Silicone: Mwongozo Kamili wa Historia, Kemia na Usalama

Silicones ni polima zinazojumuisha ajizi yoyote, synthetic kiwanja kinachoundwa na vitengo vinavyojirudia vya siloxane, ambacho ni kikundi tendaji cha atomi mbili za silicon na atomi moja ya oksijeni inayounganishwa mara kwa mara na kaboni na/au hidrojeni. Kwa kawaida hustahimili joto na hufanana na mpira, na hutumiwa katika mihuri, adhesives, vilainishi, dawa, vyombo vya kupikia, na insulation ya mafuta na umeme.

Katika makala hii, tutashughulikia mali ya silicone na mchakato wa utengenezaji wake.

Kila Kitu Unachohitaji Kujua Kuhusu Silicone

Silicone ni nyenzo ya polima inayoundwa na molekuli zinazoitwa siloxanes. Ni nyenzo ya kipekee ambayo inaundwa na silicon, kipengele cha asili kinachopatikana katika mchanga na miamba, na oksijeni. Vipengele hivi viwili vinapounganishwa, huunda kiwanja ambacho kina minyororo mirefu ya monoma zinazojirudia, ambazo huunganishwa pamoja ili kuunda bidhaa ya mwisho.

Silicone huzalishwaje?

Silicone hutolewa kwa kuchanganya silicon safi na misombo mingine ili kuunda kiwanja cha silicone. Kiwanja kisha hupitishwa kupitia mfululizo wa michakato ya kisayansi ili kuunda bidhaa ya mwisho ambayo inajumuisha minyororo mirefu ya monoma zinazojirudia. Minyororo hii inaunganishwa pamoja ili kuunda polima ambayo inajulikana kama silicone.

Matumizi ya Silicone ni nini?

Silicone ni nyenzo maarufu ambayo hutumiwa katika bidhaa nyingi tofauti. Baadhi ya matumizi ya kawaida ya silicone ni pamoja na:

• Kujenga sealants na adhesives ambayo inaweza kutumika kuunganisha vifaa mbalimbali pamoja.
• Kuzalisha mafuta ambayo yanaweza kutumika kupunguza msuguano kati ya sehemu zinazohamia.
• Kujenga insulation ya mafuta na umeme ambayo inaweza kutumika kulinda vifaa nyeti kutoka kwa joto na umeme.
• Kufanya vyombo vya kupikia na bidhaa nyingine za jikoni ambazo hazina sumu na zinakabiliwa na joto.
• Kuunda vifaa vya matibabu na vipandikizi ambavyo ni salama na bora kwa wagonjwa.

Kuna tofauti gani kati ya Silicone na Silicone?

Silicone ni nyenzo moja, wakati silicones ni kundi la vifaa ambavyo vinajumuishwa na silicone. Silicones kwa kawaida ni ngumu na hudumu zaidi kuliko silikoni, na hutumiwa sana katika bidhaa zinazohitaji kiwango cha juu cha ubora na utendakazi.

Mageuzi ya Silicone: Kutoka Silicon ya Fuwele hadi Uzalishaji wa Kisasa

Mnamo 1854, Henry Sainte-Claire Deville alipata silicon ya fuwele, ambayo ilikuwa ugunduzi muhimu katika ulimwengu wa vifaa na misombo. Silikoni ni kipengele cha kemikali chenye alama ya Si na nambari ya atomiki 14. Ni kingo ngumu, brittle ya fuwele na mng'aro wa metali wa bluu-kijivu, na ni metalloid ya tetravalent na semiconductor. Silicon ni kipengele cha nane cha kawaida katika ulimwengu kwa wingi, lakini hupatikana mara chache katika fomu yake safi katika asili.

