シリコーンは、不活性な物質を含むポリマーです。 合成 シロキサンの繰り返し単位で構成される化合物。シロキサンは、炭素および/または水素と頻繁に結合する XNUMX つのケイ素原子と XNUMX つの酸素原子からなる官能基です。 通常、耐熱性がありゴム状であり、シーラント、 接着剤、潤滑剤、薬品、調理器具、断熱および電気絶縁。
この記事では、シリコーンの特性とその製造プロセスについて説明します。
この投稿では、以下について説明します。
シリコーンについて知っておくべきことすべて
シリコーンはシロキサンと呼ばれる分子から構成されるポリマー材料です。 砂や岩に含まれる天然元素であるケイ素と酸素から構成されるユニークな素材です。 これら XNUMX つの要素が組み合わされると、反復モノマーの長い鎖を含む化合物が形成され、それらが結合して最終製品が作成されます。
シリコーンはどのように生産されるのですか?
シリコーンは通常、純粋なシリコンを他の化合物と混合してシリコーン化合物を作成することによって製造されます。 次に、化合物は一連の科学的プロセスを経て、反復モノマーの長い鎖で構成される最終製品が作成されます。 これらの鎖が結合して、一般にシリコーンとして知られるポリマーが形成されます。
シリコーンの主な用途は何ですか?
シリコンはさまざまな製品に使用されている人気の素材です。 シリコーンの最も一般的な用途には次のようなものがあります。
- さまざまな材料を接着するために使用できるシーラントと接着剤を作成します。
- 可動部品間の摩擦を軽減するために使用できる潤滑剤を製造します。
- 繊細な機器を熱や電気から保護するために使用できる断熱材と電気絶縁材を作成します。
- 無毒で熱に強い調理器具やその他のキッチン用品を作る。
- 患者にとって安全で効果的な医療機器とインプラントを作成します。
シリコーンとシリコーンの違いは何ですか?
シリコーンは単一の材料ですが、シリコーンはシリコーンで構成される材料のグループです。 一般にシリコーンはシリコーンよりも硬く耐久性があり、高レベルの品質と性能が要求される製品によく使用されます。
シリコーンの進化: 結晶シリコンから現代の生産まで
1854 年、アンリ サント クレール ドゥヴィルは結晶シリコンを入手しました。これは材料と化合物の世界における重要な発見でした。 シリコンは、記号 Si、原子番号 14 の化学元素です。シリコンは、青灰色の金属光沢を持つ硬くて脆い結晶固体であり、四価の半金属および半導体です。 シリコンは質量で宇宙で XNUMX 番目に一般的な元素ですが、自然界に純粋な形で見つかることはほとんどありません。
シリコーンの誕生: ハイドの研究とキッピングの命名
1930 年、JF ハイドは商業用シリコーンを製造するための最初の研究を実施しました。 その後、1940 年に英国の化学者フレデリック・スタンレー・キッピングは、ハイドの研究を利用して、その物質が「粘着性の混乱」であることから、この物質に「シリコーン」という名前を付けました。 キッピングは有機化学分野の先駆者であり、シリコーンの化学に関する研究で最もよく知られています。 シリコーンは、シロキサンの繰り返し単位で構成される合成ポリマーのグループであり、シロキサンはケイ素原子に有機基が結合したケイ素原子と酸素原子が交互に連なった鎖です。
シリコーンの化学: 構造とポリマー鎖
シリコーンは本質的に、シロキサンの繰り返し単位を含むポリマーです。 シロキサン単位は、XNUMX つの酸素原子に結合したケイ素原子で構成され、酸素原子は有機基に結合します。 有機基は、メチル、エチル、フェニル、または他の基であり得る。 シロキサン単位は互いに結合して直鎖または分枝鎖を形成できます。 鎖を架橋して三次元ネットワークを形成することもできます。 得られる材料は、さまざまな特性を備えたシリコーン ポリマーです。
シリコーンの最新の製造: Corning、Dow、および加水分解
現代のシリコーンの製造にはさまざまな方法が含まれていますが、最も一般的な方法はシリコン化合物の加水分解に基づいています。 四塩化ケイ素 (SiCl4) やジメチルジクロロシラン (CH3)2SiCl2 などのケイ素化合物は、水と反応してシロキサンを生成します。 次いで、シロキサンが重合されてシリコーンポリマーが形成される。 このプロセスは、HClなどの酸やNaOHなどの塩基を含むさまざまな触媒を使用して実行できます。
