آنچه باید در مورد سیلیکون بدانیم

نگاه کلی

سیلیکونها گروه بسیار مفید و پرکار برای پلیمرها هستند. این مواد دارای خواص جالبی در دماهای بالا و پایین می‌باشند. در مقابل شرایط جوی مانند رطوبت و نور ، مقاومت خوبی دارند و تا دمای  تا  درجه سانتی‌گراد خاصیت لاستیکی خود را حفظ می‌کنند. از سیلیکونها درترکیب رنگها ، صنعت لاستیک و روغنهای صنعتی بطور گسترده استفاده می‌شود. 

سیلیکون چیست؟
سیلیکون از جمله پلیمرهای مصنوعی است که اغلب طی روشی سه مرحله ای (سنتز کلروسیلان،، هیدرولیز کلروسیلان و پلیمریزاسیون و تراکم) سنتز شده و از نظر ساختاری به شکل خطی، حلقه ای، شاخه دار، شبکه ای و رزین ها تقسیم بندی می شوند. زنجیره اصلی این پلیمر، شامل اتم های اکسیژن و سیلسیم بوده و بسته به نوع زنجیره آلکیلی متصل به اتم سیلسیم خواص متفاوتی خواهد داشت. به طور مثال قرار گرفتن گروه های فنیلی و هالوژنی به عنوان شاخه جانبی، هر یک به ترتیب باعث افزایش مقاومت در برابر تششعات و افزایش پایداری در برابر حلال ها می شود. به طور کلی پیوند های سیلوکسان ((Si-O-Si موجود در اسکلت اصلی این پلیمر نسبت به پیوندهای کربنی ((C-C پایدارتر بوده، بنابراین لاستیک های سیلیکونی نسبت به پلیمرهای آلی مقاومت حرارتی، پایداری شیمیایی و خواص عایقی منحصر به فردی را برای کاربردهای مختلفی همچون صنایع نظامی،خودروسازی، الکتریکی، ساختمانی، تجهیزات پزشکی و … را دارا می باشند. 
پلیمرهای سیلیکونی با استفاده از روش پلیمریزاسیون حلقه گشا (Ring-Opening Polymerization) سنتز می شوند. زنجیره اصلی این پلیمر متشکل از اتمهای سیلسیم (Si) و اکسیژن (O)می باشد که دارای شاخه های جانبی متنوعی می باشد. لاستیک های سیلیکونی دارای ویژگی های منحصربفردی هستند از جمله اینکه دارای خواص مکانیکی بسیار مطلوبی بوده و بر اساس نوع کاربرد می توانند با با درجه سختی های مختلفی در بازه 10 تا 90 (Shore A) سنتز گردند، همچنین دارای خاصیت فرایندپذیری ویژه ای در فرایند قالب گیری، پرس، تزریق می باشند. سیلیکون ها در حلال های آروماتیک زایلن، تولوئن و نیز در ایزو پروپیل الکل حلالیت خوبی از خود نشان می دهند. لاستیک های سیلیکونی به دلیل دارا بودن تنوع بسیار زیاد، در محدوده وسیعی از صنایع از جمله صنایع برق و الکترونیک ، خودرو ، نظامی،هوا فضا ، تجهیزات پزشکی، ساختمانی ، لوازم خانگی ، صنایع روشنایی و … کاربرد دارند. سیلیکون ها بر اساس نوع گروه عاملی که در موقعیت R قرار می گیرد نامگذاری می گردند و قرارگرفتن گروه های R مختلف به عنوان شاخه جانبی پلیمر سیلیکونی خواص منحصر بفردی به آن می دهد. فرض کنیم در موقعیت R ها گروه متیل قرار بگیرد که در اینصورت پلی دی متیل سیلوکسان خواهیم داشت:

همچنین اگر به ترتیب  گروه های متیل و فنیل به جای R ها قراربگیرند پلی متیل فنیل سیلیکوسان:

 بطور مشابه، اگر گروه های متیل و وینیل جای R ها قراربگیرند با توجه به شکل زیر تبدیل به پلی وینیل متیل سیلیکوکسان خواهند شد: 

علاوه بر این، گروه های هالوژنی قادرند به عنوان شاخه جانبی بر روی زنجیره اصلی پلیمری متصل شوند که در این صورت به سیلیکون حاصل، لاستیک های فلوئورو سیلیکوکسان گفته می شود که زنجیره آن در شکل زیر آمده است:

 با توجه به نوع گروه های R یا شاخه های جانبی، خاصیت سیلیکون سنتزی متغیر خواهد بود. به طور مثال قرار گرفتن گروه فنیلی به عنوان شاخه جانبی باعث افزایش مقاومت سیلیکون در برابر تشعشعات خواهد شد. گروه های هالوژنی از جمله فلوئور باعث مقاومت بهتر در برابر حلال ها و نیز سایر گروه های هالوژنی نظیر کلرو بروم به عنوان تاخیرانداز شعله خواهد شد گروه های وینیلی باعث کاهش مانایی فشار و ایجاد مقاومت در دماهای پایین تر شده که باعث ایجاد پخت (ولگانش) بهتر با پراکسید وگوگرد می شوند.

پلیمرهای سیلیکون

بسیاری از پلیمرهای سیلیکون مورد استفاده در صنعت ، دارای ساختار کلی R₂SiO_n می‌باشند. گروه R ممکن است متیل یا گروه فنیل باشد. بخش عمده پلیمر سیلیکون ، دی‌متیل سیلیکون  می‌باشد. از گروههای فنیل تنها برای تولید پلیمرهای ویژه و بهبود خواص پلیمر در دمای پایین استفاده می‌شود. سیلیکانها از واکنش کلر و سیلانها با آب بدست می‌آیند. با پیرایش گروه  انتهایی این پلیمر ، می‌توان فراورده‌های گوناگونی از آن تهیه کرد. انواع محصولات سیلیکونی مورد مصرف در زیر می‌آید. 

روغنهای سیلیکون

روغنهای سیلیکون ، بسیار واکنش ناپذیر هستند. این روغنها با ختم زنجیر پلیمر به یک سیلان دارای یک گروه واکنش پذیر مانند تری‌متیل کلروسیلان و با انجام واکنش با آب تهیه می‌شوند.  این روغنها نسبت به سایر پلیمرها وزن مولکولی کمتری دارند و به‌عنوان روان کننده استفاده می‌شوند. در کروماتوگرافی مایع – جامد و مایع – مایع از سیلیکاژل به‌عنوان ماده جاذب استفاده می‌شود. 

لاستیکهای سیلیکون

لاستیکهای سیلیکون ، از پلیمرهای دارای گروههای مختلف واکنش پذیر و معمولاً به سه روش تهیه می‌شوند. 

پخت تراکمی دوجزئی

تراکم دوجزئی پلیمرهای سیلیکون معمولاً با گروههای هیدروکسیل ختم می‌شود. این رزینها معمولا دارای یک عامل شبکه ساز مانند متیل سیلیکون می‌باشند. برای انجام واکنش شبکه‌سازی معمولا از یک آغازگر مانند ترکیبات آلی قلع استفاده می‌شود. این واکنشها معمولا دارای فراورده‌های فرعی هستند. مخصوصا اگر واکنش درفضای بسته صورت گیرد یا مواد اولیه به صورت لایه‌های ضخیم استفاده شود. 

پخت رطوبتی یک‌جزئی

سیلیکونهای یک جزئی با رطوبت هوا پرورانده می‌شوند. سیستمهای نمونه به گروههای استات ختم شده‌اند. دراثر ایجاد شبکه با رطوبت ، استیک اسید آزاد می‌شود. اسید استیک آزاد شده در این واکنش سبب خورده شدن فولاد ، مس و سایر فلزات می‌شود. برای جلوگیری از این مسئله پلیمرهایی تهیه شده‌اند که فراورده فرعی آنها خورنده نیست. اغلب سیستم‌های یک‌جزئی ، از نوع دی‌متیل سیلیکون هستند. 

پخت دوجزئی وینیل

می‌توان گروههای وینیل را به‌عنوان گروههای انتهایی وارد پلیمرهای سیلیکون ساخت. دو روش برای پخت گروههای وینیل وجود دارد :

• با یک ترکیب دارای هیدروژن فعال
• با یک عامل پخت رادیکالی مانند پروکسید.

رزینهای مایع را معمولا به کمک روش اول تولید می‌کنند و از کاتالیزوزهای پلاتین اسید کلروپلاتینیک استفاده می‌کنند. این واکنش معمولا فرآورده جنبی ندارد. اما سیلیکونهای تولید شده با پخت وینیل به‌راحتی ناخالص می‌شوند. واکنش میان ناخالصی‌ها و هیدروژن سیلیکون باعث تولید گاز هیدروژن و اسفنجی شدن رزین می‌شود. در نتیجه استحکام آن کاهش می‌یابد.

دامنه کاربرد لاستیکهای سیلیکون از دمای  تا  درجه سانتی‌گراد می‌باشد. نقطه شکنندگی  این لاستیکها در دمای پایین با مقدار فنیل آنها تعیین می‌شود. گروههای فنیل را برای کاهش تبلور در پلیمر وارد می‌کنند. در دمای پایین ، استحکام لاستیک سیلیکون افزایش می‌یابد و پایین‌تر از نقطه شکنندگی ، لاستیک ، کشسانی خود را از دست می‌دهد. نقاط شکنندگی دی‌متیل سیلیکون پایین‌تر از  و متیل فنیل پائین‌تر از  درجه سانتی‌گراد می‌باشد. 

محصولات دیگر سیلیکون

صمغهای سیلیکونی پلیمرهایی با وزن مولکولی بالا هستند. رقیق کننده‌های سیلیکونی سیالهای واکنش  ناپذیر سیلیکون هستند. سیلیکونهای سخت در جلاهای سیلیکونی و رزینهای لعابی بکار می‌روند و گریس سیلیکون که از آمیختن سیلیکای اسفنجی با سایر پر کننده‌ها با روغن سیلیکون تهیه می‌شوند و کاربرد وسیعی در دماهای مختلف دارند از  تا  ). 

خواص سیلیکونها

سیلیکونها چسبندگی بسیار خوبی دارند و برخی بطور طبیعی ، چسب می‌باشند. سیلیکونها بهترین رهاساز قالبی هستند. روغن سیلیکون به‌عنوان رهاساز  قالب بکار می‌رود، اما ممکن است روی جسم قالب‌گیری شده منتقل شود و رنگ آمیزی را دشوار کند. مقاومت سیلیکونها در برابر شرایط جوی بسیار خوب است. نور فرابنفش ، ازن ، آب و … حتی برای مدت ده سال هم بر روی آنها بی‌اثرند. قارچها می‌توانند روی لاستیکهای سیلیکون رشد کنند. اما با شوینده‌های قوی از بین می‌روند. در فرمولبندی‌های جدید ، سیلیکونهای مقاوم در برابر قارچ هم تولید می‌شوند.