Силикон: полное руководство по истории, химии и безопасности

Силиконы представляют собой полимеры, в состав которых входят любые инертные, синтетический соединение, состоящее из повторяющихся звеньев силоксана, представляющего собой функциональную группу из двух атомов кремния и одного атома кислорода, часто в сочетании с углеродом и/или водородом. Обычно они термостойкие и похожи на резину и используются в герметиках, клеи, смазочные материалы, лекарства, кухонная утварь, тепловая и электрическая изоляция.

В этой статье мы рассмотрим свойства силикона и процесс его производства.

Все, что вам нужно знать о силиконе

Силикон представляет собой полимерный материал, состоящий из молекул, называемых силоксанами. Это уникальный материал, состоящий из кремния, природного элемента, содержащегося в песке и горных породах, и кислорода. Когда эти два элемента объединяются, они образуют соединение, содержащее длинные цепи повторяющихся мономеров, которые связаны друг с другом для создания конечного продукта.

Как производят силикон?

Силикон обычно получают путем смешивания чистого кремния с другими соединениями для создания силиконового соединения. Затем соединение проходит ряд научных процессов для создания конечного продукта, состоящего из длинных цепочек повторяющихся мономеров. Эти цепи связаны вместе, чтобы создать полимер, широко известный как силикон.

Каковы основные области применения силикона?

Силикон — популярный материал, который используется во многих различных продуктах. Некоторые из наиболее распространенных применений силикона включают в себя:

• Создание герметиков и клеев, которые можно использовать для склеивания различных материалов.
• Производство смазочных материалов, которые можно использовать для уменьшения трения между движущимися частями.
• Создание тепловой и электрической изоляции, которую можно использовать для защиты чувствительного оборудования от тепла и электричества.
• Изготовление кухонной утвари и других кухонных изделий, нетоксичных и устойчивых к нагреванию.
• Создание медицинских устройств и имплантатов, безопасных и эффективных для пациентов.

В чем разница между силиконом и силиконами?

Силикон — это отдельный материал, а силиконы — это группа материалов, состоящих из силикона. Силиконы, как правило, тверже и долговечнее силикона, и они обычно используются в продуктах, требующих высокого уровня качества и производительности.

Эволюция силикона: от кристаллического кремния к современному производству

В 1854 году Анри Сент-Клер Девиль получил кристаллический кремний, что стало значительным открытием в мире материалов и соединений. Кремний — это химический элемент с символом Si и атомным номером 14. Это твердое, хрупкое кристаллическое твердое вещество с сине-серым металлическим блеском, четырехвалентный металлоид и полупроводник. Кремний является восьмым по массе элементом во Вселенной, но редко встречается в чистом виде в природе.

Рождение силиконов: исследования Хайда и название Киппинга

В 1930 году Дж. Ф. Хайд провел первое исследование по производству коммерческих силиконов. Позже, в 1940 году, английский химик Фредерих Стэнли Киппинг, используя исследования Хайда, дал этому материалу название «силиконы», потому что они представляли собой «липкую кашу». Киппинг был пионером в области органической химии и наиболее известен своими работами по химии силиконов. Силиконы представляют собой группу синтетических полимеров, состоящих из повторяющихся звеньев силоксана, который представляет собой цепь чередующихся атомов кремния и кислорода с органическими группами, присоединенными к атомам кремния.

Химия силиконов: структура и полимерные цепи

Силиконы — это, по существу, полимеры с повторяющимся звеном силоксана. Силоксановое звено состоит из атома кремния, присоединенного к двум атомам кислорода, которые, в свою очередь, присоединены к органическим группам. Органические группы могут представлять собой метил, этил, фенил или другие группы. Силоксановые звенья могут быть соединены вместе с образованием линейных цепей или разветвленных цепей. Цепи также могут быть сшиты с образованием трехмерной сети. Полученный материал представляет собой силиконовый полимер с широким спектром свойств.

Современное производство силиконов: Corning, Dow и гидролиз

How to strip wire fast

Share

Watch on

Современное производство силиконов включает множество методов, но наиболее распространен метод, основанный на гидролизе соединений кремния. Соединения кремния, такие как тетрахлорид кремния (SiCl4) или диметилдихлорсилан (CH3)2SiCl2, реагируют с водой с образованием силоксанов. Затем силоксаны полимеризуются с образованием силиконовых полимеров. Процесс можно проводить с использованием различных катализаторов, включая кислоты, такие как HCl, или основания, такие как NaOH.

