutatás és új termékek
A szilikonok használata folyamatosan növekszik, és folyamatosan fejlesztenek új termékeket. A szilikonokkal kapcsolatos fejlett kutatási területek a következők:
- Új katalizátorok kifejlesztése sziloxánok polimerizációjához
- Szilil-acetátok és más vegyületek alkalmazása a szilikonok tulajdonságainak módosítására
- Sav és bázis katalizált reakciók alkalmazása új típusú szilikon polimerek előállítására
- Szilikon polimerek használata üveg és egyéb anyagok előállításában
A „szilikonok” kifejezés továbbra is gyakori kifejezés, amelyet sokféle szilikon alapú anyag leírására használnak, és ezen anyagok tulajdonságait továbbra is feltárják és megértik.
Homoktól a szilikonig: A szilikongyártás lenyűgöző folyamata
A szilikon egy polimer, amelyet széles körben használnak különféle formákban és termékekben. A kívánt szilikonformák elérésének folyamata egy sor lépésből áll, amelyekhez megfelelő anyagok és építőelemek szükségesek. Itt vannak a gyártási folyamatban részt vevő alkatrészek és lépések:
- Szilícium: A szilikon elsődleges építőeleme a szilícium, amely a Föld egyik leggyakoribb eleme. Kvarchomok őrlésével és hő alkalmazásával izolálják, amely akár 2000 Celsius fokot is elérhet.
- Metil-klorid: A szilíciumot metil-kloriddal keverik össze, amelyet klór-metánnak neveznek. Ez a reakció klórszilánt állít elő, amely a szilikongyártás kulcsfontosságú köztiterméke.
- Melegítés: A klór-szilánt ezután felmelegítik, hogy dimetil-diklór-szilánt kapjanak, amely a szilikon prekurzora. Ez a folyamat magában foglalja a keverék hőkezelését, amely aktiválja a reakciót és eltávolítja a sósavat.
- Polimer feldolgozás: A dimetil-diklór-szilánt ezután vízzel összekeverve polimer képződik. Ez a polimer tovább feldolgozható különböző szilikonformák, például elasztomerek előállítására, amelyeket általában gumitermékek gyártásában használnak.
A minőség-ellenőrzés jelentősége a szilikongyártásban
A szilikon gyártása magas szintű minőségellenőrzést igényel, hogy a végtermék megfeleljen az előírt szabványoknak. A gyártóknak gondoskodniuk kell arról, hogy a gyártási folyamat során a megfelelő alkatrészeket használják fel, és a folyamatot megfelelő körülmények között hajtsák végre. Íme néhány tényező, amelyeket a gyártóknak figyelembe kell venniük:
- Hőmérséklet: A gyártási folyamat magas hőmérsékletet igényel, ami befolyásolhatja a végtermék minőségét. A gyártóknak gondoskodniuk kell a hőmérséklet gondos ellenőrzéséről, hogy elkerüljék a szilikon károsodását.
- A térfogat elkülönítése: A gyártási folyamat magában foglalja a reakció térfogatának elkülönítését, hogy biztosítsák a megfelelő mennyiségű szilikon előállítását. Ez a reakció gondos megfigyelését és ellenőrzését igényli.
- Térhálósítás: A szilikon egyes formáihoz térhálósítás szükséges a kívánt tulajdonságok eléréséhez. Ez magában foglalja a polimer láncok összekapcsolását, hogy erősebb anyagot hozzon létre.
A szilikon általános formái a piacon
A szilikon általában számos termékben megtalálható, a konyhai eszközöktől az orvosi eszközökig. Íme néhány a piacon legelterjedtebb szilikonforma:
- Kis sűrűségű szilikon: Ezt a szilikontípust általában tömítőanyagok és ragasztók gyártásához használják.
- Elasztomerek: Ezeket általában gumitermékek, például tömítések és O-gyűrűk gyártásához használják.
- Magas hőmérsékletű szilikon: Ezt a szilikontípust olyan alkalmazásokban használják, amelyek magas hőmérsékleti ellenállást igényelnek, például a repülőgépiparban.
A szilikon kémiája: ennek a sokoldalú anyagnak a tulajdonságainak és kialakulásának feltárása
A szilikon egy szintetikus anyag, amely szilícium-, oxigén-, szén- és hidrogénatomokból áll. Ez egyfajta polimer, ami azt jelenti, hogy hosszú molekulaláncokból áll, amelyek a polimerizációnak nevezett folyamat során képződnek. A szilikont jellemzően hidrolízisnek nevezett eljárással állítják elő, amelynek során szilíciumvegyületeket vízzel reagáltatnak sziloxánok előállítására.
A sziloxánok és szilikonpolimerek kémiája
A sziloxánok a szilikon polimerek építőkövei. Szilíciumvegyületek vízzel való reakciójával jönnek létre, ami váltakozó szilícium- és oxigénatomok láncát eredményezi. A kapott sziloxánlánc tovább módosítható szerves csoportok, például metil- vagy fenilcsoportok hozzáadásával, és így sokféle szilikonpolimert állíthatunk elő.
Az egyik legelterjedtebb szilikon polimer a polidimetil-sziloxán (PDMS), amely metilcsoportok sziloxánlánchoz való hozzáadásával jön létre. A PDMS kemény, törékeny kristályos szilárd anyag, kékesszürke fémes fényű, és a periódusos rendszer 14. csoportjának tagja. Ez egyfajta szilikon, amelyet általában elektronikus áramkörök és egyéb olyan termékek gyártásához használnak, amelyekhez erős, vízálló anyagra van szükség.
A szilikon tulajdonságai és általános felhasználása
A szilikon számos egyedi tulajdonsággal rendelkezik, amelyek népszerű anyaggá teszik számos alkalmazáshoz. A szilikon néhány kulcsfontosságú tulajdonsága:
- Nagy hőstabilitás
- Vízállóság
- Alacsony toxicitás
- Jó elektromos szigetelési tulajdonságok
- Magas gázáteresztő képesség
Ezek a tulajdonságok a szilikont népszerű anyaggá teszik számos termékhez, többek között:
- Orvosi eszközök
- Gépjármű alkatrészek
- Elektromos alkatrészek
- Tömítőanyagok és ragasztók
- Személyes ápolási termékek
A szilikongyártás és fejlesztés jövője
A szilikongyártás és -fejlesztés továbbra is aktív kutatási terület a vegyészek és anyagtudósok számára. Új módszereket javasolnak és tesztelnek szilikonpolimerek előállítására, beleértve a keton és a szilil-acetátok használatát a polimerizációs folyamatban. Az új szilikon polimerek kifejlesztésével valószínűleg új alkalmazásokat találnak az iparágak és termékek széles körében.
A szilikon sokoldalú alkalmazása
A szilikon az építőiparban és az ipari szektorban használt különféle termékek és anyagok alapvető összetevője. Magas és alacsony hőmérsékletnek, vegyszereknek és olajoknak ellenálló képessége, valamint szélsőséges körülmények között is stabil marad, kiváló anyaggá teszi számos alkalmazáshoz, beleértve:
- Bevonatok és ragasztók
- Szigetelők és töltőanyagok (így kell használni a megfelelőket)
- Autómotor-kenőanyagok és hajtóművek
- Speciális olajok és befejező termékek
- Üvegező és befejező anyagok
Elektronikai és Aerospace Industries
A szilikonokat az elektronikai és a repülőgépiparban is gyakran használják egyedi tulajdonságaik miatt, többek között:
- Hatékony szigetelés és ellenáll a magas hőmérsékletnek és vegyszereknek
- Képes kitölteni a hézagokat és párnázni a kényes alkatrészeket
- Stabil és hosszan tartó teljesítmény extrém környezetben
Orvosi és kozmetikai alkalmazások
A szilikongél fontos összetevője az orvosi és kozmetikai termékeknek, mivel magas biokompatibilitása és képes utánozni az emberi szövet tulajdonságait. Néhány konkrét felhasználási terület:
- Mell-, here- és mellimplantátumok
- Kötszerek és kötszerek
- Kontaktlencse
- Hegkezelések és sebápoló termékek
Speciális alkalmazások
A szilikont különféle speciális alkalmazásokban is használják, többek között:
- Gumi és gyanta gyártás
- Mikrofluidika és egyéb nagy pontosságú alkatrészek
- Olaj- és gázipari termékek
- Hatékony és hosszú élettartamú ragasztók
A szilikon alkalmazások jövője
Ahogy a technológia és a feldolgozási technikák folyamatosan fejlődnek, a szilikonalkalmazások köre csak tovább fog bővülni. Az új anyagok és vegyületek kifejlesztésétől a meghatározott alkatrészek és szerkezetek tervezéséig a szilikon a termékek és iparágak széles skálájának alapvető összetevője marad.
Miért biztonságos és környezetbarát választás a szilikon?
