تعریف و ساختار شیمیایی
پلی‌سیلوکسان‌ها خانواده‌ای از پلیمرها هستند که زنجیره اصلی آن‌ها از پیوندهای سیلیکون–اکسیژن (Si–O–Si) تشکیل شده و معمولاً گروه‌های جانبی آلی (مانند متیل، فنیل یا وینیل) به اتم‌های سیلیکون متصل می‌شوند. این پیوند Si–O به دلیل طول بیشتر و انرژی پیوندی بالاتر نسبت به پیوند C–C، انعطاف‌پذیری زنجیره و پایداری گرمایی فوق‌العاده‌ای ایجاد می‌کند.
خواص کلیدی
- پایداری حرارتی و اکسیداتیو: مقاومت در بازه دمایی بسیار وسیع (حدود -۶۰ تا +۲۵۰ درجه سانتی‌گراد برای متیل‌سیلوکسان‌ها).
- انعطاف‌پذیری در سرما: حتی در دماهای بسیار پایین خاصیت الاستومری خود را حفظ می‌کند، به دلیل زاویه و طول پیوند Si–O.
- آب‌گریزی و مقاومت شیمیایی: ناشی از گروه‌های آلی غیرقطبی (به ویژه متیل) روی سطح زنجیره.
- خواص دی‌الکتریک عالی: ثابت دی‌الکتریک پایین و پایداری الکتریکی حتی در رطوبت بالا.
- نفوذپذیری بالا به گازها: که هم مزیت (در غشاها) و هم محدودیت (در آب‌بندی) است.
روش‌های تولید
بطور خلاصه : پلی‌سیلوکسان‌ها معمولاً از هیدرولیز و کندانسه کردن سیلان‌ها (مثل دی‌متیل‌دی‌کلروسیلان) یا پلیمریزاسیون حلقه‌گشا تترا‌مری‌های سیکلیک (مثل D₄) تولید می‌شوند. کنترل وزن مولکولی و میزان کراس‌لینک شدن ساختار برای تعیین خواص نهایی بسیار مهم است.
تولید پلی‌سیلوکسان‌ها معمولاً با استفاده از دو مسیر اصلی انجام می‌شود: نخست، هیدرولیز و کندانسه کردن سیلان‌های دی‌کلرو (مانند دی‌متیل‌دی‌کلروسیلان) که با آب واکنش داده و سیلوکسان‌های خطی یا چرخه‌ای ایجاد می‌کنند. دوم، پلیمریزاسیون حلقه‌گشا تترا‌مری‌های سیکلیک (نظیر اکتامتیل‌سیکلو‌تتراسیلوکسان یا D₄) که با کمک کاتالیست‌های اسیدی یا بازی انجام می‌شود. انتخاب روش، نوع کاتالیست، حلال، و شرایط واکنش (دما، فشار، زمان) تأثیر مستقیم بر ویسکوزیته، طول زنجیره و ساختار محصول دارد. کنترل دقیق وزن مولکولی و میزان کراس‌لینک شدن، عامل کلیدی در به‌دست آوردن ویژگی‌های مکانیکی و حرارتی موردنظر است.
فرآیندهای یادشده به دلیل ماهیت خطرناک ترکیبات خام (مثل هالوژنه‌ها و بخارات سیلان)، واکنش‌های گرمازا و نیاز به دقت بالا، تنها باید در محیط‌های آزمایشگاهی مجهز یا خطوط صنعتی تخصصی و تحت نظارت متخصصان شیمی پلیمر انجام شوند. علاوه بر الزامات ایمنی فردی (ماسک، دستکش مقاوم، عینک محافظ)، کنترل گازهای خروجی و پساب شیمیایی اهمیت زیادی دارد تا هم‌زمان ایمنی پرسنل و حفاظت از محیط‌زیست تضمین شود. اجرای این واکنش‌ها بدون تجهیزات و تجربه کافی، می‌تواند منجر به حوادث جدی و آلودگی شیمیایی شود.
کاربردهای Polysiloxane
- الاستومرهای سیلیکونی: آب‌بندی و درزگیرها در صنایع خودرو، هوافضا و پزشکی به دلیل مقاومت حرارتی و شیمیایی.
- پوشش‌ها و رنگ‌ها: ایجاد لایه‌های ضدآب، ضدخراش و مقاوم به UV برای سنگ، شیشه، پارچه یا فلز.
- روانکارها و مایعات هیدرولیک: پایداری ویسکوزیته در شرایط سخت عملیاتی.
- الکترونیک: به عنوان مواد دی‌الکتریک و پوشش محافظ مدارها.
- پزشکی: ایمپلنت‌های انعطاف‌پذیر، لوله‌های پزشکی، قالب‌گیری دندان.
محدودیت‌های پلی‌سیلوکسان
- هزینه تولید نسبتاً بالا به دلیل نیاز به مواد اولیه خاص و فرایندهای کنترل‌شده.
- چسبندگی ضعیف به برخی بسترها مگر با پرایمر یا اصلاح شیمیایی.
- نفوذپذیری گازی بالا که ممکن است برای برخی کاربردهای ایزولاسیون مشکل باشد.
| ویژگی / متریال | پلی‌سیلوکسان (Silicone) | FKM (فلورو‌الاستومر) | PTFE (پلی‌تترافلوئورواتیلن) | NBR (لاستیک نیتریل) |
|---|---|---|---|---|
| هزینه تولید | بالا؛ نیاز به سیلان‌های خاص و فرایند پلیمریزاسیون کنترل‌شده | بالا؛ مونومرهای فلوردار گران و فرآیندهای سختگیرانه | بسیار بالا؛ پلیمریزاسیون خاص گازی و تجهیزات ویژه | متوسط؛ وابسته به قیمت بوتادین و ACN |
| چسبندگی به بسترها | ضعیف؛ نیازمند پرایمر یا اصلاح سطح | متوسط؛ روی فلزات بهتر، روی پلیمرها ضعیف | بسیار ضعیف؛ تقریباً بدون اصلاح سطح غیرقابل چسباندن | خوب؛ در حالت ولکانیزه به اکثر سطوح قابل اتصال |
| نفوذپذیری گازی | بالا؛ به ویژه برای اکسیژن و CO₂ | پایین؛ مناسب آب‌بندی گازی | بسیار پایین؛ نزدیک به صفر برای بسیاری از گازها | متوسط؛ بیشتر برای مایعات آب‌بند است تا گاز |
| پایداری حرارتی | عالی (-60 تا +250°C) | بسیار خوب (-20 تا +200°C) | عالی (-200 تا +260°C) | خوب (-30 تا +120°C) |
| مقاومت در برابر مواد شیمیایی | خوب؛ اما محدود مقابل حلال‌های آروماتیک قوی | عالی؛ ضد سوخت و بسیاری از مواد شیمیایی | عالی؛ تقریباً اینرت | بسیار خوب در مقابل روغن و سوخت |
| کاربردهای حساس به ایزولاسیون گازی | محدود به دلیل نفوذپذیری بالا | مناسب | عالی | متوسط |
آینده و روندهای نوین
پژوهش‌ها روی پلی‌سیلوکسان‌های هیبریدی (ترکیب با پلی‌اتیلن، پلی‌یورتان یا پلی‌اتر) برای ایجاد خواص چندگانه، نانوپُرکننده‌ها برای بهبود استحکام مکانیکی و فرمولاسیون‌های زیست‌سازگار برای پزشکی و ایمپلنت‌ها متمرکز است. تولید سبزتر با استفاده از کاتالیست‌های ایمن‌تر و مواد اولیه تجدیدپذیر نیز در حال رشد است.