Свойства силиконов: прочные, водостойкие и электроизоляционные.

Силиконы обладают широким спектром свойств в зависимости от органических групп, присоединенных к атомам кремния, и длины полимерных цепей. Некоторые из свойств силиконов включают в себя:

• Сильный и прочный
• Водонепроницаемый
• Электроизоляционный
• Устойчив к высоким и низким температурам
• Химически инертный
• Biocompatibl в

Силиконы используются в самых разных областях, в том числе:

• Герметики и клеи
• Смазки и покрытия
• Медицинские устройства и имплантаты
• Электрическая изоляция и печатные платы
• Автомобильные и аэрокосмические компоненты
• Средства личной гигиены и косметика

Различия между силиконами и другими полимерами

Силиконы отличаются от других полимеров по нескольким параметрам:

• Повторяющимся звеном в силиконах является силоксан, в то время как другие полимеры имеют другие повторяющиеся звенья.
• Связь кремний-кислород в силоксане прочнее связи углерод-углерод в других полимерах, что придает силиконам их уникальные свойства.
• Силиконы более устойчивы к высоким и низким температурам, чем другие полимеры.
• Силиконы более водостойкие, чем другие полимеры.

Будущее силиконов: передовые исследования и новые продукты

Использование силиконов продолжает расти, постоянно разрабатываются новые продукты. Некоторые из областей передовых исследований силиконов включают:

• Разработка новых катализаторов полимеризации силоксанов
• Использование силилацетатов и других соединений для изменения свойств силиконов.
• Использование реакций, катализируемых кислотами и основаниями, для получения новых типов силиконовых полимеров.
• Применение силиконовых полимеров в производстве стекла и других материалов.

Термин «силиконы» остается распространенным термином, используемым для описания широкого спектра материалов на основе силикона, и свойства этих материалов продолжают изучаться и пониматься.

От песка к силикону: увлекательный процесс производства силикона

Силикон представляет собой полимер, который широко используется в различных формах и продуктах. Процесс получения желаемых форм силикона включает в себя ряд шагов, требующих правильных материалов и строительных блоков. Вот компоненты и этапы производственного процесса:

• Кремний: основным строительным блоком силикона является кремний, который является одним из наиболее распространенных элементов на Земле. Его выделяют путем измельчения кварцевого песка и воздействия на него тепла, достигающего температуры до 2000 градусов по Цельсию.

• Метилхлорид: кремний смешивают с метилхлоридом, который широко известен как хлорметан. В результате этой реакции образуется хлорсилан, который является ключевым промежуточным звеном в производстве силикона.

• Нагрев: затем хлорсилан нагревают с образованием диметилдихлорсилана, который является предшественником силикона. Этот процесс включает нагревание смеси, что активирует реакцию и удаляет соляную кислоту.

• Переработка полимера: затем диметилдихлорсилан смешивают с водой для образования полимера. Этот полимер может быть дополнительно переработан для получения различных форм силикона, таких как эластомеры, которые обычно используются в производстве резиновых изделий.

Важность контроля качества при производстве силикона

Производство силикона требует высокого уровня контроля качества, чтобы конечный продукт соответствовал требуемым стандартам. Производители должны гарантировать, что в производственном процессе используются правильные компоненты и что процесс осуществляется в правильных условиях. Вот некоторые из факторов, которые производители должны учитывать:

• Температура: производственный процесс требует высоких температур, что может повлиять на качество конечного продукта. Производители должны следить за тем, чтобы температура тщательно контролировалась, чтобы предотвратить повреждение силикона.

• Изоляция объема: производственный процесс включает выделение объема реакции, чтобы обеспечить производство нужного количества силикона. Это требует тщательного наблюдения и контроля за реакцией.

• Сшивание: некоторые формы силикона требуют сшивания для достижения желаемых свойств. Это включает в себя соединение полимерных цепей вместе для создания более прочного материала.

