Silikons: pilnīga vēstures, ķīmijas un drošības rokasgrāmata

Silikoni ir polimēri, kas ietver jebkuru inertu, sintētisks savienojums, kas sastāv no atkārtotām siloksāna vienībām, kas ir divu silīcija atomu un viena skābekļa atoma funkcionāla grupa, kas bieži apvienota ar oglekli un/vai ūdeņradi. Tie parasti ir karstumizturīgi un līdzīgi gumijai, un tos izmanto hermētiķos, līmes, smērvielas, zāles, virtuves piederumi, kā arī siltumizolācija un elektriskā izolācija.

Šajā rakstā mēs apskatīsim silikona īpašības un tā ražošanas procesu.

Viss, kas jums jāzina par silikonu

Silikons ir polimēru materiāls, kas sastāv no molekulām, ko sauc par siloksāniem. Tas ir unikāls materiāls, kas sastāv no silīcija, dabiska elementa, kas atrodams smiltīs un akmeņos, un skābekļa. Kad šie divi elementi tiek apvienoti, tie veido savienojumu, kas satur garas atkārtotu monomēru ķēdes, kuras ir savienotas kopā, lai izveidotu galaproduktu.

Kā tiek ražots silikons?

Silikonu parasti ražo, sajaucot tīru silīciju ar citiem savienojumiem, lai izveidotu silikona savienojumu. Pēc tam savienojums tiek nodots virknei zinātnisku procesu, lai izveidotu galaproduktu, kas sastāv no garām atkārtotu monomēru ķēdēm. Šīs ķēdes ir savienotas kopā, lai izveidotu polimēru, ko parasti sauc par silikonu.

Kādi ir silikona galvenie lietojumi?

Silikons ir populārs materiāls, ko izmanto daudzos dažādos produktos. Daži no visizplatītākajiem silikona lietojumiem ir:

• Hermētiķu un līmju izveide, ko var izmantot dažādu materiālu savienošanai.
• Smērvielu ražošana, ko var izmantot, lai samazinātu berzi starp kustīgajām daļām.
• Siltuma un elektriskās izolācijas izveide, ko var izmantot jutīgu iekārtu aizsardzībai no siltuma un elektrības.
• Netoksisku un karstumizturīgu virtuves piederumu un citu virtuves produktu izgatavošana.
• Pacientiem drošu un efektīvu medicīnisko ierīču un implantu izveide.

Kāda ir atšķirība starp silikonu un silikonu?

Silikons ir viens materiāls, savukārt silikoni ir materiālu grupa, kas sastāv no silikona. Silikoni parasti ir cietāki un izturīgāki nekā silikoni, un tos parasti izmanto izstrādājumos, kuriem nepieciešama augsta kvalitāte un veiktspēja.

Silikona evolūcija: no kristāliskā silīcija līdz modernai ražošanai

1854. gadā Henrijs Sentklērs Devils ieguva kristālisko silīciju, kas bija nozīmīgs atklājums materiālu un savienojumu pasaulē. Silīcijs ir ķīmisks elements ar simbolu Si un atomskaitli 14. Tā ir cieta, trausla kristāliska cieta viela ar zili pelēku metālisku spīdumu, un tas ir četrvērtīgs metaloīds un pusvadītājs. Silīcijs ir astotais izplatītākais elements Visumā pēc masas, taču dabā tas tīrā veidā ir sastopams reti.

Silikonu dzimšana: Haida pētījumi un Kipinga nosaukumi

1930. gadā JF Haids veica pirmo pētījumu, lai ražotu komerciālus silikonus. Vēlāk, 1940. gadā, angļu ķīmiķis Frederihs Stenlijs Kipings, izmantojot Haida pētījumu, piešķīra materiālam nosaukumu “silikoni”, jo tie bija “lipīgi putruņi”. Kipings bija pionieris organiskās ķīmijas jomā un ir vislabāk pazīstams ar savu darbu silikonu ķīmijas jomā. Silikoni ir sintētisko polimēru grupa, kas sastāv no atkārtotām siloksāna vienībām, kas ir mainīgu silīcija un skābekļa atomu ķēde ar organiskām grupām, kas pievienotas silīcija atomiem.

