Quando si parla di materiali avanzati, il silicone è senza dubbio un argomento di grande attualità. Il silicone è un tipo di materiale polimerico contenente silicio, carbonio, idrogeno e ossigeno. È significativamente diverso dai materiali inorganici a base di silicio e mostra prestazioni eccellenti in molti campi. Diamo un'occhiata più approfondita alle caratteristiche, al processo di scoperta e alla direzione applicativa del silicone.
Differenze tra silicone e silicio inorganico:
In primo luogo, esistono evidenti differenze nella struttura chimica tra silicone e silicio inorganico. Il silicone è un materiale polimerico composto da silicio e carbonio, idrogeno, ossigeno e altri elementi, mentre il silicio inorganico si riferisce principalmente a composti inorganici formati da silicio e ossigeno, come il biossido di silicio (SiO2). La struttura a base di carbonio del silicone gli conferisce elasticità e plasticità, rendendolo più flessibile nell'applicazione. Grazie alle caratteristiche della struttura molecolare del silicone, ovvero l'energia di legame del legame Si-O (444 J/mol) è superiore a quella del legame CC (339 J/mol), i materiali siliconici hanno una maggiore resistenza al calore rispetto ai composti polimerici organici generici.
Scoperta del silicone:
La scoperta del silicone risale agli inizi del XX secolo. Inizialmente, gli scienziati sintetizzarono con successo il silicone introducendo gruppi organici nei composti di silicio. Questa scoperta aprì una nuova era per i materiali siliconici e pose le basi per la sua ampia applicazione nell'industria e nella scienza. La sintesi e il miglioramento del silicone hanno compiuto grandi progressi negli ultimi decenni, promuovendo la continua innovazione e lo sviluppo di questo materiale.
Siliconi comuni:
I siliconi sono una classe di composti polimerici ampiamente presenti in natura e nella sintesi artificiale, con diverse forme e strutture. Di seguito sono riportati alcuni esempi di siliconi comuni:
Polidimetilsilossano (PDMS): il PDMS è un tipico elastomero siliconico, comunemente presente nella gomma siliconica. Presenta un'eccellente flessibilità e stabilità alle alte temperature ed è ampiamente utilizzato nella preparazione di prodotti in gomma, dispositivi medici, lubrificanti, ecc.
Olio siliconico: l'olio siliconico è un composto siliconico lineare con bassa tensione superficiale e buona resistenza alle alte temperature. Comunemente utilizzato in lubrificanti, prodotti per la cura della pelle, dispositivi medici e altri settori.
Resina siliconica: la resina siliconica è un materiale polimerico composto da gruppi di acido silicico con eccellenti proprietà di resistenza al calore e isolamento elettrico. È ampiamente utilizzata in rivestimenti, adesivi, imballaggi elettronici, ecc.
Gomma siliconica: la gomma siliconica è un materiale siliconico simile alla gomma con resistenza alle alte temperature, resistenza agli agenti atmosferici, isolamento elettrico e altre proprietà. È ampiamente utilizzata in anelli di tenuta, guaine protettive per cavi e altri campi.
Questi esempi mostrano la diversità dei siliconi. Svolgono un ruolo importante in diversi settori e hanno un'ampia gamma di applicazioni, dall'industria alla vita quotidiana. Ciò riflette anche le diverse caratteristiche dei siliconi come materiale ad alte prestazioni.
Vantaggi prestazionali
Rispetto ai normali composti a catena carboniosa, l'organosilossano (polidimetilsilossano, PDMS) presenta alcuni vantaggi prestazionali unici, che gli consentono di ottenere eccellenti prestazioni in numerose applicazioni. Di seguito sono riportati alcuni vantaggi prestazionali dell'organosilossano rispetto ai normali composti a catena carboniosa:
Resistenza alle alte temperature: l'organosilossano ha un'eccellente resistenza alle alte temperature. La struttura dei legami silicio-ossigeno rende gli organosilossani stabili alle alte temperature e non facili da decomporre, il che offre vantaggi per la loro applicazione in ambienti ad alta temperatura. Al contrario, molti comuni composti a catena di carbonio possono decomporsi o perdere prestazioni ad alte temperature.
Bassa tensione superficiale: l'organosilossano presenta una bassa tensione superficiale, che gli conferisce una buona bagnabilità e lubrificazione. Questa proprietà rende l'olio di silicone (una forma di organosilossano) ampiamente utilizzato in lubrificanti, prodotti per la cura della pelle e dispositivi medici.
Flessibilità ed elasticità: la struttura molecolare dell'organosilossano gli conferisce una buona flessibilità ed elasticità, rendendolo la scelta ideale per la preparazione di gomma e materiali elastici. Ciò rende la gomma siliconica particolarmente adatta alla preparazione di anelli di tenuta, componenti elastici, ecc.
Isolamento elettrico: l'organosilossano presenta eccellenti proprietà di isolamento elettrico, che lo rendono ampiamente utilizzato nel campo dell'elettronica. La resina siliconica (una forma di silossano) è spesso utilizzata nei materiali di imballaggio elettronici per fornire isolamento elettrico e proteggere i componenti elettronici.
Biocompatibilità: l'organosilossano ha un'elevata compatibilità con i tessuti biologici ed è quindi ampiamente utilizzato nei dispositivi medici e in campo biomedico. Ad esempio, la gomma siliconica viene spesso utilizzata per preparare silicone medicale per organi artificiali, cateteri medicali, ecc.
Stabilità chimica: gli organosilossani presentano un'elevata stabilità chimica e una buona resistenza alla corrosione a molti agenti chimici. Ciò consente un'ampia applicazione nell'industria chimica, ad esempio per la preparazione di serbatoi chimici, tubazioni e materiali di tenuta.
Nel complesso, gli organosilossani presentano proprietà più diversificate rispetto ai normali composti a catena di carbonio, il che consente loro di svolgere un ruolo importante in molti campi, come la lubrificazione, la tenuta, la medicina e l'elettronica.
Metodo di preparazione dei monomeri organosilicio
Metodo diretto: sintetizzare materiali organosilicio facendo reagire direttamente il silicio con composti organici.
Metodo indiretto: preparare l'organosilicio mediante cracking, polimerizzazione e altre reazioni dei composti del silicio.
Metodo di polimerizzazione per idrolisi: preparare l'organosilicio mediante polimerizzazione per idrolisi del silanolo o dell'alcol silanico.
Metodo di copolimerizzazione a gradiente: sintetizzare materiali organosilicio con proprietà specifiche mediante copolimerizzazione a gradiente.
Tendenza del mercato dell'organosilicio
Domanda crescente nei settori dell'alta tecnologia: con il rapido sviluppo delle industrie ad alta tecnologia, la domanda di organosilicio con eccellenti proprietà quali resistenza alle alte temperature, resistenza alla corrosione e isolamento elettrico è in aumento.
Espansione del mercato dei dispositivi medici: l'applicazione del silicone nella produzione di dispositivi medici continua a espandersi e, unita alla biocompatibilità, offre nuove possibilità al campo dei dispositivi medici.
Sviluppo sostenibile: il miglioramento della consapevolezza ambientale promuove la ricerca di metodi di preparazione ecologici dei materiali siliconici, come il silicone biodegradabile, per raggiungere uno sviluppo più sostenibile.
Esplorazione di nuovi campi di applicazione: continuano a emergere nuovi campi di applicazione, come l'elettronica flessibile, i dispositivi optoelettronici, ecc., per promuovere l'innovazione e l'espansione del mercato del silicone.
Direzione e sfide dello sviluppo futuro
Ricerca e sviluppo di silicone funzionale:In risposta alle esigenze di diversi settori, in futuro il silicone presterà maggiore attenzione allo sviluppo della funzionalità, come ad esempio i rivestimenti funzionali in silicone, che includono proprietà speciali come quelle antibatteriche e conduttive.
Ricerca sul silicone biodegradabile:Con il miglioramento della consapevolezza ambientale, la ricerca sui materiali siliconici biodegradabili diventerà un'importante direzione di sviluppo.
Applicazione del nano silicone: Utilizzando la nanotecnologia, la ricerca sulla preparazione e l'applicazione del nanosilicone per ampliarne l'applicazione nei settori dell'alta tecnologia.
Inverdimento dei metodi di preparazione: Per quanto riguarda i metodi di preparazione del silicone, in futuro si presterà maggiore attenzione a percorsi tecnici ecologici e rispettosi dell'ambiente, per ridurre l'impatto sull'ambiente.
Data di pubblicazione: 15-lug-2024
