سیلیکون صنعتی چیست و تفاوت آن با سیلیکون بهداشتی

مقدمه

سیلیکون (Silicone) یکی از پلیمرهای مصنوعی بسیار پرکاربرد است که در صنایع مختلفی چون پزشکی، خودروسازی، ساخت و ساز، الکترونیک، قالب‌سازی و مواد غذایی استفاده می‌شود. اما سیلیکون به‌صورت کلی به دو دسته اصلی تقسیم می‌شود: سیلیکون صنعتی و سیلیکون بهداشتی (Medical Grade یا Food Grade). این دو نوع تفاوت‌های اساسی از نظر ترکیب، ساختار، خلوص، کاربرد و شرایط استفاده دارند.

در این مقاله، به‌صورت جامع به بررسی ساختار شیمیایی، خواص، تفاوت‌ها، کاربردها و پروژه‌های قابل انجام با سیلیکون صنعتی و بهداشتی می‌پردازیم.

 سیلیکون چیست؟

تعریف کلی

سیلیکون یک پلیمر مصنوعی بر پایه اتم‌های سیلیسیم (Si) و اکسیژن (O) است که در ساختار خود زنجیره‌هایی از گروه‌های آلی مانند متیل (-CH₃)، وینیل (-CH=CH₂) یا فنیل (-C₆H₅) دارد. این ترکیب بین خواص مواد معدنی و آلی قرار دارد.

ساختار عمومی سیلیکون:

[–Si–O–Si–O–Si–O–]n
هر اتم سیلیکون به دو گروه جانبی متصل است که نوع این گروه‌ها خواص سیلیکون را تعیین می‌کند.

🧬 تاریخچه کشف سیلیکون: از عنصر تا ماده‌ای انقلابی

🔹 ۱. کشف عنصر سیلیسیم (Silicon Element)

از اشتباه تا کشف یک گنج:

• سال کشف: 1824 میلادی
• کاشف: شیمیدان سوئدی یونس یاکوب برزلیوس (Jöns Jacob Berzelius)
• او با حرارت دادن سیلیس (SiO₂) همراه با پتاس و فلز پتاسیم، توانست عنصری با خواص جدید به‌دست آورد که بعدها به آن سیلیسیم (Silicon) گفتند.
• واژه‌ی Silicon از واژه لاتین “silex” یا “silicis” به معنی سنگ چخماق گرفته شده.

📌 سیلیسیم یک شبه‌فلز است که در جدول تناوبی در گروه ۱۴ و کنار کربن قرار دارد.

🔹 ۲. کشف و توسعه پلیمر سیلیکونی (Silicone Polymer)

• سال شروع تحقیق: حدود ۱۹۰۰ میلادی
• تحول اصلی: در سال ۱۹۴۰ میلادی شرکت General Electric و Dow Corning در آمریکا تحقیقات گسترده‌ای روی ترکیبات آلی سیلیکونی شروع کردند.

✅ اولین پلی‌سیلوکسان‌ها:

• توسط شیمیدان انگلیسی Frederick Kipping در اوایل قرن ۲۰ ساخته شدند.
• او اصطلاح “Silicone” را به اشتباه به‌جای ترکیبات سیلیسی آلی استفاده کرد (درحالی که “-one” در شیمی برای ترکیبات کتون هست ولی اینها کتون نبودند!)

در یکی از آزمایش‌ها، یک ترکیب بین سیلیکون و اکسیژن ساخته شد که خواص لاستیکی داشت، اما:

این ماده نه فلز بود، نه پلاستیک، نه لاستیک؛ اما مقاومت حرارتی بالایی داشت، ضد آب بود و خواص الکتریکی خاصی داشت.

• با اینکه اسمش اشتباه بود، ولی همون «سیلیکون» رایج شد و هنوزم همینطوری استفاده می‌شه.

🔬 چرا تولید سیلیکون مهم شد؟

در جنگ جهانی دوم، نیاز به موادی مقاوم در برابر حرارت، رطوبت و انعطاف‌پذیر در صنایع نظامی، الکترونیک و هوافضا باعث رشد ناگهانی تولید سیلیکون شد

از کشف تا تولید صنعتی:

سیلیکون یک انقلاب در شیمی مواد بود. از کشف علمی خالص در قرن ۱۹ تا تبدیل شدن به یکی از مهم‌ترین مواد در صنایع امروز (پزشکی، هوافضا، قالب‌سازی، الکترونیک و …)، مسیری طی شده که ترکیبی از دانش شیمی، نیاز صنعتی و خلاقیت مهندسان بوده.