Silikona ķīmija: struktūra un polimēru ķēdes

Silikoni būtībā ir polimēri ar atkārtotu siloksāna vienību. Siloksāna vienība sastāv no silīcija atoma, kas pievienots diviem skābekļa atomiem, kuri savukārt ir saistīti ar organiskām grupām. Organiskās grupas var būt metilgrupas, etilgrupas, fenilgrupas vai citas grupas. Siloksāna vienības var savienot kopā, veidojot lineāras ķēdes vai sazarotas ķēdes. Ķēdes var arī savstarpēji savienot, lai izveidotu trīsdimensiju tīklu. Iegūtais materiāls ir silikona polimērs ar visdažādākajām īpašībām.

Mūsdienu silikonu ražošana: Corning, Dow un hidrolīze

How to strip wire fast

Share

Watch on

Mūsdienu silikonu ražošana ietver dažādas metodes, bet visizplatītākā metode ir balstīta uz silīcija savienojumu hidrolīzi. Silīcija savienojumus, piemēram, silīcija tetrahlorīdu (SiCl4) vai dimetildihlorsilānu (CH3)2SiCl2, reaģē ar ūdeni, lai iegūtu siloksānus. Pēc tam siloksānus polimerizē, veidojot silikona polimērus. Procesu var veikt, izmantojot dažādus katalizatorus, tostarp skābes, piemēram, HCl, vai bāzes, piemēram, NaOH.

Silikona īpašības: spēcīga, ūdensizturīga un elektriski izolējoša

Silikoniem ir plašs īpašību klāsts atkarībā no silīcija atomiem piesaistītajām organiskajām grupām un polimēru ķēžu garuma. Dažas no silikona īpašībām ietver:

• Spēcīgs un izturīgs
• Ūdensizturīgs
• Elektriski izolējošs
• Izturīgs pret augstām un zemām temperatūrām
• Ķīmiski inerts
• Biocompatibl uz

Silikoni tiek izmantoti plašā lietojumu klāstā, tostarp:

• Hermētiķi un līmvielas
• Smērvielas un pārklājumi
• Medicīnas ierīces un implanti
• Elektriskā izolācija un shēmas plates
• Automobiļu un kosmosa sastāvdaļas
• Personīgās kopšanas līdzekļi un kosmētika

Atšķirības starp silikoniem un citiem polimēriem

Silikoni no citiem polimēriem atšķiras vairākos veidos:

• Atkārtota vienība silikonos ir siloksāns, savukārt citiem polimēriem ir dažādas atkārtotas vienības.
• Silīcija-skābekļa saite siloksānā ir spēcīgāka nekā oglekļa-oglekļa saite citos polimēros, kas piešķir silikoniem to unikālās īpašības.
• Silikoni ir izturīgāki pret augstām un zemām temperatūrām nekā citi polimēri.
• Silikoni ir ūdensizturīgāki nekā citi polimēri.

Silikona nākotne: progresīvi pētījumi un jauni produkti

Silikona izmantošana turpina pieaugt, un visu laiku tiek izstrādāti jauni produkti. Dažas no silikonu progresīvās izpētes jomām ietver:

• Jaunu katalizatoru izstrāde siloksānu polimerizācijai
• Sililacetātu un citu savienojumu izmantošana, lai mainītu silikonu īpašības
• Skābju un bāzes katalizētu reakciju izmantošana jauna veida silikona polimēru ražošanai
• Silikona polimēru izmantošana stikla un citu materiālu veidošanā

Termins “silikoni” joprojām ir izplatīts termins, ko lieto, lai aprakstītu dažādus silikona materiālus, un šo materiālu īpašības joprojām tiek pētītas un izprastas.

No smiltīm līdz silikonam: aizraujošs silikona ražošanas process

Silikons ir polimērs, ko plaši izmanto dažādās formās un produktos. Vēlamo silikona formu iegūšanas process ietver virkni darbību, kurām nepieciešami pareizi materiāli un celtniecības bloki. Šeit ir norādītas ražošanas procesā iesaistītās sastāvdaļas un darbības:

• Silīcijs: galvenais silikona celtniecības bloks ir silīcijs, kas ir viens no visizplatītākajiem elementiem uz zemes. To izolē, samaļot kvarca smiltis un pieliekot tām siltumu, sasniedzot temperatūru līdz 2000 grādiem pēc Celsija.

