ซิลิโคนและขั้นตอนการทำซิลิโคน

         โพลิไซลอกเซน (Polysiloxane) หรือซิลิโคน ซึ่งเป็นชื่อที่เราค่อนข้างคุ้นมาก ประกอบด้วยอะตอมของออกซิเจน ซิลิกามาต่อกันเป็นโครงสร้างทางเคมีและมีเนื้อสัมผัสคล้ายยางเหนียว การใช้งานสารชนิดนี้ค่อนข้างหลากหลายในอุตสาหกรรม เช่น ด้านแพทย์ ด้านความงาม ด้านการตกแต่งบ้าน เป็นต้น โดยทั่วไปแล้วซิลิโคนเกิดจากสารเคมีที่ทำปฏิกิริยากันอย่างซับซ้อน แต่หารู้ไม่สารตั้งต้นในการทำซิลิโคนคือการนำทรายหรือซิลิกอน (Silicon) มาทำนั่นเอง ว่าแต่กระบวนการจะเป็นลักษณะไหน วันนี้จะมาอธิบายขั้นตอนการทำพอสังเขป

       ซิลิโคนนั้นมีหลายลักษณะไม่ว่าจะเป็นเรซิ่น (Resins) ของเหลว (Fluids) หรืออีลาสโตเมอร์ (Elastomers) [1] โดยขั้นตอนการผลิตเริ่มต้นนั้นสามารถอธิบายให้เห็นได้ชัดขึ้นจากรูปที่ 1 ดังนี้

1. การแยกซิลิกอนออกมาจากซิลิกา ทำได้จากการนำก้อนทรายที่เป็นผลึกควอตซ์ (Quartz) มาให้ความร้อนที่อุณหภูมิ 1800 องศาเซลเซียส ก็จะได้ซิลิกอนบริสุทธิ์ออกมา หลังจากนั้นจะทำให้เย็นตัวลง และนำไปบดเป็นผงละเอียดต่อไป

2. ผสมกับเมทิลคลอไรด์ (Methyl chloride) ต่อมาผงของซิลิกอนที่ถูกบดละเอียดแล้วจะผสมเข้ากับเมทิลคลอไรด์ที่อุณหภูมิประมาณ 300 องศาเซลเซียส ภายใต้ความดัน และความเร็วสูงในเตาปฏิกรณ์เคมี (Reactor) [2] เพื่อกระตุ้นให้เกิดปฏิกิริยาเป็นสารประกอบของเมทิลคลอโรไซเลน (Methyl chlorosilane compounds) เช่น ไดเมทิลไดคลอโรไซเลน โดยสารชนิดนี้จะเป็น Building block สำหรับทำซิลิโคนต่อไป

3. การกลั่นแยกสารผสม ขั้นตอนต่อไปคือการแยกสารประกอบออกจากกันด้วยการกลั่น เนื่องจากสารผสมคลอโรไซเลนมีจุดเดือดที่แตกต่างกัน ขั้นตอนนี้ควรมีการตรวจสอบอุณหภูมิและขั้นตอนการทำให้ถูกต้อง โดยสารประกอบที่แยกมาได้ก็จะนำไปทำซิลิโคนในรูปแบบที่หลากหลายมากขึ้นนั่นเอง

4. การเติมน้ำหรือที่เราเรียกว่ากระบวนการไฮโดรไลซิส (Hydrolysis) เป็นการผสมน้ำหลังการกลั่นสารผสมเมื่อน้ำทำปฏิกิริยากับไดเมทิลไดคลอโรไซเลนจะได้กรดไฮโดรคลอริก (Hydrochloric acid) และสารประกอบของไดไซลานอล (Disilanol) และเมื่อกรดไฮโดรคลอริกทำปฏิกิริยากับไดไซลานอลก็จะเกิดเป็นพอลิไดเมทิลไซลอกเซน (Polydimethysiloxane) [3]

5. พอลิเมอไรเซชั่นของซิลิโคน เกิดจากหน่วยของไซลอกเซนมาต่อกันเป็นลูกโซ่ซ้ำ ๆ กัน เราจึงเรียกว่าพอลิไดเมทิลไซลอกเซน

สมบัติทั่วไปซิลิโคนที่ออกมานั้นโดยส่วนใหญ่ คือ ใส ไม่มีกลิ่นฉุน ยืดหยุ่น อ่อนตัว ไม่เหนียวแต่มีความทนทาน ทนต่อแรง อุณหภูมิและน้ำ อากาศและแก๊สสามารถผ่านได้ ทำความสะอาดได้ง่าย ไม่มีความเป็นพิษ [1] หากอยากปรับปรุงคุณสมบัติก็จะทำการดัดแปรเพิ่มเติมเพื่อให้เกิดการเปลี่ยนคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมี ในส่วนของขั้น polymerization ก็สามารถทำได้เมื่อผลิตภัณฑ์ออกมาจะมีคุณสมบัติแตกต่างกัน

อ้างอิง

[1] https://www.simtec-silicone.com/blogs/how-is-silicone-produced/. Accessed 6 March 2024.

[2] https://united-silicones.com/the-making-of-silicone-the-5-step-process/. Accessed 6 March 2024.

[3] https://www.researchgate.net/figure/Hydrolysis-of-dichlorodimethylsilane-to-produce-polydimethylsiloxanes-PDMS-and_fig1_242707589. Accessed 6 March 2024