انواع روغن سیلیکون: ساختار شیمیایی، ویژگی‌ها، کاربردها و مقایسه

مقدمه

انواع روغن سیلیکون به عنوان یکی از مواد کلیدی در صنایع مدرن، کاربرد بسیار گسترده‌ای یافته‌اند. این گروه از ترکیبات با پایه زنجیره‌های سیلوکسان (سیلیسیم-اکسیژن) و گروه‌های جانبی مختلف، دارای خواص ویژه‌ای مانند پایداری حرارتی عالی، غیرسمی بودن، مقاومت شیمیایی، عایق بودن، روان‌کنندگی منحصر به فرد، و قابلیت اصلاح برای نیازهای عملکردی متفاوت هستند. بخش قابل توجهی از کاربردها و بهینه‌سازی‌های شیمیایی در دنیای امروزی بر پایه همین روغن‌های سیلیکونی و مشتقات آن‌ها قرار گرفته است.

طبقه‌بندی کلی انواع روغن سیلیکون

روغن سیلیکون به دلیل انعطاف ساختاری پلیمرهای سیلوکسان و قابلیت افزودن گروه‌های جانبی مختـلف، در گروه‌بندی‌های زیر قابل بررسی است:

• پلی‌دی‌متیل‌سیلوکسان (PDMS)
• روغن‌های سیلیکون فنیل‌دار
• روغن‌های سیلیکون وینیل‌دار
• روغن‌های سیلیکون هیدروژن‌دار
• فلوئورو سیلیکون‌ها
• آمینو سیلیکون‌ها
• اپوکسی سیلیکون‌ها
• سیلیکون‌های کوپلیمر با پلی‌اتر

هر یک از این زیرگروه‌ها با ساختار شیمیایی، ویژگی‌ها و کاربردهای منحصربه‌فرد تعریف می‌شوند و باعث شده‌اند روغن سیلیکون، جایگاه انحصاری در حوزه‌های مختلف صنعتی و علمی داشته باشند.

پلی‌دی‌متیل‌سیلوکسان (PDMS)

ساختار شیمیایی

ساختار کلی PDMS به صورت زنجیره‌ای از واحدهای تکرارشونده -[Si(CH₃)₂O]- است که به طور خطی یا شاخه‌دار به هم متصل‌اند. زنجیره اصلی، پیوند سیلوکسان (Si–O–Si) با گروه‌های متیل (-CH₃) به سیلیسیم دارد.

ویژگی‌ها

PDMS با داشتن انعطاف‌پذیری بالا در زنجیره، پایداری حرارتی بسیار خوب (در محدوده‌ی منفی ۵۰ تا بیش از ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد)، ویسکوزیته قابل تنظیم، ضدآب بودن و شفافیت اپتیکی عرضه می‌شود. به دلیل ساختار غیر فعال، به طور ذاتی غیرسمی، غیرقابل اشتعال، و مقاوم در دما و محیط‌های مختلف است. از جمله خواص دیگر می‌توان به کشسانی، نرم بودن، و ویسکوزیته متنوع آن اشاره کرد.

کاربردها

• به عنوان پایه اصلی در انواع روغن سیلیکون برای مصارف روان‌کننده، مایعات هیدرولیک، ضد کف و عایق الکتریکی
• ماده اصلی در تهیه کاشت پزشکی (پروتز)، لنز تماسی، تجهیزات میکروفلوئیدیک و قالب‌گیری نرم
• افزودنی کلیدی در شامپو و محصولات مراقبت از مو و پوست
• استفاده در صنایع غذایی به عنوان عامل ضدکف و در آنتی‌فوم‌های صنعتی
• ساخت الاستومر سیلیکون و دیرگدازی در سرامیک‌ها و کامپوزیت‌ها.

تفاوت با سایر روغن‌های سیلیکونی

PDMS ساده‌ترین و پرمصرف‌ترین نوع روغن سیلیکون است که گروه‌های جانبی منحصر به متیل دارد. نسبت به نمونه‌های اصلاح شده (مثل فنیل‌دار یا آمینو)، واکنش‌پذیری پایین‌تری دارد و عمدتا به عنوان پایه غیر فعال برای اصلاحات شیمیایی و عملکردی عمل می‌کند.

