Silikon: popoln vodnik po zgodovini, kemiji in varnosti

Silikoni so polimeri, ki vsebujejo vse inertne sintetična spojina, sestavljena iz ponavljajočih se enot siloksana, ki je funkcionalna skupina dveh silicijevih atomov in enega kisikovega atoma, ki je pogosto kombiniran z ogljikom in/ali vodikom. Običajno so odporne na vročino in podobne gumi ter se uporabljajo v tesnilnih masah, lepila, maziva, zdravila, posoda za kuhanje ter toplotna in električna izolacija.

V tem članku bomo opisali lastnosti silikona in postopek njegove izdelave.

Vse, kar morate vedeti o silikonu

Silikon je polimerni material, sestavljen iz molekul, imenovanih siloksani. Je edinstven material, ki je sestavljen iz silicija, naravnega elementa, ki ga najdemo v pesku in kamninah, ter kisika. Ko se ta dva elementa združita, tvorita spojino, ki vsebuje dolge verige ponavljajočih se monomerov, ki so povezani skupaj, da ustvarijo končni izdelek.

Kako se proizvaja silikon?

Silikon se običajno proizvaja z mešanjem čistega silicija z drugimi spojinami, da se ustvari silikonska zmes. Spojina se nato spusti skozi vrsto znanstvenih postopkov, da se ustvari končni izdelek, ki je sestavljen iz dolgih verig ponavljajočih se monomerov. Te verige so povezane skupaj, da ustvarijo polimer, ki je splošno znan kot silikon.

Kakšne so glavne uporabe silikona?

Silikon je priljubljen material, ki se uporablja v številnih različnih izdelkih. Nekatere najpogostejše uporabe silikona vključujejo:

• Ustvarjanje tesnil in lepil, ki se lahko uporabljajo za lepljenje različnih materialov.
• Izdelava maziv, ki se lahko uporabljajo za zmanjšanje trenja med gibljivimi deli.
• Ustvarjanje toplotne in električne izolacije, ki se lahko uporablja za zaščito občutljive opreme pred toploto in elektriko.
• Izdelava kuhinjskih pripomočkov in drugih kuhinjskih izdelkov, ki niso strupeni in odporni na vročino.
• Ustvarjanje medicinskih pripomočkov in vsadkov, ki so varni in učinkoviti za bolnike.

Kakšna je razlika med silikonom in silikoni?

Silikon je en sam material, medtem ko so silikoni skupina materialov, ki so sestavljeni iz silikona. Silikoni so običajno trši in vzdržljivejši od silikona in se običajno uporabljajo v izdelkih, ki zahtevajo visoko raven kakovosti in učinkovitosti.

Evolucija silikona: od kristalnega silicija do sodobne proizvodnje

Leta 1854 je Henry Sainte-Claire Deville dobil kristalni silicij, ki je bil pomembno odkritje v svetu materialov in spojin. Silicij je kemijski element s simbolom Si in atomskim številom 14. Je trda, krhka kristalinična trdna snov z modro-sivim kovinskim sijajem ter je štirivalentni metaloid in polprevodnik. Silicij je po masi osmi najpogostejši element v vesolju, vendar ga v naravi redko najdemo v čisti obliki.

Rojstvo silikonov: Hydeovo raziskovanje in Kippingovo poimenovanje

Leta 1930 je JF Hyde izvedel prvo raziskavo za proizvodnjo komercialnih silikonov. Kasneje, leta 1940, je angleški kemik Frederich Stanley Kipping na podlagi Hydeovih raziskav dal materialu ime "silikoni", ker so bili "lepljive zmesi". Kipping je bil pionir na področju organske kemije in je najbolj znan po svojem delu na področju kemije silikonov. Silikoni so skupina sintetičnih polimerov, sestavljenih iz ponavljajočih se enot siloksana, ki je veriga izmenjujočih silicijevih in kisikovih atomov z organskimi skupinami, pritrjenimi na silicijeve atome.

