Друзья.
Сегодня статья на тему, которая для меня самого является очень важной. Так как я осваиваю производство изделий из силикона, мне бы хотел узнать об этом материале как можно больше. Для этого, я провел много времени за технической литературой, послушал несколько выдающихся профессоров, и изучил образовательные видео на ютуб. Теперь у меня сложилась полноценная картинка в данном вопросе. Предлагаю и вам ознакомится с не побоюсь этого слова уникальным материалом – Силикон.
Все мы хоть раз в жизни слышали это слово, но я больше, чем уверен, что мало кто из нас понимает на сколько это крутой материал и как он востребован для нас в рамках всей нашей жизни. Сегодня нас ждет история силикона, сферы его применения, уникальные свойства и немного затронем получение.
Приведенные данные базируются не только на литературных источниках, но и на моем личном опыте как производителя изделий из силикона при высоком давлении методом прессования.
Немного об истории
Сам термин “Силикон” в нашу жизнь первый ввел английский химик Фредерик Киппинг в 1901 году. Строение тогда показалось ему схожим с известным на тот момент «катионом», и он стал называть его «silicoketone». Впоследствии название упростили в «силикон». Удивительный факт, что сам ученый полагал, что направление изучения силикона бесперспективно. Но жизнь показала, что материал крайне востребованный. Вообще с иностранным происхождением слова силикон (silicone) много путаниц. По сути, Силиконовая и Кремниевая Долина (Silicon Valley)– это одно и тоже. Два имени у одного места появились после неверного перевода из-за созвучия английского слова «silicon» с наименованием полимера «silicone» – силиконом.
Но и сейчас, это название не совсем точное, правильнее говорить силоксан. Хотя, когда со временем число типов кремнийорганических материалов возрастает, применение такого краткого названия имеет практический смысл.
1937 год стал основополагающим. Благодаря нашему советскому ученому химику Кузьме Андриановичу Андрианову появился новый класс кремнийорганических полимеров, который дал возможность применения кремнийорганических соединений для синтеза, известный теперь под названием полиорганосилоксаны, силоксаны или силиконы. Поэтому неофициально признано, что отцом промышленных силиконов является К.А. Андрианов. Этот этап стал поворотным и послужил началом интенсивных исследований вплоть до этого дня и не зря.
Области применения
Ведь на сегодняшний день этот уникальный материал применяется во многих сферах жизнедеятельности человека. В наших телефонах, компьютерах, в одежде, на кухне, в автомобиле, в технике и электронике, в медицине и пищевой промышленности. Устану продолжать.
Хочу выделить, пожалуй, самые интересные применения, которые мне удалось найти и которые меня впечатлили.
Эспумизан это просто пеногаситель. Циклосилоксан в чистом виде.
Как ни странно, энтеросгель - адсорбирующее средство на основе полиметилсилоксана. Но не стоит переживать они биологически инертны и в принципе не опасны для человека. Хотя чего говорить, импланты для увеличения груди до сих пор радуют женщин и мужчин, где внешняя часть импланта это силикон, а внутренняя силиконовый гель. Силикон-гидрогелевые контактные линзы позволяют восстанавливать роговицу и купировать болевой синдром при инфекционных заболеваниях глаз. Так же шланги, трубки, емкости, думаю вы поняли, что это медицинская промышленность.
Удивительно, относительно недавно, силикон доставался дорого, вследствие чего использовался только для стратегически важных отраслей, таких как компьютерная техника, ракетная отрасль, авиастроение, космос. Кстати, о космосе еще один интересный факт. Клеями, содержащими силикон, были приклеены термостойкие плитки, которыми был покрыт Буран при полете в космос в 1988 году. А сейчас силикон нашел свое применении и в строительстве. В любом хозяйственном магазине вы найдете силиконовые герметики, клея. Популярны стали гидрофобизирующие жидкости, которые наделяют строительные материалы водоотталкивающими свойствами.
Так же в быту, возможно даже сейчас у себя на кухне вы найдете изделия из силикона. Разделочные доски, скалки, венчики, кисточки, формы для выпечки и заморозки, лопатки, поддоны.
Вот и я изготавливаю продукцию из силиконового термоотверждаемого каучука (англ. название HCR), его еще называют силикон горячего отверждения. Такое сырьё представляет из себя пластичную массу, которому можно придать форму и зафиксировать её в процессе вулканизации. Как уже знают подписчики моего канала, я занимаюсь производством изделий из силикона. В данном ролике произвожу силиконовые прокладки на заказ.
В целом силикон имеет 3 основные группы: жидкости, смолы и эластомеры.
Жидкости:
· Гидрофобизирующие жидкости;
· Теплоносители и охлаждающие жидкости;
· Диэлектрические герметизирующие составы;
· Пеногасители;
· Импланты медицинского назначения;
· Различные добавки и модификаторы.