روغن سیلیکون فنیل‌دار (Phenyl Silicone Oil)

ساختار شیمیایی

در روغن سیلیکون فنیل‌دار (یا متیل‌فنیل سیلوکسان)، بخشی از گروه‌های متیل زنجیره اصلی، جای خود را به گروه‌های فنیل (C₆H₅-) داده‌اند. روی این اساس، فرمول کلی به صورت -[Si(CH₃)(C₆H₅)O]- است و درصد جایگزینی بر خواص تاثیر می‌گذارد.

ویژگی‌ها

مهم‌ترین ویژگی‌های این نوع روغن سیلیکون عبارت‌اند از:

• پایداری حرارتی بالاتر (محدوده عملکرد تا ۲۵۰°C و حتی بیشتر)
• مقاومت به شکست در دمای پایین‌تر (نقطه انجماد تا منفی ۷۰°C برای انواع کم‌فنیل)
• مقاومت عالی در برابر اکسایش و پرتوهای یونیزه‌کننده
• ضریب شکست و دانسیته بالاتر نسبت به PDMS معمولی
• سازگاری بیشتر با رزین‌ها و ترکیبات آلی و قابلیت حل شدن بهتر در حلال‌های قطبی

کاربردها

• صنایع الکترونیک: به عنوان روغن دی‌الکتریک، مایع انتقال حرارت و نرم‌کننده قطعات در تجهیزات الکترونیک حساس
• محصولات آرایشی و بهداشتی: بهبود فیلم‌پذیری، پایداری و افزایش لطافت فرمولاسیون‌های لوکس
• صنعت نساجی: عامل ضدآب و نرم‌کننده فاخر برای پارچه‌های الیافی طبیعی و مصنوعی
• صنعت لاستیک و رنگ: بهبود روان‌کنندگی، مقاومت حرارتی و ضدUV رزین‌ها و لاستیک‌ها
• روان‌کننده‌های دما بالا در هوافضا و هیدرولیک‌های ویژه

تفاوت با سایر انواع روغن سیلیکون

روغن‌های فنیل‌دار نسبت به PDMS، در زمینه مقاومت حرارتی و استقامت در برابر اشعه UV و رادیواکتیو سرآمد هستند و در محیط‌های شدید (تنش مکانیکی و حرارتی، فضای باز، صنعت هوافضا) برتری دارند.

روغن سیلیکون وینیل‌دار (Vinyl Silicone Oil)

ساختار شیمیایی

در ساختار روغن سیلیکون وینیل‌دار بخش مشخصی از گروه‌های متیل روی واحدهای سیلوکسان با گروه وینیل (-CH=CH₂) جایگزین شده‌اند. بنابراین واحد تکرارشونده به صورت -[Si(CH₃)(CH=CH₂)O]- و در کوپلیمرها نسبت درصد تعیین‌کننده خواص است.

ویژگی‌ها

• واکنش‌پذیری بالا: گروه وینیل به عنوان نقطه اتصال برای واکنش‌های کراسلینکینگ (خصوصا هیدروسیلیلاسیون) عمل می‌کند.
• قابلیت پخت در دمای پایین و بالا (RTV و HTV): امکان تولید الاستومرهای سیلیکونی با شبکه سه‌بعدی مقاوم در برابر حرارت و عوامل محیطی
• تنوع ویسکوزیته بسته به طول زنجیره/درصد وینیل
• پایداری شیمیایی مشابه روغن‌های معمولی با امکان اصلاح عملکردی

کاربردها

• ماده پایه اصلی تولید لاستیک سیلیکونی (LSR/HTV)، چسب و آب‌بندی
• واکنش‌دهنده جهت اصلاح رزین‌های پلی‌یورتان، آکریلیک و اپوکسی
• روان‌کننده در کاربردهای صنعتی ویژه که نیاز به امکان اتصال شیمیایی دارند
• بهبود خصوصیات نهایی الاستومرها، مثل مقاومت مکانیکی، کشسانی و ماندگاری

تفاوت با سایر انواع روغن سیلیکون

روغن وینیل‌دار در مقایسه با PDMS فاقد وینیل، واکنش‌پذیری بسیار بالاتری مخصوصا در فرایند هیدروسیلیلاسیون نشان می‌دهد و برای ساخت مواد پخت شونده، ماده‌ای کلیدی محسوب می‌شود. در زمینه اصلاح شیمیایی فرمولاسیون‌های پیشرفته، روغن سیلیکون وینیل‌دار انتخاب اول است.