سیلیکون صنعتی چیست؟

تعریف

سیلیکون صنعتی (Industrial Grade Silicone) به سیلیکون‌هایی اطلاق می‌شود که برای کاربردهای فنی و صنعتی تولید شده‌اند و فاقد الزامات بهداشتی و خلوص پزشکی هستند.

ترکیبات و ساختار:

• زنجیره‌های پلیمری شامل Si-O-Si با گروه‌های متیل یا وینیل
• معمولاً حاوی افزودنی‌هایی مانند:
• رنگ‌دانه‌ها
• پرکننده‌ها (مانند سیلیکا یا تالک)
• روان‌کننده‌ها یا پایدارکننده‌های UV
• مقاومت حرارتی بالا (معمولاً تا 250 درجه سانتی‌گراد)
• خلوص پایین‌تر نسبت به سیلیکون بهداشتی

ویژگی‌ها:

• مقاومت حرارتی، شیمیایی و UV عالی
• انعطاف‌پذیر و مقاوم در برابر فرسایش
• غیربهداشتی و غیرقابل استفاده در تماس مستقیم با بدن یا غذا
• قیمت کمتر نسبت به سیلیکون‌های بهداشتی

 سیلیکون بهداشتی چیست؟

تعریف

سیلیکون بهداشتی (Medical Grade یا Food Grade Silicone) سیلیکونی است با خلوص بسیار بالا که برای استفاده در تماس مستقیم با بدن انسان یا مواد غذایی طراحی شده است.

ترکیبات و ساختار:

• پایه همان Si–O–Si ولی با خلوص بالای مواد اولیه
• بدون افزودنی‌های سمی یا صنعتی
• فاقد بو، رنگ و طعم
• تحت استانداردهای جهانی نظیر:
• FDA (سازمان غذا و داروی آمریکا)
• ISO 10993 (زیست‌سازگاری)
• USP Class VI

CH3  CH3         CH3    CH3

    |        |              |      |

— O—Si—O—Si—O—Si—O—
|          |         |
CH3    CH3     CH3

ویژگی‌ها:

• زیست‌سازگار، بدون واکنش با بدن
• مقاوم در برابر رشد میکروب‌ها
• بی‌بو و غیرسمی
• قابلیت استریلیزاسیون (اتیلن اکسید، اتوکلاو، اشعه گاما)

 تفاوت‌های کلیدی بین سیلیکون صنعتی و بهداشت

کاربردهای سیلیکون صنعتی

1. قالب‌سازی (رزینی، گچی، شمع‌سازی، دکوراتیو)
2. عایق‌کاری و درزگیری در ساختمان‌ها
3. قطعات الکترونیکی و مقاومت در برابر گرما
4. ساخت واشر، اورینگ و قطعات منعطف
5. پوشش‌های مقاوم در برابر حرارت
6. ساخت قالب‌های صنعتی و مجسمه‌سازی

 کاربردهای سیلیکون بهداشتی

1. تولید پروتزهای پزشکی
2. تولید لوله‌های انتقال خون و مایعات پزشکی
3. قالب‌گیری دندانپزشکی
4. قطعات مربوط به نوزادان (پستانک، شیشه شیر)
5. قالب‌های کیک‌پزی و ابزار آشپزخانه
6. لوازم کمک‌تنفسی و ماسک‌های پزشکی

 ساختار شیمیایی پیشرفته سیلیکون‌ها

پلی‌سیلوکسان‌ها (Polysiloxanes)

پایه اصلی سیلیکون‌ها زنجیره‌هایی از اتم‌های سیلیسیم و اکسیژن است که گروه‌های جانبی آلی (مانند متیل، فنیل، وینیل) به آنها متصل هستند

[–R₂Si–O–]n

در این ساختار:
• R = گروه آلی جانبی (معمولاً متیل CH₃)
• n = تعداد تکرار مونومرها (تعیین‌کننده وزن مولکولی)

شبکه‌ای شدن (Cross-linking)

وقتی زنجیره‌های سیلیکونی با پیوند عرضی (Cross-Link) به هم متصل می‌شوند، محصولی با ویژگی‌های لاستیکی یا ژلی به وجود می‌آید.
افزودن پرکننده‌هایی مثل سیلیکا، مقاومت مکانیکی را افزایش می‌دهد.

 انواع شکل‌های تجاری سیلیکون

در بازار، سیلیکون در چند فرم عرضه می‌شود:

سیلیکون، با ویژگی‌های منحصربه‌فرد خود، یکی از کلیدی‌ترین مواد مهندسی قرن حاضر است. تفاوت‌ میان سیلیکون صنعتی و بهداشتی نه‌تنها در خلوص و قیمت، بلکه در کاربرد، ساختار، استاندارد و ایمنی است. مهندسان، طراحان و پژوهشگران با شناخت این تفاوت‌ها می‌توانند انتخاب دقیق‌تری داشته باشند و پروژه‌هایی مؤثرتر طراحی کنند.

