Когда речь заходит о передовых материалах, силикон, несомненно, является одной из самых горячих тем. Силикон — это полимерный материал, содержащий кремний, углерод, водород и кислород. Он существенно отличается от неорганических кремниевых материалов и демонстрирует превосходные эксплуатационные характеристики во многих областях. Давайте подробнее рассмотрим характеристики, процесс разработки и области применения силикона.
Различия между силиконом и неорганическим кремнием:
Во-первых, существуют очевидные различия в химической структуре силикона и неорганического кремния. Силикон – это полимерный материал, состоящий из кремния, углерода, водорода, кислорода и других элементов, в то время как неорганический кремний – это, в основном, неорганические соединения, образованные кремнием и кислородом, такие как диоксид кремния (SiO2). Углеродная структура силикона придает ему эластичность и пластичность, делая его более гибким в применении. Благодаря особенностям молекулярной структуры силикона, а именно, энергии связи Si-O (444 Дж/моль) выше, чем энергии связи C-C (339 Дж/моль), силиконовые материалы обладают более высокой термостойкостью, чем обычные органические полимерные соединения.
Открытие силикона:
Открытие силикона относится к началу XX века. Тогда учёные успешно синтезировали силикон, вводя органические группы в кремниевые соединения. Это открытие открыло новую эру в области силиконовых материалов и заложило основу для его широкого применения в промышленности и науке. За последние десятилетия синтез и совершенствование силикона достигли значительного прогресса, что способствовало непрерывному развитию и развитию этого материала.
Распространенные силиконы:
Силиконы — это класс полимерных соединений, широко встречающихся в природе и синтезируемых искусственно, в различных формах и структурах. Ниже приведены некоторые примеры распространённых силиконов:
Полидиметилсилоксан (ПДМС): ПДМС — типичный силиконовый эластомер, широко используемый в производстве силиконового каучука. Он обладает превосходной гибкостью и высокой термостойкостью и широко используется при производстве резиновых изделий, медицинских приборов, смазочных материалов и т. д.
Силиконовое масло: Силиконовое масло — это линейное силиконовое соединение с низким поверхностным натяжением и высокой термостойкостью. Широко используется в смазочных материалах, средствах по уходу за кожей, медицинских приборах и других областях.
Силиконовая смола: Силиконовая смола — это полимерный материал, состоящий из групп кремниевой кислоты, обладающий превосходной термостойкостью и электроизоляционными свойствами. Она широко используется в покрытиях, клеях, электронных корпусах и т. д.
Силиконовая резина: Силиконовая резина — это резиноподобный материал, обладающий высокой термостойкостью, атмосферостойкостью, электроизоляционными и другими свойствами. Она широко используется в уплотнительных кольцах, защитных рукавах кабелей и других областях.
Эти примеры демонстрируют разнообразие силиконов. Они играют важную роль в различных областях и имеют широкий спектр применения — от промышленности до повседневной жизни. Это также отражает разнообразие характеристик силиконов как высокопроизводительного материала.
Преимущества производительности
По сравнению с обычными соединениями с углеродной цепью органосилоксан (полидиметилсилоксан, ПДМС) обладает рядом уникальных эксплуатационных преимуществ, что позволяет ему демонстрировать превосходные результаты во многих областях применения. Ниже приведены некоторые эксплуатационные преимущества органосилоксана по сравнению с обычными соединениями с углеродной цепью:
Высокая термостойкость: Органосилоксаны обладают превосходной термостойкостью. Структура кремний-кислородных связей делает органосилоксаны стабильными при высоких температурах и не подверженными разложению, что обеспечивает преимущества для их применения в условиях высоких температур. В отличие от них, многие распространённые соединения с углеродной цепью могут разлагаться или терять свои свойства при высоких температурах.
Низкое поверхностное натяжение: органосилоксан обладает низким поверхностным натяжением, что обеспечивает ему хорошую смачиваемость и смазывающую способность. Благодаря этому свойству силиконовое масло (разновидность органосилоксана) широко используется в смазочных материалах, средствах по уходу за кожей и медицинских изделиях.
Гибкость и эластичность: Молекулярная структура органосилоксана обеспечивает ему хорошую гибкость и эластичность, что делает его идеальным материалом для производства резины и эластичных материалов. Благодаря этому силиконовый каучук отлично подходит для производства уплотнительных колец, эластичных компонентов и т. д.
Электроизоляция: Органосилоксан обладает превосходными электроизоляционными свойствами, что обеспечивает его широкое применение в электронике. Силиконовая смола (разновидность силоксана) часто используется в электронных упаковочных материалах для обеспечения электроизоляции и защиты электронных компонентов.
Биосовместимость: Органосилоксан обладает высокой совместимостью с биологическими тканями и поэтому широко используется в медицинских изделиях и биомедицинских областях. Например, силиконовый каучук часто используется для изготовления медицинского силикона для искусственных органов, медицинских катетеров и т. д.
Химическая стабильность: Органосилоксаны обладают высокой химической стабильностью и хорошей коррозионной стойкостью ко многим химическим веществам. Это позволяет расширить их применение в химической промышленности, например, для изготовления химических резервуаров, труб и уплотнительных материалов.
В целом органосилоксаны обладают более разнообразными свойствами, чем обычные соединения с углеродной цепью, что позволяет им играть важную роль во многих областях, таких как смазка, герметизация, медицина и электроника.
Способ получения кремнийорганических мономеров
Прямой метод: синтез кремнийорганических материалов путем прямого взаимодействия кремния с органическими соединениями.
Косвенный метод: получение кремнийорганических соединений путем крекинга, полимеризации и других реакций кремниевых соединений.
Метод гидролитической полимеризации: Получают кремнийорганический продукт гидролитической полимеризацией силанола или силанового спирта.
Метод градиентной сополимеризации: синтезируйте кремнийорганические материалы с определенными свойствами методом градиентной сополимеризации.
Тенденции рынка кремнийорганических соединений
Растущий спрос в высокотехнологичных областях: В связи с быстрым развитием высокотехнологичных отраслей промышленности увеличивается спрос на органический кремний с превосходными свойствами, такими как высокая термостойкость, коррозионная стойкость и электроизоляция.
Расширение рынка медицинских изделий: применение силикона в производстве медицинских изделий продолжает расширяться, а в сочетании с биосовместимостью это открывает новые возможности в области медицинских изделий.
Устойчивое развитие: Повышение уровня экологической сознательности способствует исследованию экологичных методов производства силиконовых материалов, таких как биоразлагаемый силикон, для достижения более устойчивого развития.
Исследование новых областей применения: продолжают появляться новые области применения, такие как гибкая электроника, оптоэлектронные устройства и т. д., что способствует инновациям и расширению рынка силикона.
Будущее направление развития и проблемы
Исследования и разработки функционального силикона:В ответ на потребности различных отраслей промышленности в будущем все больше внимания будет уделяться развитию функциональности силикона, например, созданию функциональных силиконовых покрытий, включающих особые свойства, такие как антибактериальные и проводящие свойства.
Исследования биоразлагаемого силикона:С повышением уровня экологической сознательности исследования биоразлагаемых силиконовых материалов станут важным направлением развития.
Применение наносиликона: Использование нанотехнологий, исследования по получению и применению наносиликона для расширения его применения в высокотехнологичных областях.
Экологизация методов подготовки: В будущем при производстве силикона все больше внимания будет уделяться экологичным и безопасным для окружающей среды техническим решениям, чтобы снизить воздействие на окружающую среду.
Время публикации: 15 июля 2024 г.
