Nguồn gốc keo silicone và hành trình trở thành vật liệu tiêu chuẩn của ngành xây dựng

Bài viết dưới đây sẽ trình bày toàn bộ quá trình hình thành, các cột mốc phát triển quan trọng và lý do keo silicone trở thành vật liệu gần như không thể thiếu trong các công trình hiện đại.

1. Nguồn gốc keo silicone bắt đầu từ đâu?

Ngày nay, keo silicon xuất hiện ở hầu hết công trình dân dụng và công nghiệp. Tuy nhiên, vật liệu này không ra đời cùng ngành xây dựng mà bắt nguồn từ những nghiên cứu hóa học về nguyên tố silicon vào cuối thế kỷ XIX.

1.1 Những nghiên cứu đầu tiên về hợp chất organosilicon

Để hiểu lịch sử keo silicone, trước hết cần phân biệt giữa silicon và silicone:

• Silicon (Si) là nguyên tố hóa học đứng thứ hai về độ phổ biến trong vỏ Trái Đất, chủ yếu tồn tại dưới dạng silica (SiO₂) và các khoáng silicat.
• Silicone là nhóm polymer tổng hợp chứa liên kết silicon – oxy (Si–O–Si), kết hợp với các nhóm hữu cơ như methyl hoặc phenyl.

Năm 1863, nhà hóa học người Anh Frederic Stanley Kipping bắt đầu nghiên cứu các hợp chất organosilicon. Trong hơn ba thập kỷ tiếp theo, ông tổng hợp hàng loạt hợp chất mới và đặt tên chúng là silicones, dù sau này giới khoa học xác định cấu trúc hóa học của chúng khác với nhận định ban đầu.

Các công trình của Kipping đã đặt nền móng cho toàn bộ ngành hóa học silicone hiện đại. Đến nay, ông vẫn được xem là "cha đẻ của hóa học organosilicon". Tuy nhiên, ở giai đoạn này silicone mới chỉ tồn tại trong phạm vi nghiên cứu. Chi phí tổng hợp rất cao, sản lượng nhỏ và chưa thể ứng dụng trong sản xuất quy mô lớn.

1.2 Direct Process mở ra kỷ nguyên sản xuất silicone thương mại

Bước ngoặt lớn của nguồn gốc keo silicon diễn ra vào đầu thập niên 1940. Năm 1940, gần như đồng thời. Eugene G. Rochow, Richard Müller đã phát triển thành công quy trình Direct Process (Rochow Process). Phương pháp này cho phép cho methyl chloride phản ứng trực tiếp với silicon nguyên chất dưới xúc tác đồng để tạo methylchlorosilane – nguyên liệu cốt lõi của ngành silicone.

Ý nghĩa của Direct Process rất lớn vì:

• Giảm mạnh chi phí sản xuất.
• Tăng sản lượng silicone lên quy mô công nghiệp.
• Tạo tiền đề phát triển dầu silicone, cao su silicone, nhựa silicone và keo silicone.

Đến cuối Thế chiến II, nhiều doanh nghiệp lớn bắt đầu đầu tư sản xuất silicone thương mại. Đây được xem là thời điểm mở đầu cho ngành công nghiệp silicone hiện đại. Sau khi nguồn nguyên liệu được sản xuất ổn định, các nhà nghiên cứu tiếp tục phát triển những công thức phù hợp với nhu cầu trám kín và liên kết trong xây dựng. Từ đây, keo silicone bắt đầu bước ra khỏi phòng thí nghiệm để trở thành một vật liệu ứng dụng thực tế.

2. Vì sao silicone dần trở thành lựa chọn ưu tiên trong vật liệu trám kín?

Sự phát triển của keo silicone gắn liền với nhu cầu nâng cao hiệu suất của vật liệu trám kín trong xây dựng. Trước khi silicone được ứng dụng rộng rãi, putty, bitum và polysulfide từng được sử dụng trong nhiều công trình với các mục đích khác nhau. Tuy nhiên, khi công trình ngày càng mở rộng về quy mô, xuất hiện nhiều hệ cửa kính, façade và kết cấu kính có yêu cầu cao về độ kín nước, khả năng chịu chuyển vị và độ bền ngoài trời, vật liệu trám kín cần đáp ứng đồng thời nhiều yêu cầu kỹ thuật khắt khe hơn.

