有機硅材料

九年級化學

有機硅又稱硅酮,是一種合成聚合物,是由較小的重複化學單元(稱爲單體)製成的材料,它們以長鏈鍵合在一起。有機硅由硅氧主鏈組成,“側鏈”由與硅原子相連的氫或烴基組成。由於有機硅的主鏈不含碳,因此被認爲是一種無機聚合物,不同於許多有機聚合物,其主鏈由碳製成。

有機硅骨架中的硅-氧鍵是高度穩定的,比許多其他聚合物中存在的碳-碳鍵更牢固地結合在一起。因此,有機硅往往比傳統的有機聚合物更耐熱。

有機硅的側鏈使聚合物具有疏水性,使其可用於防水方面的應用。通常由甲基組成的側鏈也使有機硅難以與其他化學物質反應並防止其粘附在許多表面上。這些性質可以通過改變與硅氧主鏈相連的化學基團來調節。

圖片來源:Getty Images

發現歷史

化學家弗雷德裏克·基平(Frederic Kipping)首先創造了“有機硅”一詞來描述他正在實驗室中研究和合成的化合物。他認爲硅和碳有許多相似之處,因此能夠製造類似於碳氫結構的化合物。他將這些化合物稱爲“硅酮”(Silicone)。

20世紀30年代,康寧玻璃工廠公司的一位科學家試圖尋找一種合適的材料,用在電氣部件的絕緣材料中。硅樹脂因其在熱條件下固化的能力強而適用於此項應用,首次商業開發使有機硅隨後得到廣泛生產。

日常生活中的有機硅

有機硅具有耐用和易於製造的特點,在多種化學條件和溫度範圍內都比較穩定。鑑於這些優勢,有機硅開始高度商業化,並用於許多行業,包括:汽車、建築、能源、電子、化學、塗料、紡織品和個人護理。該聚合物還具有多種其他應用,從添加劑到印刷油墨再到除臭劑,都有它的影子。

圖爲:硅樹脂

有機硅的種類及其用途

有幾種不同形式的有機硅,它們的交聯度各不相同。交聯度描述了硅氧烷鏈的相互連接程度,交聯度越高,硅氧烷材料越硬。這個變量與聚合物的強度及其熔點等特性有直接關係。有機硅的常見形式及其一些應用包括:

硅油,由不交聯的硅酮聚合物的直鏈組成。已發現這些流體可用作潤滑劑、油漆添加劑和化妝品中的成分。

硅凝膠,其聚合物鏈之間幾乎沒有交聯。硅凝膠用於化妝品中,能在皮膚表面形成保護層,有助於皮膚保持水分。硅凝膠還可用作豐胸假體和某些鞋墊的柔軟部分的材料。

有機硅彈性體,也稱爲硅橡膠,其聚合物鏈之間包含更多的交聯鍵,因此具有類似橡膠的性質。硅橡膠被用作電子行業的絕緣體,航空航天器的密封件以及用於烘烤的烤箱手套。

硅氧烷樹脂,是硅氧烷的剛性形式,具有高交聯密度。這些樹脂常用於建築材料中,例如耐熱塗料和耐候材料。

圖爲:應用硅膠材料的手機殼

有機硅毒性

由於有機硅具有化學惰性,而且比其他聚合物更穩定,因此不會與人體部位發生反應。但是,毒性取決於諸如暴露時間,化學成分,劑量水平,暴露類型,化學物質吸收和個體反應等因素。

研究人員通過對皮膚刺激,生殖系統變化和突變等方面的研究,確定有機硅的潛在毒性。儘管有幾種類型的有機硅會刺激人體皮膚,但研究表明,接觸標準量的有機硅通常幾乎不會產生不良影響。

關鍵點

硅樹脂是一種合成聚合物,它具有硅氧主鏈,“側鏈”爲氫或烴基。

硅-氧主鏈使有機硅比碳-碳主鏈的聚合物更穩定。

硅樹脂經久耐用,穩定且易於製造。由於這些原因,它已經被廣泛地應用在許多日常用品中。

有機硅含有硅,這是一種自然存在的化學元素。

硅氧烷的性質隨交聯度的增加而變化。沒有交聯度的硅油剛性最低。具有高交聯度的有機硅樹脂最硬的。

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