อดีตและปัจจุบันของวัสดุซิลิโคน

เมื่อพูดถึงวัสดุขั้นสูง ซิลิโคนเป็นหัวข้อที่ได้รับความสนใจอย่างไม่ต้องสงสัย ซิลิโคนเป็นวัสดุพอลิเมอร์ชนิดหนึ่งที่ประกอบด้วยซิลิคอน คาร์บอน ไฮโดรเจน และออกซิเจน ซิลิโคนมีความแตกต่างอย่างมากจากวัสดุซิลิคอนอนินทรีย์ และมีคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมในหลายด้าน ลองมาเจาะลึกถึงคุณลักษณะ กระบวนการค้นพบ และทิศทางการใช้งานของซิลิโคนกัน

ความแตกต่างระหว่างซิลิโคนและซิลิคอนอนินทรีย์:

ประการแรก มีความแตกต่างที่ชัดเจนในโครงสร้างทางเคมีระหว่างซิลิโคนและซิลิคอนอนินทรีย์ ซิลิโคนเป็นวัสดุพอลิเมอร์ที่ประกอบด้วยซิลิคอนและคาร์บอน ไฮโดรเจน ออกซิเจน และธาตุอื่นๆ ในขณะที่ซิลิคอนอนินทรีย์ส่วนใหญ่หมายถึงสารประกอบอนินทรีย์ที่เกิดขึ้นจากซิลิคอนและออกซิเจน เช่น ซิลิคอนไดออกไซด์ (SiO2) โครงสร้างคาร์บอนของซิลิโคนทำให้มีความยืดหยุ่นและความยืดหยุ่นในการใช้งานมากขึ้น เนื่องจากคุณสมบัติโครงสร้างโมเลกุลของซิลิโคน กล่าวคือ พลังงานพันธะของพันธะ Si-O (444 จูล/โมล) สูงกว่าพันธะ CC (339 จูล/โมล) วัสดุซิลิโคนจึงมีความทนทานต่อความร้อนสูงกว่าสารประกอบพอลิเมอร์อินทรีย์ทั่วไป

การค้นพบซิลิโคน:

การค้นพบซิลิโคนสามารถสืบย้อนกลับไปได้ถึงต้นศตวรรษที่ 20 ในยุคแรก นักวิทยาศาสตร์ประสบความสำเร็จในการสังเคราะห์ซิลิโคนโดยการนำหมู่อินทรีย์มาผสมกับสารประกอบซิลิคอน การค้นพบนี้เปิดศักราชใหม่ของวัสดุซิลิโคนและวางรากฐานสำหรับการนำไปใช้อย่างกว้างขวางทั้งในอุตสาหกรรมและวิทยาศาสตร์ การสังเคราะห์และการพัฒนาซิลิโคนมีความก้าวหน้าอย่างมากในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมา ซึ่งส่งเสริมนวัตกรรมและการพัฒนาวัสดุชนิดนี้อย่างต่อเนื่อง

ซิลิโคนทั่วไป:

ซิลิโคนเป็นสารประกอบพอลิเมอร์ประเภทหนึ่งที่พบได้ทั่วไปในธรรมชาติและการสังเคราะห์เทียม มีรูปแบบและโครงสร้างที่หลากหลาย ตัวอย่างซิลิโคนทั่วไปมีดังนี้:

โพลีไดเมทิลไซลอกเซน (PDMS): PDMS เป็นซิลิโคนอีลาสโตเมอร์ชนิดหนึ่งที่พบได้ทั่วไปในยางซิลิโคน มีความยืดหยุ่นดีเยี่ยมและทนต่ออุณหภูมิสูง และใช้กันอย่างแพร่หลายในการเตรียมผลิตภัณฑ์ยาง อุปกรณ์การแพทย์ น้ำมันหล่อลื่น และอื่นๆ

น้ำมันซิลิโคน: น้ำมันซิลิโคนเป็นสารประกอบซิลิโคนเชิงเส้นที่มีแรงตึงผิวต่ำและทนต่ออุณหภูมิสูงได้ดี นิยมใช้ในน้ำมันหล่อลื่น ผลิตภัณฑ์ดูแลผิว อุปกรณ์การแพทย์ และสาขาอื่นๆ

เรซินซิลิโคน: เรซินซิลิโคนเป็นวัสดุพอลิเมอร์ที่ประกอบด้วยกลุ่มกรดซิลิซิก ซึ่งมีคุณสมบัติทนความร้อนและเป็นฉนวนไฟฟ้าได้ดีเยี่ยม นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายในสารเคลือบ กาว บรรจุภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ และอื่นๆ

