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第57回目

第57回「シリコン樹脂」について 1

最近、スーパーやホームセンターの調理器具や台所用品売り場で、非常にカラフルなプラスチック容器や蒸し器のふたなどにが目につきます。
これはシリコン樹脂と言われるものです。
シリコン樹脂が多く使われるようになったのは最近です。
シリコン樹脂の優れた特徴をうまく使っています。
シリコン樹脂の特徴を書きます。

  1. 耐熱性が高い(電子レンジにそのまま入れることが可能)
    普通の樹脂より溶ける温度が高い。
  2. 軟らかくてカラフルな着色が可能
    いわゆるエラストマー(広い意味でのゴム)である
  3. 食品と触れても安全である
    可塑剤や添加物が少ない

これらの特徴から食器や調理用品にさかんに使われるようになりました。

(1)<シリコン樹脂の化学組成はとはどういうものか>
ケイ素(Si)と酸素(O)が交互に結合したポリシロキサンを骨格とし、そのケイ素に有機基が結合した特異な構造をした樹脂です。
通常の樹脂はすべてが有機物でできています。
そのため、今まであった有機の樹脂に対して特別な特徴を持った樹脂です。
今までの代表的な有機の樹脂との構造式の比較をしてみます。

 CH3  CH3  CH3  CH3 有機物
 |  |  |  |
-Si-O -Si-O -Si-O -Si-O 無機物
 |  |  |  |
 CH3  CH3  CH3  CH3 有機物
(ジメチルシリコン)
代表的なシリコン樹脂
 
シリコンは主鎖(しゅさ)が無機のシロキサンであり、側鎖(そくさ)に有機基を有する
 H  H  H  H  H 有機物
 |  |  |  |  |
-C -C -C -C -C- 有機物
 |  |  |  |  |
 H  H  H  H  H 有機物
(ポリエチレン:PE)
代表的な有機の樹脂
 
 H  H  H  H  H 有機物
 |  |  |  |  |
-C -C -C -C -C- 有機物
 |  |  |  |  |
 CH3  H CH3  H CH3 有機物
(ポリプロピレン:PP(ピーピー))
代表的な有機の樹脂

 

(2)<シリコン樹脂の化学的な特徴>
シリコン樹脂の主な特徴

  1. 液状からゴム状、さらに粉体状まで変化させることができる。
  2. 各種反応性有機置換基を入れることで、熱硬化、UV硬化、湿気硬化などの種硬化機構を採用することが出来る。
  3. 各種機能性粉体を入れることで、放熱性などの各種機能性も付与できる。
  4. 反応性置換基を活用して、有機樹脂との変性ー新たなハイブリッド化も実現できる。
  5. 原料として、シリコンは無限ともいえるケイ酸塩を資源とするユニークな素材である

(3)<シリコン原子と炭素原子との似ているところ>
シリコンの原子核構造について
ケイ素(Si)と炭素(C)は同じ4族に属します。4族は一番外側の電子軌道に4つ電子が入っています。

一番外側の電子の数が同じと言うことは、同じような分子を作る可能性があります。
4つの結合の腕を持っていることになります。

(4)<ケイ素結合と炭素結合の違い>
Si-O結合とC-C結合は良く似ていますが、違いもあります。
違いのい一番大きいところは、Si-O結合とC-C結合の結合エネルギーが違うことです。
Si-O結合の方が、C-C結合より結合エネルギーが大きいことです。
結合エネルギーが大きければ耐熱性が大きくなります。
そのため、電子レンジに入れても熱で変形しません。

-Si-O-Si-O-Si-O-
 
-C-C-C-C-C-
(Si-O結合)
 
(C-C結合)
     
Si-O 結合は444kJ/mol
結合力が大きい
結合距離 1.64オングストローム
結合角度 109度
 
C-C 結合は356kJ/mol
結合力が小さい
結合距離 1.54オングストローム
結合角度 140度

(5)<シリコン樹脂以外のケイ素化合物>
シリコン樹脂以外のケイ素化合物について紹介します。
無機化合物になります。
   (1)水晶
       ケイ素化合物の代表的なものです。
       石英の透明なものを水晶と言います。
       SiO2の結晶二酸化ケイ素

   (2)シリカゲル
       SiO2・nH2半透明な石みたいな物です。
       SiO2・nH2O
       乾燥剤としてよく使われます。

(6)<シリコン系粘着剤>
粘着剤としては、ゴム系、アクリル系、シリコン系、ウレタン系などがあります。
シリコン系の粘着剤は、高温でも使える、劣化しにくい、ほとんどの樹脂につくなどすぐれた特徴があります。
ただ、材料費がかなり高いことがあります。
すぐれた特徴がありますので、今後使われる範囲が広がって行くと思います。

(7)<まとめ>
シリコン樹脂は今までにない優れた性質を持っています。使われる範囲はどんどん広がっています。
生産量は毎年伸びています。数少ない伸びていっている樹脂です。
シリコンは接着剤で付けることが難し樹脂です。また、タックシールも付きにくいです。
印刷も難しい樹脂です。
製品にする時はそのような点を考える必要があります。
このような欠点もじょじょに改良されて行くと思われます。
原料のケイ素が非常に多くあるので今後の発展が期待される所です。

 

第2回は、こちらから御覧下さい。

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