Silicone: The Complete Guide to History, Chemistry & Safety

door Joost Nusselder | Bijgewerkt op:  19 June 2022
Ik schrijf deze artikelen met veel plezier voor mijn lezers, jullie. Ik accepteer geen betaling voor het schrijven van reviews, mijn mening over producten is die van mijzelf, maar als je mijn aanbevelingen nuttig vindt en je uiteindelijk iets koopt via een van de links kan ik daar mogelijk een commissie over ontvangen. Ik wil meer informatie

Siliconen zijn polymeren die alle inerte, synthetisch verbinding die bestaat uit zich herhalende eenheden van siloxaan, een functionele groep van twee siliciumatomen en één zuurstofatoom, vaak gecombineerd met koolstof en/of waterstof. Ze zijn meestal hittebestendig en rubberachtig en worden gebruikt in afdichtingsmiddelen, lijmen, smeermiddelen, medicijnen, kookgerei en thermische en elektrische isolatie.

In dit artikel behandelen we de eigenschappen van siliconen en het productieproces.

Wat is siliconen

In dit bericht behandelen we:

Alles wat u moet weten over siliconen

Siliconen is een polymeermateriaal dat bestaat uit moleculen die siloxanen worden genoemd. Het is een uniek materiaal dat is samengesteld uit silicium, een natuurlijk element dat voorkomt in zand en rotsen, en zuurstof. Wanneer deze twee elementen worden gecombineerd, vormen ze een verbinding die lange ketens van zich herhalende monomeren bevat, die aan elkaar worden gebonden om een ​​eindproduct te creëren.

Hoe wordt siliconen geproduceerd?

Siliconen worden meestal geproduceerd door puur silicium te mengen met andere verbindingen om een ​​siliconenverbinding te creëren. De verbinding wordt vervolgens door een reeks wetenschappelijke processen geleid om een ​​eindproduct te creëren dat is samengesteld uit lange ketens van zich herhalende monomeren. Deze kettingen zijn aan elkaar gebonden om een ​​polymeer te creëren dat algemeen bekend staat als siliconen.

Wat zijn de belangrijkste toepassingen van siliconen?

Siliconen is een populair materiaal dat in veel verschillende producten wordt gebruikt. Enkele van de meest voorkomende toepassingen van siliconen zijn:

  • Afdichtmiddelen en lijmen maken die kunnen worden gebruikt om verschillende materialen aan elkaar te hechten.
  • Het produceren van smeermiddelen die kunnen worden gebruikt om wrijving tussen bewegende delen te verminderen.
  • Het creëren van thermische en elektrische isolatie die kan worden gebruikt om gevoelige apparatuur te beschermen tegen hitte en elektriciteit.
  • Kookgerei en andere keukenproducten maken die niet giftig en hittebestendig zijn.
  • Medische hulpmiddelen en implantaten maken die veilig en effectief zijn voor patiënten.

Wat is het verschil tussen siliconen en siliconen?

Siliconen is een enkel materiaal, terwijl siliconen een groep materialen zijn die zijn samengesteld uit siliconen. Siliconen zijn meestal harder en duurzamer dan siliconen en worden vaak gebruikt in producten die een hoog niveau van kwaliteit en prestatie vereisen.

De evolutie van siliconen: van kristallijn silicium tot moderne productie

In 1854 verkreeg Henry Sainte-Claire Deville kristallijn silicium, wat een belangrijke ontdekking was in de wereld van materialen en verbindingen. Silicium is een chemisch element met het symbool Si en atoomnummer 14. Het is een harde, broze kristallijne vaste stof met een blauwgrijze metaalglans, en het is een vierwaardig metalloïde en halfgeleider. Silicium is qua massa het achtste meest voorkomende element in het universum, maar het wordt zelden in zijn pure vorm in de natuur aangetroffen.

De geboorte van siliconen: Hyde's onderzoek en Kipping's naamgeving

In 1930 voerde JF Hyde het eerste onderzoek uit om commerciële siliconen te produceren. Later, in 1940, gaf de Engelse scheikundige Frederich Stanley Kipping, gebruikmakend van het onderzoek van Hyde, het materiaal de naam "siliconen" omdat het "plakkerige rommel" was. Kipping was een pionier op het gebied van organische chemie en is vooral bekend vanwege zijn werk aan de chemie van siliconen. Siliconen zijn een groep synthetische polymeren die zijn samengesteld uit zich herhalende eenheden van siloxaan, een keten van afwisselende silicium- en zuurstofatomen met organische groepen die aan de siliciumatomen zijn bevestigd.

De chemie van siliconen: structuur en polymeerketens

Siliconen zijn in wezen polymeren met een repeterende eenheid van siloxaan. De siloxaaneenheid bestaat uit een siliciumatoom dat is vastgemaakt aan twee zuurstofatomen, die op hun beurt zijn vastgemaakt aan organische groepen. De organische groepen kunnen methyl-, ethyl-, fenyl- of andere groepen zijn. De siloxaaneenheden kunnen worden samengevoegd om lineaire ketens of vertakte ketens te vormen. De ketens kunnen ook worden verknoopt tot een driedimensionaal netwerk. Het resulterende materiaal is een siliconenpolymeer met een breed scala aan eigenschappen.

De moderne productie van siliconen: Corning, Dow en hydrolyse

De moderne productie van siliconen omvat verschillende methoden, maar de meest gebruikelijke methode is gebaseerd op de hydrolyse van siliciumverbindingen. Siliciumverbindingen zoals siliciumtetrachloride (SiCl4) of dimethyldichloorsilaan (CH3)2SiCl2 reageren met water om siloxanen te produceren. De siloxanen worden vervolgens gepolymeriseerd om siliconenpolymeren te vormen. Het proces kan worden uitgevoerd met behulp van verschillende katalysatoren, waaronder zuren zoals HCl of basen zoals NaOH.

De eigenschappen van siliconen: sterk, waterafstotend en elektrisch isolerend

Siliconen hebben een breed scala aan eigenschappen, afhankelijk van de organische groepen die aan de siliciumatomen zijn bevestigd en de lengte van de polymeerketens. Enkele eigenschappen van siliconen zijn:

  • Sterk en duurzaam
  • Waterafstotend
  • Elektrisch isolerend
  • Bestand tegen hoge en lage temperaturen
  • chemisch inert
  • Biocompatibl naar

Siliconen worden gebruikt in een breed scala aan toepassingen, waaronder:

  • Afdichtmiddelen en lijmen
  • Smeermiddelen en coatings
  • Medische hulpmiddelen en implantaten
  • Elektrische isolatie en printplaten
  • Onderdelen voor auto's en ruimtevaart
  • Producten voor persoonlijke verzorging en cosmetica

De verschillen tussen siliconen en andere polymeren

Siliconen verschillen op verschillende manieren van andere polymeren:

  • De herhalende eenheid in siliconen is siloxaan, terwijl andere polymeren verschillende herhalende eenheden hebben.
  • De silicium-zuurstofbinding in siloxaan is sterker dan de koolstof-koolstofbinding in andere polymeren, wat siliconen hun unieke eigenschappen geeft.
  • Siliconen zijn beter bestand tegen hoge en lage temperaturen dan andere polymeren.
  • Siliconen zijn meer waterbestendig dan andere polymeren.

De toekomst van siliconen: geavanceerd onderzoek en nieuwe producten

Het gebruik van siliconen blijft groeien en er worden voortdurend nieuwe producten ontwikkeld. Enkele van de gebieden van geavanceerd onderzoek naar siliconen zijn:

  • De ontwikkeling van nieuwe katalysatoren voor de polymerisatie van siloxanen
  • Het gebruik van silylacetaten en andere verbindingen om de eigenschappen van siliconen te wijzigen
  • Het gebruik van door zuur en base gekatalyseerde reacties om nieuwe soorten siliconenpolymeren te produceren
  • Het gebruik van siliconenpolymeren bij de vorming van glas en andere materialen

De term "siliconen" blijft een gebruikelijke term die wordt gebruikt om een ​​grote verscheidenheid aan op siliconen gebaseerde materialen te beschrijven, en de eigenschappen van deze materialen worden nog steeds onderzocht en begrepen.

Van zand tot siliconen: het fascinerende productieproces van siliconen

Siliconen is een polymeer dat veel wordt gebruikt in verschillende vormen en producten. Het proces om de gewenste vormen van siliconen te bereiken omvat een reeks stappen die de juiste materialen en bouwstenen vereisen. Hier zijn de componenten en stappen die betrokken zijn bij het productieproces:

  • Silicium: De primaire bouwsteen van siliconen is silicium, een van de meest voorkomende elementen op aarde. Het wordt geïsoleerd door kwartszand te malen en er warmte op toe te passen, waarbij temperaturen tot 2000 graden Celsius worden bereikt.
  • Methylchloride: Silicium wordt gemengd met methylchloride, dat algemeen bekend staat als chloormethaan. Deze reactie produceert chloorsilaan, een belangrijk tussenproduct bij de productie van siliconen.
  • Verwarming: Het chloorsilaan wordt vervolgens verwarmd om dimethyldichloorsilaan te vormen, een voorloper van siliconen. Dit proces omvat het toepassen van warmte op het mengsel, waardoor de reactie wordt geactiveerd en zoutzuur wordt verwijderd.
  • Polymeerverwerking: Het dimethyldichloorsilaan wordt vervolgens gemengd met water om een ​​polymeer te vormen. Dit polymeer kan verder worden verwerkt om verschillende vormen van siliconen te verkrijgen, zoals elastomeren, die vaak worden gebruikt bij de vervaardiging van rubberproducten.

Het belang van kwaliteitscontrole bij de productie van siliconen

De productie van siliconen vereist een hoog niveau van kwaliteitscontrole om ervoor te zorgen dat het eindproduct aan de vereiste normen voldoet. Fabrikanten moeten ervoor zorgen dat de juiste componenten worden gebruikt in het productieproces en dat het proces onder de juiste omstandigheden wordt uitgevoerd. Hier zijn enkele factoren waarmee fabrikanten rekening moeten houden:

  • Temperatuur: Het productieproces vereist hoge temperaturen, die de kwaliteit van het eindproduct kunnen beïnvloeden. Fabrikanten moeten ervoor zorgen dat de temperatuur zorgvuldig wordt gecontroleerd om schade aan de siliconen te voorkomen.
  • Het volume isoleren: het productieproces omvat het isoleren van het volume van de reactie om ervoor te zorgen dat de juiste hoeveelheid siliconen wordt geproduceerd. Dit vereist zorgvuldige monitoring en controle van de reactie.
  • Crosslinking: Sommige vormen van siliconen vereisen crosslinking om de gewenste eigenschappen te bereiken. Dit omvat het aan elkaar binden van de polymeerketens om een ​​sterker materiaal te creëren.

De gebruikelijke vormen van siliconen op de markt

Siliconen worden vaak aangetroffen in een reeks producten, van keukengerei tot medische hulpmiddelen. Hier zijn enkele van de meest voorkomende vormen van siliconen op de markt:

  • Siliconen met lage dichtheid: Dit type siliconen wordt vaak gebruikt bij de productie van kitten en lijmen.
  • Elastomeren: Deze worden vaak gebruikt bij de productie van rubberproducten, zoals pakkingen en O-ringen.
  • Siliconen voor hoge temperaturen: Dit type siliconen wordt gebruikt in toepassingen die een hoge temperatuurbestendigheid vereisen, zoals in de lucht- en ruimtevaartindustrie.

De chemie van siliconen: onderzoek naar de eigenschappen en vorming van dit veelzijdige materiaal

Siliconen is een synthetisch materiaal dat is opgebouwd uit silicium-, zuurstof-, koolstof- en waterstofatomen. Het is een soort polymeer, wat betekent dat het is opgebouwd uit lange ketens van moleculen die worden gevormd door een proces dat polymerisatie wordt genoemd. Siliconen worden meestal gevormd via een methode die hydrolyse wordt genoemd, waarbij siliciumverbindingen met water worden omgezet om siloxanen te produceren.

De chemie van siloxanen en siliconenpolymeren

Siloxanen zijn de bouwstenen van siliconenpolymeren. Ze worden gevormd door de reactie van siliciumverbindingen met water, waardoor een keten van afwisselende silicium- en zuurstofatomen ontstaat. De resulterende siloxaanketen kan verder worden gemodificeerd door organische groepen toe te voegen, zoals methyl- of fenylgroepen, om een ​​grote verscheidenheid aan siliconenpolymeren te produceren.

Een van de meest voorkomende siliconenpolymeren is polydimethylsiloxaan (PDMS), dat wordt gevormd door methylgroepen aan de siloxaanketen toe te voegen. PDMS is een harde, brosse kristallijne vaste stof met een blauwgrijze metaalglans en behoort tot groep 14 in het periodiek systeem. Het is een type siliconen dat veel wordt gebruikt bij de productie van elektronische schakelingen en andere producten die een sterk, waterbestendig materiaal vereisen.

De eigenschappen van siliconen en de algemene toepassingen ervan

Siliconen hebben een aantal unieke eigenschappen waardoor het een populair materiaal is voor een breed scala aan toepassingen. Enkele van de belangrijkste eigenschappen van siliconen zijn:

  • Hoge thermische stabiliteit
  • Waterdichtheid
  • Lage toxiciteit
  • Goede elektrische isolatie-eigenschappen
  • Hoge gasdoorlaatbaarheid

Deze eigenschappen maken siliconen tot een populair materiaal voor een breed scala aan producten, waaronder:

  • Medische apparaten
  • Auto-onderdelen
  • Elektronische componenten
  • Afdichtmiddelen en lijmen
  • Producten voor persoonlijke verzorging

De toekomst van de productie en ontwikkeling van siliconen

De productie en ontwikkeling van siliconen blijft een actief onderzoeksgebied voor chemici en materiaalwetenschappers. Nieuwe methoden voor het produceren van siliconenpolymeren worden voorgesteld en getest, waaronder het gebruik van keton en silylacetaten in het polymerisatieproces. Naarmate nieuwe siliconenpolymeren worden ontwikkeld, zullen ze waarschijnlijk nieuwe toepassingen vinden in een grote verscheidenheid aan industrieën en producten.

De veelzijdige toepassingen van siliconen

Siliconen zijn een essentieel ingrediënt in een verscheidenheid aan producten en materialen die worden gebruikt in de bouw- en industriële sector. Het vermogen om hoge en lage temperaturen te weerstaan, chemicaliën en oliën te weerstaan ​​en stabiel te blijven onder extreme omstandigheden, maakt het een uitstekend materiaal voor een reeks toepassingen, waaronder:

Elektronica en ruimtevaartindustrie

Siliconen worden ook vaak gebruikt in de elektronica- en ruimtevaartindustrie vanwege hun unieke eigenschappen, waaronder:

  • Effectieve isolatie en weerstand tegen hoge temperaturen en chemicaliën
  • Mogelijkheid om gaten op te vullen en demping te bieden voor delicate componenten
  • Stabiele en langdurige prestaties in extreme omgevingen

Medische en cosmetische toepassingen

Siliconengel is een belangrijk ingrediënt in medische en cosmetische producten vanwege de hoge biocompatibiliteit en het vermogen om de eigenschappen van menselijk weefsel na te bootsen. Enkele specifieke toepassingen zijn:

  • Borstimplantaten, testikelimplantaten en borstimplantaten
  • Verbanden en verbanden
  • Contactlenzen
  • Littekenbehandelingen en wondverzorgingsproducten

Speciale Toepassingen

Siliconen worden ook gebruikt in verschillende speciale toepassingen, waaronder:

  • Productie van rubber en hars
  • Microfluïdica en andere uiterst nauwkeurige componenten
  • Olie- en gasindustrieproducten
  • Effectieve en duurzame lijmen

De toekomst van siliconentoepassingen

Naarmate de technologie en verwerkingstechnieken zich verder ontwikkelen, zal het aanbod van siliconentoepassingen alleen maar groeien. Van het ontwikkelen van nieuwe materialen en verbindingen tot het ontwerpen van specifieke onderdelen en structuren, siliconen blijven een essentieel ingrediënt in een grote verscheidenheid aan producten en industrieën.

Waarom siliconen een veilige en milieuvriendelijke keuze is

Siliconen zijn een populaire keuze voor veel producten vanwege de veiligheidskenmerken. Hier zijn enkele redenen waarom:

  • Geen ftalaten: ftalaten zijn chemicaliën die vaak in kunststoffen worden aangetroffen en die schadelijk kunnen zijn voor de menselijke gezondheid. Siliconen bevatten geen ftalaten, waardoor het een veiliger alternatief is voor plastic.
  • Geen BPA: Bisfenol A (BPA) is een andere chemische stof die in kunststoffen wordt aangetroffen en die negatieve gevolgen voor de gezondheid kan hebben. Siliconen zijn vrij van BPA, waardoor het een gezondere optie is voor het bewaren en koken van voedsel.
  • Goedgekeurd door Health Canada: Health Canada heeft food-grade siliconen veilig geacht voor het koken en bewaren van voedsel. Het reageert niet met voedsel of dranken, waardoor het een veilige keuze is voor gebruik in de keuken.

Milieuoverwegingen

Siliconen zijn niet alleen veilig voor mensen, maar ook een milieuvriendelijke keuze. Dit is waarom:

  • Duurzaam: siliconen is een duurzaam materiaal dat jaren meegaat, waardoor de noodzaak van frequente vervanging en afval wordt verminderd.
  • Recyclebaar: siliconen kunnen worden gerecycled, waardoor de impact op het milieu wordt verminderd.
  • Lage toxiciteit: Silicone is een materiaal met een lage toxiciteit, wat betekent dat het geen schadelijke chemicaliën afgeeft aan het milieu tijdens productie of verwijdering.

Siliconen versus plastic: wat is het betere alternatief?

Siliconen en plastic zijn twee soorten materialen die veel worden gebruikt in verschillende industrieën. Kunststof is een traditioneel materiaal dat al tientallen jaren wordt gebruikt, terwijl siliconen een relatief nieuwe verbinding is die de laatste jaren aan populariteit heeft gewonnen. Beide materialen hebben hun eigen unieke eigenschappen en toepassingen, maar er zijn enkele belangrijke verschillen.

Verschil in eigenschappen

Een van de belangrijkste verschillen tussen siliconen en plastic is de manier waarop ze worden geproduceerd. Siliconen worden gemaakt van silicium, een natuurlijk voorkomend stabiel element, terwijl plastic wordt gemaakt van synthetische verbindingen. Dit betekent dat siliconen een aantal eigenschappen heeft die plastic niet heeft, zoals duurzamer en hittebestendiger zijn. Siliconen zijn bestand tegen hogere temperaturen dan plastic, waardoor het ideaal is voor gebruik in kook- en bakapparatuur.

Overeenkomsten en verschillen in vorm en vormbaarheid

Hoewel siliconen duurzamer zijn dan plastic, is het niet zo flexibel. Het kan niet in verschillende vormen worden gegoten, zoals plastic blikjes. Siliconen kunnen echter in verschillende vormen worden gegoten, waardoor het een populaire keuze is voor gebruiksvoorwerpen en keukenapparatuur. Plastic wordt ook vaak gebruikt voor gebruiksvoorwerpen en keukenapparatuur, maar het is niet zo duurzaam als siliconen.

Veiligheid en elektrische eigenschappen

Silicone staat ook bekend om zijn veiligheid en elektrische eigenschappen. Het is een niet-giftig materiaal dat bij verhitting geen schadelijke chemicaliën afgeeft, waardoor het veilig is voor gebruik bij het koken en bakken. Het is ook een goede elektrische isolator, waardoor het ideaal is voor gebruik in elektrische apparatuur. Plastic daarentegen kan bij verhitting schadelijke chemicaliën afgeven, waardoor het een minder veilige optie is om mee te koken en bakken.

Reiniging en onderhoud

Als het gaat om reiniging en onderhoud, hebben siliconen en plastic enkele overeenkomsten en verschillen. Beide materialen kunnen in de vaatwasser worden gereinigd, maar siliconen zijn duurzamer en kunnen hogere temperaturen aan. Kunststof kan bij hoge temperaturen vervormen en smelten, waardoor het minder duurzaam is dan siliconen.

Conclusie

Dus siliconen is een materiaal gemaakt van silicium en zuurstof en wordt voor veel dingen gebruikt. 

Je kunt zien waarom het nu zo populair is, nietwaar? Wees dus niet bang om vragen te stellen als je ergens niet zeker van bent. Je kunt altijd een vriend om hulp vragen. 

En vergeet niet onze gids te bekijken voor meer informatie over siliconen.

Ik ben Joost Nusselder, de oprichter van Tools Doctor, contentmarketeer en papa. Ik ben dol op het uitproberen van nieuwe apparatuur en samen met mijn team maak ik sinds 2016 diepgaande blogartikelen om trouwe lezers te helpen met tools en knutseltips.