Silicone dần được ưu tiên trong các ứng dụng này nhờ đặc tính đàn hồi cao, khả năng chịu tia UV và thời tiết tốt, cùng khả năng duy trì hiệu suất trong điều kiện môi trường ngoài trời. ASTM International ghi nhận silicone structural glazing bắt đầu được phát triển từ giữa thập niên 1960 và đã được ứng dụng trong các hệ façade, glazing từ nhiều thập niên trước. Một số hệ thống sử dụng silicone từ những năm 1970 vẫn có dữ liệu vận hành dài hạn, cho thấy tiềm năng độ bền lâu dài của vật liệu khi được thiết kế và thi công đúng yêu cầu.

So với các vật liệu trám kín truyền thống, silicone nổi bật ở độ đàn hồi, khả năng chịu chuyển vị, chống UV và chịu thời tiết. Những đặc tính này giúp silicone phù hợp với các mối nối thường xuyên chịu tác động từ môi trường và chuyển động kết cấu, đặc biệt trong cửa nhôm kính, façade và kết cấu kính.

2.1 Hạn chế của putty, bitum và polysulfide

Trước thập niên 1950, vật liệu trám kín phổ biến trong xây dựng gồm:

• Putty (bột trét kính): hỗn hợp dầu lanh và bột đá vôi, thường dùng để cố định kính vào khung cửa gỗ.
• Bitum (nhựa đường): sử dụng để chống thấm mái, nền móng và các khe co giãn.
• Polysulfide sealant: vật liệu đàn hồi được phát triển mạnh từ sau Thế chiến II, ứng dụng trong sân bay và công trình công nghiệp.

Mặc dù từng đóng vai trò quan trọng, các vật liệu này tồn tại nhiều hạn chế: 

• Putty có độ đàn hồi thấp. Sau thời gian dài chịu tác động của nhiệt độ và tia UV, vật liệu dễ co ngót, nứt và bong khỏi bề mặt kính. Việc bảo trì thường xuyên làm tăng chi phí vận hành công trình.
• Bitum có khả năng chống nước tốt nhưng chịu nhiệt kém. Khi nhiệt độ môi trường tăng cao, bitum mềm và chảy; ngược lại, ở điều kiện lạnh, vật liệu trở nên giòn và dễ nứt. Khả năng bám dính với kính, nhôm và kim loại cũng hạn chế.
• Polysulfide cải thiện đáng kể độ đàn hồi và khả năng kháng hóa chất. Tuy nhiên, vật liệu này có thời gian đóng rắn dài, khó thi công, màu sắc hạn chế và độ bền dưới tia cực tím thấp hơn silicone. Theo thời gian, polysulfide dễ bị lão hóa khi tiếp xúc liên tục với môi trường ngoài trời.

Khi kiến trúc hiện đại chuyển sang sử dụng hệ façade kính, cửa nhôm kính và các kết cấu có khe co giãn lớn, những vật liệu truyền thống dần không còn đáp ứng yêu cầu kỹ thuật.

2.2 Những đặc tính giúp silicone trở thành lựa chọn vượt trội

Sự phát triển của keo silicone trong xây dựng đến từ cấu trúc hóa học đặc biệt của polymer silicone. Khác với nhiều polymer hữu cơ có mạch carbon làm khung chính, silicone sở hữu liên kết silicon–oxy (Si–O–Si). Đây là một trong những liên kết có năng lượng cao và ổn định, giúp vật liệu duy trì tính chất trong điều kiện môi trường khắc nghiệt.

Nhờ cấu trúc này, keo silicone mang nhiều ưu điểm nổi bật:

• Độ đàn hồi cao, có thể hấp thụ chuyển vị của khe nối mà không bị nứt.
• Khả năng chống tia UV và ozone vượt trội.
• Hoạt động ổn định trong dải nhiệt độ rộng, từ khoảng -50°C đến trên 150°C, tùy từng dòng sản phẩm.
• Chống nước và chống ẩm hiệu quả.
• Bám dính tốt trên nhiều vật liệu như kính, nhôm, thép, gốm, đá và bê tông.
• Tuổi thọ sử dụng có thể kéo dài hàng chục năm nếu được lựa chọn và thi công đúng kỹ thuật.

Một ưu điểm quan trọng khác là silicone vẫn duy trì độ đàn hồi sau nhiều chu kỳ co giãn của công trình. Điều này đặc biệt cần thiết đối với các tòa nhà cao tầng, nơi vật liệu thường xuyên chịu tác động của gió, giãn nở nhiệt và rung động.

Theo Handbook of Sealant Technology, silicone là nhóm chất trám kín có khả năng chống chịu thời tiết tốt nhất trong các loại sealant thương mại, nhờ khả năng duy trì đặc tính cơ học sau thời gian dài tiếp xúc với tia cực tím, mưa, độ ẩm và biến động nhiệt độ.

Những ưu điểm này đã đưa keo silicone trở thành vật liệu được ưu tiên trong các tiêu chuẩn thiết kế và thi công hiện đại. Từ đây, ngành silicone bước vào giai đoạn phát triển mạnh mẽ với hàng loạt cải tiến về công nghệ và chủng loại sản phẩm nhằm đáp ứng những yêu cầu ngày càng cao của ngành xây dựng toàn cầu.

3. Hành trình phát triển của keo silicone từ phòng thí nghiệm đến tiêu chuẩn toàn cầu

Từ một thành tựu nghiên cứu trong lĩnh vực hóa học, keo silicone đã trải qua hơn 80 năm phát triển để trở thành vật liệu trám kín tiêu chuẩn của ngành xây dựng. Mỗi giai đoạn đều gắn liền với sự thay đổi của kiến trúc và yêu cầu kỹ thuật ngày càng cao đối với công trình.

1940–1950: Đặt nền móng cho ngành công nghiệp silicone

Sau khi Eugene G. Rochow (Hoa Kỳ) và Richard Müller (Đức) phát triển thành công quy trình tổng hợp trực tiếp (Direct Process) vào năm 1940, silicone lần đầu tiên được sản xuất ở quy mô công nghiệp với chi phí hợp lý. Đây được xem là cột mốc mở đầu cho ngành công nghiệp silicone hiện đại.

Trong giai đoạn này, silicone chủ yếu được sản xuất dưới dạng dầu silicone, cao su silicone và nhựa silicone để phục vụ các ngành điện, hàng không và cơ khí. Đồng thời, những loại keo silicone đầu tiên cũng được nghiên cứu nhằm đáp ứng nhu cầu trám kín và chống thấm trong xây dựng.

1960–1970: Keo silicone được ứng dụng rộng rãi trong xây dựng

Sự phát triển của cửa nhôm kính và các công trình sử dụng nhiều kính tạo ra nhu cầu về một loại vật liệu có khả năng bám dính tốt, chịu được thời tiết và duy trì tính đàn hồi trong thời gian dài.

Trong giai đoạn này, keo silicone một thành phần được đưa vào sử dụng rộng rãi. Keo đóng rắn khi tiếp xúc với độ ẩm trong không khí nên thi công thuận tiện hơn nhiều so với các vật liệu trám kín truyền thống.

Nhờ khả năng chống tia cực tím, chống nước, chịu biến dạng và tuổi thọ cao, keo silicone dần thay thế putty, bitum và nhiều loại chất trám khe từng phổ biến trước đó. Từ đây, silicone trở thành vật liệu quen thuộc trong cửa kính, phòng tắm, nhà bếp và các khe co giãn của công trình.

1970–1990: Hoàn thiện công nghệ và mở rộng ứng dụng

Khi vật liệu xây dựng ngày càng đa dạng, ngành silicone tiếp tục cải tiến công nghệ để tăng khả năng tương thích với nhiều bề mặt khác nhau.

Một trong những bước tiến quan trọng là sự ra đời của keo silicone đóng rắn trung tính. Khác với dòng keo đóng rắn bằng axit trước đây, loại keo này hạn chế hiện tượng ăn mòn kim loại và có thể sử dụng trên nhôm, thép mạ kẽm, bê tông, đá tự nhiên hoặc tấm xi măng sợi. Đến nay, đây vẫn là dòng keo được sử dụng phổ biến trong hệ cửa nhôm kính và mặt dựng.

