อดีตและปัจจุบันของวัสดุซิลิโคน

เมื่อพูดถึงวัสดุขั้นสูง ซิลิโคนถือเป็นประเด็นร้อนอย่างไม่ต้องสงสัย ซิลิโคนเป็นวัสดุโพลีเมอร์ชนิดหนึ่งที่ประกอบด้วยซิลิคอน คาร์บอน ไฮโดรเจน และออกซิเจน มันแตกต่างอย่างมากจากวัสดุซิลิกอนอนินทรีย์และมีสมรรถนะที่ยอดเยี่ยมในหลายสาขา เรามาดูรายละเอียดคุณลักษณะ กระบวนการค้นพบ และทิศทางการใช้ซิลิโคนกันดีกว่า

ความแตกต่างระหว่างซิลิโคนและซิลิกอนอนินทรีย์:

ประการแรก มีความแตกต่างที่ชัดเจนในโครงสร้างทางเคมีระหว่างซิลิโคนและซิลิกอนอนินทรีย์ ซิลิโคนเป็นวัสดุโพลีเมอร์ที่ประกอบด้วยซิลิคอนและคาร์บอน ไฮโดรเจน ออกซิเจน และองค์ประกอบอื่นๆ ในขณะที่ซิลิคอนอนินทรีย์ส่วนใหญ่หมายถึงสารประกอบอนินทรีย์ที่เกิดจากซิลิคอนและออกซิเจน เช่น ซิลิคอนไดออกไซด์ (SiO2) โครงสร้างซิลิโคนที่มีคาร์บอนเป็นหลักให้ความยืดหยุ่นและความเป็นพลาสติก ทำให้มีความยืดหยุ่นในการใช้งานมากขึ้น เนื่องจากลักษณะโครงสร้างโมเลกุลของซิลิโคน กล่าวคือ พลังงานพันธะของพันธะ Si-O (444J/mol) สูงกว่าพันธะ CC (339J/mol) วัสดุซิลิโคนจึงมีความต้านทานความร้อนได้สูงกว่าสารประกอบโพลีเมอร์อินทรีย์ทั่วไป

การค้นพบซิลิโคน:

การค้นพบซิลิโคนมีประวัติย้อนกลับไปตั้งแต่ต้นศตวรรษที่ 20 ในช่วงแรกๆ นักวิทยาศาสตร์ประสบความสำเร็จในการสังเคราะห์ซิลิโคนโดยการนำกลุ่มอินทรีย์เข้าไปในสารประกอบซิลิกอน การค้นพบนี้เปิดศักราชใหม่ของวัสดุซิลิโคน และวางรากฐานสำหรับการใช้งานอย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมและวิทยาศาสตร์ การสังเคราะห์และปรับปรุงซิลิโคนมีความก้าวหน้าอย่างมากในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมา โดยส่งเสริมนวัตกรรมและการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของวัสดุนี้

ซิลิโคนทั่วไป:

ซิลิโคนเป็นสารประกอบโพลีเมอร์ประเภทหนึ่งที่พบกันอย่างแพร่หลายในธรรมชาติและการสังเคราะห์เทียม รวมถึงรูปแบบและโครงสร้างต่างๆ ต่อไปนี้เป็นตัวอย่างของซิลิโคนทั่วไป:

Polydimethylsiloxane (PDMS): PDMS เป็นยางซิลิโคนทั่วไปซึ่งมักพบในยางซิลิโคน มีความยืดหยุ่นที่ดีเยี่ยมและมีเสถียรภาพที่อุณหภูมิสูง และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการเตรียมผลิตภัณฑ์ยาง อุปกรณ์ทางการแพทย์ น้ำมันหล่อลื่น ฯลฯ

น้ำมันซิลิโคน: น้ำมันซิลิโคนเป็นสารประกอบซิลิโคนเชิงเส้นที่มีแรงตึงผิวต่ำและทนต่ออุณหภูมิสูงได้ดี นิยมใช้ในน้ำมันหล่อลื่น ผลิตภัณฑ์ดูแลผิว อุปกรณ์ทางการแพทย์ และสาขาอื่นๆ

เรซินซิลิโคน: เรซินซิลิโคนเป็นวัสดุโพลีเมอร์ที่ประกอบด้วยกลุ่มกรดซิลิซิกซึ่งมีคุณสมบัติทนความร้อนและเป็นฉนวนไฟฟ้าได้ดีเยี่ยม มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการเคลือบ กาว บรรจุภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ ฯลฯ

