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Silikone, oder auch Poly(organo)siloxane, bestehen hauptsächlich aus Polymeren. Polymere sind viele verkettete Makromoleküle, die aus gleichartigen Monomeren bestehen. Charakteristisch für Silikone ist, dass diese Polymere aus Sauerstoffatomen Siliciumatomen bestehen und so Molekülketten bilden, welche auch untereinander vernetzt sein können. Der Rest der freien Valenzelektronen ist dabei mit Kohlenstoffen, meist Methylgruppen, besetzt.
Abbildung 1: Grundstruktur von Silikon
Silikone: Herstellung
Zur Herstellung von Silikonen benötigt man zunächst zwei Komponenten. Zum einen benötigt man ganz feines Silicium-Puder (Si) und dazu kommt dann Methylchlorid. Damit die Reaktion schneller verläuft, benutzt man als Katalysator Kupfer. Dies wird dann bei circa 300 °C zu Dimethyldichlorsilan umgesetzt.
Abbildung 2: Erster Schritt der Herstellung von Silikonen
Das Dimethyldichlorsilan wird daraufhin hydrolysiert, dem Stoff wird also Wasser hinzugegeben und die Sauerstoffatome aus dem Wasser reagieren mit dem Dimethyldichlorsilan. Heraus kommen dabei zwei Stoffe, nämlich Dimethylsilandiol und Chlorwasserstoff.
Abbildung 3: Zweiter Schritt der Herstellung von Silikonen
Dimethylsilandiol setzt sich dann unter Abspaltung von Wasser mit anderen Dimethylsilandiolen zusammen zu einer langen Kette. Die Länge dieser Kette variiert dabei immer. Diesen Vorgang nennt man Polymerisation. Das Endprodukt, also die Kette aus gleichen Bausteinen, nennt man dann Polymer. Das Polymer, welches bei dieser Reaktion herauskommt, heißt hier Silikon oder auch Polydimethylsilandiolen.
Abbildung 4: Dritter Schritt der Herstellung von Silikonen
Silikone: Umweltaspekte
Bei Silikonen und vor allem Polymeren denkt man oft direkt an Plastik und somit auch an Erdöl, denn auch Silikon wird aus Erdöl hergestellt und zählt somit zu den Plastikarten.
Silikone sind zwar schwer abbaubar, aber ungiftig und lang haltend. Jedoch bleiben sie daher sehr lange in der Umwelt, können von Mikroorganismen aufgenommen und womöglich eingelagert werden. Sie sind also in fester Form genauso ein Umweltproblem, wie viele andere Kunststoffe auch.
Silikone: Arten und ihre Verwendungszwecke
Es gibt verschiedenen Arten von Silikonen - Silikon-Ketten können unterschiedlich angeordnet sein, was dann nicht nur eine Auswirkung auf die Struktur hat, sondern auch auf die Eigenschaften, die die jeweilige Silikonart mit sich bringt. Genau für diese Eigenschaften gibt es auch die passenden Sparten in verschiedensten Bereichen, in denen diese jeweilige Art von Silikon verwendet werden kann.
Silikone sind meistens farblose, geruchsfreie und hydrophobe Flüssigkeiten, die zwischen -60 °C und bis 200 °C gute Schmiereigenschaften aufweisen. Silikone sind hydrophob, da sich die Methylgruppen, die sich in dem Molekül befinden, nach außen richten und diese bewirken dann das hydrophobe Verhalten and der Silikonoberfläche. Deshalb werden Silikone hauptsächlich dann verwendet, wenn irgendwo etwas geölt oder geschmiert werden muss.
Silikonöle
Maschinelle Industrie
In der Autoindustrie und auch bei der Herstellung anderer Fahrzeuge werden beispielsweise Silikone mit höherer Viskosität, also mit einem zähflüssigeren Zustand, für die Drehmomentübertragung im Motor genutzt. Aber auch viele andere Schmierstoffe, wie Hydrauliköl, kommen zum Einsatz. Als Gleitmittel für die Kunststoffverarbeitung bzw. Schmiermittel in Kunststoffgetrieben wird auch Silikon verwendet. Ein weiteres Beispiel ist, dass sich Silikone im Poliermittelzusatz für Autolacke befinden. In der maschinellen Branche wird sehr viel mit Silikonen gearbeitet, deshalb könnte diese Aufzählung noch eine Weile so weitergehen.
Medizin und Pharmazie
In der Medizin ist Silikon oft in Hautschutzsalben und als Salbengrundlage zu finden.
Kosmetik
Im kosmetischen Sektor wird Silikon zur Frisurstabilisierung, als Fixateur für Duftstoffe und als Bestandteil von Zahnpasten und Shampoos genutzt.
Außerdem wird Silikonöl als Massageöl verwendet. Silikonöl kann auch als Gleitmittel mit Latexkondomen verwendet werden. In Latexkleidung kann Silikonöl das Anhaften oder vorzeitige Altern verhindern und den typischen, starken Glanz der Kleidung liefern. Bei eng anliegender Latexkleidung erleichtert Silikonöl zudem das Tragen.
Handwerk
Silikonpaste aus Silikonöl wird als Schutz- und Dichtpaste für empfindliche Metalle und Geräteteile verwendet. Silikonfett wird als Schmiermittel bei niedrigen Temperaturen, hohen Temperaturen oder starken Schwankungen verwendet. Diese Temperaturschwankungen können sich dabei im Bereich von 70 bis +230° aufhalten.
Massenfabrikation
Silikonharze
Silikonharze sind Vernetzungen aus Silikonen, deren Elastizität und Wärmebeständigkeit mit dem Gehalt an Phenylgruppen () steigt.