روغن سیلیکون هیدروژن‌دار (Hydrogen Silicone Oil)

ساختار شیمیایی

واحدهای زنجیره این روغن، مشتمل بر گروه‌های متیل و هیدروژن متصل به سیلیسیم هستند: -[Si(CH₃)(H)O]- در قالب پلی‌متیل هیدرو سیلوکسان (PMHS) یا کوپلیمرهای مرتبط تولید می‌شود.

ویژگی‌ها

• واکنش‌پذیری قابل توجه گروه سی–اچ: حضور گروه‌های هیدروژن فعال باعث می‌شود امکان کراسلینکینگ از طریق واکنش با گروه‌های وینیل (هیدروسیلیلاسیون) فراهم شود.
• پایداری حرارتی و شیمیایی: در بخش‌های مرتبط با سیلیکون حفظ شده و قابلیت امولسیون‌سازی و اعمال به سطوح فراهم است.
• خاصیت آبگریزی قوی و قابلیت ایجاد لایه نازک محافظ
• قابلیت ترکیب نسخه انتهایی یا جانبی (End-Hydrogen/Side-Hydrogen): که هرکدام در صنایع خاص (مثلا تولید غشاهای هوشمند یا مقاوم‌سازی سازه‌ها) به کار می‌روند.

کاربردها

–عامل کراسلینک کننده در پخت لاستیک سیلیکونی، بهبود مقاومت حرارتی و الاستیسیته –عامل ضدچسب و آبگریز در پوشش بتن، سنگ، پارچه –به عنوان حامل دارویی، پوشش‌دهنده میکروسفرهای پایدار –افزودنی تقویتی در تولید کوپلیمرهای سیلیکون-پلی‌یورتان -کاربرد در انواع مختلف امولسیون‌ها برای صنایع ساختمانی، نساجی و آرایشی

تفاوت با سایر روغن‌های سیلیکون

روغن هیدروژن‌دار به دلیل گروه سی-اچ فعال و امکان واکنش کراسلینکینگ، برای ساخت مواد پخت‌شونده و آبگریزسازی انتخاب اول است. تفاوت اصلی با روغن‌های وینیل‌دار در نوع واکنش‌پذیری و عملکرد آبگریزی است.

فلوئورو سیلیکون‌ها (Fluorosilicone Oils)

ساختار شیمیایی

فلوئورو سیلیکون‌ها با جایگزینی بخشی از گروه‌های متیل با گروه‌های فلوئوروآلکیل (مانند تری‌فلوئوروپروپیل -CF₃CH₂CH₂-) روی سیلیسیم ساخته می‌شوند: -[Si(CH₃)(CH₂CH₂CF₃)O]-. میزان جایگزینی و ترکیب، خواص ویژه‌ای ایجاد می‌کند.

ویژگی‌ها

• مقاومت شیمیایی عالی: دوام در برابر حلال‌ها، اسیدها، بازها و سوخت‌ها (نقاط تمایز محوری نسبت به سایر سیلیکون‌ها)
• پایداری حرارتی بالا و تحمل دامنه دمایی گسترده (معمولا -۶۰ تا ۲۳۰ درجه سلسیوس)
• آب‌گریزی و روغن‌گریزی (Lipophobicity + Hydrophobicity)
• دی‌الکتریک عالی و عدم رسانایی الکتریکی
• غیرسمی و مناسب برای کاربردهای پزشکی و دارویی

کاربردها

• عایق الکتریکی در صنایع خاص (کابل، ترانس، کانکتور)
• روان‌کننده دما بالا و مقاوم در برابر مواد شیمیایی
• کاربرد در صنایع هوافضا، خودروسازی و شیمیایی (قطعات در تماس با سوخت و روغن)
• به عنوان پوشش ضدآب، ضدلکه و محافظ تجهیزات حساس
• مصارف پزشکی (کاتتر، پروتز، کاشت و قطعات با تماس بیولوژیک)، همچنین استفاده در محصولات آرایشی ویژه

تفاوت با سایر روغن‌های سیلیکون

فلوئورو سیلیکون با دارا بودن خواص آبگریزی و روغن‌گریزی همزمان و مقاومت شیمیایی منحصر به فرد، در محیط‌های فوق‌العاده سخت و برای حفاظت از تجهیزات حیاتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. هیچ نوع روغن سیلیکونی دیگری دامنه مقاومت شیمیایی فلوئورو سیلیکون را ندارد.