ยางซิลิโคน: ยางซิลิโคนเป็นวัสดุซิลิโคนที่มีลักษณะคล้ายยาง มีคุณสมบัติทนต่ออุณหภูมิสูง ทนต่อสภาพอากาศ เป็นฉนวนไฟฟ้า และคุณสมบัติอื่นๆ นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายในแหวนซีล ปลอกป้องกันสายเคเบิล และงานด้านอื่นๆ

ตัวอย่างเหล่านี้แสดงให้เห็นถึงความหลากหลายของซิลิโคน มีบทบาทสำคัญในหลากหลายสาขา และมีการใช้งานที่หลากหลาย ตั้งแต่อุตสาหกรรมไปจนถึงชีวิตประจำวัน นอกจากนี้ยังสะท้อนให้เห็นถึงคุณสมบัติที่หลากหลายของซิลิโคนในฐานะวัสดุประสิทธิภาพสูงอีกด้วย

ข้อได้เปรียบด้านประสิทธิภาพ

เมื่อเปรียบเทียบกับสารประกอบโซ่คาร์บอนทั่วไป ออร์กาโนไซลอกเซน (โพลีไดเมทิลไซลอกเซน, PDMS) มีข้อได้เปรียบด้านประสิทธิภาพที่โดดเด่นหลายประการ ซึ่งทำให้มีประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมในการใช้งานหลายประเภท ต่อไปนี้คือข้อได้เปรียบด้านประสิทธิภาพบางประการของออร์กาโนไซลอกเซนเมื่อเทียบกับสารประกอบโซ่คาร์บอนทั่วไป:

ทนทานต่ออุณหภูมิสูง: ออร์กาโนไซลอกเซนมีความทนทานต่ออุณหภูมิสูงได้อย่างยอดเยี่ยม โครงสร้างพันธะซิลิคอน-ออกซิเจนทำให้ออร์กาโนไซลอกเซนมีความเสถียรที่อุณหภูมิสูงและไม่สลายตัวง่าย ซึ่งให้ข้อดีสำหรับการใช้งานในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง ในทางตรงกันข้าม สารประกอบโซ่คาร์บอนทั่วไปหลายชนิดอาจสลายตัวหรือสูญเสียประสิทธิภาพที่อุณหภูมิสูง

แรงตึงผิวต่ำ: ออร์กาโนไซลอกเซนมีแรงตึงผิวต่ำ ซึ่งทำให้มีความสามารถในการเปียกและลื่นไหลได้ดี คุณสมบัตินี้ทำให้น้ำมันซิลิโคน (ซึ่งเป็นออร์กาโนไซลอกเซนรูปแบบหนึ่ง) ถูกใช้อย่างกว้างขวางในน้ำมันหล่อลื่น ผลิตภัณฑ์ดูแลผิว และอุปกรณ์ทางการแพทย์

ความยืดหยุ่นและความยืดหยุ่น: โครงสร้างโมเลกุลของออร์กาโนไซลอกเซนทำให้มีความยืดหยุ่นและความยืดหยุ่นที่ดี จึงเป็นตัวเลือกที่เหมาะสำหรับการเตรียมยางและวัสดุยืดหยุ่น ซึ่งทำให้ยางซิลิโคนมีประสิทธิภาพดีในการเตรียมวงแหวนซีล ชิ้นส่วนยืดหยุ่น และอื่นๆ

ฉนวนไฟฟ้า: ออร์กาโนไซลอกเซนมีคุณสมบัติเป็นฉนวนไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม จึงทำให้มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ เรซินซิลิโคน (รูปแบบหนึ่งของไซลอกเซน) มักใช้ในวัสดุบรรจุภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์เพื่อให้เป็นฉนวนไฟฟ้าและปกป้องส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์

ความเข้ากันได้ทางชีวภาพ: ออร์กาโนไซลอกเซนมีความเข้ากันได้สูงกับเนื้อเยื่อชีวภาพ จึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์การแพทย์และสาขาชีวการแพทย์ ตัวอย่างเช่น ยางซิลิโคนมักใช้ในการเตรียมซิลิโคนทางการแพทย์สำหรับอวัยวะเทียม สายสวนทางการแพทย์ และอื่นๆ

ความเสถียรทางเคมี: ออร์กาโนไซลอกเซนมีความเสถียรทางเคมีสูงและทนต่อการกัดกร่อนของสารเคมีหลายชนิดได้ดี ซึ่งทำให้สามารถนำไปประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมเคมีได้หลากหลายมากขึ้น เช่น การเตรียมถังเคมี ท่อ และวัสดุปิดผนึก