Silikonharze werden normalerweise in vorkondensierter Form verkauft. Man verwendet sie zur Herstellung von Formmassen und Laminaten. Manchmal werden diese Silikonharze mit geeigneten Füllstoffen (wie Glasfaser, Quarzmehl, Glimmer etc.) zur Stabilisierung angemischt. Darüber hinaus werden Silikonharze als wirksame Zusätze in Entschäumern eingesetzt.
Silikonelastomere
Silikonkautschuk ist ein Stoff, der in einen gummielastischen Zustand gebracht werden kann. Es kann als Dichtungs-, Dämpfungs-, Elektroisoliermaterial, Kabelmantel usw. verwendet werden.
Die vielleicht bekannteste Verwendung ist als Dichtstoff zum Füllen von Fugen in der Bauindustrie. Dichtungen aus Silikon werden verwendet, um Öffnungen und Fugen in Wänden und Decken abzudichten, die eine Feuerbeständigkeit aufweisen müssen.
Hier wird Kieselgel nicht nur als Dichtung, sondern auch als Teil der Baugruppe verwendet. Im Brandtest läuft das dem Feuer ausgesetzte Silikonharz schnell aus. Aus diesem Grund werden Silikonkautschukschläuche, die aus Silikonelastomeren hergestellt werden, in der chemischen Industrie, in der Medizin, im Flugzeug- und Raketenbau etc. verwendet.
Abbildung 5: Silikon als Fugendichtung
Fluorsilikone
Bei Fluorsilikonen sind die ursprünglichen Methylgruppen () durch Fluoralkylgruppen () ersetzt worden. Dadurch ist die Eigenschaft, der Oxidations- und Chemikalienbeständigkeit bei Fluorsilikonen noch größer, als bei normalen Silikonen. Diese werden z.B. für Dichtungen in Automotoren nutzt.
Weshalb Silikone gemieden werden
Besonders in der Kosmetikbranche wird Silikon geächtet. Überall wird damit geworben, dass in Shampoos, Cremes etc. keinerlei Silikone vorhanden sind.
Das liegt daran, dass Silikon auch in der Kosmetik seine Haupteigenschaften nicht verliert. Denn auch hier haben sie die gleiche Art etwas zu versiegeln. Das geschieht genau nach dem gleichen Prinzip, wie es bei der Fugenmasse und bei Autolacken geschieht. Nur, dass das Silikon hier statt in Fugen und an Autos, in der Kosmetik auf der Haut und an den Haaren verwendet wird. Somit werden diese auch versiegelt.
Damit legen die Silikone zwar eine glatte, glänzende Schicht auf die Oberfläche, können jedoch nicht in diese eindringen und verhindern zudem noch das Eindringen von anderen Stoffen. So können Haut und Haaren auch keine Pflegestoffe und andere Mineralien von außen zugegeben werden, die die Haut-oder Haarstrukturen unterstützen würden. Zudem ist Silikon ein synthetischer Stoff und diese sollten im Idealfall insgesamt vom Körper fern gehalten werden, da diese Allergien und Irritationen auslösen können.
Abbildung 6: Silikon bildet eine Schicht auf der Hautoberfläche
Silikone - Das Wichtigste
- Silikone bestehen aus Polymeren, welche wiederum aus Silicium, Sauerstoff und Methylgruppen besteht
- Silikon besteht aus Erdöl und ist schwer abbaubar, jedoch ungiftig
- Silikone werden aus Silicium-Puder und Methylchlorid hergestellt. Das Endprodukt bei der Reaktionsreihe lautet Polydimethylsilandiol
- Es gibt vier verschiedene Arten von Silikonen: Silikonöle, Silikonelastomere, Silikonharze und Fluorsilikone
- Alle Silikonarten werden in vielfältigen Gebieten angewendet, wie z.B. in der Medizin, im Handwerk, in der Automobilindustrie, in der Kosmetikbranche und in der Großindustrie
- Silikone in Shampoos und Cremes sind nicht zu empfehlen, da diese eine undurchlässige Schicht auf der Struktur bilden. So können keine Nährstoffe aufgenommen werden, außerdem fördern Silikone auf Haut und Haar Allergien und Irritationen
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Häufig gestellte Fragen zum Thema Silikone
Warum sind Silikone hydrophob?
Silikone sind hydrophob, da sich die Methylgruppen, die sich in dem Molekül befinden, nach außen richten. Diese bewirken dann das hydrophobe Verhalten and der Silikonoberfläche.
Welche Eigenschaften muss Silikon haben?
Silikon kann viele verschiedenen Eigenschaften haben. Jedoch sind einige Eigenschaften festgelegt, wie z.B. die hohe Temperaturbeständigkeit, Hydrophobie, Geruchslosigkeit und Farblosigkeit. Außerdem bestehen sie immer aus Silicium-Sauerstoff-Polymeren.
Was wird aus Silikon hergestellt?
Aus Silikon kann man viele verschiedene Stoffe herstellen. Unter anderem sind Beispiele hierfür Fugendichtungen, Hydrauliköle, Schmieröle, Autolacke, Salben, Zahnpasta, Shampoo, Massageöl, Dichtpaste, Laminat, Dämpfungs- und Kabelmaterial und auch Druckfarbenzusatz.
Was ist Silikon für ein Material?
Silikon ist ein geruchsfreies und farbloses Polymer aus Erdöl und gehört damit zu den Plastikarten. Es ist äußerst hitzebeständig und vielfältig nutzbar.
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