Silikon: kompletny przewodnik po historii, chemii i bezpieczeństwie

Silikony to polimery zawierające wszelkie obojętne, syntetyczny związek złożony z powtarzających się jednostek siloksanu, który jest grupą funkcyjną dwóch atomów krzemu i jednego atomu tlenu często połączonych z węglem i/lub wodorem. Są zwykle odporne na ciepło i przypominają gumę i są stosowane w uszczelniaczach, kleje, smary, lekarstwa, przybory kuchenne oraz izolacje termiczne i elektryczne.

W tym artykule omówimy właściwości silikonu i proces jego wytwarzania.

Wszystko, co musisz wiedzieć o silikonie

Silikon to materiał polimerowy składający się z cząsteczek zwanych siloksanami. Jest to unikalny materiał składający się z krzemu, naturalnego pierwiastka występującego w piasku i skałach oraz tlenu. Kiedy te dwa elementy są połączone, tworzą związek zawierający długie łańcuchy powtarzających się monomerów, które są ze sobą połączone, tworząc produkt końcowy.

Jak powstaje silikon?

Silikon jest zwykle wytwarzany przez zmieszanie czystego krzemu z innymi związkami w celu utworzenia związku silikonowego. Związek przechodzi następnie szereg procesów naukowych, aby stworzyć produkt końcowy, który składa się z długich łańcuchów powtarzających się monomerów. Łańcuchy te są ze sobą połączone, tworząc polimer, który jest powszechnie znany jako silikon.

Jakie są główne zastosowania silikonu?

Silikon jest popularnym materiałem stosowanym w wielu różnych produktach. Niektóre z najczęstszych zastosowań silikonu obejmują:

• Tworzenie szczeliw i klejów, które można wykorzystać do łączenia ze sobą różnych materiałów.
• Wytwarzanie smarów, które można wykorzystać do zmniejszenia tarcia między ruchomymi częściami.
• Tworzenie izolacji termicznej i elektrycznej, które można wykorzystać do ochrony wrażliwych urządzeń przed ciepłem i elektrycznością.
• Wykonywanie przyborów kuchennych i innych produktów kuchennych, które są nietoksyczne i odporne na ciepło.
• Tworzenie wyrobów medycznych i implantów bezpiecznych i skutecznych dla pacjentów.

Jaka jest różnica między silikonem a silikonami?

Silikon to pojedynczy materiał, podczas gdy silikony to grupa materiałów, które składają się z silikonu. Silikony są zwykle twardsze i trwalsze niż silikon i są powszechnie stosowane w produktach wymagających wysokiego poziomu jakości i wydajności.

Ewolucja silikonu: od krzemu krystalicznego do nowoczesnej produkcji

W 1854 roku Henry Sainte-Claire Deville uzyskał krzem krystaliczny, co było znaczącym odkryciem w świecie materiałów i związków. Krzem jest pierwiastkiem chemicznym o symbolu Si i liczbie atomowej 14. Jest twardym, kruchym krystalicznym ciałem stałym o niebiesko-szarym metalicznym połysku i jest czterowartościowym metaloidem i półprzewodnikiem. Krzem jest ósmym najbardziej powszechnym pierwiastkiem we wszechświecie pod względem masy, ale rzadko występuje w naturze w czystej postaci.

Narodziny silikonów: badania Hyde'a i nazewnictwo Kippinga

W 1930 roku JF Hyde przeprowadził pierwsze badania nad produkcją silikonów handlowych. Później, w 1940 roku, angielski chemik Frederich Stanley Kipping, korzystając z badań Hyde'a, nadał materiałowi nazwę „silikony”, ponieważ były „lepkimi bałaganami”. Kipping był pionierem w dziedzinie chemii organicznej i jest najbardziej znany ze swojej pracy nad chemią silikonów. Silikony to grupa syntetycznych polimerów zbudowanych z powtarzających się jednostek siloksanu, który jest łańcuchem naprzemiennych atomów krzemu i tlenu z grupami organicznymi przyłączonymi do atomów krzemu.

