Силикон: определение, использование, типы и материалы
Силикон (или полисилоксан) представляет собой полимер, состоящий из силоксана (-R2Si-O-SiR2-, где R = органическая группа). Обычно это бесцветные масла или резиноподобные вещества.
Силиконы используются в герметиках, кухонной утвари, клеях, смазочных материалах, медицине, а также в тепло- и электроизоляции. Некоторые распространенные формы включают силиконовое масло, жир, резину, смолу и герметик.
История силикона начинается с того, что в 1901 году Ф.С. Киппинг создал термин силикон для описания комбинации полидифенилсилоксана, Ph2SiO (Ph обозначает фенил, C6H5), по аналогии с формулой кетона бензофенона, Ph2CO.
Первоначально его термин был силикокетон. Ученый знал, что полидифенилсилоксан полимерен, тогда как бензофенон мономерен, и отмечал контрастные свойства Ph2SiO и Ph2CO.
Однако обнаружение структурных различий между молекулами Киппинга и кетонами означает, что силикон больше не является правильным термином, хотя он по-прежнему широко используется. Силоксан является предпочтительным термином, используемым сегодня в химии.
Силикон часто путают с кремнием, но это два разных вещества. Кремний является химическим элементом. Силикон — это соединение, которое содержит кремний, углерод, водород, кислород и другие виды атомов.
В этой статье объясняется, что такое силикон, состав силикона, как он производится, для чего используется силикон, свойства и типы, а также является ли силикон безопасным для окружающей среды.
Состав силикона
Состав силикона представляет собой неорганическую кремний-кислородную основную цепь с двумя органическими группами, присоединенными к каждому центру кремния.
Обычно органическая группа включает метил. Материалы могут быть циклическими или полимерными. Варьируя длину цепи -Si-O-, боковые группы и сшивание, можно синтезировать силиконы с различными свойствами и составами.
Силиконы могут различаться по консистенции от жидкого до резинового, от гелеобразного до твердого пластика. Наиболее распространенным силоксаном является линейный полидиметилсилоксан (ПДМС), представляющий собой силиконовое масло.
Как делают силикон?
Силикон получают путем извлечения кремния из кремнезема и пропускания его через углеводороды. Затем материал смешивают с другими химическими веществами для создания силикона.
Силиконовый каучук сочетает в себе неорганическую основу Si-O с присоединенными органическими функциональными группами. Связь кремний-кислород придает силикону устойчивость к высоким температурам и гибкость в широком диапазоне температур.
Силиконовый полимер смешивают с армирующими наполнителями и технологическими добавками с образованием жесткой смолы, которая затем может быть сшита при повышенной температуре с использованием либо пероксидов, либо отверждения полиприсоединения. После сшивания силикон становится твердым эластомерным материалом.
Для чего используется силикон?
Силикон используется во многих различных областях, включая автомобилестроение, аэрокосмическую промышленность, покрытия, строительство, посуду, пеногасители, смазочные материалы, химчистку, электронику, противопожарные покрытия, изготовление форм, ювелирные изделия, медицину и косметическую хирургию, игрушки и хобби.
Применения в электронике включают некоторые из наиболее очищенных силиконовых каучуков для изоляционной ленты, герметика, лака, смазочных материалов, клавиатур и корпусов.
Кроме того, резина большой толщины может быть отлита под давлением для изготовления изоляторов и разрядников.
Аэрокосмический силиконовый каучук используется в тканях для скафандров, инструментальных материалах, уплотнениях, прокладках и других продуктах, используемых в производстве и обслуживании самолетов.
В строительстве используется силиконовый каучук для клеев, герметиков и покрытий благодаря его атмосферостойкости и способности связываться с металлом.
Автомобильные применения включают в себя вибро- и атмосферостойкие детали, покрытия и лаки, но для этих целей используются только наиболее термостойкие, масло- и топливостойкие типы. Медицинский силиконовый каучук можно найти в трубках, клеях и пеногасителях.
Потребительские товары, в которых используется этот материал, включают формы для выпечки с антипригарным покрытием, контейнеры для пищевых продуктов, посуду, игрушки, украшения и браслеты из силиконовой резины. Однако он также может входить в состав шампуня, хозяйственного мыла, косметики и дезодоранта.
Свойства силикона
К свойствам силикона относятся термостойкость и гибкость. В зависимости от варианта, этот материал может выдерживать температуры от -150 до 550 градусов по Фаренгейту, после чего становится хрупким или плавится. Его прочность на растяжение составляет от 200 до 1500 фунтов на квадратный дюйм, а максимальное удлинение составляет 700%.
Силикон довольно хорошо отскакивает и сжимается, является термостойким и огнестойким, является электрическим изолятором и хорошо связывается с металлами.
Силиконовый каучук хорошо работает на открытом воздухе благодаря своей устойчивости к ультрафиолетовому излучению, озону и атмосферным воздействиям.
Он также гипоаллергенен и водостойкий, но при этом остается проницаемым для газов, что делает его популярным в медицинских целях.
Поскольку силикон более химически инертен, чем большинство пластиков, не прилипает и не оставляет пятен, его можно найти в потребительских и промышленных продуктах питания и напитках.
Однако есть у этого материала и некоторые недостатки. Например, силикон не является маслостойким в течение длительного времени и может набухать после длительного контакта с маслом или нефтью, хотя существуют более маслостойкие разновидности. Силикон также не устойчив к истиранию или разрыву и может становиться жестче при более высоких температурах.
Виды силикона
Силиконовый каучук имеет несколько вариантов с характеристиками, которые различаются в зависимости от области применения.
Метильные группы идут под названием MQ. Это основные силиконовые каучуки, которые были впервые разработаны.
Метилвинильные группы, обладающие хорошими характеристиками сжатия, называются VMQ. Это наиболее часто используемые типы силиконового каучука, поскольку винил способствует вулканизации.
Метилфенильные (MPQ) и метилфенилвиниловые (PVMQ) группы улучшают характеристики каучука при низких температурах.
Фторо-, виниловые и метильные (FVMQ) группы более химически устойчивы к маслам, топливу и растворителям.
Среди семейств разновидностей силиконового каучука существует три основных формы силиконового каучука, в зависимости от метода обработки: жидкий, вулканизированный при комнатной температуре и вулканизированный при высокой температуре.
Жидкий силиконовый каучук имеет наименьшие молекулярные цепи из трех типов, поэтому его полимеры имеют низкую молекулярную массу.
В результате его можно экструдировать или отливать под давлением на специальном оборудовании. Кроме того, этот тип силиконовой резины более устойчив к атмосферным воздействиям и прозрачен.
Силиконовый каучук RTV (вулканизированный при комнатной температуре) может состоять из одного или смеси двух компонентов и затвердевает при комнатной температуре до мягкого или средней твердости.
Он обычно используется для заливки, герметика и инкапсуляции. Формы для силиконовой резины также изготавливаются из силиконовой резины RTV.
Твердый или HTV (вулканизированный при высокой температуре) силиконовый каучук состоит из длинноцепочечных полимеров с самой высокой молекулярной массой.
Этот тип обычно поставляется в необработанном виде и должен вулканизироваться при той же температуре, что и более традиционные типы каучука.
Силиконовое сырье
Силиконовая резина или пластик? С научной точки зрения силикон находится в серой зоне, но обычно считается каучуком. Это искусственный эластомер, обладающий свойствами как пластика, так и резины.
Силикон можно использовать для образования жидкостей, твердых веществ и каучукообразных продуктов, но, поскольку эластомеры обычно называют каучуками, его также обычно называют каучуком.
Силикон также легко спутать с кремнием, хотя это разные материалы. Кремний — это элемент, а силикон — это полимер (большая молекула с повторяющимися звеньями).
Безопасен ли силикон для окружающей среды?
Силикон безопаснее для окружающей среды, чем пластик. Он сделан из кремнезема, полученного из песка, и производство силикона не связано с добычей сырой нефти, из которой производится большинство пластмасс.
Он также более долговечен, чем большинство пластиков, поэтому он не является одноразовым, как многие пластмассы. Силикон пригоден для вторичной переработки, но, к сожалению, не поддается биологическому разложению.
Однако он не распадается на микропластик, что делает его безопасным для океана и менее вредным, чем пластик.
В этой статье были рассмотрены свойства, использование, состав и различные типы силикона.