シリコーンの特性: 強力、耐水性、電気絶縁性
シリコーンは、ケイ素原子に結合した有機基とポリマー鎖の長さに応じて、幅広い特性を持っています。 シリコーンの特性には次のようなものがあります。
- 強く、耐久性
- 耐水性
- 電気的に絶縁
- 高温および低温に対する耐性
- 化学的に不活性
- Biocompatiblへ
シリコーンは次のような幅広い用途に使用されています。
- シーラントおよび接着剤
- 潤滑剤とコーティング
- 医療機器とインプラント
- 電気絶縁体および回路基板
- 自動車および航空宇宙部品
- パーソナルケア製品および化粧品
シリコーンと他のポリマーの違い
シリコーンはいくつかの点で他のポリマーとは異なります。
- シリコーンの繰り返し単位はシロキサンですが、他のポリマーは異なる繰り返し単位を持っています。
- シロキサンのシリコン-酸素結合は、他のポリマーの炭素-炭素結合よりも強いため、シリコーンに独特の特性が与えられます。
- シリコーンは他のポリマーよりも高温および低温に対する耐性が優れています。
- シリコーンは他のポリマーよりも耐水性に優れています。
シリコーンの未来: 先進的な研究と新製品
シリコーンの使用は増え続けており、常に新製品が開発されています。 シリコーンの高度な研究分野には次のようなものがあります。
- シロキサン重合用の新しい触媒の開発
- シリコーンの特性を変更するための酢酸シリルおよびその他の化合物の使用
- 酸および塩基触媒反応を使用して新しいタイプのシリコーンポリマーを製造する
- ガラスやその他の材料の形成におけるシリコーンポリマーの使用
「シリコーン」という用語は、依然としてさまざまなシリコーンベースの材料を説明するために使用される一般的な用語であり、これらの材料の特性は研究され、理解され続けています。
砂からシリコンへ: シリコーン製造の興味深いプロセス
シリコーンは、さまざまな形状や製品に広く使用されているポリマーです。 シリコーンの望ましい形状を達成するプロセスには、適切な材料と構成要素を必要とする一連のステップが含まれます。 製造プロセスに含まれるコンポーネントと手順は次のとおりです。
- シリコン: シリコンの主な構成要素はシリコンであり、地球上で最も一般的な元素の 2000 つです。 珪砂を粉砕し、摂氏 XNUMX 度までの温度に達する熱を加えることで分離されます。
- 塩化メチル: シリコンは、一般にクロロメタンとして知られる塩化メチルと混合されます。 この反応により、シリコーン製造の重要な中間体であるクロロシランが生成されます。
- 加熱: 次にクロロシランを加熱して、シリコーンの前駆体であるジメチルジクロロシランを形成します。 このプロセスでは、混合物に熱を加えて反応を活性化し、塩酸を除去します。
- ポリマー処理: 次に、ジメチルジクロロシランを水と混合してポリマーを形成します。 このポリマーをさらに加工して、ゴム製品の製造に一般的に使用されるエラストマーなどのさまざまな形状のシリコーンを得ることができます。
シリコーン製造における品質管理の重要性
シリコーンの製造には、最終製品が必要な基準を確実に満たすために、高度な品質管理が必要です。 製造業者は、製造プロセスで適切なコンポーネントが使用され、プロセスが適切な条件で実行されることを保証する必要があります。 メーカーが考慮する必要がある要因のいくつかを次に示します。
- 温度: 製造プロセスには高温が必要であり、最終製品の品質に影響を与える可能性があります。 メーカーは、シリコンへの損傷を防ぐために温度を注意深く管理する必要があります。
- 量の分離: 製造プロセスには、適切な量のシリコーンが生成されることを確認するために、反応液の量を分離することが含まれます。 これには、反応を注意深く監視し制御する必要があります。
- 架橋：シリコーンの一部の形態では、望ましい特性を達成するために架橋が必要です。 これには、ポリマー鎖を結合してより強力な材料を作成することが含まれます。
市場で一般的なシリコーンの形態
シリコーンは、台所用品から医療機器に至るまで、さまざまな製品に一般的に使用されています。 市場で最も一般的なシリコーンの形態のいくつかを以下に示します。
- 低密度シリコーン: このタイプのシリコーンは、シーラントや接着剤の製造に一般的に使用されます。
- エラストマー: これらは、ガスケットや O リングなどのゴム製品の製造に一般的に使用されます。
- 高温シリコーン: このタイプのシリコーンは、航空宇宙産業など、高温耐性が必要な用途に使用されます。
シリコーンの化学: この多用途な材料の特性と形成を探求する
シリコーンは、シリコン、酸素、炭素、水素原子で構成される合成材料です。 これはポリマーの一種であり、重合と呼ばれるプロセスを通じて形成される分子の長い鎖で構成されています。 シリコーンは通常、加水分解と呼ばれる方法を通じて形成されます。この方法では、ケイ素化合物を水と反応させてシロキサンを生成します。
シロキサンとシリコーンポリマーの化学
シロキサンはシリコーンポリマーの構成要素です。 これらはケイ素化合物と水の反応によって形成され、ケイ素原子と酸素原子が交互に並ぶ鎖が生成されます。 得られたシロキサン鎖は、メチル基やフェニル基などの有機基を追加することでさらに修飾され、さまざまなシリコーンポリマーを生成します。
最も一般的なシリコーン ポリマーの 14 つはポリジメチルシロキサン (PDMS) で、シロキサン鎖にメチル基を追加することによって形成されます。 PDMS は、青灰色の金属光沢を持つ硬くて脆い結晶固体であり、周期表の第 XNUMX 族のメンバーです。 これは、電子回路や、強力で耐水性のある材料が必要なその他の製品の製造に一般的に使用されるシリコーンの一種です。
シリコーンの特性とその一般的な用途
シリコーンには多くのユニークな特性があり、さまざまな用途で人気のある材料となっています。 シリコーンの主な特性には次のようなものがあります。
- 高い熱安定性
- 耐水性
- 低毒性
- 良好な電気絶縁特性
- 高いガス透過性
これらの特性により、シリコーンは次のようなさまざまな製品で人気の素材となっています。
- 医療機器
- 自動車部品
- 電子部品
- シーラントおよび接着剤
- パーソナルケア製品
シリコーンの生産と開発の未来
シリコーンの製造と開発は、化学者や材料科学者にとって依然として活発な研究分野です。 重合プロセスでのケトンおよび酢酸シリルの使用など、シリコーンポリマーを製造するための新しい方法が提案され、テストされています。 新しいシリコーンポリマーが開発されると、さまざまな産業や製品に新たな用途が見つかる可能性があります。
シリコーンの多彩な用途
シリコーンは、建設および産業分野で使用されるさまざまな製品や材料に不可欠な成分です。 高温および低温に耐え、化学薬品や油に耐性があり、極端な条件下でも安定性を維持する能力により、次のようなさまざまな用途に優れた材料となります。
- コーティングおよび接着剤
- 絶縁体と フィラー（正しいフィラーの使用方法はこちら）
- 自動車エンジン潤滑油およびギア
- 特殊なオイルと仕上げ製品
- 釉薬および仕上げ材
エレクトロニクスおよび航空宇宙産業
シリコーンは、次のような独特の特性により、エレクトロニクス産業や航空宇宙産業でもよく使用されています。
- 効果的な断熱性と高温および化学薬品に対する耐性
- 隙間を埋め、繊細なコンポーネントにクッションを提供する能力
- 過酷な環境でも安定した長期間のパフォーマンスを発揮
医療および化粧品への応用
シリコーンゲルは、高い生体適合性と人間の組織の特性を模倣する能力により、医療製品や化粧品の重要な成分です。 具体的な用途には次のようなものがあります。
- 乳房インプラント、睾丸インプラント、胸部インプラント
- 包帯とドレッシング
- コンタクトレンズ
- 傷跡治療および創傷ケア製品
特殊アプリケーション
シリコーンは、次のようなさまざまな特殊用途にも使用されています。
- ゴム・樹脂の製造
- マイクロ流体工学およびその他の高精度コンポーネント
- 石油およびガス産業製品
- 効果的で長持ちする接着剤
シリコーン用途の未来
技術と加工技術が進歩し続けるにつれて、シリコーンの用途の範囲は拡大し続けるでしょう。 新しい材料や化合物の開発から特定の部品や構造の設計に至るまで、シリコーンは今後もさまざまな製品や産業において不可欠な成分であり続けるでしょう。
シリコーンが安全で環境に優しい選択である理由
シリコーンはその安全機能により、多くの製品で人気があります。 その理由は次のとおりです。
- フタル酸エステル不使用: フタル酸エステルはプラスチックに一般的に含まれる化学物質で、人間の健康に有害な可能性があります。 シリコーンにはフタル酸エステルが含まれていないため、プラスチックのより安全な代替品となります。
- BPA 不使用: ビスフェノール A (BPA) は、プラスチックに含まれる別の化学物質で、健康に悪影響を与える可能性があります。 シリコーンには BPA が含まれていないため、食品の保存や調理においてより健康的な選択肢になります。
- カナダ保健省の承認: カナダ保健省は、食品グレードのシリコーンは食品の調理や保存に安全であるとみなしています。 食べ物や飲み物と反応しないので、キッチンでの使用にも安全です。
環境への配慮
シリコーンは人体にとって安全であるだけでなく、環境にも優しい選択です。 その理由は次のとおりです。
- 耐久性: シリコンは耐久性に優れた素材で何年も使用できるため、頻繁に交換したり廃棄したりする必要がありません。
- リサイクル可能: シリコーンはリサイクルできるため、環境への影響を軽減できます。
- 低毒性: シリコーンは低毒性の材料であり、製造時や廃棄時に有害な化学物質を環境に放出しません。
シリコン vs プラスチック: どちらがより良い代替品ですか?
シリコーンとプラスチックは、さまざまな業界で一般的に使用される XNUMX 種類の材料です。 プラスチックは何十年も使用されている伝統的な材料ですが、シリコーンは近年人気が高まっている比較的新しい化合物です。 どちらの材料にも独自の特性と用途がありますが、それらの間にはいくつかの重要な違いがあります。
特性の違い
シリコーンとプラスチックの主な違いの XNUMX つは、その製造方法です。 シリコーンは天然に存在する安定した元素であるシリコンから製造されますが、プラスチックは合成化合物から製造されます。 これは、シリコーンが耐久性や耐熱性など、プラスチックにはないいくつかの特性を備えていることを意味します。 シリコーンはプラスチックよりも高温に耐えることができるため、調理器具やベーキング器具での使用に最適です。
形状と成形性の類似点と相違点
シリコーンはプラスチックよりも耐久性がありますが、柔軟性はそれほど高くありません。 プラスチック缶のようにさまざまな形状に成形することはできません。 ただし、シリコーンはさまざまな形状に成形できるため、調理器具や厨房機器として人気があります。 プラスチックは食器やキッチン用品にもよく使われますが、耐久性はシリコンほどではありません。
安全性と電気的特性
シリコーンは、その安全性と電気的特性でも知られています。 加熱しても有害な化学物質を放出しない無毒な素材なので、料理やお菓子作りにも安心してご使用いただけます。 電気絶縁性にも優れているため、電気機器での使用に最適です。 一方、プラスチックは加熱すると有害な化学物質を放出する可能性があるため、調理やお菓子作りの安全性が低くなります。
クリーニングとメンテナンス
クリーニングとメンテナンスに関しては、シリコンとプラスチックにはいくつかの類似点と相違点があります。 どちらの素材も食器洗い機で洗うことができますが、シリコンの方が耐久性があり、高温にも耐えることができます。 プラスチックは高温で変形したり溶けたりする可能性があるため、耐久性はシリコンより劣ります。
まとめ
つまり、シリコーンはケイ素と酸素からできた材料であり、さまざまなものに使われています。
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シリコーンの詳細については、ガイドをチェックすることを忘れないでください。
Tools Doctorの創設者であり、コンテンツマーケティング担当者であり、お父さんであるJoostNusselderです。 私は新しい機器を試すのが大好きです。私のチームと一緒に、2016年から詳細なブログ記事を作成して、忠実な読者にツールと作成のヒントを提供しています。
