Quan es tracta de materials avançats, la silicona és sens dubte un tema candent. La silicona és un tipus de material polimèric que conté silici, carboni, hidrogen i oxigen. És significativament diferent dels materials de silici inorgànic i presenta un rendiment excel·lent en molts camps. Fem una ullada més detallada a les característiques, el procés de descobriment i la direcció d'aplicació de la silicona.
Diferències entre silicona i silici inorgànic:
En primer lloc, hi ha diferències òbvies en l'estructura química entre la silicona i el silici inorgànic. La silicona és un material polimèric compost de silici i carboni, hidrogen, oxigen i altres elements, mentre que el silici inorgànic es refereix principalment a compostos inorgànics formats per silici i oxigen, com el diòxid de silici (SiO2). L'estructura basada en carboni de la silicona li confereix elasticitat i plasticitat, cosa que la fa més flexible en l'aplicació. A causa de les característiques de l'estructura molecular de la silicona, és a dir, l'energia d'enllaç de l'enllaç Si-O (444J/mol) és superior a la de l'enllaç CC (339J/mol), els materials de silicona tenen una resistència a la calor més alta que els compostos polimèrics orgànics generals.
Descobriment de la silicona:
El descobriment de la silicona es remunta a principis del segle XX. En els primers temps, els científics van sintetitzar amb èxit la silicona introduint grups orgànics en compostos de silici. Aquest descobriment va obrir una nova era dels materials de silicona i va establir les bases per a la seva àmplia aplicació en la indústria i la ciència. La síntesi i la millora de la silicona han fet grans progressos en les últimes dècades, promovent la innovació i el desenvolupament continus d'aquest material.
Silicones comunes:
Les silicones són una classe de compostos polimèrics que es troben àmpliament a la natura i en la síntesi artificial, incloent-hi diverses formes i estructures. Els següents són alguns exemples de silicones comunes:
Polidimetilsiloxà (PDMS): El PDMS és un elastòmer de silicona típic, que es troba habitualment en el cautxú de silicona. Té una excel·lent flexibilitat i una alta estabilitat a la temperatura, i s'utilitza àmpliament en la preparació de productes de cautxú, dispositius mèdics, lubricants, etc.
Oli de silicona: l'oli de silicona és un compost de silicona lineal amb baixa tensió superficial i bona resistència a altes temperatures. S'utilitza habitualment en lubricants, productes per a la cura de la pell, dispositius mèdics i altres camps.
Resina de silicona: La resina de silicona és un material polimèric compost de grups d'àcid silícic amb excel·lents propietats de resistència a la calor i aïllament elèctric. S'utilitza àmpliament en recobriments, adhesius, envasos electrònics, etc.
Goma de silicona: La goma de silicona és un material de silicona similar a la goma amb alta resistència a la temperatura, resistència a la intempèrie, aïllament elèctric i altres propietats. S'utilitza àmpliament en anells de segellat, mànigues protectores de cables i altres camps.
Aquests exemples mostren la diversitat de les silicones. Tenen un paper important en diferents camps i una àmplia gamma d'aplicacions, des de la indústria fins a la vida quotidiana. Això també reflecteix les característiques diversificades de les silicones com a material d'alt rendiment.
Avantatges de rendiment
En comparació amb els compostos de cadena de carboni ordinaris, l'organosiloxà (polidimetilsiloxà, PDMS) té alguns avantatges de rendiment únics, cosa que el fa mostrar un rendiment excel·lent en moltes aplicacions. Els següents són alguns avantatges de rendiment de l'organosiloxà respecte als compostos de cadena de carboni ordinaris:
Resistència a altes temperatures: l'organosiloxà té una excel·lent resistència a altes temperatures. L'estructura dels enllaços silici-oxigen fa que els organosiloxans siguin estables a altes temperatures i no es descomponguin fàcilment, cosa que proporciona avantatges per a la seva aplicació en ambients d'alta temperatura. En canvi, molts compostos comuns de cadena de carboni poden descompondre's o perdre rendiment a altes temperatures.