Kuzaliwa kwa Silicones: Utafiti wa Hyde na Kutaja kwa Kipping

Mnamo 1930, JF Hyde aliendesha utafiti wa kwanza wa kutengeneza silicones za kibiashara. Baadaye, mwaka wa 1940, mwanakemia wa Kiingereza, Frederich Stanley Kipping, kwa kutumia utafiti wa Hyde, alitoa nyenzo hiyo jina la "silicones" kwa sababu walikuwa "messes sticky". Kipping alikuwa mwanzilishi katika uwanja wa kemia hai na anajulikana zaidi kwa kazi yake ya kemia ya silicones. Silicone ni kundi la polima sintetiki linaloundwa na vitengo vinavyojirudia vya siloxane, ambayo ni msururu wa atomi za silicon na oksijeni zinazobadilishana na vikundi vya kikaboni vilivyounganishwa na atomi za silicon.

Kemia ya Silicones: Muundo na Minyororo ya Polima

Silicones kimsingi ni polima na kitengo cha kurudia cha siloxane. Kitengo cha siloxane kinajumuisha atomi ya silicon iliyounganishwa na atomi mbili za oksijeni, ambazo kwa upande wake zimeunganishwa na vikundi vya kikaboni. Vikundi vya kikaboni vinaweza kuwa methyl, ethyl, phenyl, au vikundi vingine. Vizio vya siloxane vinaweza kuunganishwa pamoja ili kuunda minyororo ya mstari au minyororo yenye matawi. Minyororo pia inaweza kuunganishwa ili kuunda mtandao wa pande tatu. Nyenzo inayotokana ni polymer ya silicone yenye aina mbalimbali za mali.

Uzalishaji wa Kisasa wa Silicones: Corning, Dow, na Hydrolysis

How to strip wire fast

Share

Watch on

Uzalishaji wa kisasa wa silicones unahusisha mbinu mbalimbali, lakini njia ya kawaida inategemea hidrolisisi ya misombo ya silicon. Michanganyiko ya silicon kama vile tetrakloridi ya silicon (SiCl4) au dimethyldichlorosilane (CH3)2SiCl2 humenyuka kwa maji ili kutoa siloxanes. Siloxanes basi hupolimishwa na kutengeneza polima za silikoni. Mchakato unaweza kufanywa kwa kutumia aina mbalimbali za vichocheo, ikiwa ni pamoja na asidi kama vile HCl au besi kama vile NaOH.

Sifa za Silicone: Nguvu, Zinazostahimili Maji, na Zinazohamishika kwa Umeme

Silicones zina mali nyingi, kulingana na vikundi vya kikaboni vilivyounganishwa na atomi za silicon na urefu wa minyororo ya polima. Baadhi ya sifa za silicones ni pamoja na:

• Nguvu na ya kudumu
• Inaweza kuzuia maji
• Kuhami umeme
• Sugu kwa joto la juu na la chini
• Ajizi ya kemikali
• Haikubali

Silicones hutumiwa katika aina mbalimbali za maombi, ikiwa ni pamoja na:

• Sealants na adhesives
• Mafuta na mipako
• Vifaa vya matibabu na vipandikizi
• Insulation ya umeme na bodi za mzunguko
• Vipengele vya magari na anga
• Bidhaa za utunzaji wa kibinafsi na vipodozi

Tofauti kati ya Silicones na Polima Nyingine

Silicones ni tofauti na polima zingine kwa njia kadhaa:

• Kitengo cha kurudia katika silicones ni siloxane, wakati polima nyingine zina vitengo tofauti vya kurudia.
• Dhamana ya silicon-oksijeni katika siloxane ina nguvu zaidi kuliko dhamana ya kaboni-kaboni katika polima nyingine, ambayo huwapa silicones sifa zao za kipekee.
• Silicones ni sugu zaidi kwa joto la juu na la chini kuliko polima zingine.
• Silicones ni sugu zaidi ya maji kuliko polima zingine.