ยางซิลิโคน: ยางซิลิโคนเป็นวัสดุซิลิโคนคล้ายยางที่ทนต่ออุณหภูมิสูง ทนต่อสภาพอากาศ ความเป็นฉนวนไฟฟ้า และคุณสมบัติอื่น ๆ มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในวงแหวนซีล ปลอกป้องกันสายเคเบิล และสาขาอื่นๆ

ตัวอย่างเหล่านี้แสดงความหลากหลายของซิลิโคน มีบทบาทสำคัญในสาขาต่างๆ และมีการใช้งานที่หลากหลายตั้งแต่อุตสาหกรรมไปจนถึงชีวิตประจำวัน นอกจากนี้ยังสะท้อนถึงคุณลักษณะที่หลากหลายของซิลิโคนในฐานะวัสดุที่มีประสิทธิภาพสูง

ข้อดีด้านประสิทธิภาพ

เมื่อเปรียบเทียบกับสารประกอบโซ่คาร์บอนทั่วไป ออร์กาโนซิลอกเซน (Polydimethylsiloxane, PDMS) มีข้อได้เปรียบด้านประสิทธิภาพที่เป็นเอกลักษณ์บางประการ ซึ่งทำให้แสดงประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมในการใช้งานหลายประเภท ต่อไปนี้เป็นข้อได้เปรียบด้านประสิทธิภาพของออร์กาโนซิลอกเซนเหนือสารประกอบคาร์บอนธรรมดา:

ทนต่ออุณหภูมิสูง: Organosiloxane มีความต้านทานต่ออุณหภูมิสูงได้ดีเยี่ยม โครงสร้างของพันธะซิลิคอน-ออกซิเจนทำให้ออร์กาโนซิลอกเซนมีความเสถียรที่อุณหภูมิสูงและไม่สลายตัวง่าย ซึ่งให้ข้อดีสำหรับการใช้งานในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง ในทางตรงกันข้าม สารประกอบโซ่คาร์บอนทั่วไปหลายชนิดอาจสลายตัวหรือสูญเสียประสิทธิภาพที่อุณหภูมิสูง

แรงตึงผิวต่ำ: Organosiloxane มีแรงตึงผิวต่ำ ซึ่งทำให้มีความสามารถในการเปียกน้ำและการหล่อลื่นที่ดี คุณสมบัตินี้ทำให้น้ำมันซิลิโคน (รูปแบบของออร์กาโนซิลอกเซน) ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในน้ำมันหล่อลื่น ผลิตภัณฑ์ดูแลผิว และอุปกรณ์ทางการแพทย์

ความยืดหยุ่นและความยืดหยุ่น: โครงสร้างโมเลกุลของออร์กาโนซิลอกเซนให้ความยืดหยุ่นและความยืดหยุ่นที่ดี ทำให้เป็นตัวเลือกที่เหมาะสำหรับการเตรียมยางและวัสดุยืดหยุ่น ทำให้ยางซิลิโคนทำงานได้ดีในการเตรียมแหวนซีล ส่วนประกอบยืดหยุ่น ฯลฯ

ฉนวนไฟฟ้า: Organosiloxane มีคุณสมบัติเป็นฉนวนไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม ซึ่งทำให้มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในสาขาอิเล็กทรอนิกส์ เรซินซิลิโคน (รูปแบบของไซล็อกเซน) มักใช้ในวัสดุบรรจุภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์เพื่อเป็นฉนวนไฟฟ้าและปกป้องชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์

ความเข้ากันได้ทางชีวภาพ: Organosiloxane มีความเข้ากันได้สูงกับเนื้อเยื่อชีวภาพ ดังนั้นจึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์การแพทย์และสาขาชีวการแพทย์ ตัวอย่างเช่น ยางซิลิโคน มักใช้ในการเตรียมซิลิโคนทางการแพทย์สำหรับอวัยวะเทียม สายสวนทางการแพทย์ เป็นต้น

ความเสถียรทางเคมี: Organosiloxanes มีความเสถียรทางเคมีสูงและทนต่อการกัดกร่อนของสารเคมีหลายชนิดได้ดี ช่วยให้สามารถขยายการใช้งานในอุตสาหกรรมเคมีได้ เช่น การเตรียมถังเคมี ท่อ และวัสดุปิดผนึก

โดยรวมแล้ว ออร์กาโนซิลอกเซนมีคุณสมบัติที่หลากหลายมากกว่าสารประกอบคาร์บอนโซ่ธรรมดา ซึ่งช่วยให้พวกมันมีบทบาทสำคัญในหลายๆ ด้าน เช่น การหล่อลื่น การปิดผนึก การแพทย์ และอิเล็กทรอนิกส์

วิธีการเตรียมโมโนเมอร์ออร์กาโนซิลิคอน

วิธีการโดยตรง: สังเคราะห์วัสดุออร์กาโนซิลิคอนโดยทำปฏิกิริยาซิลิคอนกับสารประกอบอินทรีย์โดยตรง

วิธีการทางอ้อม: เตรียมออร์กาโนซิลิกอนผ่านการแตกร้าว การเกิดพอลิเมอไรเซชัน และปฏิกิริยาอื่นๆ ของสารประกอบซิลิกอน

วิธีการไฮโดรไลซิสพอลิเมอไรเซชัน: เตรียมออร์กาโนซิลิคอนโดยการไฮโดรไลซิสพอลิเมอไรเซชันของไซลานอลหรือไซเลนแอลกอฮอล์

วิธีการไล่ระดับโคพอลิเมอร์ไรเซชัน: สังเคราะห์วัสดุออร์กาโนซิลิคอนที่มีคุณสมบัติเฉพาะโดยการไล่ระดับโคพอลิเมอร์ -

แนวโน้มตลาดออร์กาโนซิลิคอน

ความต้องการที่เพิ่มขึ้นในสาขาเทคโนโลยีชั้นสูง: ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรมเทคโนโลยีชั้นสูง ความต้องการออร์กาโนซิลิคอนที่มีคุณสมบัติดีเยี่ยม เช่น ทนต่ออุณหภูมิสูง ความต้านทานการกัดกร่อน และฉนวนไฟฟ้าก็เพิ่มขึ้น

การขยายตลาดอุปกรณ์การแพทย์: การใช้ซิลิโคนในการผลิตอุปกรณ์ทางการแพทย์ยังคงขยายตัว และเมื่อรวมกับความเข้ากันได้ทางชีวภาพ ก็นำมาซึ่งความเป็นไปได้ใหม่ๆ ในด้านอุปกรณ์การแพทย์

การพัฒนาที่ยั่งยืน: การปรับปรุงความตระหนักรู้ด้านสิ่งแวดล้อมส่งเสริมการวิจัยวิธีการเตรียมสีเขียวของวัสดุซิลิโคน เช่น ซิลิโคนที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ เพื่อให้บรรลุการพัฒนาที่ยั่งยืนมากขึ้น

การสำรวจขอบเขตการใช้งานใหม่ๆ: ขอบเขตการใช้งานใหม่ๆ ยังคงเกิดขึ้น เช่น อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีความยืดหยุ่น อุปกรณ์ออปโตอิเล็กทรอนิกส์ ฯลฯ เพื่อส่งเสริมนวัตกรรมและการขยายตลาดซิลิโคน

ทิศทางและความท้าทายในการพัฒนาในอนาคต

การวิจัยและพัฒนาซิลิโคนเชิงหน้าที่:เพื่อตอบสนองต่อความต้องการของอุตสาหกรรมที่แตกต่างกัน ซิลิโคนจะให้ความสำคัญกับการพัฒนาฟังก์ชันการทำงานในอนาคตมากขึ้น เช่น การเคลือบซิลิโคนเชิงฟังก์ชัน รวมถึงคุณสมบัติพิเศษ เช่น คุณสมบัติต้านเชื้อแบคทีเรียและเป็นสื่อกระแสไฟฟ้า

การวิจัยเกี่ยวกับซิลิโคนที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ:ด้วยการปรับปรุงความตระหนักรู้ด้านสิ่งแวดล้อม การวิจัยเกี่ยวกับวัสดุซิลิโคนที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพจะกลายเป็นทิศทางการพัฒนาที่สำคัญ

การใช้นาโนซิลิโคน: ใช้เทคโนโลยีนาโนวิจัยการเตรียมและการใช้นาโนซิลิโคนเพื่อขยายการใช้งานในสาขาเทคโนโลยีขั้นสูง

การทำให้เขียวของวิธีการเตรียมการ: สำหรับวิธีการเตรียมซิลิโคนจะให้ความสำคัญกับเส้นทางทางเทคนิคที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและสีเขียวมากขึ้นในอนาคตเพื่อลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม