Dầu silicone dimethyl (polydimethylsiloxane, PDMS) là một vật liệu polymer organosilicon tuyến tính với bộ khung liên kết siloxan (-Si-O-Si-) và các nhóm methyl (-CH₃) bên. Nó sở hữu cấu trúc phân tử và các tính chất hóa lý độc đáo, và được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như sản xuất công nghiệp, chăm sóc y tế và hóa chất hàng ngày. Sau đây là phân tích chi tiết về các đặc tính cốt lõi và các kịch bản ứng dụng của nó:
I. Đặc tính cốt lõi và Cấu trúc hóa học
Cấu trúc hóa học
Công thức phân tử của nó là ((CH_3)_3SiO[(CH_3)_2SiO]_nSi(CH_3)_3). Liên kết siloxan (năng lượng liên kết: 451 kJ/mol) mang lại cho nó độ ổn định nhiệt cao. Sự sắp xếp hướng ra ngoài của các nhóm methyl bên tạo thành cấu trúc xoắn ốc, mang lại cho nó sức căng bề mặt thấp (20-22 mN/m) và khả năng kỵ nước tuyệt vời.
Tính chất hóa lý
Ổn định nhiệt độ rộng: Có thể sử dụng liên tục ở -50°C đến 200°C, và chịu được nhiệt độ cao hơn trong thời gian ngắn. Nó duy trì độ lỏng ngay cả ở nhiệt độ thấp (ví dụ: loại 5cSt vẫn ở dạng lỏng trong nitơ lỏng ở -196°C).
Độ nhớt có thể điều chỉnh: Độ nhớt dao động từ 5 đến 1.000.000 centistokes (cSt), từ chất lỏng cực mỏng đến gel bán rắn, có thể điều chỉnh để đáp ứng nhu cầu của các tình huống khác nhau.
Trơ về mặt sinh lý: Không độc hại và không gây kích ứng, tuân thủ FDA, EU và các tiêu chuẩn cấp dược phẩm khác, và có thể tiếp xúc trực tiếp với các mô của con người.
Tính ổn định hóa học
Kháng ăn mòn bởi axit mạnh, bazơ mạnh và dung dịch muối vô cơ, và không dễ phản ứng với các chất khác, làm cho nó phù hợp để sử dụng trong môi trường khắc nghiệt.
II. Phân tích chuyên sâu về các ứng dụng công nghiệp
1. Khoa học Y tế và Đời sống
Bôi trơn thiết bị y tế: Dầu silicone dimethyl có độ nhớt thấp (ví dụ: 5cSt) được sử dụng làm lớp phủ cho dụng cụ phẫu thuật, ống thông và ống tiêm, có thể giảm hệ số ma sát xuống 0,012 và giảm thiểu tổn thương mô. Ví dụ, nó được sử dụng làm chất bôi trơn để chiết nang tóc trong phẫu thuật cấy tóc để cải thiện tỷ lệ sống sót của cấy ghép.
Chất mang và tá dược: Đóng vai trò là nền thuốc mỡ để tăng cường hấp thụ thuốc qua da, hoặc làm chất bôi trơn cho nắp chai chất lỏng uống (tuân thủ tiêu chuẩn tiếp xúc thực phẩm GB 9685-2016), giảm mô-men xoắn mở 30%-40%.
Chất khử bọt và ứng dụng điều trị: Thành phần chính của viên nén khử bọt đường tiêu hóa và bình xịt khử bọt phù phổi, làm giảm các triệu chứng thông qua tác dụng khử bọt của nó.
2. Ngành Điện tử và Năng lượng
Bảo vệ linh kiện điện tử chính xác: Dầu silicone có độ nhớt cực thấp 5cSt thâm nhập vào các khe hở cấp micron (ví dụ: <10μm khe hở giữa các miếng đệm đóng gói chip) để tạo thành một lớp cách điện cực mỏng 0,1-0,5μm, thích hợp cho các linh kiện tần số vô tuyến 5G và máy biến áp tần số cao.
Cách điện và làm mát thiết bị điện: Với hằng số điện môi là 2,7-2,8, nó vượt trội hơn hầu hết các vật liệu hữu cơ. Được sử dụng làm dầu máy biến áp và chất lỏng tẩm tụ điện, nó có thể giảm tổn thất điện năng 50% và kéo dài tuổi thọ thiết bị. Ví dụ, nó thay thế dầu khoáng trong máy biến áp trên bo mạch để cải thiện khả năng chống cháy và độ ổn định.
Ứng dụng môi trường khắc nghiệt: Dưới chân không cao (10⁻⁶ Pa) và bức xạ không gian, tổn thất bay hơi của dầu silicone 5cSt là <0,01%/1000h, được sử dụng để bôi trơn các cơ chế truyền động ăng-ten vệ tinh.
3. Sản xuất công nghiệp và cơ khí
Bôi trơn và giảm chấn nhiệt độ cao: Các loại có 350-1000cSt được sử dụng để bôi trơn xích và hộp số nhiệt độ cao, duy trì hiệu suất bôi trơn ổn định trên 200°C và giảm sự lắng đọng carbon. Dầu silicone có độ nhớt cao (hàng chục nghìn đến hàng trăm nghìn cSt) được sử dụng làm môi trường cho bộ giảm chấn hấp thụ rung động xoắn của động cơ ô tô để tăng cường độ bền.
Gia công kim loại và giải phóng khuôn: Dầu silicone 100-2000cSt được sử dụng để giải phóng khuôn trong dập kim loại và ép phun, giảm hệ số ma sát và ngăn ngừa sự bám dính, đặc biệt thích hợp cho các vật liệu nhựa phenolic và polyester không bão hòa đúc nhiệt độ cao.
Niêm phong và bảo vệ: Được phủ lên các lớp niêm phong cửa, cửa sổ và tường rèm để tạo thành một lớp màng kỵ nước, cải thiện khả năng chống chịu thời tiết và hiệu suất niêm phong.
4. Hóa chất hàng ngày và Chăm sóc cá nhân
Sản phẩm chăm sóc da và mỹ phẩm: Dầu silicone 500-1000cSt được sử dụng làm chất làm mịn trong kem và bình xịt chống nắng, tạo thành một lớp màng bảo vệ thoáng khí đồng thời mang lại cảm giác da "không dính" (dầu còn lại <0,2mg/cm²). Bình xịt chống nắng khô nhanh (kết hợp với ethanol) tạo thành một lớp màng trong 30 giây, với xếp hạng chống thấm nước là IPX4.
Sản phẩm chăm sóc tóc: Dầu silicone 350-500cSt được sử dụng trong dầu gội và mặt nạ tóc để phục hồi tóc xơ rối và chống tĩnh điện, giúp tóc mềm mượt và dễ chải.
5. Thực phẩm và Bao bì
Phụ gia chế biến thực phẩm: Dầu silicone cấp thực phẩm (350-1000cSt) tuân thủ GB 30612-2014 được sử dụng làm chất giải phóng nướng và chất chống dính lớp phủ sô cô la, với liều lượng ≤0,2g/kg và lượng dư đáp ứng các quy định của FDA và EU.
Bảo vệ vật liệu đóng gói: Được phủ lên thành bên trong của bao bì thực phẩm để ngăn chặn sự bám dính của nội dung và kéo dài thời hạn sử dụng, chẳng hạn như bôi trơn lớp lót nắp nhôm-nhựa.
6. Các ứng dụng sáng tạo trong các lĩnh vực đặc biệt
Hàng không vũ trụ: Dầu silicone 5cSt có hệ số thay đổi độ nhớt <1,5 trong khoảng -60°C~120°C, đóng vai trò là môi trường giảm chấn cho con quay hồi chuyển chính xác để đảm bảo độ chính xác kiểm soát tư thế.
Vi chất lỏng và y sinh: Chất đàn hồi PDMS được sử dụng để sản xuất chip vi chất lỏng, có độ thấm không khí và khả năng tương thích sinh học hỗ trợ các thí nghiệm như nuôi cấy tế bào và sàng lọc thuốc.
Bảo tồn di tích văn hóa: Dầu silicone có độ nhớt thấp thấm vào gỗ và giấy để tạo thành một rào cản kỵ nước, ngăn ngừa hư hại do ẩm và oxy hóa.