Mustakabali wa Silicones: Utafiti wa Kina na Bidhaa Mpya

Matumizi ya silicones yanaendelea kukua, na bidhaa mpya zinatengenezwa kila wakati. Baadhi ya maeneo ya utafiti wa hali ya juu katika silicones ni pamoja na:

• Ukuzaji wa vichocheo vipya vya upolimishaji wa siloxanes
• Matumizi ya acetates ya silyl na misombo mingine ili kurekebisha mali ya silicones
• Matumizi ya asidi na athari za kichocheo cha msingi kutoa aina mpya za polima za silicone
• Matumizi ya polima za silicone katika malezi ya glasi na vifaa vingine

Neno "silicones" linabaki kuwa neno la kawaida linalotumiwa kuelezea aina mbalimbali za vifaa vya msingi vya silicone, na mali ya nyenzo hizi zinaendelea kuchunguzwa na kueleweka.

Kutoka kwa Mchanga hadi Silicone: Mchakato wa Kuvutia wa Kuzalisha Silicone

Silicone ni polima ambayo hutumiwa sana katika aina na bidhaa mbalimbali. Mchakato wa kufikia aina zinazohitajika za silicone inahusisha mfululizo wa hatua zinazohitaji vifaa sahihi na vitalu vya ujenzi. Hapa kuna vipengele na hatua zinazohusika katika mchakato wa uzalishaji:

• Silicon: Jengo la msingi la silicone ni silikoni, ambayo ni moja ya vitu vya kawaida vya ulimwengu. Imetengwa kwa kusaga mchanga wa quartz na kutumia joto ndani yake, kufikia joto la hadi digrii 2000 Celsius.

• Methyl Chloride: Silicon imechanganywa na kloridi ya methyl, ambayo inajulikana kama kloromethane. Mmenyuko huu hutoa klorosilane, ambayo ni muhimu kati katika utengenezaji wa silicone.

• Kupasha joto: Klorosilane hupashwa joto na kutengeneza dimethyldichlorosilane, ambayo ni kitangulizi cha silikoni. Utaratibu huu unahusisha kutumia joto kwa mchanganyiko, ambayo huamsha majibu na kuondosha asidi hidrokloric.

• Uchakataji wa Polima: Dimethyldichlorosilane kisha huchanganywa na maji ili kuunda polima. Polima hii inaweza kuchakatwa zaidi ili kufikia aina tofauti za silikoni, kama vile elastomers, ambazo hutumiwa kwa kawaida katika utengenezaji wa bidhaa za mpira.

Umuhimu wa Udhibiti wa Ubora katika Uzalishaji wa Silicone

Uzalishaji wa silicone unahitaji kiwango cha juu cha udhibiti wa ubora ili kuhakikisha kuwa bidhaa ya mwisho inakidhi viwango vinavyohitajika. Wazalishaji wanahitaji kuhakikisha kuwa vipengele vinavyofaa vinatumiwa katika mchakato wa uzalishaji na kwamba mchakato unafanywa chini ya hali nzuri. Hapa kuna baadhi ya mambo ambayo wazalishaji wanapaswa kuzingatia:

• Joto: Mchakato wa uzalishaji unahitaji joto la juu, ambalo linaweza kuathiri ubora wa bidhaa ya mwisho. Wazalishaji wanahitaji kuhakikisha kuwa hali ya joto inadhibitiwa kwa uangalifu ili kuzuia uharibifu wowote wa silicone.

• Kutenga Kiasi: Mchakato wa uzalishaji unahusisha kutenganisha kiasi cha majibu ili kuhakikisha kwamba kiasi sahihi cha silicone kinatolewa. Hii inahitaji ufuatiliaji makini na udhibiti wa majibu.

• Kuunganisha: Baadhi ya aina za silicone zinahitaji kuunganisha ili kufikia sifa zinazohitajika. Hii inahusisha kuunganisha minyororo ya polima pamoja ili kuunda nyenzo zenye nguvu zaidi.

Aina za Kawaida za Silicone kwenye Soko

Silicone hupatikana katika anuwai ya bidhaa, kutoka kwa vyombo vya jikoni hadi vifaa vya matibabu. Hapa kuna aina za kawaida za silicone kwenye soko:

• Silicone ya Uzito wa Chini: Aina hii ya silicone hutumiwa kwa kawaida katika utengenezaji wa sealants na adhesives.

• Elastomers: Hizi hutumiwa kwa kawaida katika utengenezaji wa bidhaa za mpira, kama vile gaskets na O-pete.

• Silicone ya Halijoto ya Juu: Aina hii ya silikoni hutumiwa katika programu zinazohitaji upinzani wa halijoto ya juu, kama vile tasnia ya anga.

Kemia ya Silicone: Kuchunguza Sifa na Uundaji wa Nyenzo hii Inayotumika Mbalimbali

Silicone ni nyenzo ya syntetisk ambayo imeundwa na silicon, oksijeni, kaboni na atomi za hidrojeni. Ni aina ya polima, ambayo ina maana kwamba imeundwa na minyororo mirefu ya molekuli ambayo huundwa kupitia mchakato unaoitwa upolimishaji. Silicone kwa kawaida huundwa kupitia njia inayoitwa hidrolisisi, ambayo inahusisha kuitikia misombo ya silicon na maji ili kuzalisha siloxanes.

Kemia ya Siloxanes na Silicone Polima

Siloxanes ni vitalu vya ujenzi vya polima za silicone. Wao huundwa kwa njia ya mmenyuko wa misombo ya silicon na maji, ambayo hutoa mlolongo wa atomi za silicon na oksijeni. Msururu wa siloxane unaotokana unaweza kurekebishwa zaidi kwa kuongeza vikundi vya kikaboni, kama vile vikundi vya methyl au phenyl, ili kutoa aina nyingi za polima za silikoni.

Moja ya polima za silicone za kawaida ni polydimethylsiloxane (PDMS), ambayo huundwa kwa kuongeza vikundi vya methyl kwenye mnyororo wa siloxane. PDMS ni ungo gumu, unaomeuka wa fuwele na mng'ao wa metali wa bluu-kijivu, na ni mwanachama wa kikundi cha 14 katika jedwali la mara kwa mara. Ni aina ya silicone ambayo hutumiwa kwa kawaida katika uzalishaji wa nyaya za elektroniki na bidhaa nyingine zinazohitaji nyenzo kali, zisizo na maji.

Sifa za Silicone na Matumizi Yake ya Kawaida

Silicone ina idadi ya mali ya kipekee ambayo inafanya kuwa nyenzo maarufu kwa aina mbalimbali za matumizi. Baadhi ya sifa kuu za silicone ni pamoja na:

• Utulivu mkubwa wa joto
• Upinzani wa maji
• Ukali mdogo
• Tabia nzuri za insulation za umeme
• Upenyezaji wa juu wa gesi

Sifa hizi hufanya silicone kuwa nyenzo maarufu kwa anuwai ya bidhaa, pamoja na:

• Vifaa vya matibabu
• Sehemu za magari
• Vipengele vya umeme
• Sealants na adhesives
• Bidhaa za utunzaji wa kibinafsi

Mustakabali wa Uzalishaji na Maendeleo ya Silicone

Uzalishaji na ukuzaji wa silicone unabaki kuwa eneo amilifu la utafiti kwa wanakemia na wanasayansi wa vifaa. Mbinu mpya za kutengeneza polima za silikoni zinapendekezwa na kujaribiwa, ikiwa ni pamoja na matumizi ya ketone na acetati za silyl katika mchakato wa upolimishaji. Kadiri polima mpya za silikoni zinavyoundwa, kuna uwezekano wa kupata programu mpya katika tasnia na bidhaa anuwai.

Matumizi Mengi ya Silicone

Silicone ni kiungo muhimu katika aina mbalimbali za bidhaa na vifaa vinavyotumika katika sekta ya ujenzi na viwanda. Uwezo wake wa kuhimili joto la juu na la chini, kupinga kemikali na mafuta, na kubaki thabiti chini ya hali mbaya huifanya kuwa nyenzo bora kwa anuwai ya matumizi, pamoja na:

• Mapazia na wambiso
• Vihami na vichungi (hapa kuna jinsi ya kutumia zile zinazofaa)
• Mafuta ya injini ya magari na gia
• Mafuta maalum na bidhaa za kumaliza
• Ukaushaji na vifaa vya kumaliza

Viwanda vya Elektroniki na Anga

Silicones pia hutumiwa sana katika tasnia ya vifaa vya elektroniki na anga kwa sababu ya mali zao za kipekee, pamoja na:

• Insulation yenye ufanisi na upinzani kwa joto la juu na kemikali
• Uwezo wa kujaza mapengo na kutoa cushioning kwa vipengele vya maridadi
• Utendaji thabiti na wa kudumu katika mazingira yaliyokithiri

Maombi ya Matibabu na Vipodozi

Gel ya silicone ni kiungo muhimu katika bidhaa za matibabu na vipodozi kutokana na biocompatibility yake ya juu na uwezo wa kuiga mali ya tishu za binadamu. Baadhi ya matumizi maalum ni pamoja na:

• Vipandikizi vya matiti, vipandikizi vya korodani, na vipandikizi vya kifuani
• Bandari na nguo
• Mawasiliano ya lenses
• Matibabu ya makovu na bidhaa za utunzaji wa majeraha

Maombi Maalum

Silicone pia hutumiwa katika aina mbalimbali za maombi maalum, ikiwa ni pamoja na:

• Uzalishaji wa mpira na resin
• Microfluidics na vipengele vingine vya usahihi wa juu
• Bidhaa za tasnia ya mafuta na gesi
• Adhesives yenye ufanisi na ya muda mrefu

Mustakabali wa Maombi ya Silicone

Wakati teknolojia na mbinu za usindikaji zinaendelea kusonga mbele, anuwai ya matumizi ya silicone itaendelea kukua tu. Kuanzia kutengeneza nyenzo mpya na misombo hadi kuunda sehemu na miundo maalum, silicone itabaki kuwa kiungo muhimu katika aina mbalimbali za bidhaa na viwanda.

Kwa nini Silicone ni Chaguo Salama na Rafiki kwa Mazingira

Silicone ni chaguo maarufu kwa bidhaa nyingi kutokana na vipengele vyake vya usalama. Hapa kuna baadhi ya sababu kwa nini:

• Hakuna Phthalates: Phthalates ni kemikali ambazo hupatikana kwa kawaida kwenye plastiki na zinaweza kudhuru afya ya binadamu. Silicone haina phthalates, na kuifanya kuwa mbadala salama kwa plastiki.
• Hapana BPA: Bisphenol A (BPA) ni kemikali nyingine inayopatikana kwenye plastiki ambayo inaweza kuwa na athari mbaya kiafya. Silicone haina BPA, na kuifanya kuwa chaguo bora zaidi kwa kuhifadhi na kupika chakula.
• Afya Kanada Imeidhinishwa: Afya Kanada imeona silikoni ya kiwango cha chakula kuwa salama kwa kupikia na kuhifadhi chakula. Haifanyiki na chakula au vinywaji, na kuifanya kuwa chaguo salama kwa matumizi ya jikoni.

Mazingatio ya Mazingira

Silicone sio salama tu kwa wanadamu, lakini pia ni chaguo la mazingira. Hii ndio sababu:

• Inadumu: Silicone ni nyenzo ya kudumu ambayo inaweza kudumu kwa miaka, kupunguza haja ya uingizwaji wa mara kwa mara na taka.
• Inaweza kutumika tena: Silicone inaweza kutumika tena, kupunguza athari zake kwa mazingira.
• Sumu ya Chini: Silicone ni nyenzo yenye sumu kidogo, kumaanisha kwamba haitoi kemikali hatari kwenye mazingira wakati wa uzalishaji au utupaji.

