Silicone là tên gọi chung cho nhiều nhóm polymer silicone hữu cơ có cấu trúc gồm một bộ khung siloxan vô cơ (Si – O) với các nhóm hữu cơ (thường là methyl) được gắn đối xứng qua bộ khung này. Điều đó cũng tạo nên một cấu trúc đặc biệt, tạo cho silicones các đặc tính độc đáo, nhất là các đặc tính bề mặt của chúng.

Nguyên liệu	Tính thẩm thấu hơi nước (g/m2/h)
Silicone dễ bay hơi	152
Dầu hoa hướng dương	125
Silicone gum	121
PDMS 350 cSt	107
Dầu khoáng	93
C18 Alkylmethylsiloxane	37
C30 Alkylmethylsiloxane	2
Petrolatum	0

PDMS: polydimethylsiloxane

Bộ khung siloxane

Vai trò chính của bộ khung siloxane là giúp các nhóm methyl có được trạng thái cấu trúc tốt nhất cùng với sự linh hoạt tối đa. Trong hầu hết các hydrocacbon, các góc liên kết là cố định và sự bố trí các nguyên tử trong không gian thường ngăn chặn không cho các gốc methyl tự do có được năng lượng bề mặt thấp. Ở phân tử silicone, độ dài liên kết Si-O dài hơn nhiều và góc liên kết Si-O-Si phẳng hơn so với các liên kết C–C và C–O tương ứng, làm cho các phân tử rất dễ “xoay” và chuỗi polymer ở trạng thái rất linh hoạt. Điều này làm cho các phân tử có sự định hướng khác nhau trong không gian, tạo điều kiện cho các phân tử khí khuếch tán dễ dàng và hình thành các màng thoáng khí.

Cùng với các lực liên phân tử thấp giữa các nhóm methyl, tính linh hoạt này cũng có ảnh hưởng sâu sắc đến tỷ trọng cũng như tính chất bề mặt của silicone, các thông số vật lý như nhiệt độ và trọng lượng phân tử, điểm đóng băng, nhiệt độ của chất lỏng và điểm sôi thấp, độ nén cao và khả năng tồn tại ở trạng thái lỏng khi trọng lượng phân tử cao bất thường. Đồng thời, sự linh hoạt cũng tạo ra sự đa dạng về cấu trúc và thành phần; nhiều phân nhóm silicone mạch thẳng và mạch vòng có trọng lượng phân tử đa dạng, mức độ phân nhánh hoặc liên kết chéo khác nhau. Hơn nữa, liên kết siloxane tương đối mạnh, làm cho polymer có độ bền nhiệt và bền oxy hóa, đảm bảo sự ổn định của sản phẩm khi bào chế.

Những nhóm hữu cơ “lơ lửng”

Chức năng chính của các nhóm hữu cơ (methyl) là tạo ra hoạt tính hoạt động bề mặt của phân tử silicone. Thứ tự tăng năng lượng bề mặt cho các nhóm chứa carbon đơn là -CF3 > -CF2- > -CH3 > -CH2-. Các phép đo sức căng bề mặt chất lỏng cho thấy thứ tự tăng hoạt động bề mặt là hydrocarbon, tiếp theo là silicone, và sau đó là fluorocarbon.

Silicone không phù hợp với mô hình đơn giản rằng việc giảm năng lượng bề mặt là do sự gia tăng tính kỵ nước và sức căng bề mặt nhờ tính linh hoạt của bộ khung siloxane, cho phép chúng phân bố theo các hướng với các góc khác nhau. Sức căng bề mặt của silicone cũng không phụ thuộc vào chiều dài mạch carbon. Ngoài ra, sức căng bề mặt tới hạn của silicone bị làm ướt cao hơn silicone lỏng, có nghĩa là chúng có thể lan tỏa trên màng film của chính chúng. Điều này giải thích cho hiện tượng sau khi silicone đạt được độ bao phủ hoàn toàn, đồng nhất trên bề mặt sẽ tạo điều kiện cho sự lan truyền hiệu quả của các vật liệu khác, tạo ra lớp film mịn và trơn bóng.

Ngoài ra, do các nhóm hữu cơ, độ hòa tan của silicone trong nước thấp hơn so với nhiều vật liệu hữu cơ khác, hình thành các rào cản ngăn sự rửa trôi và tăng độ bám dính cho các công thức. Các nhóm chức như phenyl, alkyl, polyether và amino lên bộ khung siloxane giúp mở rộng các tính chất và lợi ích của silicone.