Quando si parla di materiali avanzati, il silicone è senza dubbio un argomento caldo. Il silicone è un tipo di materiale polimerico contenente silicio, carbonio, idrogeno e ossigeno. È significativamente diverso dai materiali inorganici al silicio e mostra prestazioni eccellenti in molti campi. Diamo uno sguardo più approfondito alle caratteristiche, al processo di scoperta e alla direzione di applicazione del silicone.
Differenze tra silicone e silicio inorganico:
Innanzitutto, 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. A causa delle caratteristiche della struttura molecolare del silicone, ovvero l'energia di legame del legame Si-O (444J/mol) è superiore a quella del legame CC (339J/mol), i materiali siliconici hanno una resistenza al calore maggiore rispetto ai composti polimerici organici generali.
Scoperta del silicone:
La scoperta del silicone può essere fatta risalire agli inizi del XX secolo. All'inizio, gli scienziati sintetizzarono con successo il silicone introducendo gruppi organici nei composti del silicio. Questa scoperta ha aperto una nuova era per i materiali siliconici e ha gettato le basi per la sua ampia applicazione nell’industria e nella scienza. La sintesi e il miglioramento del silicone hanno fatto grandi progressi negli ultimi decenni, promuovendo la continua innovazione e sviluppo di questo materiale.
Siliconi comuni:
I siliconi sono una classe di composti polimerici ampiamente presenti in natura e nella sintesi artificiale, comprese varie 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. Ha 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 campi.
Resina siliconica: la resina siliconica è un materiale polimerico composto da gruppi di acido silicico con eccellenti proprietà di resistenza al calore e di isolamento elettrico. È ampiamente utilizzato 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 utilizzato negli anelli di tenuta, nelle guaine protettive dei cavi e in altri campi.
Questi esempi mostrano la diversità dei siliconi. Svolgono un ruolo importante in diversi campi e hanno una vasta gamma di applicazioni, dall'industria alla vita quotidiana. Ciò riflette anche le caratteristiche diversificate dei siliconi come materiale ad alte prestazioni.
Vantaggi prestazionali
Rispetto ai normali composti a catena del carbonio, l'organosilossano (polidimetilsilossano, PDMS) presenta alcuni vantaggi prestazionali unici, che gli consentono di mostrare prestazioni eccellenti in molte applicazioni. Di seguito sono riportati alcuni vantaggi prestazionali dell'organosilossano rispetto ai normali composti a catena di carbonio:
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 sua applicazione in ambienti ad alta temperatura. Al contrario, molti composti comuni della catena del carbonio possono decomporsi o perdere prestazioni alle alte temperature.
Bassa tensione superficiale: l'organosilossano presenta una bassa tensione superficiale, che gli conferisce una buona bagnabilità e proprietà lubrificanti. Questa proprietà rende l'olio di silicone (una forma di organosilossano) ampiamente utilizzato nei lubrificanti, nei prodotti per la cura della pelle e nei 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 performante nella 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) viene 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 nei campi biomedici. Ad esempio, la gomma siliconica viene spesso utilizzata per preparare il silicone medico per organi artificiali, cateteri medici, ecc.
Stabilità chimica: gli organosilossani presentano un'elevata stabilità chimica e una buona resistenza alla corrosione a molti prodotti chimici. Ciò consente di ampliare la sua applicazione nell'industria chimica, ad esempio per la preparazione di serbatoi chimici, tubi e materiali di tenuta.
Nel complesso, gli organosilossani hanno proprietà più diversificate rispetto ai normali composti della catena del 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 di organosilicio
Metodo diretto: sintetizzare materiali organosilicici facendo reagire direttamente il silicio con composti organici.
Metodo indiretto: preparare l'organosilicio attraverso cracking, polimerizzazione e altre reazioni di composti di silicio.
Metodo di polimerizzazione per idrolisi: preparare l'organosilicio mediante polimerizzazione per idrolisi di silanolo o alcol silano.
Metodo di copolimerizzazione a gradiente: sintetizza materiali organosilicici con proprietà specifiche mediante copolimerizzazione a gradiente. 、
Andamento del mercato dell’organosilicio
Domanda crescente nei settori high-tech: con il rapido sviluppo delle industrie high-tech, è in aumento la domanda di organosilicio con proprietà eccellenti come resistenza alle alte temperature, resistenza alla corrosione e isolamento elettrico.
Espansione del mercato dei dispositivi medici: l'applicazione del silicone nella produzione di dispositivi medici continua ad espandersi e, combinata con la 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 ottenere uno sviluppo più sostenibile.
Esplorazione di nuovi campi di applicazione: continuano ad 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 del silicone funzionale:In risposta alle esigenze di diversi settori, in futuro il silicone presterà maggiore attenzione allo sviluppo di funzionalità, come i rivestimenti funzionali in silicone, comprese proprietà speciali come proprietà 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, ricerca sulla preparazione e l'applicazione del nano silicone per espandere la sua applicazione in campi high-tech.
Ecologia dei metodi di preparazione: Per quanto riguarda i metodi di preparazione del silicone, in futuro verrà prestata maggiore attenzione a percorsi tecnici ecologici e rispettosi dell'ambiente per ridurre l'impatto sull'ambiente.
Orario di pubblicazione: 15 luglio 2024