寻找硅酮第二站：厨具 

　　让我们做这样一个小实验：在一块洁净的玻璃表面滴上几滴水，水很快就在玻璃表面形成一层薄膜，但如果我们在这块玻璃上先涂上一些硅酮并让它固化，然后再把水滴上去，就会发现水滴不再容易铺展开，而是尽量保持原有的形状。这是为什么呢？ 

　　硅酮固化之后，它的化学结构并没有太大的变化，因此固态与液态硅酮的表面能也相差无几。这就造成一个很有趣的事实：液态硅酮由于表面能低，很容易就覆盖在固体表面上，而它固化之后，它又使得固体表面的表面能大大降低，许多液体不再能够轻易覆盖在这个新的表面上。这就像是在明星的见面会上，一位粉丝抢到了最先与偶像见面的机会，然后又死死阻拦不准别的粉丝靠近偶像一步。不过虽然硅酮很“霸道”，人们还偏偏喜欢它这个劲头，因为硅酮能够让固体表面变得“不沾”，特别是表面能相对较高的水，更是在硅酮表面寸步难行。这可以有效地保护固体表面不受玷污。例如我们把硅酮喷涂在建筑物的外墙上，就可以有效地防止路人在上面乱涂鸦，因为油墨会很难均匀铺展在硅酮表面，很快就从墙上流走了。 

　　当然，如果我们把一大盆水泼到硅酮表面，在重力作用下，水还是会和硅酮发生接触。如果把水换成能够固化的液体，再如法炮制，看上去“蛮不讲理”的硅酮终于被征服了？其实不然，只要我们稍稍用力，这一层固体就会从硅酮表面脱落，而且几乎不会留下任何痕迹，也就是说，经过硅酮处理的表面不仅“不沾”，而且能够“不粘”。这个性质同样可以给我们带来很大的便利。例如许多物品的加工都需要先将液体的原料注入模具，然后使之固化成型，但如果固化后的物体与模具粘在一起，要想将物体完好取出就比较费劲。但如果事先在模具内壁涂上一层硅酮，那么成型后的物体就更加容易与模具分离。 

　　当然，如果我们不是将硅酮涂抹到其他物体的表面，而是直接将固态的硅酮也就是硅橡胶制成各种器具，这些器具的表面同样可以保持清洁。这就是为什么用硅酮制成的烤盘、铲子等厨具不容易被食材玷污，即便粘上食物残渣也很容易就可以洗掉的原因。如果你厌烦烹饪后的清洗，硅酮厨具无疑是个大福音。 

　　硅酮制成的烤盘[1] 

　　硅橡胶不仅表面不容易被其他材料附着或者玷污，与其他的橡胶相比还有另外一个显著的优点。你或许见过这样的实验：把一个橡胶做成的小球浸泡在液氮中一段时间，然后迅速取出并让它从高处落下，结果小球不仅不会弹起，而且很可能伴随着清脆的响声裂成几块。这说明当温度低到一定程度，橡胶就无法保持弹性，而是变得硬而脆，受到外力冲击容易破碎。这个温度称为玻璃化转变温度。例如天然橡胶和许多合成橡胶的玻璃化转变温度都在-70 °C或者更高，而液氮的沸点低达-196 °C，在这个温度下，它们自然不再具有弹性。 

　　这个时候，硅酮的优势就体现出来了：它的玻璃化转变温度比其他常见的橡胶材料都低得多。当其他橡胶的性能随着温度降低而大打折扣时，硅酮仍然能够保持良好的弹性，因此非常适合低温条件下的应用。 

　　几种常见橡胶的玻璃化转变温度（单位：摄氏度）的比较。数据来自参考文献[2] 

　　硅酮不仅“不怕冷”，还“不怕热”——在高温下的稳定性要比其他常见橡胶材料要好得多。不仅如此，紫外线和臭氧是许多橡胶材料的大敌，硅酮却对它们统统免疫，因此在需要面对比较苛刻的环境时往往派它上阵。 

　　不过硅酮也不是完美无瑕：它的生产成本要比其他橡胶高得多，而且机械强度也不如其它橡胶，因此并非每一个场合都会把它作为首选，例如几乎没有人会去拿硅酮做汽车轮胎。当然，没有任何一种材料是完美的，扬长避短，总是我们在选择材料时应当遵循的原则。 

　　了解了硅酮作为橡胶的种种优点，接下来我们再来看一看硅酮是如何为我们的健康保驾护航的。 

　　寻找硅酮第三站：医疗器械 

　　健康问题的解决不仅需要药物，还离不开各种医疗器械，例如导管和植入体内的设备，而用于医疗器械的材料选择起来讲究可就多了。首先，这种材料与人体接触时不能引起炎症等不良反应，更不能有毒。其次，这种材料在体内的稳定性要好，要知道各种酶和微生物可不是吃素的，很多材料都能被它们啃得千疮百孔。这么高的门槛让很多材料望而却步，而硅酮却很好地符合这些条件，因此自然受到医护人员的青睐。另外，前面我们提到，硅酮在高温下也能很好地保持化学结构不受破坏，因此我们可以放心地把硅酮制成的用具放入高压灭菌釜进行消毒。正是由于这些优点，硅酮经常被用于生产各种医疗器械，例如导管和植入体内的设备等，不过最为有名应用的大概要数用于隆胸了。 

