Chất liệu silicone và những thông tin ít được nhắc đến

Silicone là tên gọi của một nhóm các hợp chất quen thuộc hiện nay. Chúng ta có thể bắt gặp chất liệu silicone ở nhiều lĩnh vực, từ sản xuất công nghiệp cho đến chăm sóc cá nhân. Dù quen thuộc là vậy nhưng vẫn còn nhiều người không thể hiểu một cách chính xác silicone là gì, nó có độc không, nó được ứng dụng thế nào. Những vấn đề này sẽ được giải đáp trong bài viết dưới đây.

1. Silicone được nghiên cứu và phát triển thế nào?

“Silicon (Tiếng Anh: silicone) là các polyme bao gồm bất kỳ hợp chất tổng hợp, trơ được tạo thành từ các đơn vị lặp lại của siloxan, gồm một nhóm chức của hai nguyên tử silic và một nguyên tử oxy thường xuyên kết hợp với cacbon và/hoặc hydro.”

Nguồn tham khảo: Wikipedia

Silicon là một nguyên tố hoá học linh hoạt, có thể kết hợp với nhiều kim loại khác nhau. Silicon kết hợp với oxygen tạo thành polymer, gọi là silicone. Như vậy, chất liệu silicone là một hợp chất tổng hợp mà chuỗi polymer mạch chính có cấu trúc gồm các nguyên tử silicon và oxy hoặc nhóm hữu cơ liên kết với nhau.

Năm 1824, nhà hoá học Jöns Jakob Berzelius – người Thuỵ Điển đã tìm ra nguyên tố Silicon (Si). Sự xuất hiện của silicon đã đặt nền móng cho những nghiên cứu và phát triển chất liệu silicone sau này. Nhà hoá học người Anh Frederic Kipping là người đầu tiên tạo ra silicone và có những đóng góp quan trọng cho sự phát triển silicone thành một loại vật liệu đa năng như ngày nay.

Quá trình tìm ra chất liệu silicone được ông thực hiện trong phòng thí nghiệm tại Nottingham. Ông đã tiên phong trong việc nghiên cứu các hợp chất hữu cơ của silicon và đặt ra thuật ngữ silicone với tên ban đầu là silicoketone. Kipping – cha đẻ của silicone bắt đầu nghiên cứu về các hợp chất của silicon vào năm 1886. Ông đã kết hợp silicon dioxide (SiO2) với các hợp chất hữu cơ khác nhau để tạo ra các hợp chất mới. Trong quá trình nghiên cứu này, ông đã phát hiện ra một hợp chất có tên là “silicone” vào năm 1893.

Kipping đã đăng bài báo về phát hiện của mình trên tạp chí Journal of the Chemical Society vào năm 1893. Phát hiện của ông đã thu hút sự chú ý của các nhà khoa học trên toàn thế giới và đã mở ra một chương mới trong nghiên cứu về chất liệu silicone. Kipping tiếp tục nghiên cứu về silicone trong nhiều năm sau đó. Ông đã phát hiện ra nhiều loại silicone khác nhau, bao gồm silicone lỏng, silicone rắn và silicone cao su. Ông cũng đã phát triển các phương pháp sản xuất silicone trên quy mô công nghiệp.

Dưới đây là một số mốc quan trọng trong quá trình tìm ra chất liệu silicone của Frederic Kipping:

• Năm 1886: Kipping bắt đầu nghiên cứu về các hợp chất của silicon.
• Năm 1893: Kipping phát hiện ra chất liệu silicone.
• Năm 1898: Kipping phát hiện ra chất liệu silicone lỏng.
• Năm 1900: Kipping phát hiện ra chất liệu silicone rắn.
• Năm 1904: Kipping phát hiện ra chất liệu silicone cao su.
• Năm 1907: Kipping phát triển các phương pháp sản xuất chất liệu silicone trên quy mô công nghiệp.

2. Tính chất lý hoá của silicone

Cấu trúc cơ bản của silicone được tạo thành từ polyorganosiloxan, trong đó các nguyên tử silicon liên kết với oxy để tạo ra liên kết “siloxane”.

Cấu trúc hóa học của silicone là: R1 – Si – (O – Si – O)n – R2

Trong đó:

• R1 và R2 là các nhóm hữu cơ, thường là các nhóm methyl (-CH3), ethyl (-CH2CH3), phenyl (-C6H5),…
• n là số lượng đơn vị lặp lại của siloxan

2.1. Đặc tính vật lý

Chất liệu silicone có nhiều tính chất vật lý ưu việt, bao gồm:

• Chịu nhiệt tốt: Silicone có thể chịu được nhiệt độ lên đến 200 độ C. Nhờ có nhánh -Si-O- nên silicone có khả năng chống chịu nhiệt tốt hơn các polymer hữu cơ thông thường,
• Chống thấm nước, dầu và hóa chất: Silicone không thấm nước, dầu và hóa chất, khó phản ứng với các hóa chất khác và ngăn chặn việc dính kết vào nhiều loại bề mặt nhờ mạch phụ gồm các nhóm methyl.
• Đàn hồi tốt: Silicone có thể co giãn nhiều lần mà không bị đứt gãy.
• Độ bền cơ học cao: Silicone có độ bền cơ học cao, có thể chịu được lực tác động lớn mà không bị biến dạng.
• Độ dẫn điện thấp. Điều này là do cấu trúc phân tử của silicone có xu hướng cản trở sự truyền rung động nhiệt từ phân tử này sang phân tử tiếp theo.
• Không độc hại: Silicone là một loại vật liệu an toàn, không độc hại.

Các tính chất vật lý của silicone thay đổi phụ thuộc vào hàm lượng các nhóm hữu cơ trong cấu trúc của nó.

2.2. Đặc tính hoá học 

• Không phản ứng hoá học: Cần rất nhiều năng lượng để phá vỡ liên kết của chuỗi silicon-oxy hình thành nên bộ xương polyme của các phân tử silicon. Bởi vì hầu hết các hóa chất mà silicon tiếp xúc không có đủ năng lượng để vượt qua khả năng chống thay đổi của phân tử silicon nên có rất ít động lực cho các phản ứng hóa học. Vì vậy, silicone thường được coi là không phản ứng hóa học.
• Chống oxy, ozon và tia cực tím tốt: Liên kết silicon-oxy trong silicon ổn định hơn so với liên kết giữa các nguyên tử carbon trong chuỗi polymer hữu cơ. Lượng năng lượng mà tia UV có thể cung cấp cao hơn mức cần thiết để phá vỡ liên kết CC, nhưng không đủ để làm hỏng liên kết Si-O. Đây là lý do tại sao silicon có khả năng chống tia UV và quá trình oxy hóa cao hơn nhựa gốc carbon.
• Khả năng kháng dung môi hợp chất hữu cơ: Chất liệu silicone có khả năng chống lại sự tấn công của hầu hết các hóa chất do cấu trúc không phản ứng và năng lượng bề mặt thấp. Tuy nhiên, một số hóa chất vô cơ, đặc biệt là axit sulfuric và hydrofluoric ở nồng độ cao sẽ làm hỏng silicon.

2.3. Các loại silicone

Hiện nay, chất liệu silicone được chia thành 4 loại cơ bản tương ứng với các công dụng riêng. Cụ thể như sau:

• Silicone lỏng: bao gồm một hệ thống hai thành phần, với hai hợp chất được kết hợp tại thời điểm sử dụng. Nó thường được xử lý ở nhiệt độ cao, sử dụng chất xúc tác bạch kim. Cả quy trình đúc được sử dụng và đặc tính sản phẩm cuối cùng của silicone lỏng đều có thể thích ứng với nhiều ứng dụng hơn.
• Silicone gel: Đây cũng là một dạng silicone lỏng nhưng phần lớn nó được dùng trong phòng thí nghiệm, ứng dụng trong y tế, dụng cụ nấu ăn, trong phẫu thuật thẩm mỹ,…
• Silicone cao su: Là loại silicone có tính chịu nhiệt cao nhất. Các phân tử bao gồm các đơn vị lặp lại của khung silicon-oxy với các vị trí liên kết khác bị chiếm giữ bởi các nhóm phân tử khác (nhóm methyl và fluoroalkyl). Điều này giúp silicone cao su có khả năng chống dầu và nhiên liệu tốt hơn. Vì thế nó được dùng phổ biến trong các ứng dụng của ngành hàng không.
• Silicone nhựa: còn được gọi là “cao su xử lý nhiệt”, bao gồm các chuỗi polymer silicon có trọng lượng phân tử rất cao. Nó thường được sử dụng trong các lớp phủ chịu nhiệt.

Như vậy, silicone là một loại vật liệu tổng hợp có nhiều phân loại. Silicone cũng có nhiều ứng dụng trong nhiều lĩnh vực. Bài viết tiếp theo Kamidi sẽ bật mí cho các mẹ những thông tin chi tiết về ứng dụng của chất liệu silicone. Hãy thường xuyên ghé qua Kamidi Việt Nam để biết thêm nhiều thông tin bổ ích ba mẹ nhé! 

Website: https://kamidi.vn

Fanpage: Kamidi Việt Nam