• Metilhlorīds: Silīciju sajauc ar metilhlorīdu, ko parasti sauc par hlormetānu. Šī reakcija rada hlorsilānu, kas ir galvenais starpprodukts silikona ražošanā.

• Sildīšana: pēc tam hlorsilānu karsē, veidojot dimetildihlorsilānu, kas ir silikona prekursors. Šis process ietver maisījuma uzkarsēšanu, kas aktivizē reakciju un noņem sālsskābi.

• Polimēru apstrāde: pēc tam dimetildihlorsilānu sajauc ar ūdeni, veidojot polimēru. Šo polimēru var tālāk apstrādāt, lai iegūtu dažādas silikona formas, piemēram, elastomērus, ko parasti izmanto gumijas izstrādājumu ražošanā.

Kvalitātes kontroles nozīme silikona ražošanā

Silikona ražošanai nepieciešama augsta līmeņa kvalitātes kontrole, lai nodrošinātu, ka galaprodukts atbilst noteiktajiem standartiem. Ražotājiem ir jānodrošina, ka ražošanas procesā tiek izmantotas pareizās sastāvdaļas un process tiek veikts atbilstošos apstākļos. Šeit ir daži no faktoriem, kas ražotājiem jāņem vērā:

• Temperatūra: ražošanas procesā ir nepieciešama augsta temperatūra, kas var ietekmēt gala produkta kvalitāti. Ražotājiem ir jānodrošina, ka temperatūra tiek rūpīgi kontrolēta, lai novērstu silikona bojājumus.

• Tilpuma izolēšana: Ražošanas process ietver reakcijas tilpuma izolāciju, lai nodrošinātu, ka tiek ražots pareizais silikona daudzums. Tam nepieciešama rūpīga reakcijas uzraudzība un kontrole.

• Šķērssaistīšana: Dažām silikona formām nepieciešama šķērssaistīšana, lai sasniegtu vēlamās īpašības. Tas ietver polimēru ķēžu savienošanu kopā, lai izveidotu spēcīgāku materiālu.

Tirgū izplatītākās silikona formas

Silikons parasti ir atrodams dažādos izstrādājumos, sākot no virtuves piederumiem un beidzot ar medicīnas ierīcēm. Šeit ir daži no tirgū izplatītākajiem silikona veidiem:

• Zema blīvuma silikons: šāda veida silikonu parasti izmanto hermētiķu un līmju ražošanā.

• Elastomēri: tos parasti izmanto gumijas izstrādājumu, piemēram, blīvju un O-gredzenu, ražošanā.

• Augstas temperatūras silikons: šāda veida silikonu izmanto lietojumos, kuriem nepieciešama augstas temperatūras izturība, piemēram, aviācijas un kosmosa rūpniecībā.

Silikona ķīmija: šī daudzpusīgā materiāla īpašību un veidošanās izpēte

Silikons ir sintētisks materiāls, kas sastāv no silīcija, skābekļa, oglekļa un ūdeņraža atomiem. Tas ir polimēra veids, kas nozīmē, ka tas sastāv no garām molekulu ķēdēm, kas veidojas procesā, ko sauc par polimerizāciju. Silikons parasti tiek veidots, izmantojot metodi, ko sauc par hidrolīzi, kas ietver silīcija savienojumu reakciju ar ūdeni, lai iegūtu siloksānus.

Siloksānu un silikona polimēru ķīmija

Siloksāni ir silikona polimēru pamatelementi. Tie veidojas silīcija savienojumu reakcijā ar ūdeni, kas rada mainīgu silīcija un skābekļa atomu ķēdi. Iegūto siloksāna ķēdi var tālāk modificēt, pievienojot organiskās grupas, piemēram, metilgrupas vai fenilgrupas, lai iegūtu dažādus silikona polimērus.

Viens no visizplatītākajiem silikona polimēriem ir polidimetilsiloksāns (PDMS), kas veidojas, siloksāna ķēdei pievienojot metilgrupas. PDMS ir cieta, trausla kristāliska cieta viela ar zili pelēku metālisku spīdumu un ir periodiskās tabulas 14. grupas dalībnieks. Tas ir silikona veids, ko parasti izmanto elektronisko shēmu un citu izstrādājumu ražošanā, kam nepieciešams spēcīgs, ūdens izturīgs materiāls.