Chemia silikonów: struktura i łańcuchy polimerowe

Silikony to zasadniczo polimery z powtarzającą się jednostką siloksanu. Jednostka siloksanowa składa się z atomu krzemu przyłączonego do dwóch atomów tlenu, które z kolei są przyłączone do grup organicznych. Grupami organicznymi mogą być grupy metylowa, etylowa, fenylowa lub inne. Jednostki siloksanowe można łączyć ze sobą, tworząc łańcuchy liniowe lub łańcuchy rozgałęzione. Łańcuchy mogą być również usieciowane, tworząc trójwymiarową sieć. Otrzymany materiał to silikonowy polimer o szerokiej gamie właściwości.

Nowoczesna produkcja silikonów: Corning, Dow i Hydroliza

Nowoczesna produkcja silikonów obejmuje różnorodne metody, ale najpowszechniejsza metoda opiera się na hydrolizie związków krzemu. Związki krzemu, takie jak tetrachlorek krzemu (SiCl4) lub dimetylodichlorosilan (CH3)2SiCl2, poddaje się reakcji z wodą w celu wytworzenia siloksanów. Siloksany są następnie polimeryzowane z wytworzeniem polimerów silikonowych. Proces można przeprowadzić stosując różne katalizatory, w tym kwasy, takie jak HCl lub zasady, takie jak NaOH.

Właściwości silikonów: mocne, wodoodporne i izolujące elektrycznie

Silikony mają szeroki zakres właściwości, w zależności od grup organicznych przyłączonych do atomów krzemu i długości łańcuchów polimeru. Niektóre właściwości silikonów obejmują:

• Silne i trwałe
• Wodoodporny
• Izoluje elektrycznie
• Odporny na wysokie i niskie temperatury
• Chemicznie obojętny
• Biocompatibl do

Silikony są wykorzystywane w szerokim zakresie zastosowań, w tym:

• Uszczelniacze i kleje
• Smary i powłoki
• Wyroby medyczne i implanty
• Izolacja elektryczna i płytki drukowane
• Komponenty samochodowe i lotnicze
• Produkty do higieny osobistej i kosmetyki

Różnice między silikonami a innymi polimerami

Silikony różnią się od innych polimerów na kilka sposobów:

• Powtarzającą się jednostką w silikonach jest siloksan, podczas gdy inne polimery mają różne powtarzające się jednostki.
• Wiązanie krzem-tlen w siloksanie jest silniejsze niż wiązanie węgiel-węgiel w innych polimerach, co nadaje silikonom ich unikalne właściwości.
• Silikony są bardziej odporne na wysokie i niskie temperatury niż inne polimery.
• Silikony są bardziej wodoodporne niż inne polimery.

Przyszłość silikonów: zaawansowane badania i nowe produkty

Zastosowanie silikonów stale rośnie i cały czas powstają nowe produkty. Niektóre z obszarów zaawansowanych badań nad silikonami obejmują:

• Opracowanie nowych katalizatorów do polimeryzacji siloksanów
• Wykorzystanie octanów sililu i innych związków do modyfikacji właściwości silikonów
• Wykorzystanie reakcji katalizowanych kwasami i zasadami do wytwarzania nowych rodzajów polimerów silikonowych
• Zastosowanie polimerów silikonowych w formowaniu szkła i innych materiałów

Termin „silikony” pozostaje powszechnym terminem używanym do opisania szerokiej gamy materiałów na bazie silikonu, a właściwości tych materiałów są nadal badane i rozumiane.

Od piasku do silikonu: fascynujący proces produkcji silikonu

Silikon to polimer szeroko stosowany w różnych postaciach i produktach. Proces uzyskiwania pożądanych form silikonu obejmuje szereg etapów, które wymagają odpowiednich materiałów i elementów budulcowych. Oto komponenty i etapy procesu produkcyjnego:

• Krzem: Podstawowym budulcem silikonu jest krzem, który jest jednym z najpowszechniejszych pierwiastków na ziemi. Izoluje się go poprzez zmielenie piasku kwarcowego i poddanie go działaniu ciepła, osiągając temperaturę do 2000 stopni Celsjusza.

• Chlorek metylu: Krzem miesza się z chlorkiem metylu, powszechnie znanym jako chlorometan. W tej reakcji powstaje chlorosilan, który jest kluczowym półproduktem w produkcji silikonu.

• Ogrzewanie: Chlorosilan jest następnie podgrzewany w celu wytworzenia dimetylodichlorosilanu, który jest prekursorem silikonu. Proces ten polega na podgrzaniu mieszaniny, co aktywuje reakcję i usuwa kwas solny.

• Przetwarzanie polimeru: dimetylodichlorosilan jest następnie mieszany z wodą w celu utworzenia polimeru. Polimer ten można dalej przetwarzać w celu uzyskania różnych form silikonu, takich jak elastomery, które są powszechnie stosowane w produkcji wyrobów gumowych.

Znaczenie kontroli jakości w produkcji silikonu

Produkcja silikonu wymaga wysokiego poziomu kontroli jakości, aby produkt końcowy spełniał wymagane normy. Producenci muszą zadbać o to, aby w procesie produkcyjnym wykorzystywane były właściwe komponenty oraz aby proces przebiegał we właściwych warunkach. Oto niektóre z czynników, które producenci muszą wziąć pod uwagę:

• Temperatura: Proces produkcyjny wymaga wysokich temperatur, które mogą mieć wpływ na jakość produktu końcowego. Producenci muszą zapewnić dokładną kontrolę temperatury, aby zapobiec uszkodzeniu silikonu.

• Izolowanie objętości: Proces produkcyjny polega na izolowaniu objętości reakcji, aby zapewnić wyprodukowanie odpowiedniej ilości silikonu. Wymaga to starannego monitorowania i kontrolowania reakcji.

• Sieciowanie: Niektóre formy silikonu wymagają sieciowania w celu uzyskania pożądanych właściwości. Obejmuje to łączenie ze sobą łańcuchów polimeru w celu stworzenia mocniejszego materiału.

Powszechne formy silikonu na rynku

Silikon jest powszechnie spotykany w wielu produktach, od przyborów kuchennych po urządzenia medyczne. Oto niektóre z najpopularniejszych form silikonu na rynku:

• Silikon o niskiej gęstości: Ten rodzaj silikonu jest powszechnie stosowany w produkcji uszczelniaczy i klejów.

• Elastomery: są powszechnie stosowane w produkcji wyrobów gumowych, takich jak uszczelki i pierścienie o-ring.

• Silikon wysokotemperaturowy: Ten rodzaj silikonu jest używany w zastosowaniach wymagających odporności na wysokie temperatury, na przykład w przemyśle lotniczym.

Chemia silikonu: badanie właściwości i tworzenie tego wszechstronnego materiału

Silikon to materiał syntetyczny, który składa się z atomów krzemu, tlenu, węgla i wodoru. Jest to rodzaj polimeru, co oznacza, że ​​składa się z długich łańcuchów cząsteczek, które powstają w procesie zwanym polimeryzacją. Silikon jest zwykle formowany metodą zwaną hydrolizą, która polega na reakcji związków krzemu z wodą w celu wytworzenia siloksanów.

Chemia siloksanów i polimerów silikonowych

Siloksany są budulcem polimerów silikonowych. Powstają w wyniku reakcji związków krzemu z wodą, w wyniku której powstaje łańcuch naprzemiennych atomów krzemu i tlenu. Otrzymany łańcuch siloksanowy można dalej modyfikować przez dodanie grup organicznych, takich jak grupy metylowe lub fenylowe, w celu wytworzenia szerokiej gamy polimerów silikonowych.

Jednym z najpowszechniejszych polimerów silikonowych jest polidimetylosiloksan (PDMS), który powstaje poprzez dodanie grup metylowych do łańcucha siloksanowego. PDMS jest twardym, kruchym krystalicznym ciałem stałym o niebiesko-szarym metalicznym połysku i należy do grupy 14 w układzie okresowym. Jest to rodzaj silikonu, który jest powszechnie stosowany do produkcji układów elektronicznych i innych produktów wymagających mocnego, wodoodpornego materiału.

