Silikón: Kompletný sprievodca históriou, chémiou a bezpečnosťou

Silikóny sú polyméry, ktoré obsahujú akékoľvek inertné, syntetický zlúčenina pozostávajúca z opakujúcich sa jednotiek siloxánu, čo je funkčná skupina dvoch atómov kremíka a jedného atómu kyslíka často kombinovaná s uhlíkom a/alebo vodíkom. Zvyčajne sú tepelne odolné a podobné gume a používajú sa v tmeloch, lepidlá, mazivá, lieky, kuchynské náčinie a tepelná a elektrická izolácia.

V tomto článku sa budeme zaoberať vlastnosťami silikónu a procesom jeho výroby.

Všetko, čo potrebujete vedieť o silikóne

Silikón je polymérny materiál zložený z molekúl nazývaných siloxány. Ide o unikátny materiál, ktorý sa skladá z kremíka, prírodného prvku nachádzajúceho sa v piesku a skalách, a kyslíka. Keď sa tieto dva prvky spoja, vytvoria zlúčeninu, ktorá obsahuje dlhé reťazce opakujúcich sa monomérov, ktoré sú navzájom spojené a vytvárajú konečný produkt.

Ako sa vyrába silikón?

Silikón sa zvyčajne vyrába zmiešaním čistého kremíka s inými zlúčeninami, aby sa vytvorila silikónová zlúčenina. Zlúčenina potom prechádza sériou vedeckých procesov, aby sa vytvoril konečný produkt, ktorý sa skladá z dlhých reťazcov opakujúcich sa monomérov. Tieto reťazce sú navzájom spojené a vytvárajú polymér, ktorý je bežne známy ako silikón.

Aké sú primárne použitia silikónu?

Silikón je populárny materiál, ktorý sa používa v mnohých rôznych produktoch. Niektoré z najbežnejších použití silikónu zahŕňajú:

• Vytváranie tmelov a lepidiel, ktoré možno použiť na vzájomné spojenie rôznych materiálov.
• Výroba mazív, ktoré možno použiť na zníženie trenia medzi pohyblivými časťami.
• Vytváranie tepelnej a elektrickej izolácie, ktorú možno použiť na ochranu citlivých zariadení pred teplom a elektrickou energiou.
• Výroba kuchynského náčinia a iných kuchynských výrobkov, ktoré sú netoxické a odolné voči teplu.
• Vytváranie zdravotníckych pomôcok a implantátov, ktoré sú pre pacientov bezpečné a efektívne.

Aký je rozdiel medzi silikónom a silikónom?

Silikón je jediný materiál, zatiaľ čo silikóny sú skupinou materiálov, ktoré sa skladajú zo silikónu. Silikóny sú zvyčajne tvrdšie a odolnejšie ako silikón a bežne sa používajú vo výrobkoch, ktoré vyžadujú vysokú úroveň kvality a výkonu.

Evolúcia silikónu: Od kryštalického kremíka k modernej výrobe

V roku 1854 získal Henry Sainte-Claire Deville kryštalický kremík, čo bol významný objav vo svete materiálov a zlúčenín. Kremík je chemický prvok so symbolom Si a atómovým číslom 14. Je to tvrdá, krehká kryštalická pevná látka s modrosivým kovovým leskom a je to štvormocný metaloid a polovodič. Kremík je podľa hmotnosti ôsmy najbežnejší prvok vo vesmíre, no v prírode sa v čistej forme vyskytuje len zriedka.

Zrodenie silikónov: Hydeov výskum a Kippingovo pomenovanie

V roku 1930 JF Hyde uskutočnil prvý výskum na výrobu komerčných silikónov. Neskôr, v roku 1940, anglický chemik Frederich Stanley Kipping na základe Hydeovho výskumu dal materiálu názov „silikóny“, pretože to boli „lepkavé neporiadky“. Kipping bol priekopníkom v oblasti organickej chémie a je známy najmä svojou prácou na chémii silikónov. Silikóny sú skupinou syntetických polymérov tvorených opakujúcimi sa jednotkami siloxánu, čo je reťazec striedajúcich sa atómov kremíka a kyslíka s organickými skupinami pripojenými k atómom kremíka.