روش‌های قالب‌گیری سیلیکون – تحلیل مهندسی

۱. قالب‌گیری دستی (Hand lay-up)

• ساده‌ترین روش مناسب برای پروژه‌های تحقیقاتی یا تولید محدود
• اغلب با سیلیکون RTV یا صنعتی استفاده می‌شود
• مزایا: ابزار محدود، هزینه پایین
• معایب: کیفیت سطح پایین‌تر، نیاز به اپراتور ماهر

۲. تزریق قالب (Injection molding)

• استفاده از قالب فولادی یا آلومینیومی
• سیلیکون مایع دولایه تحت فشار و گرما تزریق می‌شود
• مزایا: تکرارپذیری بالا، سرعت تولید
• معایب: هزینه ساخت قالب، محدودیت حجم

۳. قالب‌گیری خلا (Vacuum casting)

• مناسب برای نمونه‌های اولیه دقیق
• سیلیکون تحت فشار منفی قالب‌گیری می‌شود
• مزایا: حذف حباب هوا، کیفیت سطح عالی
• معایب: تجهیزات اخراج هوا، هزینه ابزار

۴. قالب‌گیری اسپری (Spray coating)

• سیلیکون به صورت نازک، یکنواخت بر سطح اسپری می‌شود
• کاربرد در پوشش‌های حرارتی، عایق‌کاری و الکترونیک
• مزایا: پوشش یکنواخت، کنترل ضخامت
• معایب: نیاز به تجهیزات پیشرفته

رفتار مکانیکی سیلیکون در طول عمر

خزش طولانی‌مدت (Creep)
• تحت بار ثابت، سیلیکون رفتار خزش نشان می‌دهد
• مشاهده در پروژه‌هایی با فشار یکنواخت (واشرها، پدهای صنعتی)
• راهکار مهندسی: انتخاب سختی مناسب، افزودن پرکننده

خستگی حرارتی (Thermal Fatigue)
• چرخه‌های گرم-سرد باعث ترک یا ناپایداری ساختار پلیمری می‌شود
• در استفاده‌های مکانیکی، اتومبیل و موتور کاربرد دارد
• راهکار: استفاده از سیلیکون HTV و نانو تقویت‌کننده

مقاومت به ضربه (Impact Resistance)
• سیلیکون ژل کاربرد بالایی در ضربه‌گیرها و پدهای محافظ دارد
• رفتار الاستیک تحت فشار لحظه‌ای متفاوت است

 تحلیل مهندسی خواص حرارتی

انتقال حرارتی (Thermal Conductivity)
• سیلیکون‌های معمولی ضریب هدایت گرمایی حدود 0.2–0.3 W/m·K دارند
• با افزودن نانو سیلیکا یا فلز می‌توان به 1–3 W/m·K رسید
• کاربرد: پدهای خنک‌کننده در الکترونیک

ظرفیت گرمای ویژه (Specific Heat Capacity)
• در انتقال حرارت سیلیکونی اهمیت دارد
• برای طراحی پدهای حرارتی، دمای ورودی و زمان عبور گرما محاسبه می‌شود

 چالش‌ها و آینده تحقیقات سیلیکون

۱. زیست‌تخریب‌پذیری (Biodegradability)
• سیلیکون سنتی قابل بازیافت محیطی نیست
• تحقیق روی سیلیکون‌های زیست‌پذیر یا قابل تجزیه در طبیعت

۲. کاربردهای هوشمند (Smart Polymers)
• سیلیکون هوشمند با حساسیت به دما، نور یا مغناطیس تولید شده
• ویژگی‌هایی چون تغییر رنگ یا خاصیت خودترمیم

۳. ادغام با الکترونیک نرم (Soft electronics)
• سیلیکون نرم با حسگر و خطوط نازک رسانا
• تولید پوست مصنوعی، پوست ربات‌ها، دستگاه‌های پوشیدنی

نکات ایمنی و محیط‌ زیستی

• در فرآیند اختلاط سیلیکون صنعتی، تهویه مناسب نیاز هست
• حلال‌های فرار یا بخارهای واکنش‌دهنده ممکن است منتشر شوند
• سیلیکون‌های صنعتی بازیافت نمی‌شوند؛ توصیه می‌شود
• سیلیکون بهداشتی پس از مصرف در محیط زیست بی‌خطر است اما در حجم زیاد باید تجزیه یا دفع مهندسی شود

خلاصه علمی – نکات کلیدی

1. سیلیکون‌ها پلیمرهای بر پایه Si–O با گروه‌های جانبی آلی‌اند
2. تفاوت صنعتی و بهداشتی در خلوص، افزودنی و کاربرد پنهان است
3. ساختار انتخابشده تعیین‌کننده خواص مکانیکی و حرارتی نهایی است
4. سیلیکون در قالب‌گیری، ضربه‌گیری، عایق‌کاری، پوشش و الکترونیک کاربرد دارد
5. آینده سیلیکون در نانوکامپوزیت و فناوری‌های هوشمند نویدبخش اس

خواص مهندسی پیشرفته سیلیکون

۱. خواص مکانیکی:

• مقاومت به پارگی: بالا
• کشسانی: فوق‌العاده بالا
• سختی: قابل تنظیم از Shore A 10 تا 90

۲. خواص حرارتی:

• بازه عملکردی: از -60°C تا +250°C
• پایداری در برابر شوک حرارتی

۳. مقاومت شیمیایی:

• مقاوم در برابر: اسیدهای رقیق، بازها، الکل‌ها، روغن‌ها
• آسیب‌پذیر در برابر: حلال‌های آروماتیک قوی (تولوئن، بنزن)

۴. رفتار در برابر اشعه:

• مقاوم در برابر UV و اشعه X (مناسب برای فضای باز و پزشکی)
• غیرقابل اشتعال یا کندسوز (بسته به فرمولاسیون)

نانوذرات سیلیکونی و آینده کاربردها

سیلیکون‌ها به‌ویژه در ترکیب با نانوذرات (مثل نانو سیلیکا یا نانو نقره) خواص بهینه‌تری پیدا می‌کنند:

کاربردهای در حال توسعه:
• سیلیکون‌های خودترمیم‌شونده
• سیلیکون رسانای الکتریسیته با نانولوله‌های کربنی
• سیلیکون ضدباکتری برای ابزار جراحی
• سیلیکون گرید پزشکی با آزادسازی دارو (Drug Delivery)

 سیلیکون در کامپوزیت‌های پیشرفته

سیلیکون اغلب به عنوان ماتریس یا فاز زمینه در ترکیب با:
• الیاف شیشه (برای ساخت فایبرگلاس سیلیکونی)
• نانوذرات آلومینا یا سیلیکا (افزایش استحکام)
• پودرهای فلزی (ایجاد ویژگی ضدحرارت و رسانا)

ویژگی این کامپوزیت‌ها:

• عایق حرارتی و صوتی قوی
• مقاوم در برابر خوردگی و آتش
• الاستیسیته بالا همراه با سبک بودن

 نکات فنی برای خرید و کار با سیلیکون

اگر تولیدکننده یا دانشجو هستی، قبل از خرید سیلیکون به این موارد دقت کن:

✅ نوع سیلیکون: بهداشتی، صنعتی، RTV، HTV
✅ ویسکوزیته: برای قالب‌گیری یا درزگیری
✅ نسبت اختلاط: معمولاً 1:2 یا 1:3
✅ زمان خشک شدن و پخت نهایی
✅ دمای کارکرد
✅ استانداردها و گواهی‌نامه‌ها (برای صادرات یا پروژه دانشگاهی)

 پروژه‌های قابل اجرا با سیلیکون صنعتی

۱. ساخت قالب رزینی برای تولید قطعات هنری یا صنعتی

مناسب برای دانشجویان هنر، طراحی صنعتی، معماری یا مهندسی مکانیک

۲. تولید واشر یا قطعات انعطاف‌پذیر برای موتور یا پمپ

مناسب برای پروژه‌های مهندسی مکانیک و خودرو

۳. طراحی و اجرای عایق حرارتی با پوشش سیلیکونی

مناسب برای دانشجویان برق، مکانیک، انرژی

۴. ساخت مدل‌های صنعتی و ماکت‌های دقیق

با استفاده از قالب‌گیری سیلیکونی و رزین اپوکسی

۵. پروژه تحقیقاتی روی رفتار گرمایی و الاستیسیته سیلیکون‌ها

تحلیل تنش، کرنش و خواص حرارتی در قالب پایان‌نامه

 پروژه‌های قابل پیشنهاد برای دانشجویان

پیشنهادات بیشتر برای پروژه‌های دانشجویی سطح بالا

آزمایش‌ها و تست‌های فنی برای شناسایی انواع سیلیکون

برای تمایز و ارزیابی عملکرد سیلیکون صنعتی و بهداشتی در محیط آزمایشگاهی یا کارگاهی، از چند روش تحلیلی و تجربی استفاده می‌شود. این تست‌ها به مهندسان، دانشجویان و تولیدکنندگان کمک می‌کند نوع سیلیکون را شناسایی و برای کاربرد مناسب انتخاب کنند.

