Силикон: тарих, химия және қауіпсіздікке арналған толық нұсқаулық

Силикондар - кез келген инертті полимерлер, синтетикалық екі кремний атомынан және көміртегімен және/немесе сутегімен жиі қосылатын бір оттегі атомынан тұратын функционалды топ болып табылатын силоксанның қайталанатын бірліктерінен тұратын қосылыс. Олар әдетте ыстыққа төзімді және резеңке тәрізді және тығыздағыштарда қолданылады, желімдер, майлау материалдары, дәрі-дәрмек, аспаздық ыдыстар және жылу және электр оқшаулау.

Бұл мақалада біз силиконның қасиеттерін және оны өндіру процесін қарастырамыз.

Силикон туралы білуіңіз керек барлық нәрсе

Силикон - силоксандар деп аталатын молекулалардан тұратын полимерлі материал. Бұл кремнийден, құм мен тау жыныстарында кездесетін табиғи элементтен және оттегінен тұратын ерекше материал. Бұл екі элемент біріктірілгенде, олар соңғы өнімді жасау үшін бір-бірімен байланысқан қайталанатын мономерлердің ұзын тізбектерін қамтитын қосылыс түзеді.

Силикон қалай өндіріледі?

Силикон әдетте силикон қосылысын жасау үшін таза кремнийді басқа қосылыстармен араластыру арқылы өндіріледі. Содан кейін қосылыс қайталанатын мономерлердің ұзын тізбектерінен тұратын соңғы өнімді жасау үшін бірқатар ғылыми процестерден өтеді. Бұл тізбектер әдетте силикон деп аталатын полимерді жасау үшін біріктіріледі.

Силиконның негізгі қолданылуы қандай?

Силикон - бұл әртүрлі өнімдерде қолданылатын танымал материал. Силиконды қолданудың ең көп тарағандарының кейбірі мыналарды қамтиды:

• Әртүрлі материалдарды бір-бірімен байланыстыру үшін қолдануға болатын тығыздағыштар мен желімдерді жасау.
• Жылжымалы бөлшектер арасындағы үйкелісті азайту үшін қолдануға болатын майлау материалдарын өндіру.
• Сезімтал жабдықты жылу мен электр тогынан қорғау үшін қолданылатын жылу және электрлік оқшаулауды жасау.
• Уытты емес және ыстыққа төзімді аспаздық ыдыстар мен басқа да ас үй бұйымдарын жасау.
• Пациенттер үшін қауіпсіз және тиімді медициналық құрылғылар мен импланттарды жасау.

Силикон мен силиконның айырмашылығы неде?

Силикон - бұл бір материал, ал силикондар - силиконнан тұратын материалдар тобы. Силикондар әдетте силиконға қарағанда қаттырақ және ұзаққа созылады және олар әдетте жоғары сапа мен өнімділікті талап ететін өнімдерде қолданылады.

Силиконның эволюциясы: кристалды кремнийден қазіргі өндіріске дейін

1854 жылы Генри Сент-Клэр Девилл кристалды кремнийді алды, бұл материалдар мен қосылыстар әлеміндегі маңызды жаңалық болды. Кремний – Si символы және атомдық нөмірі 14 болатын химиялық элемент. Ол көк-сұр түсті металл жылтыры бар қатты, сынғыш кристалды қатты зат және төрт валентті металлоид және жартылай өткізгіш. Кремний массасы бойынша ғаламдағы ең көп тараған сегізінші элемент, бірақ ол табиғатта таза түрінде сирек кездеседі.

Силикондардың пайда болуы: Хайдтың зерттеулері және Кипингтің атаулары

1930 жылы Дж.Ф. Хайд коммерциялық силикондарды өндіру бойынша алғашқы зерттеулерді жүргізді. Кейінірек, 1940 жылы ағылшын химигі Фредерик Стэнли Кипинг Хайдтың зерттеулерін пайдалана отырып, материалға «жабысқақ заттар» болғандықтан «силикондар» деп атады. Кипинг органикалық химия саласындағы пионер болды және силикондар химиясы бойынша жұмысымен танымал. Силикондар – кремний атомдарымен байланысқан органикалық топтары бар кремний мен оттегі атомдарының ауыспалы тізбегі болып табылатын силоксанның қайталанатын бірліктерінен тұратын синтетикалық полимерлер тобы.