　　在前面我们已经提到，用于隆胸的“硅胶”不是二氧化硅，而是地道的硅酮，不过这里的硅酮并非普通的固体硅酮也就是硅橡胶，当然更非液态硅酮，而是将硅橡胶和液态硅酮混合到一起。我们知道，化学性质相近的物质可以充分混合到一起，即所谓“相似相溶”。把化学结构几乎相同的硅橡胶和液态硅酮放在一起，大概会像将糖块放到水中那样，糖块很快消失不见？其实不然，因为这里的硅橡胶已经是一个三维的网络，无法再分散到液态硅酮中。相反，液态的硅酮会渗透到硅橡胶中，让后者变得膨胀，像果冻一样，柔软但又不再像液体一样自由流动，这样的材料我们称为凝胶。硅酮的凝胶做好后，外面还要包上一层普通硅橡胶制成的膜以防止泄露，这样才得到用于隆胸的硅胶。当然，还有许多消费者选择生理盐水作为隆胸材料，但这种材料其实也是将生理盐水袋密封在硅橡胶中，因此仍然离不开硅酮。 

　　用于隆胸的硅胶[3] 

　　可能有的朋友会说，我的身体很结实，手术之类的离我很遥远，硅酮是否仍然有机会为我的健康服务呢？当然有，其中一个场合便是隐形眼镜。最早的隐形眼镜采用聚甲基丙烯酸甲酯，也就是俗称的有机玻璃为主要材质。有机玻璃的透光性能堪比玻璃，却不像玻璃那样受到冲击容易破碎，而且也比玻璃轻便得多，按理说用于隐形眼镜真的是近乎完美了。但这种隐形眼镜的佩戴者经常抱怨戴了一段时间隐形眼镜后就会感到非常不适，这是怎么回事呢？原来，人眼要想发挥正常的生理功能，必须能够直接与空气接触。而在有机玻璃中，分子与分子之间的排列实在太紧密了，像一堵密不透风的墙。空气难以透过隐形眼镜镜片与人眼接触，隐形眼镜的佩戴者自然不会感到非常舒服。研究人员随后尝试用刚才提到的凝胶类材料代替有机玻璃，只不过这里用水来作为溶剂。水能够帮助空气透过镜片，但透气性仍然有限。 

　　这个时候，研究人员想到了硅酮。与有机玻璃等常见的高分子材料不同，硅酮的分子与分子之间排列地非常疏松，存在着大量的空隙，因此气体分子可以畅通无阻地穿过它。尤其有趣的是，硅酮虽然不能让水滴在它表面铺展开，却可以让水蒸气顺利通过。实验表明，硅酮的透气性能是其他常见橡胶或者塑料的几十甚至上百倍！与此同时，硅酮也可以像有机玻璃那样高度透明。因此人们期待，用硅酮制成的隐形眼镜将会给使用者带来更好的体验。 

　　最常见的硅橡胶——聚二甲基硅氧烷与其他常见塑料或者橡胶透气性的比较（相对值，以高密度聚乙烯为1）。数据来自参考文献[4] 

　　不幸的是，硅酮被人们津津乐道的“不沾”和“不粘”的优点在这里却给隐形眼镜的开发者带来了大麻烦——由于泪液很难在硅酮表面铺展开，用硅酮制成的隐形眼镜镜片经常会与角膜直接接触，这很容易引发各种眼部感染。结果，虽然透气性显著提高，隐形眼镜佩戴者的体验却变得更加糟糕。幸好聪明的科学家们找到了解决之道，那就是通过化学反应将硅酮和前面提到的有机玻璃或者水凝胶强行“捆绑“到一起。这样一来，硅酮的高透气性仍然可以得到保留，而有机玻璃等材料对泪液的亲和力又比较强 ，镜片的各个指标比较令人满意。今天广泛用于隐形眼镜镜片的材料就是基于这种组合。 

　　有的朋友或许又要说，我也不近视，从不戴眼镜，硅酮还会与我的健康有关系吗？答案仍然是肯定的，因为我们每天都离不开沐浴露、护发素、护肤品等日化用品，而许多日化用品中都有硅酮的身影。这些产品中的硅酮的具体结构有所差别，功能也不尽相同，但都在为保证和提高产品的性能默默奉献，例如用在护肤品中的硅酮通常会给使用者带来独特的柔顺润滑的感觉，而把硅酮加到口红中，则能够让口红涂在嘴唇上之后显得更加光泽动人。 

　　好了，我们的寻找硅酮之旅就要到此为止了，不过这并不意味着硅酮的应用只有前面介绍过的这几方面。事实上，这种神通广大的材料几乎渗透到我们生活的方方面面，我们又有什么理由不去喜爱它呢。 

　　参考文献和注释： 

　　[1] http://www.amazon.com/HIC-Silicone-12-Cup-Muffin-Pan/dp/B00428M7ES 

　　[2] https://www.sigmaaldrich.com/content/dam/sigma-aldrich/docs/Aldrich/General_Information/thermal_transitions_of_homopolymers.pdf 

　　[3] https://www.dowcorning.com/content/publishedlit/52-1069-01.pdf 

　　[4] W. L. Robb, “Thin Silicone Membranes-Their Permeation Properties and Some Applications”, Annals of the New York Academy of Sciences, 1968, 146, 119 

　　来源：科学公园（http://www.ikexue.org/archives/37785） 

　　编辑：中国科学院兰州文献情报中心