Silikon: definicje, historia i zastosowania

Silikony są rodzajem syntetycznych polimer, materiał wykonany z mniejszych, powtarzających się jednostek chemicznych zwanych monomery połączone w długie łańcuchy. Silikon składa się z szkieletu krzem-tlen, z „łańcuchami bocznymi” składającymi się z wodoru i / lub grup węglowodorowych przyłączonych do atomów krzemu. Ponieważ jego szkielet nie zawiera węgla, uważa się silikon polimer nieorganiczny, który różni się od wielu organiczny polimery, których szkielety są wykonane z węgla.

Wiązania krzem-tlen w szkielecie silikonowym są bardzo stabilne, wiążąc się silniej niż wiązania węgiel-węgiel obecne w wielu innych polimerach. Zatem silikon ma większą odporność na ciepło niż konwencjonalne polimery organiczne.

Łańcuchy boczne silikonu renderują polimer hydrofobowy, dzięki czemu jest przydatny w aplikacjach, które mogą wymagać odpychania wody. Łańcuchy boczne, z których najczęściej składają się metyl grupy, utrudniają również silikonowi reagowanie z innymi chemikaliami i zapobiegają przywieraniu do wielu powierzchni. Te właściwości można dostroić, zmieniając grupy chemiczne związane z łańcuchem krzem-tlen.

Silikon jest trwały, łatwy w produkcji i stabilny w szerokim zakresie chemikaliów i temperatur. Z tych powodów silikon jest wysoce skomercjalizowany i jest stosowany w wielu gałęziach przemysłu, w tym w przemyśle motoryzacyjnym, budowlanym, energetycznym, elektronicznym, chemicznym, powłokach, tekstyliach i kosmetykach. Polimer ma również wiele innych zastosowań, od dodatków, farb drukarskich po składniki dezodorantów.

Chemik Frederic Kipping po raz pierwszy ukuł termin „silikon”, aby opisać związki, które wytwarzał i studiował w swoim laboratorium. Uznał, że powinien być w stanie wytwarzać związki podobne do tych, które można wytworzyć z węglem i wodorem, ponieważ krzem i węgiel mają wiele podobieństw. Formalną nazwą opisującą te związki był „silikoketon”, który skrócił do silikonu.

Kipping był znacznie bardziej zainteresowany gromadzeniem spostrzeżeń na temat tych związków, niż ustaleniem dokładnie ich działania. Spędził wiele lat przygotowując je i nazywając. Inni naukowcy pomogliby odkryć podstawowe mechanizmy silikonów.

W latach 30. XX wieku naukowiec z firmy Corning Glass Works starał się znaleźć odpowiedni materiał do włączenia do izolacji części elektrycznych. Silikon sprawdził się w tym zastosowaniu ze względu na jego zdolność do zestalania się pod wpływem ciepła. Ten pierwszy komercyjny rozwój doprowadził do szerokiej produkcji silikonu.

Chociaż „silikon” i „krzem” są pisane podobnie, nie są takie same.

Silikon zawierakrzem, pierwiastek atomowy z Liczba atomowa z 14. Krzem jest naturalnie występującym pierwiastkiem o wielu zastosowaniach, w szczególności jako półprzewodniki w elektronice. Z drugiej strony silikon jest wytwarzany przez człowieka i nie przewodzi prądu, tak jak jest izolator. Silikonu nie można używać jako części mikroukładu w telefonie komórkowym, chociaż jest popularnym materiałem na obudowy telefonów komórkowych.

„Krzemionka”, która brzmi jak „krzem”, odnosi się do cząsteczki składającej się z atomu krzemu połączonego z dwoma atomami tlenu. Kwarc jest wykonany z krzemionki.

Istnieje kilka różnych postaci silikonu, które różnią się między sobą stopień usieciowania. Stopień usieciowania opisuje, w jaki sposób połączone są łańcuchy silikonowe, przy czym wyższe wartości dają bardziej sztywny materiał silikonowy. Ta zmienna zmienia właściwości, takie jak wytrzymałość polimeru i jego temperatura topnienia.

Formy silikonu, a także niektóre z ich zastosowań, obejmują:

• Płyny silikonowe, zwane także olejami silikonowymi, składają się z prostych łańcuchów polimeru silikonowego bez sieciowania. Te płyny znalazły zastosowanie jako smary, dodatki do farb i składniki kosmetyków.
• Żele silikonowe mają niewiele wiązań poprzecznych między łańcuchami polimerów. Żele te zostały użyte w kosmetykach i jako miejscowy preparat na blizny, ponieważ silikon tworzy barierę, która pomaga skórze pozostać nawilżoną. Żele silikonowe są również stosowane jako materiały do ​​implantów piersi i niektórych miękkich części wkładki do butów.
• Elastomery silikonowe, zwane także kauczukami silikonowymi, zawierają jeszcze więcej wiązań poprzecznych, co daje materiał podobny do gumy. Gumy te znalazły zastosowanie jako izolatory w przemyśle elektronicznym, uszczelnienia w pojazdach lotniczych i rękawice kuchenne do pieczenia.
• Żywice silikonowe są sztywną formą silikonu o wysokiej gęstości usieciowania. Żywice te znalazły zastosowanie w powłokach żaroodpornych i jako materiały odporne na warunki atmosferyczne do ochrony budynków.

Ponieważ silikon jest chemicznie obojętny i bardziej stabilny niż inne polimery, nie oczekuje się, aby reagował z częściami ciała. Jednak toksyczność zależy od czynników, takich jak czas ekspozycji, skład chemiczny, poziomy dawek, rodzaj ekspozycji, absorpcja substancji chemicznej i indywidualna reakcja.

Naukowcy zbadali potencjalną toksyczność silikonu, szukając efektów takich jak podrażnienie skóry, zmiany w układzie rozrodczym i mutacje. Chociaż kilka rodzajów silikonu wykazywało potencjał podrażnienia ludzkiej skóry, badania wykazały, że narażenie na standardowe ilości silikonu zazwyczaj nie wywołuje żadnych negatywnych skutków.

• Silikon jest rodzajem syntetycznego polimeru. Ma szkielet krzem-tlen, z „łańcuchami bocznymi” składającymi się z wodoru i / lub grup węglowodorowych przyłączonych do atomów krzemu.
• Szkielet krzemowo-tlenowy czyni silikon bardziej stabilnym niż polimery, które mają szkielety węgiel-węgiel.
• Silikon jest trwały, stabilny i łatwy w produkcji. Z tych powodów został szeroko skomercjalizowany i znajduje się w wielu przedmiotach codziennego użytku.
• Silikon zawiera krzem, który jest naturalnie występującym pierwiastkiem chemicznym.
• Właściwości silikonu zmieniają się wraz ze wzrostem stopnia usieciowania. Płyny silikonowe, które nie mają sieciowania, są najmniej sztywne. Żywice silikonowe, które mają wysoki poziom usieciowania, są najbardziej sztywne.

Freeman, G. SOL. „Wszechstronne silikony”. Nowy naukowiec, 1958.

Nowe rodzaje żywicy silikonowej otwierają szersze obszary zastosowań, Marco Heuer, Przemysł farb i powłok.

“Toksykologia silikonu." W Bezpieczeństwo silikonowych implantów piersi, ed. Bondurant, S., Ernster, V., i Herdman, R. National Academies Press, 1999.

„Silikony”. Przemysł chemii niezbędnej.

Shukla, B., i Kulkarni, R. „Polimery silikonowe: historia i chemia”.

„The Technic bada silikony”. The Michigan Technic, vol. 63–64, 1945, ss. 17.

Wacker. Silikony: związki i właściwości.