Силикондардың химиясы: құрылымы және полимерлі тізбектері

Силикондар негізінен силоксанның қайталанатын бірлігі бар полимерлер болып табылады. Силоксан бірлігі екі оттегі атомына қосылған кремний атомынан тұрады, олар өз кезегінде органикалық топтарға қосылады. Органикалық топтар метил, этил, фенил немесе басқа топтар болуы мүмкін. Силоксан қондырғылары сызықтық тізбектер немесе тармақталған тізбектер жасау үшін біріктірілуі мүмкін. Үш өлшемді желіні құру үшін тізбектерді өзара байланыстыруға болады. Алынған материал - әртүрлі қасиеттері бар силиконды полимер.

Силикондардың заманауи өндірісі: Корнинг, Доу және гидролиз

How to strip wire fast

Share

Watch on

Силикондардың заманауи өндірісі әртүрлі әдістерді қамтиды, бірақ ең көп таралған әдіс кремний қосылыстарының гидролизіне негізделген. Кремний тетрахлориді (SiCl4) немесе диметилдихлорсилан (CH3)2SiCl2 сияқты кремний қосылыстары силоксандарды алу үшін сумен әрекеттеседі. Содан кейін силоксандар силикон полимерлерін қалыптастыру үшін полимерленеді. Процесс әртүрлі катализаторларды, соның ішінде HCl сияқты қышқылдарды немесе NaOH сияқты негіздерді қолдану арқылы жүзеге асырылуы мүмкін.

Силикондардың қасиеттері: күшті, суға төзімді және электрлік оқшаулағыш

Силикондар кремний атомдарына қосылған органикалық топтарға және полимер тізбектерінің ұзындығына байланысты кең ауқымды қасиеттерге ие. Силикондардың кейбір қасиеттеріне мыналар жатады:

• Берік және берік
• Су өтпейтін
• Электр оқшаулағыш
• Жоғары және төмен температураға төзімді
• Химиялық инертті
• Biocompatibl үшін

Силикондар кең ауқымда қолданылады, соның ішінде:

• Тығыздағыштар мен желімдер
• Жағармайлар мен жабындар
• Медициналық құрылғылар мен имплантаттар
• Электр оқшаулау және схемалық платалар
• Автокөлік және аэроғарыштық құрамдас бөліктер
• Жеке күтім өнімдері мен косметика

Силикондар мен басқа полимерлер арасындағы айырмашылықтар

Силикондар басқа полимерлерден бірнеше жолмен ерекшеленеді:

• Силикондардағы қайталанатын бірлік силоксан, ал басқа полимерлерде әртүрлі қайталанатын бірлік бар.
• Силоксандағы кремний-оттегі байланысы басқа полимерлердегі көміртегі-көміртектік байланысқа қарағанда күштірек, бұл силикондарға өзінің бірегей қасиеттерін береді.
• Силикондар басқа полимерлерге қарағанда жоғары және төмен температураға төзімді.
• Силикондар басқа полимерлерге қарағанда суға төзімді.

Силикондардың болашағы: Жетілдірілген зерттеулер және жаңа өнімдер

Силикондарды қолдану өсуде және үнемі жаңа өнімдер әзірленуде. Силикондардағы алдыңғы қатарлы зерттеулердің кейбір бағыттарына мыналар жатады:

• Силоксандарды полимерлеу үшін жаңа катализаторларды жасау
• Силикондардың қасиеттерін өзгерту үшін силилацетаттарды және басқа қосылыстарды қолдану
• Силикон полимерлерінің жаңа түрлерін алу үшін қышқылдық және негіздік катализденген реакцияларды қолдану
• Шыны және басқа материалдарды қалыптастыруда силикон полимерлерін қолдану

«Силикондар» термині силикон негізіндегі материалдардың алуан түрін сипаттау үшін қолданылатын жалпы термин болып қала береді және бұл материалдардың қасиеттері зерттелуді және түсінуді жалғастыруда.

Құмнан силиконға дейін: силикон өндірудің қызықты процесі

Силикон - әртүрлі формалар мен өнімдерде кеңінен қолданылатын полимер. Силиконның қажетті формаларына қол жеткізу процесі дұрыс материалдар мен құрылыс блоктарын қажет ететін бірқатар қадамдарды қамтиды. Мұнда өндіріс процесіне қатысатын компоненттер мен қадамдар:

• Кремний: Силиконның негізгі құрылыс материалы кремний болып табылады, ол жердегі ең көп таралған элементтердің бірі болып табылады. Ол кварц құмын ұнтақтау және оған жылу беру арқылы 2000 градус Цельсийге дейін температураға жету арқылы оқшауланады.

• Метилхлорид: кремний метилхлоридпен араласады, ол әдетте хлорметан ретінде белгілі. Бұл реакция силикон өндірісіндегі негізгі аралық өнім болып табылатын хлоросиланды шығарады.

• Қыздыру: Содан кейін хлоросилан силиконның прекурсоры болып табылатын диметилдихлоросилан түзу үшін қызады. Бұл процесс реакцияны белсендіретін және тұз қышқылын кетіретін қоспаға жылу беруді қамтиды.

• Полимерді өңдеу: содан кейін диметилдихлоросилан полимерді қалыптастыру үшін сумен араласады. Бұл полимер резеңке бұйымдарын өндіруде жиі қолданылатын эластомерлер сияқты силиконның әртүрлі формаларына қол жеткізу үшін одан әрі өңделуі мүмкін.

Силикон өндірісіндегі сапаны бақылаудың маңызы

Силикон өндірісі соңғы өнімнің қажетті стандарттарға сәйкестігін қамтамасыз ету үшін сапаны бақылаудың жоғары деңгейін талап етеді. Өндірушілер өндіріс процесінде дұрыс құрамдас бөліктердің пайдаланылуын және процестің қолайлы жағдайларда орындалуын қамтамасыз етуі керек. Өндірушілер мына факторларды ескеруі керек:

• Температура: Өндіріс процесі жоғары температураны қажет етеді, бұл соңғы өнімнің сапасына әсер етуі мүмкін. Өндірушілер силиконға зақым келтірмеу үшін температураны мұқият бақылауды қамтамасыз етуі керек.

• Көлемді оқшаулау: Өндіріс процесі силиконның дұрыс мөлшерін өндіруді қамтамасыз ету үшін реакция көлемін оқшаулауды қамтиды. Бұл реакцияны мұқият бақылауды және бақылауды талап етеді.

• Айқаспалы байланыстыру: Силиконның кейбір формалары қажетті қасиеттерге қол жеткізу үшін көлденең байланыстыруды қажет етеді. Бұл күшті материал жасау үшін полимер тізбектерін біріктіруді қамтиды.

Нарықтағы силиконның жалпы формалары

Силикон әдетте ас үй ыдыстарынан медициналық құрылғыларға дейін әртүрлі өнімдерде кездеседі. Міне, нарықтағы силиконның ең көп таралған түрлері:

• Төмен тығыздықтағы силикон: Силиконның бұл түрі әдетте тығыздағыштар мен желімдерді өндіруде қолданылады.

• Эластомерлер: олар әдетте тығыздағыштар мен сақиналар сияқты резеңке бұйымдарды өндіруде қолданылады.

• Жоғары температуралық силикон: Силиконның бұл түрі аэроғарыш өнеркәсібі сияқты жоғары температураға төзімділікті қажет ететін қолданбаларда қолданылады.

Силиконның химиясы: осы әмбебап материалдың қасиеттері мен қалыптасуын зерттеу

Силикон – кремний, оттегі, көміртек және сутегі атомдарынан тұратын синтетикалық материал. Бұл полимердің бір түрі, яғни ол полимерлену деп аталатын процесс арқылы түзілетін молекулалардың ұзын тізбектерінен тұрады. Силикон әдетте гидролиз деп аталатын әдіс арқылы қалыптасады, ол силоксандарды алу үшін кремний қосылыстарын сумен әрекеттестіруді қамтиды.

Силоксандар мен силикон полимерлерінің химиясы

Силоксандар силикон полимерлерінің құрылыс блоктары болып табылады. Олар кремний және оттегі атомдарының ауыспалы тізбегін түзетін кремний қосылыстарының сумен әрекеттесуі арқылы түзіледі. Алынған силоксан тізбегін силикон полимерлерінің алуан түрін алу үшін метил немесе фенил топтары сияқты органикалық топтарды қосу арқылы одан әрі өзгертуге болады.

Ең көп таралған силикон полимерлерінің бірі силоксан тізбегіне метил топтарын қосу арқылы түзілетін полидиметилсилоксан (PDMS) болып табылады. PDMS - бұл көк-сұр түсті металл жылтырлығы бар қатты, сынғыш кристалды қатты зат және периодтық жүйедегі 14-топтың мүшесі. Бұл күшті, суға төзімді материалды қажет ететін электронды схемалар мен басқа өнімдерді өндіруде кеңінен қолданылатын силикон түрі.

