روغن سیلیکون: ویژگی ها و کاربردها

به طور کلی اصطلاح “سیلیکون” به ترکیبات آلی سیلیکونی الیومریک یا پلیمری اطلاق می شود ، ترکیباتی که در آن اتم های سیلیکون توسط اکسیژن به یکدیگر وصل می شوند به طوری که پیوندهای متناوب Si-O-Si زنجیره اصلی ترکیب به شمار می آیند.
واحدهای تشکیل دهنده را می توان برای این ترکیبات ترسیم کرد.

. گروه های تک عاملی (به اصطلاح گروه های انتهایی) مولکول ارگانو پلی سیلوکسان طول زنجیره ، پلی کاندنسیشن و در نتیجه ویسکوزیته پلیمر را محدود می کنند.
گروه های دو عاملی حلقه یا زنجیره های مولکولی بالاتر را تشکیل می دهند ، در حالی که واحدهای سه یا چهار عاملی پیوندهای سه بعدی تشکیل می دهند.
در این مقاله به طور عمده واحدهای سیلوکسان تک عاملی و دو عاملی را بررسی خواهیم کرد، زیرا اجزای اصلی پلی سیلوکسان های خطی ، یعنی “سیلیکون مایع” هستند.
پلی سیلوکسان ها مهمترین گروه سیلیکون مایع هستند. زنجیره سیلوکسان از گروه های دی متیل سیلوکسان تشکیل شده و توسط گروههای تری متیل سیلیل به پایان می رسد. طول زنجیره این مولکول ها ممکن است با نسبت واحدهای تک عاملی به دو عاملی تغییر کند. در تصویر زیر فرمول عمومی روغن سیلیکون نشان داده شده است:

یکی دیگر از گروه های مهم سیلیکون مایع متیل هیدروژن سیلوکسان است. در این حالت ، یک گروه متیل از واحد دو عاملی با یک اتم هیدروژن جایگزین شده است. محصولات تجاری در دسترس از این نوع تقریباً می تواند توسط شاخص x و همچنین با محدوده ویسکوزیته مشخص شده توصیف شود.

در مورد مایعات فنیل سیلیکون ، و به طور دقیق تر مایعات فنیل متیل سیلیکون ، گروه های متیل زنجیره اصلی پلی متیل سیلوکسان توسط گروه های فنیل جایگزین می شود. تغییرات خصوصیات فیزیکی و شیمیایی را می توان با تغییر نسبت و همچنین از طریق جایگزین کردن گروه های فنیل ، به دست آورد. به عنوان مثال می توان به ترکیب کلرو فنیل سیلوکسان اشاره کرد.

در طی پانزده سال گذشته ، تعداد زیادی سیلوکسان اصلاح شده علاوه بر پلی دی متیل سیلوکسان های کلاسیک در بازار ظاهر شده اند. با توجه به تنوع زیاد امکانات ، می توان تغییرات اساسی در ویژگی های پلی متیل سیلوکسان حاصل کرد ، به طوری که این محصولات با موفقیت به عنوان محصولات ویژه جهت کاربردهای مشخصی مورد استفاده قرار می گیرند.
سرانجام ، باید به اصلاح دیگری نیز اشاره کنیم ، که توسط تولیدکنندگان سیلیکون به طور گسترده صورت گرفته است ، یعنی سیلوکسان های گلیکوفانکشنال. در این ترکیبات که در بسیاری از موارد محلول در آب هستند ، زنجیره های گلیکول متشکل از واحدهای اتیلن اکسید و / یا پروپیلن اکسید بر روی زنجیره اصلی سیلوکسان پیوند زده می شوند.
در بسیاری از موارد ، ماهیت پیوند برای استفاده در سیستم های آبی تعیین کننده است. اتصال از طریق پیوند Si — O — C که می تواند هیدرولیز شود ، یا توسط یک پیوند Si -C غیرصابونی امکان پذیر است.