Kemija silikonov: Struktura in polimerne verige

Silikoni so v bistvu polimeri s ponavljajočo se enoto siloksana. Siloksanska enota je sestavljena iz atoma silicija, vezanega na dva atoma kisika, ki sta nato vezana na organske skupine. Organske skupine so lahko metilne, etilne, fenilne ali druge skupine. Enote siloksana se lahko združijo v linearne ali razvejane verige. Verige je mogoče tudi zamrežiti in tvoriti tridimenzionalno mrežo. Nastali material je silikonski polimer z najrazličnejšimi lastnostmi.

Sodobna proizvodnja silikonov: Corning, Dow in hidroliza

How to strip wire fast

Share

Watch on

Sodobna proizvodnja silikonov vključuje različne metode, vendar je najpogostejša metoda, ki temelji na hidrolizi silicijevih spojin. Silicijeve spojine, kot je silicijev tetraklorid (SiCl4) ali dimetildiklorosilan (CH3)2SiCl2, reagirajo z vodo, da nastanejo siloksani. Siloksani se nato polimerizirajo, da nastanejo silikonski polimeri. Postopek je mogoče izvesti z uporabo različnih katalizatorjev, vključno s kislinami, kot je HCl, ali bazami, kot je NaOH.

Lastnosti silikonov: močan, vodoodporen in električno izolativen

Silikoni imajo širok razpon lastnosti, odvisno od organskih skupin, vezanih na atome silicija, in dolžine polimernih verig. Nekatere lastnosti silikonov vključujejo:

• Močna in trpežna
• Vodoodporen
• Električna izolacija
• Odporen na visoke in nizke temperature
• Kemično inerten
• Biocompatibl za

Silikoni se uporabljajo v številnih aplikacijah, vključno z:

• Tesnilne mase in lepila
• Maziva in premazi
• Medicinski pripomočki in vsadki
• Električna izolacija in vezja
• Avtomobilske in vesoljske komponente
• Izdelki za osebno nego in kozmetika

Razlike med silikoni in drugimi polimeri

Silikoni se od drugih polimerov razlikujejo na več načinov:

• Ponavljajoča se enota v silikonih je siloksan, medtem ko imajo drugi polimeri drugačne ponavljajoče se enote.
• Vez silicij-kisik v siloksanu je močnejša od vezi ogljik-ogljik v drugih polimerih, kar daje silikonom njihove edinstvene lastnosti.
• Silikoni so bolj odporni na visoke in nizke temperature kot drugi polimeri.
• Silikoni so bolj vodoodporni kot drugi polimeri.

Prihodnost silikonov: napredne raziskave in novi izdelki

Uporaba silikonov še naprej raste in ves čas se razvijajo novi izdelki. Nekatera področja naprednih raziskav na področju silikonov vključujejo:

• Razvoj novih katalizatorjev za polimerizacijo siloksanov
• Uporaba silil acetatov in drugih spojin za spreminjanje lastnosti silikonov
• Uporaba reakcij, ki jih katalizirajo kisline in baze, za proizvodnjo novih vrst silikonskih polimerov
• Uporaba silikonskih polimerov pri oblikovanju stekla in drugih materialov

Izraz "silikoni" ostaja pogost izraz, ki se uporablja za opis najrazličnejših materialov na osnovi silikona, lastnosti teh materialov pa se še naprej raziskujejo in razumejo.

Od peska do silikona: fascinanten postopek izdelave silikona

Silikon je polimer, ki se pogosto uporablja v različnih oblikah in izdelkih. Postopek doseganja želenih oblik silikona vključuje niz korakov, ki zahtevajo prave materiale in gradnike. Tukaj so komponente in koraki, vključeni v proizvodni proces:

• Silicij: Primarni gradnik silikona je silicij, ki je eden najpogostejših elementov na Zemlji. Izolira se z mletjem kremenčevega peska in segrevanjem, ki doseže temperature do 2000 stopinj Celzija.

• Metil klorid: silicij se zmeša z metil kloridom, ki je splošno znan kot klorometan. Ta reakcija proizvaja klorosilan, ki je ključni intermediat pri proizvodnji silikona.

• Segrevanje: Klorosilan se nato segreje, da nastane dimetildiklorosilan, ki je predhodnik silikona. Ta postopek vključuje dovajanje toplote mešanici, ki aktivira reakcijo in odstrani klorovodikovo kislino.

• Predelava polimera: dimetildiklorosilan se nato zmeša z vodo, da nastane polimer. Ta polimer je mogoče nadalje obdelovati, da dobimo različne oblike silikona, kot so elastomeri, ki se običajno uporabljajo pri izdelavi izdelkov iz gume.

Pomen nadzora kakovosti v proizvodnji silikona

Proizvodnja silikona zahteva visoko stopnjo nadzora kakovosti, ki zagotavlja, da končni izdelek ustreza zahtevanim standardom. Proizvajalci morajo zagotoviti, da se v proizvodnem procesu uporabljajo prave komponente in da se postopek izvaja pod pravimi pogoji. Tukaj je nekaj dejavnikov, ki jih morajo proizvajalci upoštevati:

• Temperatura: Proizvodni proces zahteva visoke temperature, kar lahko vpliva na kakovost končnega izdelka. Proizvajalci morajo zagotoviti, da je temperatura skrbno nadzorovana, da se prepreči kakršna koli poškodba silikona.

• Izolacija volumna: proizvodni proces vključuje izolacijo volumna reakcije, da se zagotovi, da se proizvede prava količina silikona. To zahteva skrbno spremljanje in nadzor reakcije.

• Zamreženje: Nekatere oblike silikona zahtevajo zamreženje, da dosežejo želene lastnosti. To vključuje povezovanje polimernih verig skupaj, da se ustvari močnejši material.

Običajne oblike silikona na trgu

Silikon pogosto najdemo v različnih izdelkih, od kuhinjskih pripomočkov do medicinskih pripomočkov. Tukaj je nekaj najpogostejših oblik silikona na trgu:

• Silikon z nizko gostoto: Ta vrsta silikona se običajno uporablja pri proizvodnji tesnilnih mas in lepil.

• Elastomeri: Ti se običajno uporabljajo v proizvodnji izdelkov iz gume, kot so tesnila in O-obročki.

• Silikon za visoke temperature: Ta vrsta silikona se uporablja v aplikacijah, ki zahtevajo odpornost na visoke temperature, na primer v vesoljski industriji.

Kemija silikona: Raziskovanje lastnosti in nastajanja tega vsestranskega materiala

Silikon je sintetični material, ki je sestavljen iz atomov silicija, kisika, ogljika in vodika. Je vrsta polimera, kar pomeni, da je sestavljen iz dolgih verig molekul, ki nastanejo s postopkom, imenovanim polimerizacija. Silikon se običajno tvori z metodo, imenovano hidroliza, ki vključuje reakcijo silicijevih spojin z vodo, da nastanejo siloksani.

Kemija siloksanov in silikonskih polimerov

Siloksani so gradniki silikonskih polimerov. Nastanejo z reakcijo silicijevih spojin z vodo, pri čemer nastane veriga izmenjujočih se atomov silicija in kisika. Nastalo siloksansko verigo je mogoče nadalje modificirati z dodajanjem organskih skupin, kot so metilne ali fenilne skupine, da proizvedemo široko paleto silikonskih polimerov.

Eden najpogostejših silikonskih polimerov je polidimetilsiloksan (PDMS), ki nastane z dodajanjem metilnih skupin siloksanski verigi. PDMS je trda, krhka kristalinična trdna snov z modro-sivim kovinskim leskom in je član skupine 14 v periodnem sistemu. To je vrsta silikona, ki se običajno uporablja v proizvodnji elektronskih vezij in drugih izdelkov, ki zahtevajo močan, vodoodporen material.

Lastnosti silikona in njegova običajna uporaba

Silikon ima številne edinstvene lastnosti, zaradi katerih je priljubljen material za najrazličnejše aplikacije. Nekatere ključne lastnosti silikona vključujejo:

• Visoka toplotna stabilnost
• Vodoodpornost
• Nizka toksičnost
• Dobre električne izolacijske lastnosti
• Visoka prepustnost plina

Zaradi teh lastnosti je silikon priljubljen material za široko paleto izdelkov, vključno z:

• Medicinske naprave
• Avtomobilski deli
• Elektronske komponente
• Tesnilne mase in lepila
• Izdelki za osebno nego

Prihodnost proizvodnje in razvoja silikona

Proizvodnja in razvoj silikona ostajata aktivno področje raziskovanja kemikov in znanstvenikov o materialih. Predlagane in testirane so nove metode za proizvodnjo silikonskih polimerov, vključno z uporabo ketona in silil acetatov v procesu polimerizacije. Ko se razvijajo novi silikonski polimeri, bodo verjetno našli nove aplikacije v najrazličnejših panogah in izdelkih.

Vsestranska uporaba silikona

Silikon je bistvena sestavina v različnih izdelkih in materialih, ki se uporabljajo v gradbeništvu in industriji. Zaradi njegove sposobnosti, da prenese visoke in nizke temperature, je odporen na kemikalije in olja ter ostane stabilen v ekstremnih pogojih, je odličen material za vrsto aplikacij, vključno z:

• Premazi in lepila
• Izolatorji in polnila (tukaj je opisano, kako uporabiti prava)
• Maziva in menjalniki za avtomobilske motorje
• Posebna olja in izdelki za končno obdelavo
• Zasteklitveni in zaključni materiali

Elektronska in vesoljska industrija

Silikoni se pogosto uporabljajo tudi v elektronski in vesoljski industriji zaradi svojih edinstvenih lastnosti, vključno z:

• Učinkovita izolacija in odpornost na visoke temperature in kemikalije
• Sposobnost zapolnjevanja vrzeli in zagotavljanja oblazinjenja za občutljive komponente
• Stabilno in dolgotrajno delovanje v ekstremnih okoljih

Medicinske in kozmetične aplikacije

Silikonski gel je pomembna sestavina medicinskih in kozmetičnih izdelkov zaradi svoje visoke biokompatibilnosti in sposobnosti posnemanja lastnosti človeškega tkiva. Nekatere posebne uporabe vključujejo:

• Prsni vsadki, vsadki v modih in prsni vsadki
• Povoji in obveze
• Kontaktne leče
• Zdravljenje brazgotin in izdelki za nego ran

Posebne aplikacije

Silikon se uporablja tudi v različnih posebnih aplikacijah, vključno z:

• Proizvodnja gume in smol
• Mikrofluidika in druge visoko precizne komponente
• Izdelki naftne in plinske industrije
• Učinkovita in dolgotrajna lepila

Prihodnost silikonskih aplikacij

Ker tehnologija in tehnike obdelave še naprej napredujejo, bo obseg uporabe silikona le še naraščal. Od razvoja novih materialov in spojin do oblikovanja posebnih delov in struktur bo silikon ostal bistvena sestavina v najrazličnejših izdelkih in panogah.

Zakaj je silikon varna in okolju prijazna izbira

Silikon je priljubljena izbira za številne izdelke zaradi svojih varnostnih lastnosti. Tukaj je nekaj razlogov, zakaj:

• Brez ftalatov: ftalati so kemikalije, ki jih običajno najdemo v plastiki in so lahko škodljive za zdravje ljudi. Silikon ne vsebuje ftalatov, zato je varnejša alternativa plastiki.
• Brez BPA: Bisfenol A (BPA) je še ena kemikalija v plastiki, ki lahko negativno vpliva na zdravje. Silikon ne vsebuje BPA, zaradi česar je bolj zdrava možnost za shranjevanje in kuhanje hrane.
• Odobreno Health Canada: Health Canada je menilo, da je silikon za hrano varen za kuhanje in shranjevanje hrane. Ne reagira s hrano ali pijačo, zaradi česar je varna izbira za uporabo v kuhinji.