Силиконның қасиеттері және оның жалпы қолданылуы

Силиконның көптеген ерекше қасиеттері бар, бұл оны әртүрлі қолданбалар үшін танымал материал етеді. Силиконның негізгі қасиеттеріне мыналар жатады:

• Жоғары термиялық тұрақтылық
• Судың кедергісі
• Төмен уыттылық
• Жақсы электр оқшаулау қасиеттері
• Жоғары газ өткізгіштігі

Бұл қасиеттер силиконды көптеген өнімдер үшін танымал материал етеді, соның ішінде:

• Медициналық құрылғылар
• Автокөлік бөлшектері
• Электрондық компоненттер
• Тығыздағыштар мен желімдер
• Жеке күтім құралдары

Силикон өндірісі мен дамуының болашағы

Силиконды өндіру және дамыту химиктер мен материалтанушылар үшін белсенді зерттеу саласы болып қала береді. Силикон полимерлерін алудың жаңа әдістері ұсынылып, сыналуда, соның ішінде полимерлеу процесінде кетон мен силилацетаттарды қолдану. Жаңа силикон полимерлер дамыған сайын, олар әртүрлі салалар мен өнімдерде жаңа қолданбаларды табуы мүмкін.

Силиконның жан-жақты қолданылуы

Силикон құрылыс және өнеркәсіп салаларында қолданылатын әртүрлі өнімдер мен материалдардың маңызды құрамдас бөлігі болып табылады. Оның жоғары және төмен температураларға төтеп беру, химиялық заттар мен майларға қарсы тұру және экстремалды жағдайларда тұрақты болу қабілеті оны бірқатар қолданбалар үшін тамаша материал етеді, соның ішінде:

• Жабындар мен желімдер
• Оқшаулағыштар және толтырғыштар (міне дұрыс қолдану жолы)
• Автокөлік қозғалтқышының майлау материалдары мен берілістері
• Арнайы майлар және әрлеу өнімдері
• Жылтырату және әрлеу материалдары

Электроника және аэроғарыш өнеркәсібі

Силикондар электроника мен аэроғарыш өнеркәсібінде де өзінің бірегей қасиеттеріне байланысты кеңінен қолданылады, соның ішінде:

• Тиімді оқшаулау және жоғары температура мен химиялық заттарға төзімділік
• Бос орындарды толтыру және нәзік компоненттер үшін жастықты қамтамасыз ету мүмкіндігі
• Төтенше ортада тұрақты және ұзақ өнімділік

Медициналық және косметикалық қолданбалар

Силикон гелі жоғары биоүйлесімділік пен адам тінінің қасиеттерін имитациялау қабілетіне байланысты медициналық және косметикалық өнімдердің маңызды құрамдас бөлігі болып табылады. Кейбір арнайы пайдаланулар мыналарды қамтиды:

• Кеуде имплантаты, яичек имплантаттары және кеуде қуысы импланттары
• Бинт және таңғыштар
• Байланыс линзалары
• Шрамды емдеу және жараларды күту құралдары

Арнайы қолданбалар

Силикон сонымен қатар әртүрлі арнайы қолданбаларда қолданылады, соның ішінде:

• Резеңке және шайыр өндірісі
• Микрофлюидтер және басқа да жоғары дәлдіктегі компоненттер
• Мұнай және газ өнеркәсібінің өнімдері
• Тиімді және ұзаққа созылатын желімдер

Силикон қолданбаларының болашағы

Технологиялар мен өңдеу әдістері алға жылжыған сайын, силиконды қолдану ауқымы тек өсе береді. Жаңа материалдар мен қосылыстарды әзірлеуден бастап, нақты бөлшектер мен құрылымдарды жобалауға дейін силикон өнімдер мен өнеркәсіптердің кең ауқымында маңызды ингредиент болып қала береді.

Неліктен силикон қауіпсіз және қоршаған ортаға зиянсыз таңдау болып табылады?

Силикон - қауіпсіздік мүмкіндіктеріне байланысты көптеген өнімдер үшін танымал таңдау. Міне, кейбір себептер:

• Фталаттар жоқ: Фталаттар әдетте пластиктерде кездесетін және адам денсаулығына зиян тигізуі мүмкін химиялық заттар. Силиконның құрамында фталаттар жоқ, бұл оны пластикке қауіпсіз балама етеді.
• BPA жоқ: Бисфенол А (BPA) - денсаулыққа теріс әсер етуі мүмкін пластмассадағы тағы бір химиялық зат. Силикон құрамында BPA жоқ, бұл тағамды сақтау және пісіру үшін пайдалырақ.
• Денсаулық Канада мақұлданды: Канада денсаулық сақтау ұйымы тағам дайындау және сақтау үшін тағамдық силиконды қауіпсіз деп санады. Ол тамақпен немесе сусындармен әрекеттеспейді, бұл оны ас үйде пайдалану үшін қауіпсіз таңдау болып табылады.

Экологиялық мәселелер

Силикон адамдар үшін қауіпсіз ғана емес, сонымен қатар экологиялық таза таңдау болып табылады. Міне, себебі:

• Төзімділік: Силикон - ұзақ уақытқа созылатын материал, ол жиі ауыстыру мен қалдықтарды қажет етпейді.
• Қайта өңдеуге жарамды: Силиконды қайта өңдеуге болады, бұл оның қоршаған ортаға әсерін азайтады.
• Төмен уыттылық: Силикон төмен уытты материал болып табылады, яғни өндіріс немесе кәдеге жарату кезінде қоршаған ортаға зиянды химиялық заттарды шығармайды.

Силикон және пластик: қайсысы жақсы балама?

Силикон және пластмасса - әртүрлі салаларда жиі қолданылатын материалдардың екі түрі. Пластмасса - ондаған жылдар бойы қолданылған дәстүрлі материал, ал силикон - соңғы жылдары танымал болған салыстырмалы түрде жаңа қосылыс. Екі материалдың да өзіндік ерекше қасиеттері мен қолданылуы бар, бірақ олардың арасында маңызды айырмашылықтар бар.

Қасиеттердегі айырмашылық

Силикон мен пластмасса арасындағы негізгі айырмашылықтардың бірі - оларды өндіру тәсілі. Силикон табиғи түрде кездесетін тұрақты элемент кремнийден, ал пластик синтетикалық қосылыстардан жасалған. Бұл силиконның пластмассада жоқ кейбір қасиеттері бар екенін білдіреді, мысалы, берік және ыстыққа төзімді. Силикон пластмассадан жоғары температураға төтеп бере алады, бұл оны пісіру және пісіру жабдықтарында қолдануға өте ыңғайлы етеді.

Пішіні мен қалыпталу қабілеті бойынша ұқсастықтар мен айырмашылықтар

Силикон пластиктен гөрі берік болғанымен, ол икемді емес. Оны пластикалық банка сияқты әртүрлі пішіндерге салуға болмайды. Дегенмен, силиконды әртүрлі пішіндерге салуға болады, бұл оны ыдыс-аяқ пен ас үй жабдықтары үшін танымал таңдау болып табылады. Пластмасса әдетте ыдыс-аяқ пен ас үй жабдықтары үшін де қолданылады, бірақ ол силикон сияқты берік емес.

Қауіпсіздік және электрлік қасиеттері

Силикон сонымен қатар оның қауіпсіздігі мен электрлік қасиеттерімен танымал. Бұл қызған кезде зиянды химиялық заттарды шығармайтын улы емес материал, сондықтан оны тамақ пісіру және пісіру кезінде қолдануға қауіпсіз етеді. Ол сондай-ақ жақсы электр оқшаулағышы болып табылады, бұл оны электр жабдықтарында қолдануға өте ыңғайлы етеді. Пластмасса, керісінше, қызған кезде зиянды химиялық заттарды шығаруы мүмкін, бұл оны пісіру және пісіру үшін қауіпсіз емес етеді.

Тазалау және техникалық қызмет көрсету

Тазалау және техникалық қызмет көрсету туралы айтатын болсақ, силикон мен пластиктің кейбір ұқсастықтары мен айырмашылықтары бар. Екі материалды да ыдыс жуғышта тазалауға болады, бірақ силикон берік және жоғары температураға төтеп бере алады. Пластмасса жоғары температурада деформациялануы және балқуы мүмкін, бұл оны силиконға қарағанда төзімді етеді.

қорытынды

Сонымен, силикон - кремний мен оттегіден жасалған материал және ол көптеген заттар үшін қолданылады. 

Неліктен оның қазір соншалықты танымал екенін түсінесіз, солай емес пе? Сондықтан, бір нәрсеге сенімді болмасаңыз, сұрақ қоюдан қорықпаңыз. Сіз әрқашан досыңыздан көмек сұрай аласыз. 

Силикон туралы қосымша ақпарат алу үшін біздің нұсқаулықты тексеруді ұмытпаңыз.

Мен Джост Нусселдермін, Tools Doctor негізін қалаушы, контент маркетолог және әкемін. Мен жаңа жабдықты сынап көргенді ұнатамын және өз командаммен бірге 2016 жылдан бері адал оқырмандарға құралдар мен шеберлік бойынша кеңестер беру үшін тереңдетілген блог мақалаларын жасап келемін.