ทำไม ? “ซิลิโคน” ถึงนิ่ม ทั้งที่ซิลิกาอื่น ๆ ไม่นิ่ม

ซิลิโคน (Silicone) วัสดุนุ่มนิ่มที่เราคุ้นชินและใช้งานกันในชีวิตประจำวันกันอยู่ทั่วไปนั้นเป็นสิ่งที่น่าประหลาด เนื่องจากเมื่อเราดูโครงสร้างทางเคมีแล้ว ซิลิโคนนั้นมีธาตุสำคัญคือซิลิคอนอยู่ในพันธะโมเลกุลด้วย ทั้งที่ซิลิคอน (Silicon) ที่เราพบเห็นได้ในธรรมชาติล้วนแล้วเป็นแต่ของแข็ง ไม่อ่อนนิ่ม อย่าง หิน ดิน ทราย แก้ว หรือแม้แต่ผลึกอัญมณี จึงน่าสงสัยว่าแล้วมนุษย์ทำให้ซิลิคอน ธาตุที่เป็นของแข็ง อ่อนนุ่มได้อย่างไร

ภาพถ่ายซิลิโคนเพื่อการศัลยกรรมหน้าอก ภาพจาก Docteur Spitalier Philippe

ถึงแม้ว่าซิลิโคน (Silicone) จะมีธาตุซิลิคอน (Silicon) อยู่ในโมเลกุลแต่สมบัติมันแตกต่างจากสารอื่น ๆ ในกลุ่มของซิลิคอนอย่างสิ้นเชิง มันอ่อนนุ่มและมีโครงสร้างเคมีที่เป็นลักษณะของพอลิเมอร์ และที่สำคัญเราไม่พบสารกลุ่มซิลิกาที่อ่อนนุ่มแบบซิลิโคนได้เลยในธรรมชาติ แล้วมนุษย์สร้างโครงสร้างเคมีที่ทำให้สารที่เป็นก้อนหินอ่อนนุ่มได้อย่างไร

ภาพถ่ายแม่พิมพ์ฟันสำหรับงานทางทันตกรรม ภาพจาก Sterilgutassistentin

สิ่งที่ทำให้ซิลิคอนในซิลิโคนอ่อนนุ่มได้คือการที่มันเป็นพันธะโซ่สายยาวแบบพอลิเมอร์ โครงสร้างหลักของซิลิโคนประกอบไปด้วยธาตุซิลิคอนและออกซิเจน สลับกับหมู่อินทรีย์ เช่น หมู่เมทิล (-CH3) การจับตัวในลักษณะพอลิเมอร์นี้ทำให้คุณสมบัติของซิลิคอนที่ควรแข็งและเปราะกลายสภาพเป็นอ่อนนุ่มได้ ซึ่งการจะเกิดซิลิโคนได้นั้น สารประกอบที่เกิดจากซิลิคอนและออกซิเจนจะต้องผ่านกระบวนการเติมโมเลกุลอินทรีย์ลงไปในโมเลกุลของมัน ซึ่งเป็นกระบวนการทางเคมีที่ค่อนข้างซับซ้อน

ภาพถ่ายนักวิจัยกำลังดึงซิลิโคนเหลวขึ้น จะเห็นถึงความอ่อนนุ่มและยืดหยุ่นของมันได้ ภาพจาก Elkem Silicones

การสังเคราะห์ซิลิโคนเกิดขึ้นครั้งแรกในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 โดยนักเคมีชาวเยอรมัน Friedrich Wöhler และ Heinrich Buff บุกเบิกการสร้างพันธะระหว่างซิลิคอนกับคาร์บอนโดยอาศัยปฏิกิริยาระหว่างซิลิคอนกับเมทิลคลอไรด์ (CH₃Cl) การค้นพบนี้เป็นการปูทางสู่การพัฒนากระบวนการสังเคราะห์ซิลิโคน ซึ่งต่อมาในต้นศตวรรษที่ 20 Frederick Kipping นักเคมีชาวอังกฤษ ได้รับการยกย่องว่าเป็น "บิดาแห่งซิลิโคน" (Father of Silicones) เขาได้เริ่มต้นการศึกษาเกี่ยวกับสารประกอบซิลิคอนกับหมู่สารอินทรีย์ ซึ่งเขาได้พบว่าสารพอลิเมอร์ที่มีส่วนประกอบของซิลิคอนเหล่านี้มีคุณสมบัติที่น่าสนใจ ซึ่งมันยืดหยุ่น อ่อนนุ่ม ทนความร้อน และเสถียร โดยไม่ทำปฏิกิริยากับสารเคมีหลายชนิด เช่น กรด เบส รวมถึงรังสี UV

ภาพถ่ายของซิลิโคนเหลวที่ถูกนำมาใช้ในการทำแม่พิมพ์หรืองานด้านอื่น ๆ ภาพจาก Gmhofmann

ต่อมาในทศวรรษที่ 1940 ได้มีการพัฒนาแนวคิดซิลิโคนสู่อุตสาหกรรมและเกิดเป็นผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ มากมาย ในช่วงแรกซิลิโคนถูกนำไปใช้เป็นวัสดุทนความร้อน วัสดุกันน้ำ หรือสารหล่อลื่น ซึ่งด้วยคุณสมบัติเฉพาะตัวของซิลิโคนทำให้มันได้รับความนิยมและถูกนำไปพัฒนาเป็นผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ มากมายตั้งแต่ผลิตภัณฑ์ในครัวเรือน ผลิตภัณฑ์ทางการแพทย์ และอุตสาหกรรม

ด้วยคุณสมบัติที่มหัศจรรย์ของซิลิโคนทำให้มันสามารถเข้าไปเป็นส่วนประกอบในผลิตภัณฑ์หลาย ๆ อย่างเราไม่คาดไม่ถึงและมันสามารถทำถูกนำมาใช้งานในจุดที่พลาสติกและยางไม่ตอบโจทย์ เช่น ในกรด เบส ร้อนจัด หรือ เย็นจัดได้

อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech