Pendidikan Sains Aplikatif, Matematika Menarik dan Karya Ilmiah

Aplikasi Kimia : Pembuatan Silikon Skala Industri dan Aplikasinya

Silikon memiliki sifat unik di antara polimer-polimer lainnya karena adanya kelompok senyawa rantai organik yang melekat atom anorganik. Silikon digunakan di banyak industri termasuk untuk elektronik, cat, konstruksi dan makanan.

Struktur dan sifat silikon
Silikon adalah polimer sintetik dengan ikatan yang kuat antara silikon-oksigen mirip dengan ikatan yang ada di silikon dioksida (silika), tetapi dengan gugus organik yang melekat pada atom silikon dengan ikatan C-Si. Gugus organik terletak pada bagian luar dari rantai silikon.
Aplikasi Kimia : Pembuatan Silikon Skala Industri dan Aplikasinya

Dengan demikian, walaupun memiliki rantai yang sangat polar, sifat fisik silikon mirip dengan alkana. Namun, kerangka  silikon -Si-O-  memberikan polimer kestabilan termal seperti dalam silika, sehingga silikon dapat digunakan di mana bahan organik yang sejenis akan meleleh atau terurai.

Untuk membedakan antara jenis silikon yang berbeda-beda, digunakan sistem penamaan khusus berdasarkan monomer. Senyawa silikon paling sederhana adalah silan, SiH4 termasuk seri homolog silane. Silane merupakan ikatan Si dengan anggota alkana yang paling sederhana yaitu metana  CH4.
Aplikasi Kimia : Pembuatan Silikon Skala Industri dan Aplikasinya

Adanya atom oksigen dalam rantai silikon ditunjukkan dengan menggunakan nama yang sistematis, siloksan, sehingga disebut sebagai mengandung atom silikon, atom oksigen dan jenuh seperti pada alkana.
Jika gugus yang melekat pada rantai siloksan adalah kelompok fenil, maka silikon yang dihasilkan diberi nama poli (diphenyl siloxane) dan unit diulang sepanjang rantai.
Aplikasi Kimia : Pembuatan Silikon Skala Industri dan Aplikasinya
Yang paling banyak digunakan silikon adalah mereka yang memiliki gugus metil di strukurnya. Sifat seperti kelarutan dalam pelarut organik dan fleksibilitas dapat diubah dengan menggantikan gugus metil dengan gugus organik lainnya. Misalnya, silikon dengan kelompok fenil merupakan polimer lebih fleksibel dibandingkan dengan kelompok metil. Silikon jenis ini juga merupakan pelumas yang sangat baik dan pelarut yang sangat untuk senyawa organik. Struktur unit berulang dari silikon dapat digambarkan sebagai berikut:
Aplikasi Kimia : Pembuatan Silikon Skala Industri dan Aplikasinya
Dimana R merupakan gugus organik yang melekat pada rantai induk silikon, misalnya:
Aplikasi Kimia : Pembuatan Silikon Skala Industri dan Aplikasinya
Penggunaan silikon
Silikon dapat dibagi menjadi empat kelas:
a) cairan silikon
b) gel silikon
c) elastomer silikon (karet)
d) resin silikon
Bentuk fisik dan penggunaan tergantung pada struktur polimer.

Aplikasi Kimia : Pembuatan Silikon Skala Industri dan Aplikasinya

(a) cairan silikon adalah rantai biasanya lurus dari poli (dimethylsiloxane), dengan struktur berulang:
Aplikasi Kimia : Pembuatan Silikon Skala Industri dan Aplikasinya
Mereka biasanya memiliki trimetilsilil kelompok, Si (CH3) 3 pada setiap akhir dari rantai:
Aplikasi Kimia : Pembuatan Silikon Skala Industri dan Aplikasinya
Silikon dengan rantai pendek berbentuk cairan, dibandingkan dengan hidrokarbon, cairan ini memiliki viskositas kurang lebih kosntan diantara rentang temperatur yang luas (200-450 K). Selain itu juga memiliki tekanan uap yang sangat rendah.

Tegangan permukaan yang rendah dari cairan silikon memberi mereka sifat permukaan yang unik. misalnya digunakan sebagai pelumas dalam poles (campuran lilin dan cairan silikon terlarut dalam pelarut organik), dalam cat dan air pewarnaan kain, kertas dan kulit. Mereka juga memiliki sifat anti-busa dan telah digunakan misalnya untuk menekan adanya busa deterjen pada pabrik pembuangan limbah.

Silikon cair ini memiliki entalpi penguapan yang rendah dan terasa halus dan dengan demikian menarik sebagai dasar untuk produk perawatan pribadi seperti penghilang keringat dan lotion perawatan kulit. 
Cairan lain dibuat dengan mencampur polisiloksana bermassa molekul rendah dengan cairan lain dengan massa molekul yang lebih tinggi. Beberapa menggunakan silikon siklik yang terbentuk selama pembuatan polisiloksana linear.

(b)gel Silicone berdasarkan pada poli (dimethylsiloxane) tetapi dengan beberapa rantai ikatan silang antara rantai, memberikan jaringan tiga dimensi sangat terbuka. Seringkali silang dilakukan setelah cairan silikon, dengan bahan yang reaktif, dituangkan ke dalam cetakan dan kemudian dihangatkan atau dikatalisasi sehingga ada interaksi untuk membentuk ikatan silang antara rantai polimer. Ini adalah teknik yang sangat efektif untuk melindungi peralatan elektronik yang sensitif dari kerusakan dari getaran, selain itu polimer juga bertindak sebagai isolator listrik. Bantalan yang mengandung gel silikon juga digunakan sebagai peredam kejut dalam sepatu, khususnya pada pelatih kinerja tinggi dan sepatu lari.

(c) elastomer silikon (karet) yang dibuat dengan membuat lebih ikatan silang ke dalam polimer rantai linear. Struktur ini agak mirip dengan karet alam dan silikon ini berperilaku sebagai elastomer.
Struktur ditentukan oleh jumlah silang dan panjang rantai.

Aplikasi Kimia : Pembuatan Silikon Skala Industri dan Aplikasinya
Silikon Elastomer
Meskipun kekuatannya pada suhu normal lebih rendah daripada yang dari karet alam, karet silikon lebih stabil pada kedua suhu rendah (200 K) dan suhu tinggi (450-600 K) dan umumnya lebih tahan terhadap sbahan kimia.
Silika ditambahkan sebagai pengisi  untuk membuat elastomer kuat.

(d) resin silikon memiliki struktur tiga dimensi dengan atom diatur secara tetrahedral terhadap atom silikon. Resin biasanya digunakan sebagai larutan dalam pelarut organik, dan juga digunakan sebagai insulating varnish listrik atau untuk cat anti air, misalnya untuk melindungi dinding. Mereka juga digunakan untuk memberikan 'anti-stick' pada permukaan bahan yang bersentuhan dengan bahan 'lengket' seperti adonan makanan dan bahan makanan lainnya.

Gugus hidroksil pada resin bereaksi dengan kelompok hidroksil yang ada di permukaan berbagai permukaan anorganik seperti silika dan kaca, sehingga membuat menolak permukaan air.
Sejumlah besar silane, yang dikenal sebagai agen kopling, telah dikembangkan untuk memungkinkan ahli kimia untuk pengikatan substrat anorganik (seperti kaca, mineral dan logam) dengan bahan organik (misalnya, polimer organik seperti akrilik, poliamida, urethanes dan polyalkenes ).
Hasil pengecatan menggunakan silikon lebih bisa mecapai permukaan yang lebih luas. Karena bahan resin disini bisa digunakan sebagai perekat.
Aplikasi Kimia : Pembuatan Silikon Skala Industri dan Aplikasinya

Pembuatan silikon
Silikon diproduksi dari silikon murni yang direduksi dari silikon dioksida (silika) dalam bentuk pasir dengan karbon pada suhu tinggi:
Produksi silikon dari silikon berlangsung dalam tiga tahap:
a) sintesis chlorosilanes
b) hidrolisis chlorosilanes
c) polimerisasi kondensasi

(a) Sintesis chlorosilanes
Silikon pertama diubah menjadi chlorosilanes, misalnya RSiCl3, R2SiCl2 dan R3SiCl, di mana R adalah gugus organik.
Aplikasi Kimia : Pembuatan Silikon Skala Industri dan Aplikasinya

Ketika klorometana dilewatkan melalui silikon yang dipanaskan pada sekitar 550 K di bawah sedikit tekanan dan dengan adanya katalis tembaga (sering tembaga itu sendiri tetapi bahan yang mengandung tembaga lainnya dapat digunakan, misalnya, kuningan atau tembaga (II) klorida), volatile campuran chlorosilanes disuling. Sebagai contoh:
Aplikasi Kimia : Pembuatan Silikon Skala Industri dan Aplikasinya
Campuran cairan mengandung tiga senyawa ini:
Aplikasi Kimia : Pembuatan Silikon Skala Industri dan Aplikasinya
Distilasi dengan hati-hati campuran cairan dari chlorosilanes menghasilkan fraksi murni setiap chlorosilane. Akan menghasilkan produk utma dimethyldichlorosilane ( dengan kadar70-90%, jumlah tergantung pada kondisi yang digunakan).

(b) Hidrolisis chlorosilan
Dichlorosilan dihidrolisis menjadi molekul dengan dua kelompok hidroksil:
Aplikasi Kimia : Pembuatan Silikon Skala Industri dan Aplikasinya
Produk ini adalah silanol akhiran -ol di silanol untuk menunjukkan bahwa molekul ini mengandung setidaknya satu gugus hidroksil yang melekat pada atom silikon dan contoh yang paling sederhana adalah dimethylsilanol:
Aplikasi Kimia : Pembuatan Silikon Skala Industri dan Aplikasinya
Nomenklatur ini mirip dengan alkohol, alkohol paling sederhana dengan dua kelompok hidroksil menjadi etana-1,2-diol: 
Aplikasi Kimia : Pembuatan Silikon Skala Industri dan Aplikasinya

Kelompok hidroksil dari silanol bereaksi secara spontan untuk membentuk sebuah siloksan
Aplikasi Kimia : Pembuatan Silikon Skala Industri dan Aplikasinya
Jika R adalah gugus metil, polimer adalah poli (dimethylsiloxane).
Poli (siloksan dimetil) diproduksi dengan n = 20-50, yang tidak cukup lama untuk menghasilkan silikon yang berguna.
Aplikasi Kimia : Pembuatan Silikon Skala Industri dan Aplikasinya

Polimer relatif pendek dikenal sebagai oligomer. Polimer siklik, misalnya ((CH3) 2SiO)4, juga diproduksi dan kemudian dipisahkan.
Aplikasi Kimia : Pembuatan Silikon Skala Industri dan Aplikasinya
Oligomer dicuci dan dikeringkan. Asam klorida didaur ulang dan bereaksi dengan metanol untuk regenerasi klorometana:
Aplikasi Kimia : Pembuatan Silikon Skala Industri dan Aplikasinya
(c) Kondensasi polimerisasi
Oligomer dengan cepat adanya katalis asam untuk membentuk polimer rantai panjang:
Aplikasi Kimia : Pembuatan Silikon Skala Industri dan Aplikasinya
Nilai (m + n) biasanya antara tahun 2000 dan 4000. Produksi rantai lagi akan bisa dilakukan jika air dihilangkan, misalnya dengan lakukan di bawah vakum.
Untuk membentuk gel silikon, elastomer dan resin, rantai siloksan lama diinduksi untuk membentuk ikatan silang atau cross-link. 

Ada empat cara utama untuk melakukan hal ini:
(i) Cross-linking sering dipengaruhi oleh silan pada sintesis pertama dengan gugus fungsional, di tempat dari kelompok metil, yang akan terjadi reaksi lebih lanjut. Misalnya, silan mengandung etenil (vinyl) kelompok seperti etenil methyldichlorosilane, misalnya dapat ditambahkan ke, dimethyldichlorosilane. 

Namun dengan kelompok etenil dalam rantai, rantai juga dapat mengalami reaksi Selain radikal bebas, dengan cara yang sama dengan polimerisasi radikal bebas dari kloroetena (vinil klorida). Hal ini menyebabkan ikatan silang antara rantai polimer. Seperti polimerisasi ini, Selain reaksi diawali oleh radikal untuk mendekomposisi peroksida organik (misalnya, peroksida Dicumyl):
Aplikasi Kimia : Pembuatan Silikon Skala Industri dan Aplikasinya
Sebagai contoh, jendela kapsul yang terbuat dari kaca diperkuat (menggunakan polyvinyl butiral, PVB sebagai laminasi) yang berlabuh ke bingkai logam dengan resin silikon. Resin ini disiapkan di situ dari dua komponen salah satunya adalah silikon dengan kelompok alkoksi yang menyediakan cross-linking yang dibutuhkan untuk membentuk resin.

Aplikasi Kimia : Pembuatan Silikon Skala Industri dan Aplikasinya

Hasilnya adalah bahwa kapsul dapat menahan angin dari 280 km/jam. Sistem ini juga digunakan di gedung-gedung yang dianggap rentan terhadap serangan teroris, kaca, tahan terhadap ledakan bom dan peluru, akan tetap di tempat karena ikatan yang sangat kuat dengan bingkai logam.

Aplikasi Kimia : Pembuatan Silikon Skala Industri dan Aplikasinya

ii) Cross-linking juga dapat dicapai dengan menggunakan silane dengan gugus etenil (vinyl) dan siloxan lainnya yang mengandung gugus Si-H, dengan senyawa platinum sebagai katalis:
Aplikasi Kimia : Pembuatan Silikon Skala Industri dan Aplikasinya
(iii) Cara lanjut memproduksi ikatan silang adalah untuk memiliki kelompok etanoil di silan tersebut. Ketika silikon ini terkena udara, kelembaban bereaksi dengan gugus fungsional, menghasilkan cross-linked silikon. Senyawa timah organologam mengkatalisis reaksi ini. Sistem ini sering digunakan sebagai sealant dan dapat digunakan di rumah. Produk lain yang terbentuk adalah asam etanoat yang dapat dikenali oleh bau cuka nya.

(iv) Jika beberapa methyltrichlorosilane ditambahkan ke reaktan, yang disebut dimethyldichlorosilane, tiga atom klorin yang dihidrolisis, sehingga menghasilkan jaringan tiga dimensi.
Aplikasi Kimia : Pembuatan Silikon Skala Industri dan Aplikasinya
Dalam keempat metode, sifat fisik silikon dapat dimodifikasi dengan memvariasikan proporsi reaktan, dengan mengontrol tingkat iktan silang

No comments:

Post a Comment