آمینو سیلیکون‌ها (Amino-Modified Silicone Oils)

ساختار شیمیایی

آمینو سیلیکون‌ها با معرفی گروه‌های آمین (–NH₂، –NHR، –NR₂) به زنجیره اصلی پلی‌سیلوکسان به دست می‌آیند: -[Si(CH₃)(R)O]- که R می‌تواند زنجیره‌های دارای گروه آمین باشد. این عملکرد غالبا به صورت جانبی یا انتهایی انجام می‌گیرد.

ویژگی‌ها

• تمایل چسبندگی بالا به الیاف طبیعی و مصنوعی؛ تشکیل لایه نرم و پایدار بر سطح
• واکنش‌پذیری با گروه‌های فعال رزین‌ها و پلیمرها
• بهبود نرمی، کشسانی، ضدچروک بودن و خاصیت ضد الکتریسیته ساکن
• سازگاری بالاتر با مواد آلی به دلیل حضور گروه آمین
• امکان ایجاد شبکه سه‌بعدی در پخت (افزایش دوام سطح نرم شده)

کاربردها

• صنعت نساجی و پوشاک: به عنوان نرم‌کننده پیشرفته (بهبود لطافت و خاصیت کشسان پارچه)
• محصولات مراقبت مو و پوست: ساماندهی لایه‌های سطحی مو و کاهش وز بودن، افزایش درخشندگی و شانه‌پذیری
• صنعت رنگ و رزین، پوشش‌دهنده و افزودنی برای تقویت چسبندگی و افزایش دوام
• روغن صنعتی با خاصیت روان‌کنندگی و تقویت عملکرد آنتی استاتیک

تفاوت با سایر انواع روغن سیلیکون

آمینو سیلیکون‌‌ها بر خلاف سایر روغن‌های سیلیکونی، خاصیت چسبندگی و نرم‌کنندگی بسیار بیشتری دارند و به طور ویژه برای پوشش‌دهی، پرداخت نهایی و اصلاح سطوح فعال مناسب‌اند. در مقایسه با نوع فنیل یا هیدروژنی، تاثیر نرم‌کنندگی و ضدچروک بودن برجسته‌تر است اما ثبات حرارتی پایین‌تری دارند.

اپوکسی سیلیکون‌ها (Epoxy-Modified Silicone Oils)

ساختار شیمیایی

اپوکسی سیلیکون‌ها با حضور گروه‌های اپوکسی (Cycle: –CH₂–CH–) به صورت انتهایی یا جانبی به زنجیره پلی‌سیلوکسان ساخته می‌شوند: -[Si(CH₃)(R-Epoxy)O]- که R حاوی گروه اپوکسی است.

ویژگی‌ها

• واکنش‌پذیری بالا با گروه‌های آلی؛ امکان کراسلینک شدن با سایر رزین‌ها (خصوصا اپوکسی)
• بهبود خاصیت چسبندگی، انعطاف‌پذیری و ایجاد فیلم یکنواخت و نرم
• مقاومت عالی در برابر UV و پایایی در دمای -۶۰ تا ۲۵۰ درجه سلسیوس
• سازگاری حرارتی و شیمیایی عالی و تغییر رفتار سطح (نرمی، آبگریزی)
• آنتی استاتیک، نرم‌کننده و پوشش‌دهنده قوی

کاربردها

• نرم‌کننده و پرداخت نهایی در منسوجات فاخر
• عامل اصلاح‌کننده رزین‌های اپوکسی (کاهش شکنندگی و افزایش انعطاف‌پذیری)
• عامل ضدچسب و جلوگیری از چسبندگی الیاف اسپندکس در فرآیند تولید
• کاربردهای تخصصی در کامپوزیت، رنگ، رزین و پوشش‌دهی

تفاوت با سایر انواع روغن سیلیکون

اپوکسی سیلیکون‌ها نسبت به آمینو یا وینیل سیلیکون، در صنعت چسب و رزین به دلیل خاصیت واکنش‌پذیری با اپوکسی بسیار پراهمیتند. سطح نرم‌تر و انعطاف‌پذیرتری ایجاد می‌کنند و معمولا غیرزرد شونده‌اند، در حالی که آمینوها گاها باعث زردشدن سطح می‌شوند.

سیلیکون‌های کوپلیمر با پلی‌اتر (Silicone Polyether Copolymers)

ساختار شیمیایی

این گروه با ترکیب زنجیره اصلی سیلوکسان با شاخه‌هایی از پلی‌اترها (مانند پلی‌اتیلن گلیکول، پلی‌پروپیلن گلیکول) تأمین می‌شوند. ساختار، شامل پلی‌دی‌متیل‌سیلوکسان خطی با گروه‌های پلی‌اتر (🡒 زنجیره‌های با ترکیب CH₂CH₂O)، یا به صورت بلوک و پاندانت می‌تواند باشد.

ویژگی‌ها

• خواص سورفکتانت و امولسیون‌سازی: به دلیل گروه‌های پلی‌اتر، این کوپلیمرها قابلیت خیس‌شوندگی و کاهش کشش سطحی را دارند.
• دوگانه‌پسندی آبدوست-آبگریز (Amphiphilicity): باعث می‌شود در فرمولاسیون به عنوان عامل پخش‌کننده، نرم‌کننده یا امولسیفایر استفاده شوند.
• پایداری شیمیایی و حرارتی، مقاومت به هیدرولیز
• تنوع در نسبت سیلیکون به پلی‌اتر: تعیین‌کننده واکنش‌پذیری در آب یا روغن است.

کاربردها

• سورفکتانت و امولسیون‌ساز در صنعت مواد شوینده، نساجی و کشاورزی (افزودنی پخش‌کننده سم و آفت‌کش)
• عوامل فعال سطحی و کاهش دهنده کشش سطحی در فرمول‌های رنگ، جوهر و کف‌زا
• بهبود خاصیت نرم‌کنندگی و مرطوب‌کنندگی در محصولات مراقبت پوست و مو
• کمک پایدارکننده فوم در اسفنج‌های پلی‌یورتانی و افزایش کیفیت قالب‌گیری پلاستیک

تفاوت با سایر روغن‌های سیلیکون

کوپلیمرهای سیلیکون-پلی‌اتر تقریبا تنها نوع روغن سیلیکون هستند که قابلیت آب‌دوستی واقعی دارند و امکان تنظیم رفتار سورفکتانتی آن‌ها وجود دارد؛ بر خلاف سایر انواع که عمدتا هیدروفوب‌اند. این ویژگی باعث شده‌اند در مهندسی پلیمرهای ترکیبی و حوزه شوینده‌ها استراتژیک باشند.

جدول مقایسه ویژگی‌ها و تفاوت‌های انواع روغن سیلیکون

هر یک از انواع روغن سیلیکون فوق مزایا و نقاط تمایز مخصوص به خود را دارند. انتخاب صحیح بر اساس نیاز فرمولاسیون، کاربرد صنعتی و الزامات عملکردی انجام شده و رعایت این نکات کلیدی در موفقیت پروژه‌های مبتنی بر روغن سیلیکون اهمیت حیاتی دارد.

نتیجه‌گیری

در ادامه مقاله روغن سیلیکون در ویسکوزیته های مختلف در این مقاله جامع، سعی شد انواع روغن سیلیکون بر اساس آخرین مطالعات با تمرکز ویژه بر ساختار شیمیایی، ویژگی‌ها، کاربردها و تفاوت‌های کلیدی هر گروه تحلیل شود. هر یک از انواع روغن سیلیکون با اصلاح گروه‌های جانبی یا زنجیره اصلی پلی‌سیلوکسان، ویژگی‌های منحصر به فرد و عملکردی پیدا می‌کنند که انتخاب صحیح آن‌ها نقش تعیین‌کننده‌ای در موفقیت صنایع مختلف از آرایشی و دارویی گرفته تا الکترونیک، هوافضا، نساجی، و پوشش‌دهی دارد.

اگر علاقه‌مند به انتخاب بهینه «انواع روغن سیلیکون» برای صنعت یا پروژه خود هستید، مشاوران ما آماده ارائه راهکارهای تخصصی و تأمین محصولات اصل از برندهای معتبر جهان‌اند.