Силиконы - формула, структура, свойства и применение

Введение

Силиконы - это уникальный класс синтетических материалов, которые сочетают в себе свойства как органических, так и неорганических соединений, их универсальность и стабильность делают их незаменимыми в различных отраслях промышленности.

Формула силиконов

Силиконы, как правило, представлены формулой (R2SiO)n, где "R" означает органические группы, такие как метил, этил или фенил. Кремний-кислородный хребет дает силиконам их уникальные свойства, в то время как органические группы определяют их специфические характеристики.

Структура силиконов

Основная структура кремния состоит из повторяющейся единицы силоксана (−R2Si−O−SiR2−). Этот кремний-кислородный хребет гибкий и может образовывать линейные, циклические или перекрестные структуры. Органические группы, присоединенные к атомам кремния, варьируются, что приводит к различным типам кремния:

• Линейные силиконыОни имеют структуру прямой цепи, обычно используемую в смазочных веществах и гидравлических жидкостях.
• Циклические силиконыОни образуют кольцевые структуры, часто встречающиеся в продуктах личной гигиены, таких как шампуни и кондиционеры.
• Скрещенные силиконыОни имеют трехмерную сетевую структуру, идеально подходящую для высокопрочных применений, таких как герметики и клеи.

Свойстваиз силиконов

Силиконы известны своими исключительными свойствами, которые делают их пригодными для широкого спектра применений:

• Термическая стабильностьСиликоны могут выдерживать экстремальные температуры в диапазоне от -60 ° C до +300 ° C без деградации. Это свойство имеет решающее значение для применения в автомобильной и аэрокосмической промышленности.
• ГидрофобностьСиликоны отталкивают воду, что делает их идеальными для гидроизоляционных применений в строительстве и электронике.
• ГибкостьСиликоны остаются гибкими в широком температурном диапазоне, что имеет важное значение для приложений, требующих долговечных, но гибких материалов, таких как медицинские трубки.
• Электрическая изоляцияСиликоны являются отличными изоляторами, что делает их необходимыми при изготовлении кабелей, разъемов и других электрических компонентов.
• Химическая устойчивостьСиликоны устойчивы ко многим химическим веществам, включая кислоты и основания, что имеет жизненно важное значение для применения в суровых химических условиях.

Какие?Использование силиконовЧто ты делаешь?

Уникальные свойства силиконов делают их подходящими для широкого спектра применений в различных отраслях промышленности:

Медицинская помощь:Силиконы широко используются в медицинской области из-за их биосовместимости, гибкости и стабильности.

• Контактные линзы из силиконового гидрогеляСогласно исследованию, опубликованному в журналеЖурнал исследований и науки о контактных линзахСиликоновые гидрогелевые линзы обеспечивают в пять раз большую проницаемость к кислороду, чем обычные гидрогелевые линзы.
• Силиконовые имплантатыИспользуется в грудных имплантатах, кохлеарных имплантатах и искусственных суставах. Силиконовые грудные имплантаты, например, имеют более низкую скорость разрыва по сравнению с солевыми имплантатами.Американское общество пластических хирурговСиликоновые имплантаты предпочтительнее для 84% пациентов.
• Медицинские трубкиСиликон используется в катетерах и системах доставки лекарств из-за его гибкости и биосовместимости. Силиконовые катетеры предпочтительнее во многих медицинских процедурах, поскольку они менее склонны вызывать аллергические реакции по сравнению с латексными катетерами.

Автомобильная промышленность:Силиконы используются в автомобильной промышленности из-за их долговечности, устойчивости к экстремальным условиям и универсальности.

• Прокладки и уплотненияСиликоновые прокладки используются в компонентах двигателя для обеспечения плотных уплотнений и предотвращения утечек.
• Смазочные веществаСмазочные материалы на основе силикона используются в различных автомобильных компонентах из-за их стабильности и производительности. Они обычно используются в тормозных системах и в смазке дверных замков и шарниров.
• Ботинки с свечами зажиганияСиликоновый каучук используется из-за его высокой диэлектрической прочности и термостойкости, обеспечивая надежную производительность в системе зажигания.

Электроника:В электронике силиконы необходимы в изоляционных материалах, клеях и покрытиях из-за их электрических изоляционных свойств.

• Изолирующие материалыИспользуется в кабелях, разъемах и других компонентах для обеспечения электрической изоляции. Силиконовая изоляция обеспечивает безопасную работу кабелей и проводов в условиях высокой температуры.
• Конформные покрытияСиликоновые покрытия защищают платки от влаги, пыли и других факторов окружающей среды. Эти покрытия обеспечивают долговечность и надежность электронных устройств.
• Капсулирующие веществаСиликоновые инкапсуляторы защищают электронные компоненты от механического напряжения и повреждения окружающей среды.Еженедельник электроникиПоказано, что силиконовые инкапсуляторы могут продлить срок службы электронных устройств до 30%.

Строительство:Силиконы используются в строительстве из-за их устойчивости к погодным условиям, долговечности и гибкости.

• Уплотнительные материалыСиликоновые уплотнители обычно используются для уплотнения соединений в зданиях и мостах, обеспечивая длительную защиту от проникновения воды.
• Клейкие веществаСиликоновые клеи связывают различные материалы, включая стекло, металл и пластик. Эти клеи имеют решающее значение при сборке фасадов зданий и оконных инсталляций.
• ПокрытияПокрытия на основе силикона защищают поверхности от выветривания, коррозии и ультрафиолетового излучения. Эти покрытия используются на зданиях для повышения долговечности и внешнего вида.

Потребительские товары:Силиконы встречаются в различных потребительских продуктах из-за их нетоксичной и гибкой природы.

• Личная уходСиликоны, такие как диметикон, создают гладкое, шелковое ощущение на коже и волосах.
• Кухонные принадлежностиСиликоновые формы, коврики для выпечки и посуда популярны своими не прилипающими свойствами и термостойкостью. Силиконовые изделия для выпечки безопасны для микроволновой печи и посудомоечной машины, что делает их удобным выбором для домашних поваров.
• Текстильные изделияСиликоновые смягчители улучшают мягкость и ощущение тканей.силиконовые смягчителиСиликоновые покрытия также используются на тканях, чтобы сделать их водоотталкивающими и долговечными.

Аэрокосмическая индустрия:Силиконы играют решающую роль в аэрокосмической промышленности из-за их стабильности и надежности при высоких температурах.

• Системы тепловой защитыИспользуется в космических кораблях для защиты от экстремальных температур во время повторного входа. Силиконы помогают изолировать и защищать критические компоненты от сильной жары.
• Уплотнения и прокладки: Обеспечивать надежные уплотнения в авиационных двигателях и других критических компонентах, обеспечивая безопасность и производительность на больших высотах.

Энергия:Силиконы способствуют развитию энергетического сектора, повышая эффективность и долговечность различных компонентов.

• Солнечные панелиСиликоновые материалы используются в инкапсуляции фотоэлектрических элементов для защиты от ущерба окружающей среде. Силиконовые уплотнители гарантируют, что солнечные панели остаются водонепроницаемыми и долговечными.
• Ветровые турбиныСиликоновые герметики и покрытия защищают лопасти турбины от воздействия погодных условий и износа, повышая их долговечность и производительность.

Еда и напитки:Силиконы безопасны для использования в пищевых продуктах и напитках из-за их инертности и соответствия стандартам безопасности.

• Пекарные изделияСиликоновые пекарные изделия популярны своими не прилипающими свойствами и термостойкостью. Силиконовые формы и пекарные коврики используются как в профессиональных, так и в домашних кухнях из-за их простоты использования и очистки.
• Уплотнения и прокладкиСиликоновые уплотнения обеспечивают гигиеническую и эффективную работу оборудования пищевой промышленности.

Промышленные:Силиконы используются в промышленных приложениях из-за их стабильности при высоких температурах, низкого трения и долговечности.

• Смазочные вещества и смазкиСмазочные материалы на основе силикона используются в машинах из-за их стабильности при высоких температурах и низкого трения. Эти смазочные материалы уменьшают износ движущихся частей, продлевая срок службы промышленного оборудования.
• Агенты, высвобождающие плесеньСиликоны используются для предотвращения приклеивания в процессах формования, обеспечения плавного высвобождения формованных частей и уменьшения дефектов.

Текстильные изделия:Силиконы улучшают производительность и ощущение текстильных изделий.

• ПокрытияСиликоновые покрытия наносятся на ткани, чтобы сделать их водоотталкивающими и долговечными. Эти покрытия используются в наружном снаряжении и защитной одежде для повышения производительности в суровых условиях.
• Умягчающие веществаСиликоны используются для смягчения тканей и улучшения их ощущения, делая одежду более удобной для ношения.

Бумага и пленка:Силиконы улучшают производительность бумажных и пленковых изделий.

• Освобождающие покрытияСиликоновые покрытия применяются к бумаге и пленке для предотвращения прилипания и улучшения обработки. Эти покрытия используются в этикетках, лентах и упаковочных материалах для обеспечения плавной обработки и применения.

Основные различия между силиконом и другими полимерами

Силиконовые полимеры отличаются от других полимеров в первую очередь благодаря своей уникальной химической структуре, в то время как большинство распространенных полимеров, таких как полиэтилен или полистирол, имеют спинную кость на основе углерода, силиконы основаны на спинной кости кремния-кислорода (SiO-Si) с органическими группами, такими как метил или фенил, присоединенными к атомам кремния. Эта отличительная структура придает силиконам превосходную тепловую стабильность, позволяя им поддерживать свои свойства в широком температурном диапазоне от -60 ° C до 300 ° C.

Еще одно ключевое различие заключается в химической устойчивости.Силиконы особенно устойчивы к воде, кислороду, озону и многим химическим веществам, что делает их пригодными для различных суровых условий.Другие полимеры демонстрируют широкий спектр химической устойчивости, некоторые из которых уязвимы к деградации при воздействии определенных веществ.Биосовместимость - еще одна область, в которой силиконы отличаются.Они часто используются в медицинских устройствах и имплантатах из-за их нереактивности с биологическими тканями.

Синтез силиконов в промышленных процессах

Промышленный синтез силиконов обычно начинается с гидролиза и конденсации хлоросиланов, таких как диметилдихлоросилан. во время этого процесса хлоросиланы гидролизуются, образуя силанолы, которые затем конденсируются для получения силоксановых полимеров. Полимеризация затем осуществляется с использованием катализаторов, часто на основе платины, для управления реакцией и достижения желаемой полимерной структуры.

Для силиконовых резинок перекрестное соединение является важным шагом, которое включает в себя использование вулканизационных или зажигательных агентов, таких как пероксиды или платиновые катализаторы, для перекрестного соединения полимерных цепей, повышая их механические свойства.

Уникальные свойства силикона

Силиконы обладают рядом уникальных свойств, которые делают их универсальными в многочисленных приложениях.Одна из их выдающихся особенностей - их способность оставаться стабильными и функциональными в широком диапазоне температур от -60 ° C до 300 ° C. Эта тепловая стабильность в сочетании с их врожденной гибкостью и эластичностью гарантирует, что силиконы сохраняют свою производительность в разных условиях.

Их электрические изоляционные свойства также примечательны, а силиконы обеспечивают отличные диэлектрические характеристики, что делает их идеальными для электрической изоляции.Кроме того, силиконы высоко устойчивы к ультрафиолетовому излучению и озону, что способствует их долговечности в наружных приложениях.Еще одним важным свойством является их биосовместимость, что делает их безопасными для использования в медицинских устройствах и имплантатах из-за их нереактивности с биологическими тканами.

Роль силиконов в аэрокосмической промышленности

В аэрокосмической промышленности силиконы играют решающую роль из-за их исключительных свойств, они используются в системах тепловой защиты космических кораблей, используя их высокую тепловую стабильность для обеспечения изоляции от экстремальных температур.Силиконы также предлагают надежные решения для герметизации и склеивания компонентов самолетов и космических кораблей, поддерживая целостность в строгих условиях высоты и космических путешествий.Их способность приглушать вибрации помогает уменьшить механическое напряжение на аэрокосмические структуры.

Силиконовые покрытия защищают поверхности от повреждений окружающей среды, включая ультрафиолетовое излучение, влагу и химические вещества, что имеет жизненно важное значение для долговечности аэрокосмического оборудования.

Вклад силиконов в эффективность солнечных панелей

Силиконы вносят значительный вклад в эффективность и долговечность солнечных панелей. Они используются для инкапсулирования солнечных элементов, защиты их от влаги, пыли и механических повреждений, тем самым увеличивая срок службы панелей. Оптическая прозрачность силиконов обеспечивает максимальную передачу света к солнечным элементам, что имеет решающее значение для оптимизации преобразования энергии.

При строительстве солнечных панелей силикон служит в качестве клея и герметика, обеспечивая компоненты и обеспечивая долговечные уплотнения, которые выдерживают воздействие окружающей среды. их гибкость позволяет им приспосабливаться к тепловому расширению и сокращению компонентов солнечных панелей, предотвращая стресс и потенциальные повреждения. эти свойства делают силикон незаменимым для обеспечения долгосрочной производительности и надежности солнечных панелей.

Выводы

Силиконы являются жизненно важной частью современных технологий и повседневной жизни, их уникальная комбинация свойств делает их незаменимыми во многих приложениях, от медицинских устройств до автомобильных компонентов и электроники, понимание формулы, структуры, свойств и применений силиконов помогает оценить их важность в различных областях.

Используя универсальность силиконов, промышленность может разработать инновационные решения, которые повышают производительность, долговечность и безопасность.В высокотехнологичных медицинских устройствах или повседневных потребительских продуктах силикон продолжает революционизировать то, как мы живем и работаем.

Для получения дополнительной информации о том, как силикон используется в домашних и живых продуктах, ознакомьтесь ссиликоновые смягчители- Да.