Распространенные формы силикона на рынке

Силикон обычно встречается в различных продуктах, от кухонной утвари до медицинских устройств. Вот некоторые из наиболее распространенных форм силикона на рынке:

• Силикон низкой плотности: этот тип силикона обычно используется в производстве герметиков и клеев.

• Эластомеры: они обычно используются в производстве резиновых изделий, таких как прокладки и уплотнительные кольца.

• Высокотемпературный силикон: этот тип силикона используется в приложениях, требующих устойчивости к высоким температурам, например, в аэрокосмической промышленности.

Химия силикона: изучение свойств и образования этого универсального материала

Силикон — это синтетический материал, состоящий из атомов кремния, кислорода, углерода и водорода. Это тип полимера, что означает, что он состоит из длинных цепочек молекул, которые образуются в процессе, называемом полимеризацией. Силикон обычно образуется с помощью метода, называемого гидролизом, который включает реакцию соединений кремния с водой с образованием силоксанов.

Химия силоксанов и силиконовых полимеров

Силоксаны являются строительными блоками силиконовых полимеров. Они образуются в результате реакции соединений кремния с водой, в результате которой образуется цепочка чередующихся атомов кремния и кислорода. Полученная силоксановая цепь может быть дополнительно модифицирована путем добавления органических групп, таких как метильные или фенильные группы, для получения широкого спектра силиконовых полимеров.

Одним из наиболее распространенных силиконовых полимеров является полидиметилсилоксан (ПДМС), который образуется путем добавления метильных групп к силоксановой цепи. ПДМС представляет собой твердое хрупкое кристаллическое вещество с сине-серым металлическим блеском и относится к 14-й группе периодической таблицы. Это тип силикона, который обычно используется в производстве электронных схем и других изделий, для которых требуется прочный, водостойкий материал.

Свойства силикона и его обычное использование

Силикон обладает рядом уникальных свойств, которые делают его популярным материалом для самых разных применений. К основным свойствам силикона относятся:

• Высокая термостойкость
• Водостойкость
• Низкая токсичность
• Хорошие электроизоляционные свойства
• Высокая газопроницаемость

Эти свойства делают силикон популярным материалом для самых разных продуктов, в том числе:

• Медицинское оборудование
• Автозапчасти
• Электронные компоненты
• Герметики и клеи
• Средства личной гигиены

Будущее производства и разработки силикона

Производство и разработка силикона остается активной областью исследований химиков и материаловедов. Предлагаются и апробируются новые методы получения силиконовых полимеров, в том числе использование кетона и силилацетатов в процессе полимеризации. По мере разработки новых силиконовых полимеров они, вероятно, найдут новые применения в самых разных отраслях и продуктах.

Универсальное применение силикона

Силикон является важным компонентом различных продуктов и материалов, используемых в строительстве и промышленности. Его способность выдерживать высокие и низкие температуры, противостоять химическим веществам и маслам и оставаться стабильным в экстремальных условиях делает его отличным материалом для целого ряда применений, в том числе:

• Покрытия и клеи
• Изоляторы и наполнители (вот как правильно их использовать)
• Смазочные материалы для автомобильных двигателей и коробок передач
• Специальные масла и отделочные продукты
• Остекление и отделочные материалы

Электроника и аэрокосмическая промышленность

Силиконы также широко используются в электронной и аэрокосмической промышленности из-за их уникальных свойств, в том числе:

• Эффективная изоляция и устойчивость к высоким температурам и химическим веществам
• Способность заполнять зазоры и обеспечивать амортизацию для хрупких компонентов
• Стабильная и продолжительная работа в экстремальных условиях

Медицинские и косметические применения

Силиконовый гель является важным ингредиентом медицинских и косметических продуктов из-за его высокой биосовместимости и способности имитировать свойства тканей человека. Некоторые конкретные виды использования включают:

• Грудные имплантаты, имплантаты яичек и грудные имплантаты
• Бинты и перевязочные материалы
• Контактные линзы
• Лечение шрамов и средства по уходу за ранами

Специализированные применения

Силикон также используется в различных областях, в том числе:

• Производство каучука и смолы
• Микрофлюидика и другие высокоточные компоненты
• Продукция нефтегазовой отрасли
• Эффективный и долговечный клей

Будущее применения силикона

Поскольку технологии и методы обработки продолжают развиваться, диапазон применений силикона будет только расти. От разработки новых материалов и компаундов до проектирования конкретных деталей и конструкций силикон останется важным ингредиентом в самых разных продуктах и ​​отраслях.

