シリコーンについて

「魔法の砂」さまざまな特性を持つシリコーン

03“Magic sand” Silicone with various properties

「魔法の砂」さまざまな特性を持つシリコーン

無機物と有機物のコラボレーションが生み出したユニークな物質「シリコーン」。

多様な製品形態を持つほか、高温・低温に強い、紫外線にも劣化しにくい、水を弾く、酸素などのガスを通す・・・
など、さまざまな特性を持っています。
また、モノとモノをくっつかないようにする「離型」など、特異的な性質をもつのもシリコーンの特長です。
これらの性質は、主に①「シロキサン結合」②「メチル基」③「らせん型の分子構造」によって生み出されています。

シリコーンの様々な特性 シリコーンの様々な特性 シリコーンの様々な特性
シリコーンオイルの構造式 シリコーンオイルの構造式 シリコーンオイルの構造式

Characteristic 1. Heat-resistant siloxane bond!

特性1. 
熱に強いシロキサン結合!

シリコーン結合の主骨格は、ケイ素と酸素が交互に結びついたものです。
これをシロキサン結合といいます。

ケイ素(Si)と酸素(O)はお互いに強く引き合う特性があるため、高温の環境下でもその結合が壊れることがなく、耐熱性に優れています。
例えば、一般の有機系ゴムの耐熱性を比較すると、天然ゴムは100℃、一般の有機系ゴムは150℃を超えると短時間に劣化して使用できなくなりますが、シリコーンゴムは180℃を超える温度でも長時間の使用が可能です。
とはいえ、耐熱性にも限界があり、200℃を超えると有機の部分(メチル基)が酸素と反応して熱劣化を起こします。
耐熱性に優れてはいますが、有機の部分もあるため、有機系材料と同様に燃焼し、分解します。
しかし、一般的な有機系ゴムのような黒煙や有毒なガスの発生が非常に少なく、燃焼後はシリカ(SiO2)が残る※ため、安全性が要求される用途に幅広く使用されています。

※詳しくは製品別カタログをご参照ください

熱に強い!シロキサン結合 熱に強い!シロキサン結合 熱に強い!シロキサン結合

Characteristic 2.
Unique features of the methyl group!

特性2. 
メチル基によるユニークな特性!

シリコーンの主な骨格は、ケイ素と酸素の結合。

そして、その表面は水になじみにくいメチル基(CH3)で覆われています。
このメチル基は、表面張力が低いのが特長です。

メチル基による特異的な物理特性 メチル基による特異的な物理特性 メチル基による特異的な物理特性

表面張力とは?

シリコーンはメチル基の特性から表面張力が低く、放っておくとどんどん広がっていきます。
この表面張力の低さから生まれる特性の一つとして、「消泡」があります。

水とシリコーンでの表面張力の違い 水とシリコーンでの表面張力の違い 水とシリコーンでの表面張力の違い

消泡について

例えば、泡にシリコーンを垂らすと、表面張力が低いためシリコーン膜が広がって薄くなり、最終的に泡が消えてしまいます。(消泡)
このように、シリコーンの表面張力の特性に由来するユニークな特長が、「離型」「消泡」「撥水」です。

シリコーンが泡につく様子 シリコーンが泡につく様子
シリコーンが泡につく様子

Characteristic 3. 
Characteristics created by the spiral structure

特性3. 
らせん構造が生み出す特性!

シロキサン結合やメチル基による特長のほか、シリコーンは、Si-O結合を内部に向け
有機基を外側に向けることで「らせん構造」(バネのような構造)をしています。

このらせん構造から生み出される特性が「耐寒性」です。
一般の有機系ゴムの脆化点※が-20℃~-30℃であるのに対し、シリコーンゴムは-60℃~-70℃と、一般の有機系ゴムが脆化する温度でも弾力を保つことができます。
このような「耐寒性」という特長は「粘度・温度変化が小さい」と表現することができます。

※脆化点:低温環境にさらし、脆性破壊が起こる限界温度のこと

らせん構造による物理特性 らせん構造による物理特性 らせん構造による物理特性

分子の運動イメージ

「粘度・温度変化が小さい」とはどういうことか。
まず、粘度・温度変化に関連する「分子の運動」を見ていきましょう。
通常、温度が高いと分子の運動は活発になります。そして、分子が動きまわると分子間の抵抗が減るため、粘度が低くなります。
逆に、温度が低いと分子の運動が鈍くなり、粘度が高くなります。このように、粘度・温度変化には分子の動きが関わっています。

分子の運動イメージ 分子の運動イメージ 分子の運動イメージ

らせん構造(バネ)下にある分子の運動イメージ

それでは、シリコーンの「らせん構造下にある分子の動き」を見ていきましょう。
この「らせん構造」は、バネのように伸び縮みをします。
温度が高くなると、らせん構造(バネ)は伸び、温度が低いと縮みます。
バネが伸びて長くなると、分子間の抵抗ができるため分子は動きにくくなり、粘度も高くなります。
逆に、バネが縮んで短くなると、分子間の抵抗が減るため分子の動きが激しくなり、粘度が低くなります。

らせん構造(バネ)下にある分子の運動イメージ らせん構造(バネ)下にある分子の運動イメージ らせん構造(バネ)下にある分子の運動イメージ

このように、「通常の分子の動き」と「らせん構造下での分子の動き」を比べてみると、逆の結果を生み出しています。
つまり、温度変化が起きたとき「温度変化によって生じる分子の動き」と「らせん構造から生じる分子の動き」は、互いにその結果(粘度変化)を打ち消し合っているのです。
そのためシリコーンは「粘度・温度変化が小さい」という特性をもち、寒さにも強い製品が生まれています。

通常の粘度・温度変化と螺旋構造による粘度・温度変化 通常の粘度・温度変化と螺旋構造による粘度・温度変化 通常の粘度・温度変化と螺旋構造による粘度・温度変化
魔法の砂

素材にひと味加える調味料
「魔法の砂」シリコーン

シリコーンの木

耐熱・耐寒・接着・離型・消泡・撥水・・・
用途に合わせさまざまな特性を発揮できる
シリコーンは、
無限の可能性を秘めた「魔法の砂」と呼ばれてきました。
決して目立つ存在ではありませんが、
必要な場所にひと味加える「文明の調味料」なのです。

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