A szilikon biztonsági jellemzői miatt számos termék népszerű választása. Íme néhány ok, amiért:
- Nincs ftalát: A ftalátok olyan vegyi anyagok, amelyek gyakran megtalálhatók a műanyagokban, és károsak lehetnek az emberi egészségre. A szilikon nem tartalmaz ftalátokat, így biztonságosabb alternatívája a műanyagnak.
- Nincs BPA: A biszfenol A (BPA) egy másik, a műanyagokban található vegyi anyag, amely negatív hatással lehet az egészségre. A szilikon BPA-tól mentes, így egészségesebb megoldás az élelmiszerek tárolására és főzésére.
- Health Canada Jóváhagyva: A Health Canada szerint az élelmiszer-minőségű szilikon biztonságos az ételek főzéséhez és tárolásához. Nem lép reakcióba ételekkel vagy italokkal, így biztonságos választás a konyhai használatra.
Környezeti szempontok
A szilikon nem csak az ember számára biztonságos, hanem környezetbarát választás is. Íme, miért:
- Tartós: A szilikon tartós anyag, amely évekig kitart, csökkentve a gyakori cserék és a pazarlás szükségességét.
- Újrahasznosítható: A szilikon újrahasznosítható, csökkentve a környezetre gyakorolt hatását.
- Alacsony toxicitás: A szilikon alacsony toxicitású anyag, ami azt jelenti, hogy nem bocsát ki káros vegyszereket a környezetbe a gyártás vagy az ártalmatlanítás során.
Szilikon vs műanyag: melyik a jobb alternatíva?
A szilikon és a műanyag kétféle anyag, amelyeket gyakran használnak a különböző iparágakban. A műanyag egy hagyományos anyag, amelyet évtizedek óta használnak, míg a szilikon egy viszonylag új vegyület, amely az utóbbi években vált népszerűvé. Mindkét anyagnak megvannak a saját egyedi tulajdonságai és felhasználási területei, de van néhány lényeges különbség közöttük.
Különbség a tulajdonságokban
Az egyik fő különbség a szilikon és a műanyag között az előállítás módja. A szilikon szilíciumból, a természetben előforduló stabil elemből készül, míg a műanyag szintetikus vegyületekből készül. Ez azt jelenti, hogy a szilikonnak vannak olyan tulajdonságai, amelyekkel a műanyag nem rendelkezik, például tartósabb és hőállóbb. A szilikon magasabb hőmérsékletet bír el, mint a műanyag, így ideális főző- és sütőberendezésekben való használatra.
Hasonlóságok és különbségek az alakban és a formálhatóságban
Bár a szilikon tartósabb, mint a műanyag, nem olyan rugalmas. Nem lehet különböző formákba önteni, mint a műanyag. A szilikon azonban sokféle formára formázható, így edények és konyhai felszerelések népszerű választása. A műanyagot gyakran használják edényekhez és konyhai felszerelésekhez is, de nem olyan tartós, mint a szilikon.
Biztonsági és elektromos tulajdonságok
A szilikon biztonságáról és elektromos tulajdonságairól is ismert. Ez egy nem mérgező anyag, amely melegítéskor nem bocsát ki káros vegyszereket, így biztonságosan használható főzéshez és sütéshez. Jó elektromos szigetelő is, így ideális elektromos berendezésekben való használatra. A műanyag viszont melegítéskor káros vegyi anyagokat bocsáthat ki, így kevésbé biztonságos főzési és sütési lehetőség.
Tisztítás és karbantartás
Ami a tisztítást és karbantartást illeti, a szilikonnak és a műanyagnak van néhány hasonlósága és különbsége. Mindkét anyag mosogatógépben tisztítható, de a szilikon tartósabb és ellenáll a magasabb hőmérsékletnek. A műanyag magas hőmérsékleten meghajolhat és megolvadhat, így kevésbé tartós, mint a szilikon.
Következtetés
Tehát a szilikon szilíciumból és oxigénből készült anyag, és sok mindenre használják.
Látod, miért olyan népszerű most, nem? Tehát ne féljen kérdéseket feltenni, ha nem vagy biztos valamiben. Mindig kérhetsz segítséget egy barátodtól.
És ne felejtse el megnézni útmutatónkat a szilikonnal kapcsolatos további információkért.
Joost Nusselder vagyok, a Tools Doctor alapítója, tartalommarketinges és apa. Szeretek új felszereléseket kipróbálni, és csapatommal 2016 óta készítek mélyreható blogcikkeket, hogy eszközökkel és alkotási tippekkel segítsem a hűséges olvasókat.