چند واكنش اساسي وجود دارد که روی ویژگی های ارگانو سيليكون تاثیر بسزایی دارد ، در اين مقاله روی واکنش های مربوط به توليد مايعات دي متیل تمرکز می کنیم.
در مرحله اول ، متیل کلروسیلان ها ، که از نظر اقتصادی مهمترین گروه را تشکیل می دهند ، مطابق سنتز مولر-روچو تولید می شوند. محصول مورد نظر ، دی متیل دی کلرو سیلان ، مطابق معادله و روش نشان داده شده در شکل زیر بدست می آید که در آن مواد اولیه ، سیلیکون و متیل کلراید گازی به همراه کاتالیزور مس ، معمولاً در یک واکنش گاز / جامد در حدود ۲۶۰-۳۲۰ درجه سانتی گراد تبدیل می شوند.
هیدرولیز یا متانولیز ارگانوکلروسیلان مربوطه با تراکم ادامه می یابد. اسید کلرید سیلیسیک اسید یا مشتقات ارگانیک آنها با آب یا متانول واکنش نشان می دهد. این واکنش ها برای دی متیل – کلروسیلان ها در شکل شرح داده شده است ، که همچنین واکنش احتراق بعدی ، یعنی تبدیل گروه های سیلانول به دست آمده توسط هیدرولیز ، به سیلوکسان های مولکولی بالاتر با حذف آب را نشان می دهد. یک از مشکلات مقدار قابل توجهی HCl است که توسط واکنش هیدرولیز آزاد می شود. بنابراین ، متانولیز یک روش اقتصادی و مطلوب تر از نظر زیست محیطی را نشان می دهد زیرا کلر را می توان به عنوان متیل کلرید بازیافت کرد.
واکنش مهم دیگر واکنش پلیمریزاسیون است ، یعنی تبدیل حلقه های سیلوکسان عاری از گروه های هیدروکسیل به پلی سیکلوکسان های خطی مولکولی بالاتر.
واکنش تعادل از اهمیت عمده ای در تولید سیلیکون مایع برخوردار است. هدف از این واکنش ، همگن سازی مخلوط غیر همگن از سیکلوکسان با توزیع وزن مولکولی مختلف با استفاده از کاتالیزور است به گونه ای که محصول نهایی توزیع وزن مولکولی را داشته باشد. این واکنش عمدتا برای تولید سیلیکون مایع با توزیع یکنواخت دلخواه از واحدها و در نتیجه برای به دست آوردن طول زنجیرخاص و با دامنه ویسکوزیته مشخص استفاده می شود.
این واکنش ها مهمترین روش های تولید سیلیکون مایع استاندارد ، یعنی پلی متیل سیلوکسان را نشان می دهند. مایعات فنیل سیلیکون و مایعات اصلاح شده با گلیکول با استفاده از واکنش های دیگری ساخته می شوند.
واکنش دیگر سنتز مستقیم با استفاده از سیلیکون و کلروبنزن یا جایگزینی سیلان های حاوی SiH با کلروبنزن است ، که شامل واکنش هیدرولیز متوالی فنیل کلرو سیلان می شود.
یکی دیگر از واکنش ها، واکنش هیدروسیلیلاسیون است ، که اضافه کردن مولکول های الفینی به واحد SiH است که معمولاً با استفاده از کاتالیزور فلز نجیب صورت می گیرد.

ویژگی های مفید سیکلوکسان های دو عاملی بخصوص پلی دی متیل سیکلوکسان ها نتیجه ساختار خطی آن ها است که در ادامه مورد بررسی قرار می گیرد.
ترکیب پلیمری دیگری با این وزن مولکولی بالا که همچنان در فاز مایع باشد وجود ندارد. این موضوع باعث شده که ویسکوزیته این ترکیبات وابستگی کمی به دما داشته باشد به طوریکه این ویژگی سیکلوکسان ها آن ها را به ترکیباتی مفید در صنعت تبدیل کرده است.
به دلیل ساختار نیمه معدنی روغن سیلیکون، این ترکیبات نسبت به مایعات آلی مقاومت بهتری در برابر حرارت و اکسیداسیون دارند. مزیت دیگر این ترکیبات این است که به ندرت اشعه یووی و ایکس را جب می کنند.
از آنجاکه روغن سیلیکون هایی با ویسکوزیته پایین همزمان وزن مولکولی بالایی دارند، فشار بخار این ترکیبات پایین بوده درنتیجه تبخیر بسیار کمی دارند. این ویژگی در کنار مقاومت گرمایی باعث می شود روغن سیلیکون نقطه اشتعال بالایی داشته باشد.
ویژگی منحصر به فرد دیگر روغن سیلیکون که به ستختار خطی آن بر می گردد اصطکاک سطحی پایین پلی دی کتیل سیکلوکسان ها است.

در کنار بیان ویژگی های سیکلوکسان ها که بررسی شد، لازم به ذکر است که پلی متیل سیلوکسان های مسدود شده با گروه متیل از نظر شیمیایی بی اثر هستند. این موضوع منجر به برخی از خواص مفید می شود. بنابراین ساختار غیر قطبی ، عدم واکنش پذیری و ساختار نیمه معدنی روغن سیلیکون آن ها را به یک گزینه عالی برای کاربرد به عنوان روان کننده و لوبریکانت تبدیل کرده است.
این ویژگی در کنار ویژگی حلالیت ناچیز روغن سیلیکون در آب ، منجر به مقاومت بالا در شرایط فیزیولوژیکی می شود. روغن سیلیکون به دلیل ساختارش ، دارای خواص دی الکتریک خوبی مانند مقاومت ویژه و مقاومت بالا ، در حدود ۱۴ کیلو ولت بر میلی متر هستند.

مطابق الزامات ، روغن سیلیکون یا به صورت رقیق شده- بیشتر در غلظت های کم در هیدروکربن های هالوژنه ، ترکیبات آروماتیک و …- یا به شکل امولسیون به صورت امولسیون روغن / آب در غلظت های کم، استفاده می شود. تولیدكنندگان سیلیكون معمولاً مایعات را در غلظت ۱۰ تا ۵۰٪ ماده فعال در محلول ها. و از ۲۰ تا ۶۰٪ ماده مؤثر در امولسیون ها ارائه می کنند. این ویژگی عمدتاً در صنایع کاغذ و نساجی استفاده می شود.
در بسیاری از موارد با ترکیبی مناسب از مواد جامد سیلیکون و روغن سیلیکون ، نه تنها کاربردهای دیگر را می توان یافت ، بلکه می توان از طریق اثرات هم افزایی، اثربخشی را بهبود بخشید. به عنوان مثال:
• سیلیکون ضدکف (آنتی فوم) (به صورت خالص یا امولسیون)
• خمیر سیلیکون (که به آن روغن ژل نیز گفته می شود)
• روغن سیلیکون کلاسیک.

بحث در مورد “کاربردهای روغن سیلیکون” کار ساده ای نیست ، زیرا این ترکیبات در بیشتر موارد استفاده می شوند و کاربرد بسیار وسیعی دارند. بنابراین ابتدا به بررسی روغن سیلیکون خالص ، محلول ها و امولسیون های آن وسپس ترکیبات سیلیکون می پردازیم.

یکی از مهمترین کاربردهای روغن سیلیکون به شکل خالص، محلول یا امولسیون، استفاده از آن ها به عنوان ماده روان کننده است.
برای کاربرد به عنوان روان کننده خواص زیر مورد نیاز است: پخش خوب و رطوبت مناسب. ناسازگاری بالا با قالب ها و مواد قالب دار؛ و همچنین مقاومت در برابر درجه حرارت بالا. روغن سیلیکون به عنوان روان کننده در صنعت پلاستیک (به ویژه در ترکیبات پلاستیک / شیشه و پلاستیک / فلز) کاربرد دارد. همچنین در صنعت نساجی بعنوان روان کننده الیاف پلی استر و پلی آمید استفاده می شود.
سیلیکون ها به طور فزاینده ای در صنعت خودرو به عنوان ضدسایش (یعنی جلوگیری از اصطکاک) مورد استفاده قرار می گیرند و به عنوان روان کننده برای محصولات قالب ترموپلاستیک استفاده می شوند. خصوصیات ویسکوزیته-درجه حرارت عالی باعث می شود تا از سیلیکون ها در ساخت ماشین استفاده شود. همچنین به دلیل خواص عالی دی الکتریک – همراه با نقطه اشتعال بالا و مقاوم تحت شرایط فیزیولوژیکی ، امکان جایگزینی سیلیکون با انواع ترکیبات شیمیایی سمی که مشکلات زیست محیطی ایجاد می کردند، فراهم شده است.
استفاده از روغن سیلیکون به عنوان ضدآب یکی از اویلن کاربردهای تجاری روغن سیلیکون بوده است. این اثر به دلیل استریوشیمی زنجیره های سیلوکسان است که به موجب آن گروه های متیل به نوعی جهتگیری کرده اند که باعث دفع آب می شود.
خاصیت دفع آب نه تنها در صنعت نساجی بلکه در صنایع آرایشی و دارویی ، به عنوان مثال در کرم های مراقبت از پوست نیز مورد استفاده قرار می گیرد.

یکی از کاربردهای تجاری اصلی ترکیبات جامد سیلیکون استفاده به عنوان ضدکف است. روغن سیلیکون خالص به طور گسترده ای در میادین نفتی استفاده می شود. این کاربرد حاصل از عدم سازگاری آن با سیستم های نفت خام است ، و به این معنی است که علیرغم حلالیت بسیار ناچیزشان ، به راحتی پراکنده می شوند. از طرف دیگر سیستم های آبی که غالباً حاوی سورفاکتانت هستند ، به فرمولاسیون حاوی سیلیکون جامد و حاوی سیلیسیک اسید نیاز دارند.
همبستگی های پیچیده فیزیکی و شیمیایی بین کف محلول های آبی حاوی سورفاکتانت و از بین بردن موفقیت آمیز کف با استفاده از سیلیکون جامد همچنان موضوعی برای بحث در نشریات علمی است. عمده ترین دلایلی که که باعث می شود سیلیکون جامد به عنوان ضدکف کاربرد داشته باشد، عبارتند از:

• عدم حلالیت در سیستم های کف
• قابلیت پراکندگی بالا
• کشش سطحی کم