Jeśli chodzi o zaawansowane materiały, silikon jest niewątpliwie gorącym tematem. Silikon to rodzaj materiału polimerowego zawierającego krzem, węgiel, wodór i tlen. Różni się znacznie od nieorganicznych materiałów krzemowych i wykazuje doskonałe działanie w wielu dziedzinach. Przyjrzyjmy się bliżej właściwościom, procesowi odkrywania i kierunkowi stosowania silikonu.
Różnice między silikonem a krzemem nieorganicznym:
Po pierwsze, istnieją oczywiste różnice w budowie chemicznej pomiędzy silikonem i krzemem nieorganicznym. Silikon to materiał polimerowy składający się z krzemu i węgla, wodoru, tlenu i innych pierwiastków, podczas gdy krzem nieorganiczny odnosi się głównie do związków nieorganicznych utworzonych przez krzem i tlen, takich jak dwutlenek krzemu (SiO2). Struktura silikonu na bazie węgla nadaje mu elastyczność i plastyczność, dzięki czemu jest bardziej elastyczny w zastosowaniu. Ze względu na charakterystykę struktury molekularnej silikonu, to znaczy energia wiązania Si-O (444J/mol) jest wyższa niż wiązania CC (339J/mol), materiały silikonowe mają wyższą odporność cieplną niż ogólne organiczne związki polimerowe.
Odkrycie silikonu:
Odkrycie silikonu datuje się na początek XX wieku. Na początku naukowcom udało się zsyntetyzować silikon, wprowadzając grupy organiczne do związków krzemu. Odkrycie to otworzyło nową erę materiałów silikonowych i położyło podwaliny pod ich szerokie zastosowanie w przemyśle i nauce. W ciągu ostatnich kilku dekad synteza i udoskonalanie silikonu poczyniła ogromne postępy, promując ciągłe innowacje i rozwój tego materiału.
Typowe silikony:
Silikony to klasa związków polimerowych powszechnie występujących w przyrodzie i sztucznej syntezie, obejmująca różne formy i struktury. Oto kilka przykładów popularnych silikonów:
Polidimetylosiloksan (PDMS): PDMS to typowy elastomer silikonowy, powszechnie występujący w gumie silikonowej. Ma doskonałą elastyczność i stabilność w wysokiej temperaturze i jest szeroko stosowany do wytwarzania wyrobów gumowych, wyrobów medycznych, smarów itp.
Olej silikonowy: Olej silikonowy jest liniowym związkiem silikonowym o niskim napięciu powierzchniowym i dobrej odporności na wysokie temperatury. Powszechnie stosowane w smarach, produktach do pielęgnacji skóry, wyrobach medycznych i innych dziedzinach.
Żywica silikonowa: Żywica silikonowa to materiał polimerowy złożony z grup kwasu krzemowego o doskonałej odporności na ciepło i właściwościach izolacji elektrycznej. Jest szeroko stosowany w powłokach, klejach, opakowaniach elektronicznych itp.
Kauczuk silikonowy: Kauczuk silikonowy to gumopodobny materiał silikonowy o odporności na wysoką temperaturę, warunki atmosferyczne, izolację elektryczną i inne właściwości. Jest szeroko stosowany w pierścieniach uszczelniających, tulejach ochronnych kabli i innych dziedzinach.
Te przykłady pokazują różnorodność silikonów. Odgrywają ważną rolę w różnych dziedzinach i mają szeroki zakres zastosowań, od przemysłu po życie codzienne. Odzwierciedla to również zróżnicowane właściwości silikonów jako materiału o wysokiej wydajności.
Zalety wydajności
W porównaniu ze zwykłymi związkami łańcucha węglowego, organosiloksan (polidimetylosiloksan, PDMS) ma pewne unikalne zalety w zakresie wydajności, co sprawia, że wykazuje doskonałą wydajność w wielu zastosowaniach. Poniżej przedstawiono niektóre zalety wydajności organosiloksanu w porównaniu ze zwykłymi związkami łańcucha węglowego:
Odporność na wysoką temperaturę: Organosiloksan ma doskonałą odporność na wysokie temperatury. Struktura wiązań krzemowo-tlenowych sprawia, że organosiloksany są trwałe w wysokich temperaturach i niełatwe do rozkładu, co przemawia za ich zastosowaniem w środowiskach o wysokiej temperaturze. W przeciwieństwie do tego wiele powszechnych związków łańcucha węglowego może rozkładać się lub tracić wydajność w wysokich temperaturach.
Niskie napięcie powierzchniowe: Organosiloksan wykazuje niskie napięcie powierzchniowe, co sprawia, że ma dobrą zwilżalność i smarowność. Ta właściwość sprawia, że olej silikonowy (forma organosiloksanu) jest szeroko stosowany w smarach, produktach do pielęgnacji skóry i wyrobach medycznych.