Silikona īpašības un tā parastie lietojumi

Silikonam ir vairākas unikālas īpašības, kas padara to par populāru materiālu visdažādākajiem lietojumiem. Dažas no galvenajām silikona īpašībām ir:

• Augsta termiskā stabilitāte
• Ūdensizturība
• Zema toksicitāte
• Labas elektroizolācijas īpašības
• Augsta gāzes caurlaidība

Šīs īpašības padara silikonu par populāru materiālu dažādiem produktiem, tostarp:

• Medicīniskās ierīces
• Automobiļu daļas
• Elektroniskās sastāvdaļas
• Hermētiķi un līmvielas
• Personīgās higiēnas līdzekļi

Silikona ražošanas un attīstības nākotne

Silikona ražošana un izstrāde joprojām ir aktīva ķīmiķu un materiālu zinātnieku pētniecības joma. Tiek piedāvātas un pārbaudītas jaunas metodes silikona polimēru ražošanai, tostarp ketona un sililacetātu izmantošana polimerizācijas procesā. Tā kā tiek izstrādāti jauni silikona polimēri, tie, visticamāk, atradīs jaunus pielietojumus dažādās nozarēs un produktos.

Daudzpusīgie silikona pielietojumi

Silikons ir būtiska sastāvdaļa dažādos produktos un materiālos, ko izmanto būvniecības un rūpniecības nozarēs. Tā spēja izturēt augstu un zemu temperatūru, pretoties ķimikālijām un eļļām un saglabāt stabilitāti ekstremālos apstākļos padara to par lielisku materiālu dažādiem lietojumiem, tostarp:

• Pārklājumi un līmvielas
• Izolatori un pildvielas (šeit ir norādīts, kā izmantot pareizos)
• Automobiļu dzinēju smērvielas un pārnesumi
• Speciālās eļļas un apdares produkti
• Stiklojuma un apdares materiāli

Elektronikas un kosmosa rūpniecība

Silikoni parasti tiek izmantoti arī elektronikas un kosmosa rūpniecībā to unikālo īpašību dēļ, tostarp:

• Efektīva izolācija un izturība pret augstām temperatūrām un ķīmiskām vielām
• Spēja aizpildīt spraugas un nodrošināt smalku komponentu amortizāciju
• Stabila un ilgstoša veiktspēja ekstremālos apstākļos

Medicīnas un kosmētikas lietojumi

Silikona gēls ir svarīga sastāvdaļa medicīniskajos un kosmētikas produktos, pateicoties tā augstajai bioloģiskajai saderībai un spējai atdarināt cilvēka audu īpašības. Daži īpaši lietojumi ietver:

• Krūšu implanti, sēklinieku implanti un krūšu implanti
• Pārsēji un pārsēji
• Kontaktlēcas
• Rētu ārstēšana un brūču kopšanas līdzekļi

Speciālie pielietojumi

Silikonu izmanto arī dažādos speciālos lietojumos, tostarp:

• Gumijas un sveķu ražošana
• Mikrofluidika un citi augstas precizitātes komponenti
• Naftas un gāzes rūpniecības produkti
• Efektīvas un noturīgas līmvielas

Silikona lietojumu nākotne

Tā kā tehnoloģija un apstrādes metodes turpina attīstīties, silikona lietojumu klāsts tikai pieaugs. Sākot no jaunu materiālu un savienojumu izstrādes līdz konkrētu detaļu un konstrukciju projektēšanai, silikons joprojām būs būtiska sastāvdaļa daudzos produktos un nozarēs.

Kāpēc silikons ir droša un videi draudzīga izvēle?

Silikons ir populāra izvēle daudziem produktiem, pateicoties tā drošības funkcijām. Šeit ir daži iemesli, kāpēc:

• Nesatur ftalātus: Ftalāti ir ķīmiskas vielas, kas parasti atrodamas plastmasā un var būt kaitīgas cilvēku veselībai. Silikons nesatur ftalātus, padarot to par drošāku alternatīvu plastmasai.
• Bez BPA: Bisfenols A (BPA) ir vēl viena plastmasā atrodama ķīmiska viela, kas var negatīvi ietekmēt veselību. Silikons nesatur BPA, tāpēc tas ir veselīgāks risinājums pārtikas uzglabāšanai un gatavošanai.
• Health Canada Apstiprināts: Health Canada ir atzinusi, ka pārtikas silikons ir drošs ēdiena gatavošanai un uzglabāšanai. Tas nereaģē ar pārtiku vai dzērieniem, padarot to par drošu izvēli lietošanai virtuvē.

