シリコーン

シリコーン：多様な用途を持つ合成高分子化合物

シリコーンは、ケイ素原子と酸素原子が交互に結合したシロキサン結合(-Si-O-Si-)を主骨格とする合成高分子化合物の総称です。その語源は、ケトンの炭素原子をケイ素原子で置換した化合物であるシリコケトンに由来しますが、現在では有機ケイ素化合物全般を指すこともあります。

シリコーンの特性：優れた多機能性

シリコーンの優れた特性は、その独特の分子構造と化学結合に起因しています。シロキサン結合は、炭素-炭素結合に比べて結合エネルギーが大きく、原子間距離や結合角も異なるため、分子全体は螺旋構造をとります。この構造と結合の強さが、シリコーンの様々な特性を生み出しています。

耐熱性・耐寒性: シロキサン結合の強い結合エネルギーにより、200℃を超える高温にも耐えることができます。また、置換基の種類を変えることで耐寒性も向上させることができます。高温下では変性や分解が起こりますが、その速度は遅く、燃焼や爆発の危険性は低いです。分解生成物もシリカと水蒸気であり、安全性が高いです。

化学的安定性: 酸化や分解されにくい性質を持ち、化学的に安定しています。そのため、化学分野での利用が広く、生体への毒性も低いため、医療分野でも使用されています。ただし、体内に浸潤した場合の異物反応には注意が必要です。

電気絶縁性: シロキサン結合のバンドギャップが大きいため、電気絶縁性に優れ、誘電率が小さいため電場を妨げません。耐熱性と相まって絶縁耐力も高く、紫外線や放射線にもある程度耐える耐候性も備えています。

撥水性・ガス透過性: 螺旋状の分子構造により、分子間力が小さく、液体では表面張力が低く、固体では撥水性やガス透過性が高くなります。

界面特性: ケイ素原子に様々な有機置換基を導入することで、ガラスなどの無機物にはない界面特性を付与できます。置換基の種類や導入位置を変えることで、親水性、疎水性、耐熱性、耐化学性などを調整できます。例えば、フェニル基を増やすと耐寒性が増し、フッ素を含む置換基を導入すると耐油性や疎水性が向上します。

シリコーンの製造

シリコーンは、主にジクロロジメチルシランなどのシラン類を原料として製造されます。金属ケイ素と有機ハロゲン化合物を反応させてシラン類を合成し、加[[水分解]]と脱水縮合によってシロキサン結合を形成します。この過程で、シラン類の純度や反応条件を調整することで、様々な特性を持つシリコーンを製造できます。製造プロセスでは精留工程が重要であり、製品の性能に大きく影響します。

シリコーンの歴史

シリコーンの合成は20世紀初頭、イギリスのフレデリック・キッピングによるグリニャール試薬の研究中に偶然発見されました。しかし、コストや収率の問題から、当初は実験レベルにとどまっていました。1934年、コーニング社のジェームス・フランクリン・ハイドによる透明シリコーン樹脂の発明が大きな転機となり、その後、アメリカを中心に研究開発が進み、軍需産業での利用が拡大しました。日本でも1940年代から研究が始まり、現在では信越化学工業、東レ・ダウコーニング、旭化成ワッカーなど多くの企業が製造・販売を行っています。

シリコーンの用途

シリコーンは、その優れた特性から、幅広い分野で利用されています。主な用途には以下のようなものがあります。

オイル: シリコーンオイル、シリコーングリース、オイルコンパウンド、消泡剤、化粧品、日用品など
ゴム: ゴムコンパウンド、RTVゴム、医療素材、シリコーンハイドロゲルなど
樹脂: コーティング剤、接着剤、絶縁材など
ワックス: カーワックスなど
医薬品: 消化器内ガス駆除剤など
* 玩具: シリーパティーなど

シリコーンは、無色透明で、撥水性、耐熱性、耐薬品性、電気絶縁性に優れ、生体適合性も高いことから、今後も様々な用途への応用が期待されています。しかし、強酸や一部の溶媒には弱いため、使用環境には注意が必要です。

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