Okoljski vidiki

Silikon ni le varen za ljudi, ampak je tudi okolju prijazna izbira. Evo zakaj:

• Vzdržljivost: Silikon je trpežen material, ki lahko zdrži leta, kar zmanjša potrebo po pogostih menjavah in odpadkih.
• Možnost recikliranja: Silikon je mogoče reciklirati, kar zmanjša njegov vpliv na okolje.
• Nizka toksičnost: Silikon je nizko strupen material, kar pomeni, da ne sprošča škodljivih kemikalij v okolje med proizvodnjo ali odlaganjem.

Silikon proti plastiki: katera je boljša alternativa?

Silikon in plastika sta dve vrsti materialov, ki se običajno uporabljata v različnih panogah. Plastika je tradicionalen material, ki se uporablja že desetletja, medtem ko je silikon razmeroma nova spojina, ki je v zadnjih letih postala priljubljena. Oba materiala imata svoje edinstvene lastnosti in uporabo, vendar je med njima nekaj pomembnih razlik.

Razlika v lastnostih

Ena od glavnih razlik med silikonom in plastiko je način njihove proizvodnje. Silikon se proizvaja iz silicija, naravno prisotnega stabilnega elementa, medtem ko je plastika izdelana iz sintetičnih spojin. To pomeni, da ima silikon nekatere lastnosti, ki jih plastika nima, na primer večjo vzdržljivost in odpornost na vročino. Silikon lahko prenese višje temperature kot plastika, zaradi česar je idealen za uporabo v opremi za kuhanje in peko.

Podobnosti in razlike v obliki in oblikovanju

Čeprav je silikon bolj trpežen od plastike, ni tako prožen. Ni ga mogoče oblikovati v različne oblike, kot je to mogoče iz plastike. Silikon pa je mogoče oblikovati v različne oblike, zaradi česar je priljubljena izbira za posodo in kuhinjsko opremo. Plastika se pogosto uporablja tudi za posodo in kuhinjsko opremo, vendar ni tako trpežna kot silikon.

Varnostne in električne lastnosti

Silikon je znan tudi po svojih varnostnih in električnih lastnostih. Je netoksičen material, ki pri segrevanju ne sprošča škodljivih kemikalij, zaradi česar je varen za uporabo pri kuhanju in peki. Je tudi dober električni izolator, zaradi česar je idealen za uporabo v električni opremi. Po drugi strani pa lahko plastika pri segrevanju sprošča škodljive kemikalije, zaradi česar je manj varna možnost za kuhanje in peko.

Čiščenje in vzdrževanje

Kar zadeva čiščenje in vzdrževanje, imata silikon in plastika nekaj podobnosti in razlik. Oba materiala lahko perete v pomivalnem stroju, vendar je silikon bolj trpežen in prenese višje temperature. Plastika se lahko pri visokih temperaturah zvije in stopi, zaradi česar je manj trpežna kot silikon.

zaključek

Silikon je torej material iz silicija in kisika in se uporablja za veliko stvari. 

Zdaj lahko vidite, zakaj je tako priljubljen, kajne? Torej, ne bojte se postavljati vprašanj, če o nečem niste prepričani. Vedno lahko prosite prijatelja za pomoč. 

In ne pozabite preveriti našega vodnika za več informacij o silikonu.

Sem Joost Nusselder, ustanovitelj Tools Doctor, tržnik vsebine in oče. Rad preizkušam novo opremo in skupaj s svojo ekipo že od leta 2016 ustvarjam poglobljene članke na blogu, da zvestim bralcem pomagam z orodji in nasveti za izdelavo.