Почему силикон является безопасным и экологически чистым выбором

Силикон является популярным выбором для многих продуктов из-за его характеристик безопасности. Вот несколько причин почему:

• Отсутствие фталатов. Фталаты — это химические вещества, которые обычно содержатся в пластмассах и могут быть вредны для здоровья человека. Силикон не содержит фталатов, что делает его более безопасной альтернативой пластику.
• Нет BPA: бисфенол А (BPA) — еще одно химическое вещество, содержащееся в пластмассах, которое может иметь негативные последствия для здоровья. Силикон не содержит BPA, что делает его более здоровым вариантом для хранения и приготовления пищи.
• Одобрено Министерством здравоохранения Канады: Министерство здравоохранения Канады признало силикон пищевого качества безопасным для приготовления и хранения пищи. Он не вступает в реакцию с едой или напитками, что делает его безопасным выбором для использования на кухне.

Экологические аспекты

Силикон не только безопасен для человека, но и является экологически чистым выбором. Вот почему:

• Долговечность: силикон — это прочный материал, который может служить годами, уменьшая потребность в частой замене и отходах.
• Пригодность для вторичной переработки: Силикон можно перерабатывать, что снижает его воздействие на окружающую среду.
• Низкая токсичность: силикон является малотоксичным материалом, что означает, что он не выделяет вредных химических веществ в окружающую среду во время производства или утилизации.

Силикон или пластик: что лучше?

Силикон и пластик — это два типа материалов, которые обычно используются в различных отраслях промышленности. Пластик — это традиционный материал, который использовался десятилетиями, а силикон — относительно новый материал, который приобрел популярность в последние годы. Оба материала имеют свои уникальные свойства и области применения, но между ними есть некоторые важные различия.

Разница в свойствах

Одним из основных различий между силиконом и пластиком является способ их производства. Силикон производится из кремния, природного стабильного элемента, а пластик — из синтетических соединений. Это означает, что силикон обладает некоторыми свойствами, которых нет у пластика, например, он более прочный и термостойкий. Силикон может выдерживать более высокие температуры, чем пластик, что делает его идеальным для использования в оборудовании для приготовления пищи и выпечки.

Сходства и различия в форме и формуемости

Хотя силикон более прочен, чем пластик, он не такой гибкий. Ему нельзя придавать разные формы, как пластиковой банке. Тем не менее, силикону можно придавать различные формы, что делает его популярным выбором для посуды и кухонного оборудования. Пластик также широко используется для посуды и кухонного оборудования, но он не такой прочный, как силикон.

Безопасность и электрические свойства

Силикон также известен своей безопасностью и электрическими свойствами. Это нетоксичный материал, который не выделяет вредных химических веществ при нагревании, что делает его безопасным для использования в кулинарии и выпечке. Это также хороший электрический изолятор, что делает его идеальным для использования в электрооборудовании. Пластик, с другой стороны, может выделять вредные химические вещества при нагревании, что делает его менее безопасным вариантом для приготовления пищи и выпечки.

Очистка и техническое обслуживание

Когда дело доходит до очистки и обслуживания, силикон и пластик имеют некоторые сходства и различия. Оба материала можно мыть в посудомоечной машине, но силикон более прочен и выдерживает более высокие температуры. Пластик может деформироваться и плавиться при высоких температурах, что делает его менее прочным, чем силикон.

Заключение

Итак, силикон — это материал, сделанный из кремния и кислорода, и он используется для многих вещей. 

Вы понимаете, почему это так популярно сейчас, не так ли? Так что не бойтесь задавать вопросы, если вы в чем-то не уверены. Вы всегда можете попросить друга о помощи. 

И не забудьте ознакомиться с нашим руководством для получения дополнительной информации о силиконе.

Я Йоост Нуссельдер, основатель Tools Doctor, контент-маркетолог и папа. Мне нравится пробовать новое оборудование, и с 2016 года вместе со своей командой я пишу подробные статьи в блогах, чтобы помочь постоянным читателям с инструментами и советами по изготовлению.