Смолы:
· Термостойкие лаки;
· Материалы для оптоэлектроники;
· Защитные покрытия для электронных приборов;
· Эмали;
· Краски.
Эластомеры:
· Низкомолекулярные и высокомолекулярные каучуки;
· Герметики холодного отверждения;
· Резины горячего отверждения;
· Компаунды холодного отверждения;
· Жидкие резины горячего отверждения.
Но так как я занимаюсь силиконовым каучуком, дальше хотелось бы рассмотреть свойства формового силикона, тем более я уверен там есть на что посмотреть. Пройдемся по тем свойствам, которые имеют наиболее высокие характеристики.
Теплостойкость.
Теплостойкость является наиболее часто используемым свойством силиконовой резины. Сравнение с различными типами каучуков общего и специального назначения при различных температурах показывает, что ни один из органических каучуков не может длительно эксплуатироваться при температурах свыше 150С. Наиболее близок к силиконовому каучуку по теплостойкости фторуглеродный каучук вайтон, который работоспособен при 160С. Обычная температура эксплуатации силиконовых резин 180С, но кратковременно они могут быть использованы при более высоких температурах.
Морозостойкость.
Стойкость к действию низких температур зависит от типа смеси и, главным образом, от применяемого силоксанового каучука. При испытании образца на скручивание у смесей общего назначения малые изменения наблюдаются уже при минус 30, затвердевание в области минус 40, а хрупкость при минус 50С.
Теплопроводность.
Силиконовая резина обладает примерно в два раза более высокой теплопроводностью, чем резина из органических эластомеров или пластмасс.
Стойкость к агрессивным средам.
В целом силиконовая резина хорошо противостоит действию слабых кислот и оснований, а также агрессивных растворов солей, но сильно набухает в бензине, ароматических растворителях и хлорированных углеводородах.
Силиконовая резина непригодна для применения в контакте с концентрированными кислотами или основаниями при повышенной температуре, которые вызывают полное разложение резины.
Токсичность.
Силиконовая резина – химически инертный продукт без неприятного запаха и вкуса, нетоксична.
Атмосферостойкость
Изделия из кремнийорганической резины по сравнению с изделиями из других эластомеров, обладают превосходной атмосферостойкостью. Продолжительная экспозиция в условиях дождя, снега или льда, действие озона и ультрафиолетовых излучений не вызывают какой-либо поверхностной деструкции, например растрескивания даже под действием механических напряжений, когда образцы подвергаются естественному старению в особо суровых условиях.
Вот мы и оценили свойства силиконовой резины. Конечно, их гораздо больше, чем упомянул, но я выделил самые основные на мой взгляд.
Наконец мы сможем коротко пробежаться по очень сложному процессу получения силикона.
Основным материалом при производстве силикона является кремний. Он составляет 27,6% массы земной коры. Но не в чистом виде, кремний преимущественно встречается в сочетании с кислородом в виде кварца. Химическое название кварца – диоксид кремния. Кварц плавится с ушлем в большой печи при температуре 1800С. Углерод удаляет два атома кислорода из диоксида кремния. Остается жидкий кремний металлургического качества. После остывания его разламывают на удобные кусочки. Перед дальнейшей обработкой кремний мелко измельчают. Помимо кремния для синтеза требуется также метанол. Метанол реагирует с хлористым водородом с образованием газообразного хлорметана. Прежде чем он встретится с хлорметаном, кремний измельчается до частиц размером в один миллиметр. Оттуда он поступает в реактор кипящего слоя для прохождения процесса Рохова. При температуре примерно 300 градусов смесь гранул хлорметана и кремния ведет себя как кипящая жидкость. Идеальные условия для протекания процесса и образования сырой силановой смеси. Эту смесь перегоняют через абсорбционные колонны, чтобы разделить ее на различные версии хлорсилана. В зависимости от желаемого последующего продукта хлорсиланы подвергаются различным путям синтеза. Это очень сложные химические процессы.
Ну а что сейчас? Как обстоят дела с производством силикона в России? Какое положение дел в данный момент времени.
Все грустно.
Я как производитель заинтересован в доступном сырье, но правда заключается в том, что термоотверждаемые силиконы (HCR) в России не производят. Поэтому весь рынок термоотвержденных силиконов в России импортный. Мне приходят смесь с введенным пероксидом в упаковках, в которых был привезен силиконовый каучук из Китая.
По состоянию на 1990 год в СССР был создан весь цикл производства силикона. Существовало 6 заводов. На данный момент времени из них функционирует 3. Но они не занимаются производством силиконового каучука. Интересный факт: на 1991 год страной было произведено 100000 тонн силиконовой продукции. А в 2010 году это же количество было ввезено.
Почему в России нет своего завода по выпуску HCR-силиконов?
В основном это связано с инфраструктурой, рынком сбыта и стоимостью создания и ввода комплекса для получения силиконовой смеси.
А что вы думаете по поводу материала 21 века?