Baixa tensió superficial: l'organosiloxà presenta una baixa tensió superficial, cosa que li confereix una bona humectabilitat i lubricitat. Aquesta propietat fa que l'oli de silicona (una forma d'organosiloxà) s'utilitzi àmpliament en lubricants, productes per a la cura de la pell i dispositius mèdics.
Flexibilitat i elasticitat: L'estructura molecular de l'organosiloxà li confereix una bona flexibilitat i elasticitat, cosa que el converteix en una opció ideal per a la preparació de cautxú i materials elàstics. Això fa que el cautxú de silicona tingui un bon rendiment en la preparació d'anells de segellat, components elàstics, etc.
Aïllament elèctric: L'organosiloxà presenta excel·lents propietats d'aïllament elèctric, cosa que el fa àmpliament utilitzat en el camp de l'electrònica. La resina de silicona (una forma de siloxà) s'utilitza sovint en materials d'embalatge electrònic per proporcionar aïllament elèctric i protegir els components electrònics.
Biocompatibilitat: L'organosiloxà té una alta compatibilitat amb els teixits biològics i, per tant, s'utilitza àmpliament en dispositius mèdics i camps biomèdics. Per exemple, el cautxú de silicona s'utilitza sovint per preparar silicona mèdica per a òrgans artificials, catèters mèdics, etc.
Estabilitat química: Els organosiloxans presenten una alta estabilitat química i una bona resistència a la corrosió davant de molts productes químics. Això permet ampliar la seva aplicació en la indústria química, com ara per a la preparació de dipòsits químics, canonades i materials de segellat.
En general, els organosiloxans tenen propietats més diverses que els compostos de cadena de carboni ordinaris, cosa que els permet tenir un paper important en molts camps com la lubricació, el segellat, la medicina i l'electrònica.
Mètode de preparació de monòmers d'organosilici
Mètode directe: Sintetitzar materials organosilicicos fent reaccionar directament el silici amb compostos orgànics.
Mètode indirecte: Preparar organosilici mitjançant craquejament, polimerització i altres reaccions de compostos de silici.
Mètode de polimerització per hidròlisi: Preparar organosilici mitjançant la polimerització per hidròlisi de silanol o alcohol silà.
Mètode de copolimerització per gradient: sintetitzar materials organosilicònics amb propietats específiques mitjançant copolimerització per gradient.
Tendència del mercat d'organosilici
Augment de la demanda en camps d'alta tecnologia: amb el ràpid desenvolupament de les indústries d'alta tecnologia, augmenta la demanda d'organosilici amb excel·lents propietats com ara resistència a altes temperatures, resistència a la corrosió i aïllament elèctric.
Expansió del mercat de dispositius mèdics: l'aplicació de la silicona en la fabricació de dispositius mèdics continua expandint-se i, combinada amb la biocompatibilitat, obre noves possibilitats al camp dels dispositius mèdics.
Desenvolupament sostenible: La millora de la consciència ambiental promou la investigació de mètodes de preparació ecològics de materials de silicona, com ara la silicona biodegradable, per aconseguir un desenvolupament més sostenible.
Exploració de nous camps d'aplicació: Continuen sorgint nous camps d'aplicació, com ara l'electrònica flexible, els dispositius optoelectrònics, etc., per promoure la innovació i l'expansió del mercat de la silicona.
Direcció i reptes del desenvolupament futur
Recerca i desenvolupament de silicona funcional:En resposta a les necessitats de les diferents indústries, la silicona prestarà més atenció al desenvolupament de la funcionalitat en el futur, com ara els recobriments de silicona funcionals, incloent-hi propietats especials com ara les propietats antibacterianes i conductores.
Recerca sobre silicona biodegradable:Amb la millora de la consciència ambiental, la investigació sobre materials de silicona biodegradables esdevindrà una direcció de desenvolupament important.
Aplicació de nanosiliconaMitjançant la nanotecnologia, investigació sobre la preparació i aplicació de nanosilicona per ampliar la seva aplicació en camps d'alta tecnologia.
Ecologització dels mètodes de preparacióPel que fa als mètodes de preparació de silicona, en el futur es prestarà més atenció a les vies tècniques verdes i respectuoses amb el medi ambient per reduir l'impacte sobre el medi ambient.
Data de publicació: 15 de juliol de 2024
