Jeśli chodzi o zaawansowane materiały, silikon jest niewątpliwie gorącym tematem. Silikon to rodzaj materiału polimerowego zawierającego krzem, węgiel, wodór i tlen. Różni się on znacząco od nieorganicznych materiałów krzemowych i wykazuje doskonałe właściwości w wielu dziedzinach. Przyjrzyjmy się bliżej właściwościom, procesowi odkrywania i kierunkom zastosowań silikonu.
Różnice między silikonem a krzemem nieorganicznym:
Po pierwsze, istnieją oczywiste różnice w strukturze chemicznej między silikonem a 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 z krzemu i tlenu, takich jak dwutlenek krzemu (SiO2). Struktura węglowa silikonu zapewnia mu elastyczność i plastyczność, co czyni go bardziej elastycznym w zastosowaniu. Ze względu na charakterystykę budowy molekularnej silikonu, tj. wyższą energię wiązania wiązania Si-O (444 J/mol) niż wiązania CC (339 J/mol), materiały silikonowe charakteryzują się wyższą odpornością na ciepło niż organiczne związki polimerowe.
Odkrycie silikonu:
Odkrycie silikonu datuje się na początek XX wieku. W tym okresie naukowcy z powodzeniem syntezowali silikon, wprowadzając grupy organiczne do związków krzemu. To odkrycie zapoczątkowało nową erę materiałów silikonowych i położyło podwaliny pod ich szerokie zastosowanie w przemyśle i nauce. Synteza i udoskonalanie silikonu poczyniły ogromne postępy w ciągu ostatnich kilku dekad, promując ciągłą innowację i rozwój tego materiału.
Popularne silikony:
Silikony to klasa związków polimerowych powszechnie występujących w naturze i syntezie sztucznej, obejmująca różne formy i struktury. Poniżej przedstawiono kilka przykładów popularnych silikonów:
Polidimetylosiloksan (PDMS): PDMS to typowy elastomer silikonowy, powszechnie występujący w gumie silikonowej. Charakteryzuje się doskonałą elastycznością i stabilnością w wysokich temperaturach, a także jest szeroko stosowany w produkcji wyrobów gumowych, urządzeń medycznych, środków smarnych itp.
Olej silikonowy: Olej silikonowy to liniowy związek silikonowy o niskim napięciu powierzchniowym i dobrej odporności na wysokie temperatury. Powszechnie stosowany w środkach smarnych, produktach do pielęgnacji skóry, urządzeniach medycznych i innych dziedzinach.
Żywica silikonowa: Żywica silikonowa to materiał polimerowy składający się z grup kwasu krzemowego, charakteryzujący się doskonałą odpornością na ciepło i właściwościami izolacyjnymi. Jest szeroko stosowana w powłokach, klejach, opakowaniach elektronicznych itp.
Kauczuk silikonowy: Kauczuk silikonowy to materiał przypominający gumę, charakteryzujący się wysoką odpornością na temperaturę, warunki atmosferyczne, izolacją elektryczną i innymi właściwościami. Jest szeroko stosowany w pierścieniach uszczelniających, osłonach kabli i innych dziedzinach.
Te przykłady pokazują różnorodność silikonów. Odgrywają one ważną rolę w różnych dziedzinach i mają szeroki zakres zastosowań, od przemysłu po życie codzienne. Odzwierciedla to również zróżnicowane właściwości silikonów jako materiałów o wysokiej wydajności.
Zalety wydajnościowe
W porównaniu ze zwykłymi związkami o łańcuchach węglowych, organosiloksan (polidimetylosiloksan, PDMS) ma pewne unikalne zalety, które sprawiają, że wykazuje doskonałą wydajność w wielu zastosowaniach. Poniżej przedstawiono niektóre zalety organosiloksanu w porównaniu ze zwykłymi związkami o łańcuchach węglowych:
Odporność na wysokie temperatury: Organosiloksan charakteryzuje się doskonałą odpornością na wysokie temperatury. Struktura wiązań krzemowo-tlenowych sprawia, że organosiloksany są stabilne w wysokich temperaturach i nie ulegają łatwo rozkładowi, co stanowi zaletę w przypadku ich stosowania w środowiskach o wysokiej temperaturze. Z kolei wiele popularnych związków o łańcuchach węglowych może ulegać rozkładowi lub tracić swoje właściwości w wysokich temperaturach.
Niskie napięcie powierzchniowe: Organosiloksan charakteryzuje się niskim napięciem powierzchniowym, co zapewnia mu dobrą zwilżalność i smarowność. Ta właściwość sprawia, że olej silikonowy (forma organosiloksanu) jest szeroko stosowany w środkach smarujących, produktach do pielęgnacji skóry i urządzeniach medycznych.
Elastyczność i sprężystość: Struktura molekularna organosiloksanu zapewnia mu dobrą elastyczność i sprężystość, co czyni go idealnym materiałem do produkcji gumy i materiałów elastycznych. Dzięki temu kauczuk silikonowy doskonale sprawdza się w produkcji pierścieni uszczelniających, elementów elastycznych itp.
Izolacja elektryczna: Organosiloksan wykazuje doskonałe właściwości izolacyjne, co czyni go szeroko stosowanym w elektronice. Żywica silikonowa (forma siloksanu) jest często stosowana w materiałach do pakowania urządzeń elektronicznych w celu zapewnienia izolacji elektrycznej i ochrony podzespołów elektronicznych.
Biozgodność: Organosiloksan charakteryzuje się wysoką zgodnością z tkankami biologicznymi i dlatego jest szeroko stosowany w urządzeniach medycznych i dziedzinach biomedycznych. Na przykład, kauczuk silikonowy jest często używany do produkcji silikonu medycznego do sztucznych narządów, cewników medycznych itp.
Stabilność chemiczna: Organosiloksany charakteryzują się wysoką stabilnością chemiczną i dobrą odpornością na korozję w kontakcie z wieloma substancjami chemicznymi. Pozwala to na rozszerzenie ich zastosowania w przemyśle chemicznym, na przykład do przygotowywania zbiorników na chemikalia, rur i materiałów uszczelniających.
Ogólnie rzecz biorąc, organosiloksany mają bardziej zróżnicowane właściwości niż zwykłe związki o łańcuchu węglowym, co pozwala im odgrywać ważną rolę w wielu dziedzinach, takich jak smarowanie, uszczelnianie, medycyna i elektronika.
Metoda przygotowania monomerów krzemoorganicznych
Metoda bezpośrednia: Synteza materiałów krzemoorganicznych poprzez bezpośrednią reakcję krzemu ze związkami organicznymi.
Metoda pośrednia: Przygotowanie krzemoorganicznego związku poprzez krakowanie, polimeryzację i inne reakcje związków krzemu.
Metoda polimeryzacji hydrolitycznej: Przygotuj krzemoorganiczny poprzez polimeryzację hydrolityczną silanolu lub alkoholu silanowego.
Metoda kopolimeryzacji gradientowej: Synteza materiałów krzemoorganicznych o określonych właściwościach poprzez kopolimeryzację gradientową.
Trend na rynku krzemoorganicznym
Rosnący popyt w branżach high-tech: Wraz z szybkim rozwojem branż high-tech rośnie zapotrzebowanie na krzemoorganiczne o doskonałych właściwościach, takich jak odporność na wysoką temperaturę, odporność na korozję i izolacja elektryczna.
Ekspansja rynku wyrobów medycznych: Zastosowanie silikonu w produkcji wyrobów medycznych stale się rozszerza, a w połączeniu z biokompatybilnością otwiera nowe możliwości w dziedzinie wyrobów medycznych.
Zrównoważony rozwój: Wzrost świadomości ekologicznej sprzyja badaniom nad ekologicznymi metodami przygotowywania materiałów silikonowych, np. biodegradowalnego silikonu, w celu osiągnięcia bardziej zrównoważonego rozwoju.
Eksploracja nowych obszarów zastosowań: Wciąż pojawiają się nowe obszary zastosowań, takie jak elastyczna elektronika, urządzenia optoelektroniczne itp., które mają na celu promowanie innowacji i ekspansję rynku silikonu.
Przyszłe kierunki rozwoju i wyzwania
Badania i rozwój funkcjonalnego silikonu:Odpowiadając na potrzeby różnych gałęzi przemysłu, w przyszłości silikon będzie poświęcany większej uwagi rozwojowi funkcjonalności, na przykład funkcjonalnym powłokom silikonowym o specjalnych właściwościach, na przykład właściwościom antybakteryjnym i przewodzącym.
Badania nad biodegradowalnym silikonem:Wraz ze wzrostem świadomości ekologicznej, badania nad biodegradowalnymi materiałami silikonowymi staną się ważnym kierunkiem rozwoju.
Zastosowanie nano silikonu:Wykorzystując nanotechnologię, prowadzimy badania nad przygotowaniem i zastosowaniem nanokrzemu w celu rozszerzenia jego zastosowań w dziedzinach zaawansowanych technologii.
Ekologizacja metod przygotowania:W przyszłości w metodach przygotowywania silikonu większą uwagę będzie się zwracać na zielone i przyjazne dla środowiska rozwiązania techniczne, aby ograniczyć negatywny wpływ na środowisko.
Czas publikacji: 15 lipca 2024 r.