Elastyczność i elastyczność: Struktura molekularna organosiloksanu zapewnia mu dobrą elastyczność i elastyczność, co czyni go idealnym wyborem do przygotowywania gumy i materiałów elastycznych. Dzięki temu guma silikonowa doskonale sprawdza się przy przygotowaniu pierścieni uszczelniających, elementów elastycznych itp.
Izolacja elektryczna: Organosiloksan wykazuje doskonałe właściwości izolacji elektrycznej, co sprawia, że jest szeroko stosowany w elektronice. Żywica silikonowa (forma siloksanu) jest często stosowana w elektronicznych materiałach opakowaniowych w celu zapewnienia izolacji elektrycznej i ochrony elementów elektronicznych.
Biokompatybilność: Organosiloksan ma wysoką kompatybilność z tkankami biologicznymi i dlatego jest szeroko stosowany w wyrobach medycznych i dziedzinach biomedycznych. Na przykład kauczuk silikonowy jest często używany do przygotowania silikonu medycznego do sztucznych narządów, cewników medycznych itp.
Stabilność chemiczna: Organosiloksany wykazują wysoką stabilność chemiczną i dobrą odporność na korozję w stosunku do wielu substancji chemicznych. Pozwala to na rozszerzenie jego zastosowania w przemyśle chemicznym, np. do przygotowania zbiorników chemicznych, rur i materiałów uszczelniających.
Ogólnie rzecz biorąc, organosiloksany mają bardziej zróżnicowane właściwości niż zwykłe związki łańcucha węglowego, co pozwala im odgrywać ważną rolę w wielu dziedzinach, takich jak smarowanie, uszczelnianie, medycyna i elektronika.
Metoda otrzymywania monomerów krzemoorganicznych
Metoda bezpośrednia: Syntetyzuj materiały krzemoorganiczne poprzez bezpośrednią reakcję krzemu ze związkami organicznymi.
Metoda pośrednia: Przygotowanie krzemoorganicznego poprzez kraking, polimeryzację i inne reakcje związków krzemu.
Metoda polimeryzacji hydrolizowej: Przygotuj krzemoorganiczny poprzez polimeryzację hydrolityczną silanolu lub alkoholu silanowego.
Metoda kopolimeryzacji gradientowej: Syntetyzować materiały krzemoorganiczne o określonych właściwościach poprzez kopolimeryzację gradientową. 、
Trend na rynku krzemoorganicznym
Rosnące zapotrzebowanie w dziedzinach zaawansowanych technologii: Wraz z szybkim rozwojem gałęzi przemysłu zaawansowanych technologii wzrasta zapotrzebowanie na krzemoorganiczny o doskonałych właściwościach, takich jak odporność na wysokie temperatury, odporność na korozję i izolacja elektryczna.
Ekspansja rynku wyrobów medycznych: zastosowanie silikonu w produkcji wyrobów medycznych stale się rozszerza, a w połączeniu z biokompatybilnością stwarza nowe możliwości w dziedzinie wyrobów medycznych.
Zrównoważony rozwój: Poprawa świadomości ekologicznej promuje badania nad ekologicznymi metodami przygotowania materiałów silikonowych, takich jak silikon biodegradowalny, w celu osiągnięcia bardziej zrównoważonego rozwoju.
Eksploracja nowych obszarów zastosowań: Wciąż pojawiają się nowe obszary zastosowań, takie jak elastyczna elektronika, urządzenia optoelektroniczne itp., mające na celu promowanie innowacji i ekspansji rynku silikonu.
Przyszłe kierunki rozwoju i wyzwania
Badania i rozwój silikonu funkcjonalnego:W odpowiedzi na potrzeby różnych branż, silikon będzie w przyszłości zwracać większą uwagę na rozwój funkcjonalności, takich jak funkcjonalne powłoki silikonowe, w tym specjalne właściwości, takie jak właściwości antybakteryjne i przewodzące.
Badania nad silikonem biodegradowalnym:Wraz ze wzrostem świadomości ekologicznej ważnym kierunkiem rozwoju staną się badania nad biodegradowalnymi materiałami silikonowymi.
Zastosowanie nanosilikonu: Wykorzystanie nanotechnologii, badania nad przygotowaniem i zastosowaniem nanosilikonu w celu rozszerzenia jego zastosowania w dziedzinach zaawansowanych technologii.
Ekologizacja metod przygotowania: W przypadku metod przygotowania silikonu w przyszłości większa uwaga zostanie poświęcona ekologicznym i przyjaznym dla środowiska szlakom technicznym, aby zmniejszyć wpływ na środowisko.
Czas publikacji: 15 lipca 2024 r