۱. آزمون کشش (Tensile Test)

• برای تعیین مقاومت مکانیکی و خاصیت کشسانی
• سیلیکون‌های بهداشتی معمولاً دارای انعطاف‌پذیری بالاتر هستند

۲. آزمون حرارتی (TGA و DSC)

• بررسی مقاومت حرارتی و پایداری حرارتی سیلیکون‌ها
• سیلیکون صنعتی معمولاً پایداری حرارتی بالایی دارد ولی ممکن است در خلوص مشکل داشته باشد

۳. آزمون زیست‌سازگاری (Biocompatibility Test)

• مخصوص سیلیکون بهداشتی
• شامل تست‌های سمی‌بودن، تحریک‌پذیری پوست، حساسیت و…

۴. آزمون جذب آب و بخار (Water Absorption)

• سیلیکون بهداشتی باید حداقل جذب رطوبت را داشته باشد
• اهمیت بالا در تولید لوازم پزشکی یا ظروف غذایی

۵. بررسی طیف مادون قرمز (FTIR)

• تحلیل ساختار شیمیایی و گروه‌های عاملی سیلیکون
• شناسایی خلوص و نوع گروه‌های جانبی (متیل، فنیل و…)

 استانداردهای بین‌المللی مربوط به سیلیکون‌ها

سیلیکون‌ها برای استفاده‌های پزشکی، غذایی یا صنعتی باید تحت مجموعه‌ای از استانداردهای جهانی تولید و ارزیابی شوند

 نکات مهم در انتخاب سیلیکون مناسب برای پروژه‌ها

برای انتخاب صحیح بین سیلیکون صنعتی و بهداشتی، به نکات زیر توجه کنید:
• هدف پروژه: آیا تماس با بدن یا مواد خوراکی وجود دارد؟
• بودجه: اگر محدودیت مالی دارید، سیلیکون صنعتی انتخاب اقتصادی‌تری است.
• دما و فشار کاری: هر دو نوع مقاومت خوبی دارند، ولی ساختارهای مهندسی باید بررسی شود.
• میزان تکرار استفاده: اگر قالب بارها استفاده می‌شود، نوع بهداشتی دوام بیشتری دارد.

 جمع‌بندی و توصیه نهایی

سیلیکون، به عنوان یکی از مواد پیشرفته در مهندسی مواد، کاربرد گسترده‌ای در حوزه‌های مختلف دارد. شناخت تفاوت‌های کلیدی بین سیلیکون صنعتی و سیلیکون بهداشتی برای انتخاب صحیح، تضمین عملکرد و رعایت ایمنی در پروژه‌ها ضروری است.

سیلیکون صنعتی برای پروژه‌های غیرحساس و اقتصادی مناسب است، در حالی که سیلیکون بهداشتی برای کاربردهای پزشکی، غذایی و حساس به ایمنی انتخاب می‌شود.
با استفاده از تست‌های فنی و تحلیل نیازهای پروژه، می‌توان انتخابی دقیق، علمی و مقرون‌به‌صرفه داشت.

✳️ پیشنهاد ویژه برای دانشجویان:

اگر دانشجو هستید و قصد اجرای پروژه عملی دارید، استفاده از سیلیکون صنعتی در پروژه‌های قالب‌سازی، فایبرگلاس و قطعات حرارتی می‌تواند گزینه‌ای ایده‌آل باشد. همچنین برای پروژه‌های تحقیقاتی بین رشته‌ای (مهندسی مواد، شیمی، پزشکی) مقایسه این دو نوع سیلیکون می‌تواند موضوع خوبی برای مقاله، پایان‌نامه یا سمینار علمی باشد.

📚 منابع

1. Handbook of Silicone Rubber Fabrication – McGraw-Hill
2. Dow Corning Technical Papers on Medical-Grade Silicones
3. ASTM Standards for Silicone Rubber (D412, D471, D573)
4. ISO 10993-1: Biological evaluation of medical devices
5. FDA Code of Federal Regulations (CFR) Title 21 Part 177

برای خرید عمده سیلیکون کلیک کنید

برای خرید و مشاهده سیلیکون های شیمی آلفا کلیک کنید

برای خواندن دیگر مقالات ما کلیک کنید

پروژه های شیمی آلفا

به سایتمون سر بزنید و پروژه های دانشگاهی و صنعتی رو با مشاوران ما جلو ببرید.