Chémia silikónov: štruktúra a polymérne reťazce

Silikóny sú v podstate polyméry s opakujúcou sa jednotkou siloxánu. Siloxánová jednotka pozostáva z atómu kremíka pripojeného k dvom atómom kyslíka, ktoré sú zase pripojené k organickým skupinám. Organické skupiny môžu byť metyl, etyl, fenyl alebo iné skupiny. Siloxánové jednotky môžu byť navzájom spojené za vzniku lineárnych reťazcov alebo rozvetvených reťazcov. Reťazce môžu byť tiež zosieťované, aby vytvorili trojrozmernú sieť. Výsledným materiálom je silikónový polymér so širokou škálou vlastností.

Moderná výroba silikónov: Corning, Dow a hydrolýza

Moderná výroba silikónov zahŕňa rôzne metódy, ale najbežnejšia metóda je založená na hydrolýze zlúčenín kremíka. Zlúčeniny kremíka, ako je chlorid kremičitý (SiCl4) alebo dimetyldichlórsilán (CH3)2SiCl2, reagujú s vodou za vzniku siloxánov. Siloxány sa potom polymerizujú za vzniku silikónových polymérov. Proces sa môže uskutočňovať s použitím rôznych katalyzátorov, vrátane kyselín, ako je HCl, alebo zásad, ako je NaOH.

Vlastnosti silikónov: Silné, vodeodolné a elektricky izolujúce

Silikóny majú širokú škálu vlastností v závislosti od organických skupín pripojených k atómom kremíka a dĺžky polymérnych reťazcov. Niektoré z vlastností silikónov zahŕňajú:

• Silné a odolné
• Vodeodolný
• Elektricky izolačné
• Odolný voči vysokým a nízkym teplotám
• Chemicky inertný
• Biocompatibl na

Silikóny sa používajú v širokej škále aplikácií, vrátane:

• Tmely a lepidlá
• Mazivá a nátery
• Lekárske prístroje a implantáty
• Elektrická izolácia a dosky plošných spojov
• Automobilové a letecké komponenty
• Výrobky osobnej starostlivosti a kozmetiky

Rozdiely medzi silikónmi a inými polymérmi

Silikóny sa líšia od iných polymérov niekoľkými spôsobmi:

• Opakujúcou sa jednotkou v silikónoch je siloxán, zatiaľ čo iné polyméry majú rôzne opakujúce sa jednotky.
• Väzba kremík-kyslík v siloxáne je silnejšia ako väzba uhlík-uhlík v iných polyméroch, čo dáva silikónom ich jedinečné vlastnosti.
• Silikóny sú odolnejšie voči vysokým a nízkym teplotám ako iné polyméry.
• Silikóny sú odolnejšie voči vode ako iné polyméry.

Budúcnosť silikónov: Pokročilý výskum a nové produkty

Používanie silikónov neustále rastie a neustále sa vyvíjajú nové produkty. Niektoré z oblastí pokročilého výskumu silikónov zahŕňajú:

• Vývoj nových katalyzátorov pre polymerizáciu siloxánov
• Použitie silylacetátov a iných zlúčenín na úpravu vlastností silikónov
• Použitie reakcií katalyzovaných kyselinou a zásadou na výrobu nových typov silikónových polymérov
• Použitie silikónových polymérov pri výrobe skla a iných materiálov

Pojem „silikóny“ zostáva bežným pojmom používaným na opis širokej škály materiálov na báze silikónu a vlastnosti týchto materiálov sa naďalej skúmajú a pochopia.

Od piesku k silikónu: Fascinujúci proces výroby silikónu

Silikón je polymér, ktorý je široko používaný v rôznych formách a produktoch. Proces dosiahnutia požadovaných foriem silikónu zahŕňa sériu krokov, ktoré vyžadujú správne materiály a stavebné bloky. Tu sú komponenty a kroky zahrnuté vo výrobnom procese:

• Kremík: Primárnym stavebným kameňom silikónu je kremík, ktorý je jedným z najbežnejších prvkov na Zemi. Izoluje sa mletím kremenného piesku a pôsobením tepla naň, pričom dosahuje teploty až 2000 stupňov Celzia.