โดยรวมแล้ว ออร์กาโนซิลอกเซนมีคุณสมบัติที่หลากหลายมากกว่าสารประกอบโซ่คาร์บอนธรรมดา ซึ่งทำให้สามารถมีบทบาทสำคัญในหลายสาขา เช่น การหล่อลื่น การปิดผนึก การแพทย์ และอิเล็กทรอนิกส์

วิธีการเตรียมโมโนเมอร์ออร์แกโนซิลิกอน

วิธีการโดยตรง: สังเคราะห์วัสดุออร์กาโนซิลิกอนโดยทำปฏิกิริยาซิลิกอนกับสารประกอบอินทรีย์โดยตรง

วิธีทางอ้อม: เตรียมออร์แกโนซิลิกอนโดยการแตกร้าว การเกิดพอลิเมอไรเซชัน และปฏิกิริยาอื่น ๆ ของสารประกอบซิลิกอน

วิธีการไฮโดรไลซิสโพลีเมอไรเซชัน: เตรียมออร์แกโนซิลิกอนโดยการไฮโดรไลซิสโพลีเมอไรเซชันของไซลานอลหรือไซเลนแอลกอฮอล์

วิธีการโคพอลิเมอไรเซชันแบบไล่ระดับ: สังเคราะห์วัสดุออร์แกโนซิลิกอนที่มีคุณสมบัติเฉพาะด้วยโคพอลิเมอไรเซชันแบบไล่ระดับ

แนวโน้มตลาดออร์แกโนซิลิคอน

ความต้องการที่เพิ่มขึ้นในสาขาเทคโนโลยีขั้นสูง: ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรมเทคโนโลยีขั้นสูง ความต้องการออร์กาโนซิลิกอนที่มีคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยม เช่น ทนต่ออุณหภูมิสูง ทนต่อการกัดกร่อน และฉนวนไฟฟ้าก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน

การขยายตัวของตลาดอุปกรณ์ทางการแพทย์: การประยุกต์ใช้ซิลิโคนในการผลิตอุปกรณ์ทางการแพทย์ยังคงขยายตัวอย่างต่อเนื่อง และเมื่อรวมกับความเข้ากันได้ทางชีวภาพแล้ว ก็จะนำมาซึ่งความเป็นไปได้ใหม่ๆ ให้กับสาขาอุปกรณ์ทางการแพทย์

การพัฒนาอย่างยั่งยืน: การปรับปรุงความตระหนักด้านสิ่งแวดล้อมส่งเสริมการวิจัยวิธีการเตรียมวัสดุซิลิโคนสีเขียว เช่น ซิลิโคนที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ เพื่อให้เกิดการพัฒนาที่ยั่งยืนมากขึ้น

การสำรวจสาขาการประยุกต์ใช้ใหม่: สาขาการประยุกต์ใช้ใหม่ยังคงเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง เช่น อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบยืดหยุ่น อุปกรณ์ออปโตอิเล็กทรอนิกส์ ฯลฯ เพื่อส่งเสริมนวัตกรรมและการขยายตัวของตลาดซิลิโคน

ทิศทางการพัฒนาในอนาคตและความท้าทาย

การวิจัยและพัฒนาซิลิโคนฟังก์ชัน:เพื่อตอบสนองต่อความต้องการของอุตสาหกรรมต่างๆ ซิลิโคนจะให้ความสำคัญกับการพัฒนาฟังก์ชันการใช้งานในอนาคตมากขึ้น เช่น การเคลือบซิลิโคนที่มีคุณสมบัติพิเศษ เช่น คุณสมบัติต้านเชื้อแบคทีเรียและคุณสมบัติในการนำไฟฟ้า

การวิจัยเกี่ยวกับซิลิโคนที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ:ด้วยความตระหนักด้านสิ่งแวดล้อมที่เพิ่มมากขึ้น การวิจัยเกี่ยวกับวัสดุซิลิโคนที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพจะกลายเป็นทิศทางการพัฒนาที่สำคัญ

การประยุกต์ใช้นาโนซิลิโคน:การใช้เทคโนโลยีระดับนาโน การวิจัยการเตรียมและการประยุกต์ใช้ซิลิโคนระดับนาโนเพื่อขยายการประยุกต์ใช้ในสาขาเทคโนโลยีขั้นสูง

การปรับปรุงวิธีการเตรียมการ:สำหรับวิธีการเตรียมซิลิโคน ในอนาคตจะให้ความสำคัญกับเทคนิคสีเขียวและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้น เพื่อลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม