Silicone: Heildar leiðbeiningar um sögu, efnafræði og öryggi

Sílíkon eru fjölliður sem innihalda hvers kyns óvirkar, tilbúið efnasamband sem er gert úr endurteknum einingum síoxans, sem er virkur hópur tveggja kísilatóma og eins súrefnisatóms sem oft er blandað saman við kolefni og/eða vetni. Þau eru venjulega hitaþolin og gúmmílík og eru notuð í þéttiefni, lím, smurefni, lyf, eldunaráhöld og hita- og rafeinangrun.

Í þessari grein munum við fjalla um eiginleika sílikons og framleiðsluferli þess.

Allt sem þú þarft að vita um sílikon

Kísill er fjölliða efni sem samanstendur af sameindum sem kallast siloxanes. Það er einstakt efni sem er samsett úr sílikoni, náttúrulegu frumefni sem finnst í sandi og steinum, og súrefni. Þegar þessir tveir þættir eru sameinaðir mynda þeir efnasamband sem inniheldur langar keðjur af endurteknum einliðum, sem eru tengdar saman til að búa til lokaafurð.

Hvernig er sílikon framleitt?

Kísill er venjulega framleitt með því að blanda hreinu sílikoni við önnur efnasambönd til að búa til kísill efnasamband. Efnasambandið er síðan flutt í gegnum röð vísindalegra ferla til að búa til lokaafurð sem er samsett úr löngum keðjum endurtekinna einliða. Þessar keðjur eru tengdar saman til að búa til fjölliða sem er almennt þekkt sem sílikon.

Hver er aðalnotkun kísils?

Kísill er vinsælt efni sem er notað í margar mismunandi vörur. Sumir af algengustu notkun kísils eru:

• Að búa til þéttiefni og lím sem hægt er að nota til að tengja saman mismunandi efni.
• Framleiðir smurefni sem hægt er að nota til að draga úr núningi milli hreyfanlegra hluta.
• Að búa til hita- og rafeinangrun sem hægt er að nota til að vernda viðkvæman búnað fyrir hita og rafmagni.
• Að búa til eldunaráhöld og aðrar eldhúsvörur sem eru ekki eitraðar og þola hita.
• Að búa til lækningatæki og ígræðslu sem eru örugg og árangursrík fyrir sjúklinga.

Hver er munurinn á sílikoni og sílikoni?

Kísill er eitt efni á meðan kísill er hópur efna sem eru samsettur úr sílikoni. Sílíkon eru yfirleitt harðari og endingargóðari en kísill og þau eru almennt notuð í vörur sem krefjast mikils gæða og frammistöðu.

Þróun sílikons: Frá kristallínu sílikoni til nútímaframleiðslu

Árið 1854 fékk Henry Sainte-Claire Deville kristallað sílikon, sem var mikilvæg uppgötvun í heimi efna og efnasambanda. Kísill er efnafræðilegt frumefni með táknið Si og atómnúmerið 14. Það er hart, brothætt kristallað fast efni með blágráum málmgljáa, og það er fjórgildur málmefni og hálfleiðari. Kísill er áttunda algengasta frumefnið í alheiminum miðað við massa, en það finnst sjaldan í sinni hreinu mynd í náttúrunni.

The Birth of Silicones: Hyde's Research and Kipping's Nating

Árið 1930 framkvæmdi JF Hyde fyrstu rannsóknirnar til að framleiða sílikon til sölu. Seinna, árið 1940, gaf enski efnafræðingurinn Frederich Stanley Kipping, með því að nota rannsóknir Hyde, efninu nafnið „kísill“ vegna þess að þau voru „límandi sóðaskapur“. Kipping var brautryðjandi á sviði lífrænnar efnafræði og er þekktastur fyrir vinnu sína við efnafræði sílikons. Sílikon eru hópur tilbúinna fjölliða sem samanstendur af endurteknum einingum síoxans, sem er keðja kísil- og súrefnisatóma til skiptis með lífrænum hópum tengdum kísilatómunum.

Efnafræði sílikons: Uppbygging og fjölliðakeðjur

Sílikon eru í raun fjölliður með endurtekinni einingu af síoxani. Síloxaneiningin samanstendur af kísilatómi sem er fest við tvö súrefnisatóm, sem aftur eru tengd við lífræna hópa. Lífrænu hóparnir geta verið metýl, etýl, fenýl eða aðrir hópar. Hægt er að tengja síoxaneiningarnar saman til að mynda línulegar keðjur eða greinóttar keðjur. Keðjurnar geta einnig verið krosstengdar til að mynda þrívítt net. Efnið sem myndast er kísill fjölliða með margs konar eiginleika.

Nútímaframleiðsla á sílikonum: Corning, Dow og Hydrolysis

How to strip wire fast

Share

Watch on

Nútímaframleiðsla á sílikonum felur í sér margvíslegar aðferðir, en algengasta aðferðin byggist á vatnsrofi kísilefnasambanda. Kísilsambönd eins og sílikontetraklóríð (SiCl4) eða dímetýldíklórsílan (CH3)2SiCl2 eru hvarfaðir við vatn til að framleiða síoxan. Síloxanin eru síðan fjölliðuð til að mynda sílikonfjölliður. Ferlið er hægt að framkvæma með því að nota ýmsar hvata, þar á meðal sýrur eins og HCl eða basa eins og NaOH.

Eiginleikar sílikon: Sterkt, vatnsþolið og rafeinangrandi

Kísil hafa margvíslega eiginleika, allt eftir lífrænu hópunum sem eru tengdir við kísilatómin og lengd fjölliðakeðjanna. Sumir eiginleikar sílikons eru:

• Sterkur og varanlegur
• Vatnshelt
• Rafeinangrandi
• Þolir háan og lágan hita
• Efnafræðilega óvirk
• Biocompatibl til

Sílíkon eru notuð í fjölmörgum forritum, þar á meðal:

• Þéttiefni og lím
• Smurefni og húðun
• Lækningatæki og ígræðslur
• Rafmagns einangrun og hringrásarplötur
• Bíla- og flugvélaíhlutir
• Persónuhönnunarvörur og snyrtivörur

Munurinn á sílikonum og öðrum fjölliðum

Silíkon eru frábrugðin öðrum fjölliðum á nokkra vegu:

• Endurtekningareiningin í sílikonum er síoxan en aðrar fjölliður hafa mismunandi endurteknar einingar.
• Kísil-súrefnistengi í síoxani er sterkara en kolefni-kolefnistengi í öðrum fjölliðum, sem gefur sílikonum einstaka eiginleika þeirra.
• Sílikon eru ónæmari fyrir háum og lágum hita en aðrar fjölliður.
• Sílíkon eru vatnsheldari en aðrar fjölliður.

Framtíð sílikon: Ítarlegar rannsóknir og nýjar vörur

Notkun sílikon heldur áfram að aukast og stöðugt er verið að þróa nýjar vörur. Sum sviðum háþróaðrar rannsókna á sílikonum eru:

• Þróun nýrra hvata fyrir fjölliðun síoxana
• Notkun silýl asetata og annarra efnasambanda til að breyta eiginleikum sílikons
• Notkun sýru- og basahvataðra efnahvarfa til að framleiða nýjar gerðir af sílikonfjölliðum
• Notkun sílikonfjölliða við myndun glers og annarra efna

Hugtakið „kísill“ er enn algengt hugtak sem notað er til að lýsa margs konar efnum sem byggjast á kísill, og eiginleikar þessara efna halda áfram að kanna og skilja.

Frá sandi til kísills: heillandi ferlið við að framleiða kísill

Kísill er fjölliða sem er mikið notað í ýmsum myndum og vörum. Ferlið við að ná tilætluðum formum kísils felur í sér röð skrefa sem krefjast réttu efna og byggingareininga. Hér eru íhlutir og skref sem taka þátt í framleiðsluferlinu:

• Kísill: Aðalbygging kísilsins er kísill, sem er einn af algengustu frumefnum jarðar. Það er einangrað með því að mala kvarssand og hita á hann og ná allt að 2000 gráðum á Celsíus.

• Metýlklóríð: Kísill er blandað við metýlklóríð, sem er almennt þekkt sem klórmetan. Þetta hvarf framleiðir klórsílan, sem er lykilefni í framleiðslu á kísill.

• Upphitun: Klórsílanið er síðan hitað til að mynda dímetýldíklórsílan, sem er undanfari sílikons. Þetta ferli felur í sér að hita er borið á blönduna, sem virkjar hvarfið og fjarlægir saltsýru.

• Fjölliðavinnsla: Dímetýldíklórsílaninu er síðan blandað saman við vatn til að mynda fjölliðu. Hægt er að vinna þessa fjölliða frekar til að ná fram mismunandi gerðum af kísill, svo sem teygjur, sem eru almennt notuð við framleiðslu á gúmmívörum.

Mikilvægi gæðaeftirlits í framleiðslu á kísill

Framleiðsla á sílikoni krefst mikils gæðaeftirlits til að tryggja að endanleg vara uppfylli tilskilda staðla. Framleiðendur þurfa að tryggja að réttir íhlutir séu notaðir í framleiðsluferlinu og að ferlið sé framkvæmt við réttar aðstæður. Hér eru nokkrir af þeim þáttum sem framleiðendur þurfa að hafa í huga:

• Hitastig: Framleiðsluferlið krefst hás hitastigs, sem getur haft áhrif á gæði lokaafurðarinnar. Framleiðendur þurfa að tryggja að hitastiginu sé vandlega stjórnað til að koma í veg fyrir skemmdir á sílikoninu.

• Einangrun rúmmálsins: Framleiðsluferlið felur í sér að einangra rúmmál hvarfsins til að tryggja að rétt magn af sílikoni sé framleitt. Þetta krefst vandlega eftirlits og eftirlits með viðbrögðum.

• Þvertenging: Sumar tegundir sílikons krefjast þvertengingar til að ná tilætluðum eiginleikum. Þetta felur í sér að tengja fjölliða keðjurnar saman til að búa til sterkara efni.

Algengar form kísils á markaðnum

Kísill er almennt að finna í ýmsum vörum, allt frá eldhúsáhöldum til lækningatækja. Hér eru nokkrar af algengustu tegundum sílikons á markaðnum:

• Lágþéttni kísill: Þessi tegund af kísill er almennt notuð við framleiðslu á þéttiefnum og lími.

• Teygjur: Þetta er almennt notað við framleiðslu á gúmmívörum, svo sem þéttingum og O-hringjum.

• Háhitakísill: Þessi tegund af kísill er notuð í forritum sem krefjast háhitaþols, svo sem í geimferðaiðnaðinum.

Efnafræði sílikons: Kannaðu eiginleika og myndun þessa fjölhæfa efnis

Kísill er tilbúið efni sem samanstendur af sílikoni, súrefni, kolefni og vetnisatómum. Það er tegund fjölliða, sem þýðir að hún er gerð úr löngum keðjum sameinda sem myndast með ferli sem kallast fjölliðun. Kísill myndast venjulega með aðferð sem kallast vatnsrof, sem felur í sér hvarfa kísilsambönd við vatn til að framleiða síoxan.

Efnafræði síoxana og kísillfjölliða

Síloxan eru byggingareiningar kísillfjölliða. Þau myndast við hvarf kísilefnasambanda við vatn, sem myndar keðju kísil- og súrefnisatóma til skiptis. Hægt er að breyta síoxankeðjunni sem myndast frekar með því að bæta við lífrænum hópum, svo sem metýl- eða fenýlhópum, til að framleiða fjölbreytt úrval af sílikonfjölliðum.

Ein algengasta sílikonfjölliðan er pólýdímetýlsíloxan (PDMS), sem myndast með því að bæta metýlhópum við síoxankeðjuna. PDMS er hart, brothætt kristallað fast efni með blágráum málmgljáa og tilheyrir hópi 14 í lotukerfinu. Það er tegund af sílikoni sem er almennt notað við framleiðslu á rafrásum og öðrum vörum sem krefjast sterks, vatnsþolins efnis.

Eiginleikar sílikons og algeng notkun þess

Kísill hefur fjölda einstaka eiginleika sem gera það að vinsælu efni fyrir margs konar notkun. Sumir af helstu eiginleikum sílikons eru:

• Hár hitastöðugleiki
• Vatn viðnám
• Lítil eituráhrif
• Góðir rafmagns einangrunareiginleikar
• Mikið gas gegndræpi

Þessir eiginleikar gera sílikon að vinsælu efni fyrir margs konar vörur, þar á meðal:

• Lækningatæki
• Varahlutir í bifreiðum
• Rafeindabúnaður
• Þéttiefni og lím
• Vörur fyrir persónulega umönnun

Framtíð kísilframleiðslu og þróunar

Kísillframleiðsla og þróun er áfram virkt rannsóknarsvið fyrir efnafræðinga og efnisfræðinga. Nýjar aðferðir til að framleiða sílikonfjölliður eru lagðar til og prófaðar, þar á meðal notkun ketóns og silýlasetata í fjölliðunarferlinu. Þar sem nýjar kísillfjölliður eru þróaðar eru þær líklegar til að finna ný notkun í fjölmörgum atvinnugreinum og vörum.

Fjölhæf notkun kísils

Kísill er ómissandi innihaldsefni í ýmsum vörum og efnum sem notuð eru í byggingar- og iðnaðargeiranum. Hæfni þess til að standast háan og lágan hita, standast efni og olíur og haldast stöðugur við erfiðar aðstæður gerir það að frábæru efni fyrir margvísleg notkun, þar á meðal:

• Húðun og lím
• Einangrunarefni og fylliefni (svona á að nota réttu)
• Smurefni og gírar fyrir bílavélar
• Sérolíur og frágangsvörur
• Glerjun og frágangsefni

Rafeindatækni og flugiðnaður

Kísill er einnig almennt notaður í rafeinda- og geimferðaiðnaði vegna einstakra eiginleika þeirra, þar á meðal:

• Árangursrík einangrun og viðnám gegn háum hita og efnum
• Geta til að fylla í eyður og veita púði fyrir viðkvæma íhluti
• Stöðug og langvarandi frammistaða í erfiðu umhverfi

Læknis- og snyrtivöruforrit

Kísillgel er mikilvægt innihaldsefni í lækninga- og snyrtivörum vegna mikils lífsamrýmanleika þess og getu til að líkja eftir eiginleikum mannsvefs. Sum sérstök notkun eru:

• Brjóstaígræðsla, eistuígræðsla og brjóstígræðsla
• Sárabindi og umbúðir
• Linsur
• Örameðferðir og sárameðferðir

Sérfræðiumsóknir

Kísill er einnig notað í ýmsum sértækum forritum, þar á meðal:

• Framleiðsla á gúmmíi og plastefni
• Örflæði og aðrir íhlutir með mikla nákvæmni
• Vörur í olíu- og gasiðnaði
• Áhrifaríkt og endingargott lím

Framtíð sílikonforrita

Eftir því sem tækni og vinnslutækni halda áfram að þróast mun úrval sílikonnotkunar aðeins halda áfram að stækka. Frá því að þróa ný efni og efnasambönd til að hanna tiltekna hluta og mannvirki, kísill verður áfram ómissandi innihaldsefni í fjölmörgum vörum og atvinnugreinum.

Af hverju kísill er öruggt og umhverfisvænt val

Kísill er vinsæll kostur fyrir margar vörur vegna öryggiseiginleika þess. Hér eru nokkrar ástæður fyrir því:

• Engin þalöt: þalöt eru efni sem eru almennt að finna í plasti og geta verið skaðleg heilsu manna. Kísill inniheldur ekki þalöt, sem gerir það öruggari valkost við plast.
• Engin BPA: Bisfenól A (BPA) er annað efni sem finnst í plasti sem getur haft neikvæð heilsufarsleg áhrif. Kísill er laus við BPA, sem gerir það að hollari valkosti fyrir matargeymslu og matreiðslu.
• Heilsa Kanada samþykkt: Heilsa Kanada hefur talið matargæða sílikon öruggt til að elda og geyma mat. Það hvarfast ekki við mat eða drykki, sem gerir það að öruggu vali fyrir eldhúsnotkun.

Umhverfissjónarmið

Kísill er ekki aðeins öruggt fyrir menn heldur er það líka umhverfisvænt val. Hér er ástæðan:

• Varanlegur: Kísill er endingargott efni sem getur varað í mörg ár, sem dregur úr þörfinni fyrir tíð skipti og sóun.
• Endurvinnanlegt: Hægt er að endurvinna sílikon, sem dregur úr áhrifum þess á umhverfið.
• Lítil eiturhrif: Kísill er lítið eitrað efni, sem þýðir að það losar ekki skaðleg efni út í umhverfið við framleiðslu eða förgun.

Kísill vs plast: Hver er betri kosturinn?

Kísill og plast eru tvenns konar efni sem eru almennt notuð í ýmsum atvinnugreinum. Plast er hefðbundið efni sem hefur verið notað í áratugi en sílikon er tiltölulega nýtt efnasamband sem hefur náð vinsældum á undanförnum árum. Bæði efnin hafa sína einstöku eiginleika og notkun, en það er nokkur mikilvægur munur á þeim.

Mismunur á eiginleikum

Einn helsti munurinn á sílikoni og plasti er hvernig þau eru framleidd. Kísill er framleitt úr sílikoni, sem er náttúrulega stöðugt frumefni, en plast er úr tilbúnum efnasamböndum. Þetta þýðir að sílikon hefur nokkra eiginleika sem plast hefur ekki, eins og að vera endingarbetra og hitaþolið. Kísill þolir hærra hitastig en plast, sem gerir það tilvalið til notkunar í eldunar- og bökunarbúnað.

Líkindi og munur á lögun og mótun

Þó að sílikon sé endingarbetra en plast, þá er það ekki eins sveigjanlegt. Það er ekki hægt að móta það í mismunandi form eins og plastdós. Hins vegar er hægt að móta sílikon í margs konar form, sem gerir það vinsælt val fyrir áhöld og eldhúsbúnað. Plast er einnig almennt notað í áhöld og eldhúsbúnað, en það er ekki eins endingargott og sílikon.

Öryggis- og rafeiginleikar

Kísill er einnig þekkt fyrir öryggi og rafmagns eiginleika. Það er eitrað efni sem losar ekki skaðleg efni við upphitun, sem gerir það öruggt til notkunar við matreiðslu og bakstur. Það er líka góður rafmagns einangrunarefni, sem gerir það tilvalið til notkunar í rafbúnaði. Plast getur aftur á móti losað skaðleg efni við upphitun, sem gerir það að verkum að það er óöruggari kostur við matreiðslu og bakstur.

Þrif og Viðhald

Þegar kemur að hreinsun og viðhaldi hefur sílikon og plast ýmislegt líkt og ólíkt. Bæði efnin má þrífa í uppþvottavél en sílikon er endingarbetra og þolir hærri hita. Plast getur undið og bráðnað við háan hita, sem gerir það minna endingargott en sílikon.

Niðurstaða

Svo, sílikon er efni úr sílikoni og súrefni, og það er notað í fullt af hlutum. 

Þú getur séð hvers vegna það er svona vinsælt núna, er það ekki? Svo, ekki vera hræddur við að spyrja spurninga ef þú ert ekki viss um eitthvað. Þú getur alltaf beðið vin þinn um hjálp. 

Og ekki gleyma að skoða handbókina okkar til að fá frekari upplýsingar um sílikon.

Ég er Joost Nusselder, stofnandi Tools Doctor, efnismarkaður og pabbi. Ég elska að prófa nýjan búnað og ásamt teyminu mínu hef ég verið að búa til ítarlegar blogggreinar síðan 2016 til að hjálpa dyggum lesendum með verkfærum og ráðleggingum um föndur.