Vides apsvērumi

Silikons ir ne tikai drošs cilvēkiem, bet arī videi draudzīgs. Lūk, kāpēc:

• Izturīgs: Silikons ir izturīgs materiāls, kas var kalpot gadiem ilgi, samazinot vajadzību pēc biežas nomaiņas un atkritumu.
• Pārstrādājams: silikonu var pārstrādāt, samazinot tā ietekmi uz vidi.
• Zema toksicitāte: Silikons ir zemas toksicitātes materiāls, kas nozīmē, ka ražošanas vai likvidēšanas laikā tas neizdala kaitīgas ķīmiskas vielas vidē.

Silikons pret plastmasu: kura ir labāka alternatīva?

Silikons un plastmasa ir divu veidu materiāli, kurus parasti izmanto dažādās nozarēs. Plastmasa ir tradicionāls materiāls, kas tiek izmantots gadu desmitiem, savukārt silikons ir salīdzinoši jauns savienojums, kas pēdējos gados ir guvis popularitāti. Abiem materiāliem ir savas unikālas īpašības un pielietojums, taču starp tiem ir dažas būtiskas atšķirības.

Īpašību atšķirība

Viena no galvenajām atšķirībām starp silikonu un plastmasu ir to ražošanas veids. Silikons tiek ražots no silīcija, dabā sastopama stabila elementa, savukārt plastmasa ir izgatavota no sintētiskiem savienojumiem. Tas nozīmē, ka silikonam ir dažas īpašības, kuru plastmasai nepiemīt, piemēram, tas ir izturīgāks un karstumizturīgāks. Silikons var izturēt augstāku temperatūru nekā plastmasa, tāpēc tas ir ideāli piemērots lietošanai ēdiena gatavošanas un cepšanas iekārtās.

Formas un formējamības līdzības un atšķirības

Lai gan silikons ir izturīgāks par plastmasu, tas nav tik elastīgs. To nevar veidot dažādās formās, piemēram, plastmasas kārbu. Tomēr silikonu var veidot dažādās formās, padarot to par populāru piederumu un virtuves iekārtu izvēli. Plastmasu parasti izmanto arī traukiem un virtuves iekārtām, taču tā nav tik izturīga kā silikons.

Drošība un elektriskās īpašības

Silikons ir pazīstams arī ar tā drošību un elektriskajām īpašībām. Tas ir netoksisks materiāls, kas karsējot neizdala kaitīgas ķīmiskas vielas, padarot to drošu lietošanai ēdiena gatavošanā un cepšanā. Tas ir arī labs elektriskais izolators, tāpēc tas ir ideāli piemērots izmantošanai elektroiekārtās. No otras puses, plastmasa karsējot var izdalīt kaitīgas ķīmiskas vielas, padarot to mazāk drošu ēdiena gatavošanai un cepšanai.

Tīrīšana un apkope

Runājot par tīrīšanu un apkopi, silikonam un plastmasai ir dažas līdzības un atšķirības. Abus materiālus var tīrīt trauku mazgājamā mašīnā, taču silikons ir izturīgāks un iztur augstāku temperatūru. Plastmasa var deformēties un izkausēt augstā temperatūrā, padarot to mazāk izturīgu nekā silikons.

Secinājumi

Tātad silikons ir materiāls, kas izgatavots no silīcija un skābekļa, un to izmanto daudzām lietām. 

Jūs varat redzēt, kāpēc tas tagad ir tik populārs, vai ne? Tāpēc nebaidieties uzdot jautājumus, ja neesat par kaut ko pārliecināts. Jūs vienmēr varat lūgt palīdzību draugam. 

Un neaizmirstiet iepazīties ar mūsu rokasgrāmatu, lai iegūtu plašāku informāciju par silikonu.

Es esmu Joosts Nuselders, Tools Doctor dibinātājs, satura mārketinga speciālists un tētis. Man patīk izmēģināt jaunu aprīkojumu, un kopš 2016. gada kopā ar savu komandu esmu veidojis padziļinātus emuāra rakstus, lai palīdzētu lojālajiem lasītājiem ar rīkiem un gatavošanas padomiem.