Cũng trong giai đoạn này, kiến trúc thế giới chứng kiến sự phát triển mạnh của các tòa nhà sử dụng mặt dựng kính. Để đáp ứng yêu cầu chịu lực của hệ kết cấu, các nhà sản xuất phát triển keo silicone kết cấu. Khác với keo trám kín thông thường, loại keo này tham gia liên kết giữa kính và khung công trình, đồng thời phải đáp ứng nhiều tiêu chuẩn nghiêm ngặt về độ bền bám dính, khả năng chịu tải, chống lão hóa và chịu tác động của môi trường.

>>> Xem thêm: Khám phá chi tiết sự khác nhau giữa keo silicone axit và trung tính

Từ những năm 2000 đến nay: Hướng đến an toàn và phát triển bền vững

Bước sang thế kỷ XXI, yêu cầu về an toàn cháy và công trình xanh trở thành xu hướng của ngành xây dựng. Điều này thúc đẩy sự ra đời của keo silicone chống cháy, giúp hạn chế sự lan truyền của lửa, khói và khí nóng qua các khe nối trong khoảng thời gian theo thiết kế của từng hệ thống.

Song song với đó, các nhà sản xuất tiếp tục cải tiến công thức nhằm giảm phát thải hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC), nâng cao tuổi thọ sản phẩm và tăng khả năng bám dính trên nhiều loại vật liệu mới. Tiêu biểu như dòng chất trám xanh Apollo Green Sealant A300, sản phẩm đáp ứng tốt các tiêu chí khắt khe của các tiêu chuẩn công trình xanh như LEED, Green Mark hay BREEAM nhờ hàm lượng VOC cực thấp, góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng, bảo vệ môi trường sống và kéo dài tuổi thọ công trình.

Trải qua nhiều thập kỷ phát triển, keo silicone đã chuyển từ một vật liệu trám kín thông thường thành giải pháp kỹ thuật quan trọng trong xây dựng hiện đại. Quá trình cải tiến liên tục về công nghệ và chất lượng giúp silicone tiếp tục giữ vai trò chủ đạo trong các công trình dân dụng, công nghiệp và hạ tầng trên toàn thế giới.

4. Apollo Silicone - Chất trám chất lượng cho công trình Việt

Từ những nghiên cứu đầu tiên về hợp chất organosilicon đến sự phát triển của các dòng keo silicone chuyên dụng, ngành vật liệu trám kín đã trải qua hơn một thế kỷ đổi mới để đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của xây dựng hiện đại. Những tiến bộ này cũng là nền tảng để các thương hiệu phát triển các giải pháp chất trám kín phù hợp với điều kiện thi công thực tế, trong đó có Apollo Silicone.

Apollo Silicone tập trung phát triển hệ sinh thái sản phẩm phục vụ nhiều hạng mục từ cửa nhôm kính, kính nội thất, phòng tắm, nhà bếp đến các công trình dân dụng và công nghiệp. Danh mục sản phẩm đa dạng giúp thợ thi công và nhà thầu có thể lựa chọn đúng loại keo cho từng vật liệu và điều kiện sử dụng, góp phần nâng cao chất lượng hoàn thiện công trình.

Để bảo đảm tính ổn định của sản phẩm, Apollo Silicone sử dụng nguồn nguyên liệu silicone nhập khẩu nguyên đai, nguyên kiện từ các nhà cung cấp nguyên liệu hàng đầu thế giới như Dow Chemical (Hoa Kỳ) và Shin-Etsu (Nhật Bản). Việc lựa chọn nguồn nguyên liệu có chất lượng đồng nhất là một trong những yếu tố quan trọng giúp sản phẩm duy trì độ bám dính, độ đàn hồi và khả năng chống chịu thời tiết theo yêu cầu kỹ thuật.

Với định hướng đồng hành cùng anh em thợ, nhà thầu và đơn vị thi công, Apollo Silicone liên tục mở rộng danh mục chất trám để đáp ứng nhiều nhu cầu từ thi công dân dụng đến các dự án xây dựng. Đây cũng là cách thương hiệu tiếp nối những thành tựu của ngành silicone trên thế giới, mang các giải pháp vật liệu hiện đại đến gần hơn với thị trường Việt Nam.

5. Kết luận

Nhìn lại nguồn gốc keo silicon, có thể thấy đây là thành quả của hơn một thế kỷ nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực hóa học vật liệu. Từ những nghiên cứu đầu tiên về hợp chất organosilicon của Frederic Stanley Kipping, đến bước đột phá với quy trình Direct Process của Eugene Rochow và Richard Müller, silicone đã từng bước được thương mại hóa và ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp.