Właściwości silikonu i jego typowe zastosowania

Silikon ma wiele unikalnych właściwości, które czynią go popularnym materiałem do wielu różnych zastosowań. Niektóre z kluczowych właściwości silikonu obejmują:

• Wysoka stabilność termiczna
• odporność na wodę
• Niska toksyczność
• Dobre właściwości izolacji elektrycznej
• Wysoka przepuszczalność gazu

Te właściwości sprawiają, że silikon jest popularnym materiałem dla szerokiej gamy produktów, w tym:

• Wyroby medyczne
• Części samochodowe
• Części elektroniczne
• Uszczelniacze i kleje
• Produkty do pielęgnacji ciała

Przyszłość produkcji i rozwoju silikonu

Produkcja i rozwój silikonu pozostaje aktywnym obszarem badań chemików i materiałoznawców. Proponowane i testowane są nowe metody wytwarzania polimerów silikonowych, w tym wykorzystanie w procesie polimeryzacji ketonów i octanów sililu. W miarę opracowywania nowych polimerów silikonowych prawdopodobnie znajdą one nowe zastosowania w wielu różnych gałęziach przemysłu i produktach.

Wszechstronne zastosowania silikonu

Silikon jest niezbędnym składnikiem wielu produktów i materiałów stosowanych w sektorze budowlanym i przemysłowym. Odporność na wysokie i niskie temperatury, chemikalia i oleje oraz stabilność w ekstremalnych warunkach sprawiają, że jest to doskonały materiał do szeregu zastosowań, w tym:

• Powłoki i kleje
• Izolatory i wypełniacze (oto jak używać właściwych)
• Smary i przekładnie do silników samochodowych
• Specjalistyczne oleje i produkty wykończeniowe
• Szklenie i materiały wykończeniowe

Przemysł elektroniczny i lotniczy

Silikony są również powszechnie stosowane w przemyśle elektronicznym i lotniczym ze względu na swoje unikalne właściwości, w tym:

• Skuteczna izolacja i odporność na wysokie temperatury i środki chemiczne
• Zdolność do wypełniania luk i zapewniania amortyzacji delikatnym elementom
• Stabilna i długotrwała wydajność w ekstremalnych warunkach

Zastosowania medyczne i kosmetyczne

Żel silikonowy jest ważnym składnikiem wyrobów medycznych i kosmetycznych ze względu na wysoką biozgodność i zdolność naśladowania właściwości tkanki ludzkiej. Niektóre specyficzne zastosowania obejmują:

• Implanty piersi, implanty jąder i implanty piersiowe
• Bandaże i opatrunki
• Szkła kontaktowe
• Leczenie blizn i produkty do pielęgnacji ran

Aplikacje specjalistyczne

Silikon jest również używany w różnych zastosowaniach specjalistycznych, w tym:

• Produkcja gumy i żywicy
• Mikroprzepływy i inne komponenty o wysokiej precyzji
• Produkty przemysłu naftowego i gazowego
• Skuteczne i trwałe kleje

Przyszłość zastosowań silikonowych

Wraz z postępem technologii i technik przetwarzania zakres zastosowań silikonu będzie się tylko powiększał. Od opracowywania nowych materiałów i mieszanek po projektowanie określonych części i konstrukcji, silikon pozostanie niezbędnym składnikiem wielu różnych produktów i gałęzi przemysłu.

Dlaczego silikon to bezpieczny i przyjazny dla środowiska wybór

Silikon jest popularnym wyborem dla wielu produktów ze względu na jego funkcje bezpieczeństwa. Oto kilka powodów:

• Brak ftalanów: ftalany to substancje chemiczne, które powszechnie występują w tworzywach sztucznych i mogą być szkodliwe dla zdrowia ludzkiego. Silikon nie zawiera ftalanów, dzięki czemu jest bezpieczniejszą alternatywą dla plastiku.
• Bez BPA: Bisfenol A (BPA) to kolejna substancja chemiczna występująca w tworzywach sztucznych, która może mieć negatywny wpływ na zdrowie. Silikon nie zawiera BPA, dzięki czemu jest zdrowszą opcją do przechowywania i gotowania żywności.
• Zatwierdzony przez Health Canada: Health Canada uznał silikon spożywczy za bezpieczny do gotowania i przechowywania żywności. Nie reaguje z żywnością ani napojami, dzięki czemu jest bezpiecznym wyborem do użytku w kuchni.