Silicone vs Plastiki: Ni ipi Mbadala Bora?

Silicone na plastiki ni aina mbili za vifaa ambavyo hutumiwa kwa kawaida katika tasnia mbalimbali. Plastiki ni nyenzo za jadi ambazo zimetumika kwa miongo kadhaa, wakati silicone ni kiwanja kipya ambacho kimepata umaarufu katika miaka ya hivi karibuni. Nyenzo zote mbili zina mali zao za kipekee na matumizi, lakini kuna tofauti muhimu kati yao.

Tofauti katika Mali

Moja ya tofauti kuu kati ya silicone na plastiki ni njia zinazozalishwa. Silicone huzalishwa kutoka kwa silicon, kipengele cha asili kilicho imara, wakati plastiki inafanywa kutoka kwa misombo ya synthetic. Hii ina maana kwamba silikoni ina baadhi ya mali ambayo plastiki haina, kama vile kudumu zaidi na sugu ya joto. Silicone inaweza kuhimili joto la juu kuliko plastiki, na kuifanya kuwa bora kwa matumizi katika vifaa vya kupikia na kuoka.

Kufanana na Tofauti za Umbo na Kubadilika

Ingawa silicone ni ya kudumu zaidi kuliko plastiki, sio rahisi kubadilika. Haiwezi kufinyangwa kwa maumbo tofauti kama kopo la plastiki. Hata hivyo, silicone inaweza kuumbwa katika maumbo mbalimbali, na kuifanya kuwa chaguo maarufu kwa vyombo na vifaa vya jikoni. Plastiki pia hutumiwa kwa kawaida kwa vyombo na vifaa vya jikoni, lakini sio ya kudumu kama silicone.

Usalama na Mali ya Umeme

Silicone pia inajulikana kwa usalama wake na mali ya umeme. Ni nyenzo isiyo na sumu ambayo haitoi kemikali hatari inapopashwa joto, na kuifanya kuwa salama kwa matumizi ya kupikia na kuoka. Pia ni insulator nzuri ya umeme, na kuifanya kuwa bora kwa matumizi ya vifaa vya umeme. Plastiki, kwa upande mwingine, inaweza kutolewa kemikali hatari inapokanzwa, na kuifanya kuwa chaguo lisilo salama kwa kupikia na kuoka.

Kusafisha na matengenezo

Linapokuja suala la kusafisha na matengenezo, silicone na plastiki zina kufanana na tofauti. Nyenzo zote mbili zinaweza kusafishwa kwenye mashine ya kuosha, lakini silicone ni ya kudumu zaidi na inaweza kuhimili joto la juu. Plastiki inaweza kukunja na kuyeyuka kwa joto la juu, na kuifanya kuwa ya kudumu kuliko silicone.

Hitimisho

Kwa hivyo, silikoni ni nyenzo iliyotengenezwa na silicon na oksijeni, na inatumika kwa vitu vingi. 

Unaweza kuona kwa nini ni maarufu sana sasa, sivyo? Kwa hivyo, usiogope kuuliza maswali ikiwa huna uhakika juu ya jambo fulani. Unaweza daima kumwomba rafiki msaada. 

Na usisahau kuangalia mwongozo wetu kwa habari zaidi juu ya silicone.

Mimi ni Joost Nusselder, mwanzilishi wa Tools Doctor, content marketer, na baba. Ninapenda kujaribu vifaa vipya, na pamoja na timu yangu nimekuwa nikitayarisha makala za kina za blogu tangu 2016 ili kuwasaidia wasomaji waaminifu kwa zana na vidokezo vya kuunda.