• Metylchlorid: Kremík sa zmieša s metylchloridom, ktorý je bežne známy ako chlórmetán. Touto reakciou vzniká chlórsilán, ktorý je kľúčovým medziproduktom pri výrobe silikónu.

• Zahrievanie: Chlórsilán sa potom zahrieva za vzniku dimetyldichlórsilánu, ktorý je prekurzorom silikónu. Tento proces zahŕňa aplikáciu tepla na zmes, ktorá aktivuje reakciu a odstráni kyselinu chlorovodíkovú.

• Spracovanie polyméru: Dimetyldichlórsilán sa potom zmieša s vodou za vzniku polyméru. Tento polymér môže byť ďalej spracovaný, aby sa získali rôzne formy silikónu, ako sú elastoméry, ktoré sa bežne používajú pri výrobe gumových produktov.

Význam kontroly kvality pri výrobe silikónu

Výroba silikónu vyžaduje vysokú úroveň kontroly kvality, aby konečný produkt spĺňal požadované normy. Výrobcovia musia zabezpečiť, aby sa vo výrobnom procese používali správne komponenty a aby sa proces vykonával za správnych podmienok. Tu sú niektoré z faktorov, ktoré musia výrobcovia zvážiť:

• Teplota: Výrobný proces vyžaduje vysoké teploty, ktoré môžu ovplyvniť kvalitu konečného produktu. Výrobcovia musia zabezpečiť, aby bola teplota starostlivo kontrolovaná, aby nedošlo k poškodeniu silikónu.

• Izolácia objemu: Výrobný proces zahŕňa izoláciu objemu reakcie, aby sa zabezpečilo, že sa vyprodukuje správne množstvo silikónu. To si vyžaduje starostlivé sledovanie a kontrolu reakcie.

• Zosieťovanie: Niektoré formy silikónu vyžadujú zosieťovanie na dosiahnutie požadovaných vlastností. To zahŕňa spojenie polymérnych reťazcov dohromady, aby sa vytvoril pevnejší materiál.

Bežné formy silikónu na trhu

Silikón sa bežne vyskytuje v celom rade produktov, od kuchynského náradia až po zdravotnícke pomôcky. Tu sú niektoré z najbežnejších foriem silikónu na trhu:

• Silikón s nízkou hustotou: Tento typ silikónu sa bežne používa pri výrobe tmelov a lepidiel.

• Elastoméry: Bežne sa používajú pri výrobe gumených výrobkov, ako sú tesnenia a O-krúžky.

• Vysokoteplotný silikón: Tento typ silikónu sa používa v aplikáciách, ktoré vyžadujú odolnosť voči vysokým teplotám, ako napríklad v leteckom priemysle.

Chémia silikónu: Skúmanie vlastností a formovania tohto všestranného materiálu

Silikón je syntetický materiál, ktorý sa skladá z atómov kremíka, kyslíka, uhlíka a vodíka. Je to typ polyméru, čo znamená, že sa skladá z dlhých reťazcov molekúl, ktoré vznikajú procesom nazývaným polymerizácia. Silikón sa typicky vytvára metódou nazývanou hydrolýza, ktorá zahŕňa reakciu zlúčenín kremíka s vodou za vzniku siloxánov.

Chémia siloxánov a silikónových polymérov

Siloxány sú stavebnými kameňmi silikónových polymérov. Vznikajú reakciou zlúčenín kremíka s vodou, čím vzniká reťazec striedajúcich sa atómov kremíka a kyslíka. Výsledný siloxánový reťazec môže byť ďalej modifikovaný pridaním organických skupín, ako sú metylové alebo fenylové skupiny, za vzniku širokej škály silikónových polymérov.

Jedným z najbežnejších silikónových polymérov je polydimetylsiloxán (PDMS), ktorý vzniká pridaním metylových skupín do siloxánového reťazca. PDMS je tvrdá, krehká kryštalická pevná látka s modrosivým kovovým leskom a je členom skupiny 14 v periodickej tabuľke. Ide o typ silikónu, ktorý sa bežne používa pri výrobe elektronických obvodov a iných produktov, ktoré vyžadujú pevný, vode odolný materiál.

Vlastnosti silikónu a jeho bežné použitie

Silikón má množstvo jedinečných vlastností, ktoré z neho robia obľúbený materiál pre širokú škálu aplikácií. Niektoré z kľúčových vlastností silikónu zahŕňajú:

• Vysoká tepelná stabilita
• Water resistance
• Nízka toxicita
• Dobré elektrické izolačné vlastnosti
• Vysoká priepustnosť plynov

Vďaka týmto vlastnostiam je silikón obľúbeným materiálom pre širokú škálu produktov, vrátane:

• Zdravotnícke prístroje
• Automobilové súčiastky
• Elektronické komponenty
• Tmely a lepidlá
• Výrobky osobnej starostlivosti

Budúcnosť výroby a vývoja silikónu

Výroba a vývoj silikónu zostáva aktívnou oblasťou výskumu pre chemikov a materiálových vedcov. Navrhujú sa a testujú sa nové spôsoby výroby silikónových polymérov, vrátane použitia ketónov a silylacetátov v procese polymerizácie. S vývojom nových silikónových polymérov je pravdepodobné, že nájdu nové uplatnenie v širokej škále priemyselných odvetví a produktov.

Všestranné aplikácie silikónu

Silikón je základnou zložkou rôznych produktov a materiálov používaných v stavebníctve a priemysle. Jeho schopnosť odolávať vysokým a nízkym teplotám, odolávať chemikáliám a olejom a zostať stabilný v extrémnych podmienkach z neho robí vynikajúci materiál pre celý rad aplikácií, vrátane:

• Nátery a lepidlá
• Izolátory a plnivá (tu je návod, ako použiť tie správne)
• Automobilové motorové mazivá a prevodovky
• Špeciálne oleje a dokončovacie produkty
• Zasklievacie a dokončovacie materiály

Elektronický a letecký priemysel

Silikóny sa tiež bežne používajú v elektronickom a leteckom priemysle vďaka svojim jedinečným vlastnostiam, vrátane:

• Účinná izolácia a odolnosť voči vysokým teplotám a chemikáliám
• Schopnosť vyplniť medzery a poskytnúť odpruženie pre jemné komponenty
• Stabilný a dlhotrvajúci výkon v extrémnych prostrediach

Lekárske a kozmetické aplikácie

Silikónový gél je dôležitou zložkou medicínskych a kozmetických produktov vďaka svojej vysokej biokompatibilite a schopnosti napodobňovať vlastnosti ľudského tkaniva. Niektoré špecifické použitia zahŕňajú:

• Prsné implantáty, implantáty semenníkov a prsné implantáty
• Obväzy a obväzy
• Kontaktné šošovky
• Ošetrenie jaziev a výrobky na ošetrovanie rán

Špeciálne aplikácie

Silikón sa tiež používa v rôznych špeciálnych aplikáciách, vrátane:

• Výroba gumy a živice
• Mikrofluidika a iné vysoko presné komponenty
• Produkty ropného a plynárenského priemyslu
• Efektívne lepidlá s dlhou životnosťou

Budúcnosť silikónových aplikácií

Keďže technológia a techniky spracovania neustále napredujú, rozsah silikónových aplikácií bude naďalej rásť. Od vývoja nových materiálov a zlúčenín až po navrhovanie špecifických častí a štruktúr zostane silikón základnou zložkou v širokej škále produktov a priemyselných odvetví.

Prečo je silikón bezpečná a šetrná k životnému prostrediu

Silikón je obľúbenou voľbou pre mnoho produktov vďaka svojim bezpečnostným prvkom. Tu je niekoľko dôvodov:

• Bez ftalátov: Ftaláty sú chemikálie, ktoré sa bežne vyskytujú v plastoch a môžu byť škodlivé pre ľudské zdravie. Silikón neobsahuje ftaláty, vďaka čomu je bezpečnejšou alternatívou k plastu.
• Bez BPA: Bisfenol A (BPA) je ďalšia chemikália nachádzajúca sa v plastoch, ktorá môže mať negatívne účinky na zdravie. Silikón neobsahuje BPA, čo z neho robí zdravšiu možnosť na skladovanie potravín a varenie.
• Schválené Health Canada: Health Canada považuje silikón potravinárskej kvality za bezpečný na varenie a skladovanie potravín. Nereaguje s jedlom ani nápojmi, vďaka čomu je bezpečnou voľbou pre kuchynské použitie.