Ngày nay, keo silicone trở thành vật liệu tiêu chuẩn trong xây dựng nhờ khả năng bám dính cao, độ đàn hồi bền vững và khả năng chống chịu thời tiết vượt trội. Sự phát triển của các dòng Neutral Cure, Structural Silicone và Fire Rated tiếp tục mở rộng phạm vi ứng dụng, đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của các công trình hiện đại.

Với xu hướng xây dựng xanh, giảm phát thải carbon và nâng cao tuổi thọ công trình, silicone được dự báo sẽ tiếp tục là một trong những nhóm vật liệu quan trọng của ngành xây dựng trong nhiều thập kỷ tới.

FAQ: Câu hỏi thường gặp về nguồn gốc keo silicone

1. Silicone có nguồn gốc từ đâu?

Silicone được tổng hợp từ silicon – nguyên tố phổ biến trong cát thạch anh (silica) – thông qua các phản ứng hóa học tạo thành polymer chứa liên kết silicon–oxy (Si–O–Si).

2. Keo silicone được phát minh khi nào?

Nền tảng hóa học của silicone được Frederic Stanley Kipping nghiên cứu từ cuối thế kỷ XIX. Đến năm 1940, quy trình Direct Process của Eugene Rochow và Richard Müller mở đường cho sản xuất silicone quy mô công nghiệp, tạo tiền đề phát triển keo silicone thương mại.

3. Vì sao keo silicone được sử dụng nhiều trong xây dựng?

Keo silicone có khả năng bám dính tốt, chịu thời tiết, chống tia UV, chống nước và duy trì độ đàn hồi trong thời gian dài, phù hợp với cửa nhôm kính, façade và các khe co giãn.

4. Silicone và silicon khác nhau như thế nào?

Không. Silicon là nguyên tố hóa học (Si), còn silicone là nhóm polymer tổng hợp được tạo thành từ silicon, oxy và các nhóm hữu cơ.

5. Keo silicone có tuổi thọ bao lâu?

Tùy theo chất lượng sản phẩm, điều kiện môi trường và kỹ thuật thi công, keo silicone có thể duy trì hiệu quả từ 20 năm trở lên trong nhiều ứng dụng xây dựng.

Tài liệu tham khảo (APA 7th):

1. Brook, M. A., & Skov, A. L. (2021). Silicones: The renaissance continues. Macromolecular Rapid Communications, 42(15), 2100048.
2. Carse, A. (Ed.). (2004). Sealants in Construction (2nd ed.). CRC Press.
3. Petrie, E. M. (2007). Handbook of Sealant Technology (2nd ed.). CRC Press.
4. Rochow, E. G. (1945). An introduction to the chemistry of the silicones. Journal of the American Chemical Society, 67(6), 963–965. 
5. Dow. (2024). Building and construction silicone technologies. Dow Inc.

Lý do vì sao trong các bài viết của Apollo Silicone luôn sử dụng linh hoạt 2 thuật ngữ Silicone (có chữ e) và Silicon (không có chữ e):

Silicon (Si) “không có chữ e” đơn giản chỉ là một nguyên tố hóa học. Còn với Silicone “có chữ e” là một hợp chất cấu trúc bao gồm các nguyên tử Silicon và Oxygen kết hợp với nhau tạo thành chuỗi Polymer giống cao su có khả năng kháng lại sự thay đổi của nhiệt độ, co giãn và đàn hồi tốt, không dẫn điện dẫn nhiệt.

Sản phẩm từ Silicone có tên thương mại là Silicone Sealant chuyên dùng để gắn, trám trét, bịt kín các khe hở, mối nối nhôm kính và nhiều loại vật liệu xây dựng khác. Trong thực tế, chúng ta thường gọi các sản phẩm này là Keo Silicon (không dùng chữ e theo thói quen, viết và hành vi tìm kiếm trên mạng), nhưng về mặt kỹ thuật, chất trám Silicone mới là thuật ngữ để chỉ những sản phẩm này. Và khi nhắc đến các sản phẩm này, Silicone “có chữ e” là cách sử dụng chính xác nhất.