Względy środowiskowe

Silikon jest nie tylko bezpieczny dla ludzi, ale także przyjazny dla środowiska. Dlatego:

• Trwały: silikon to trwały materiał, który może przetrwać lata, zmniejszając potrzebę częstych wymian i odpadów.
• Możliwość recyklingu: Silikon można poddać recyklingowi, zmniejszając jego wpływ na środowisko.
• Niska toksyczność: Silikon jest materiałem o niskiej toksyczności, co oznacza, że ​​podczas produkcji lub utylizacji nie uwalnia szkodliwych substancji chemicznych do środowiska.

Silikon kontra plastik: która alternatywa jest lepsza?

Silikon i plastik to dwa rodzaje materiałów, które są powszechnie stosowane w różnych gałęziach przemysłu. Plastik to tradycyjny materiał używany od dziesięcioleci, podczas gdy silikon to stosunkowo nowy związek, który zyskał popularność w ostatnich latach. Oba materiały mają swoje unikalne właściwości i zastosowania, ale istnieją między nimi pewne istotne różnice.

Różnica we właściwościach

Jedną z głównych różnic między silikonem a plastikiem jest sposób ich produkcji. Silikon jest wytwarzany z krzemu, naturalnie występującego stabilnego pierwiastka, podczas gdy tworzywo sztuczne jest wytwarzane ze związków syntetycznych. Oznacza to, że silikon ma pewne właściwości, których nie ma plastik, takie jak większa trwałość i odporność na ciepło. Silikon może wytrzymać wyższe temperatury niż plastik, dzięki czemu idealnie nadaje się do stosowania w urządzeniach do gotowania i pieczenia.

Podobieństwa i różnice w kształcie i formowalności

Chociaż silikon jest trwalszy niż plastik, nie jest tak elastyczny. Nie można go formować w różne kształty, jak plastikowa puszka. Jednak silikon można formować w różne kształty, co czyni go popularnym wyborem do przyborów i sprzętu kuchennego. Plastik jest również powszechnie używany do produkcji przyborów kuchennych i sprzętu kuchennego, ale nie jest tak trwały jak silikon.

Bezpieczeństwo i właściwości elektryczne

Silikon jest również znany ze swojego bezpieczeństwa i właściwości elektrycznych. Jest to nietoksyczny materiał, który po podgrzaniu nie uwalnia szkodliwych substancji chemicznych, dzięki czemu można go bezpiecznie używać do gotowania i pieczenia. Jest również dobrym izolatorem elektrycznym, dzięki czemu idealnie nadaje się do stosowania w sprzęcie elektrycznym. Z drugiej strony plastik może uwalniać szkodliwe chemikalia po podgrzaniu, co czyni go mniej bezpieczną opcją do gotowania i pieczenia.

Czyszczenie i konserwacja

Jeśli chodzi o czyszczenie i konserwację, silikon i plastik mają pewne podobieństwa i różnice. Oba materiały można myć w zmywarce, ale silikon jest trwalszy i wytrzymuje wyższe temperatury. Plastik może się wypaczać i topić w wysokich temperaturach, przez co jest mniej trwały niż silikon.

Wnioski

Tak więc silikon jest materiałem wykonanym z krzemu i tlenu i jest używany do wielu rzeczy. 

Możesz zrozumieć, dlaczego jest teraz tak popularny, prawda? Dlatego nie bój się zadawać pytań, jeśli nie jesteś czegoś pewien. Zawsze możesz poprosić przyjaciela o pomoc. 

I nie zapomnij sprawdzić naszego przewodnika, aby uzyskać więcej informacji na temat silikonu.

Jestem Joost Nusselder, założyciel Tools Doctor, content marketer i tata. Uwielbiam wypróbowywać nowy sprzęt, a wraz z moim zespołem od 2016 roku tworzę szczegółowe artykuły na blogu, aby pomóc lojalnym czytelnikom za pomocą narzędzi i wskazówek rzemieślniczych.