Environmentálne hľadiská

Silikón je nielen bezpečný pre ľudí, ale je aj ekologickou voľbou. Tu je dôvod:

• Odolný: Silikón je odolný materiál, ktorý vydrží roky, čím sa znižuje potreba častých výmen a odpadu.
• Recyklovateľné: Silikón je možné recyklovať, čím sa znižuje jeho dopad na životné prostredie.
• Nízka toxicita: Silikón je materiál s nízkou toxicitou, čo znamená, že počas výroby alebo likvidácie neuvoľňuje škodlivé chemikálie do životného prostredia.

Silikón vs plast: Ktorá je lepšia alternatíva?

Silikón a plast sú dva typy materiálov, ktoré sa bežne používajú v rôznych priemyselných odvetviach. Plast je tradičný materiál, ktorý sa používa už desaťročia, zatiaľ čo silikón je relatívne nová zmes, ktorá si v posledných rokoch získala na popularite. Oba materiály majú svoje vlastné jedinečné vlastnosti a použitie, ale existujú medzi nimi niektoré dôležité rozdiely.

Rozdiel vo vlastnostiach

Jedným z hlavných rozdielov medzi silikónom a plastom je spôsob ich výroby. Silikón sa vyrába z kremíka, prirodzene sa vyskytujúceho stabilného prvku, zatiaľ čo plast je vyrobený zo syntetických zlúčenín. To znamená, že silikón má niektoré vlastnosti, ktoré plast nemá, napríklad je odolnejší a tepelne odolný. Silikón odolá vyšším teplotám ako plast, vďaka čomu je ideálny na použitie v zariadeniach na varenie a pečenie.

Podobnosti a rozdiely v tvare a tvarovateľnosti

Aj keď je silikón odolnejší ako plast, nie je taký flexibilný. Nedá sa tvarovať do rôznych tvarov ako plastová plechovka. Silikón je však možné tvarovať do rôznych tvarov, vďaka čomu je obľúbenou voľbou pre riad a kuchynské vybavenie. Plast sa bežne používa aj na riad a kuchynské vybavenie, no nie je taký odolný ako silikón.

Bezpečnosť a elektrické vlastnosti

Silikón je známy aj pre svoju bezpečnosť a elektrické vlastnosti. Je to netoxický materiál, ktorý pri zahrievaní neuvoľňuje škodlivé chemikálie, vďaka čomu je bezpečný na použitie pri varení a pečení. Je to tiež dobrý elektrický izolant, vďaka čomu je ideálny na použitie v elektrických zariadeniach. Na druhej strane plast môže pri zahrievaní uvoľňovať škodlivé chemikálie, čo z neho robí menej bezpečnú možnosť na varenie a pečenie.

Čistenie a údržba

Pokiaľ ide o čistenie a údržbu, silikón a plast majú určité podobnosti a rozdiely. Oba materiály je možné umývať v umývačke riadu, silikón je však odolnejší a znesie aj vyššie teploty. Plast sa môže pri vysokých teplotách deformovať a topiť, čím je menej odolný ako silikón.

záver

Takže silikón je materiál vyrobený z kremíka a kyslíka a používa sa na veľa vecí. 

Vidíte, prečo je teraz taký populárny, však? Preto sa nebojte pýtať, ak si nie ste niečím istý. Vždy môžete požiadať priateľa o pomoc. 

A nezabudnite si pozrieť našu príručku, kde nájdete ďalšie informácie o silikóne.

Som Joost Nusselder, zakladateľ spoločnosti Tools Doctor, obchodník s obsahom a otec. Rád skúšam nové vybavenie a spolu s mojím tímom od roku 2016 vytváram podrobné blogové články, aby som pomohol verným čitateľom s nástrojmi a tipmi na tvorbu.