Silikon: Der vollständige Leitfaden zu Geschichte, Chemie und Sicherheit

Silikone sind Polymere, die alle inerten, synthetisch Verbindung, die aus sich wiederholenden Einheiten von Siloxan besteht, einer funktionellen Gruppe aus zwei Siliziumatomen und einem Sauerstoffatom, häufig verbunden mit Kohlenstoff und/oder Wasserstoff. Sie sind typischerweise hitzebeständig und gummiartig und werden in Dichtungsmitteln, Klebstoffen, Schmiermittel, Medikamente, Kochutensilien sowie thermische und elektrische Isolierung.

In diesem Artikel behandeln wir die Eigenschaften von Silikon und seinen Herstellungsprozess.

Alles, was Sie über Silikon wissen müssen

Silikon ist ein Polymermaterial, das aus Molekülen besteht, die Siloxane genannt werden. Es ist ein einzigartiges Material, das aus Silizium, einem natürlichen Element, das in Sand und Steinen vorkommt, und Sauerstoff besteht. Wenn diese beiden Elemente kombiniert werden, bilden sie eine Verbindung, die lange Ketten sich wiederholender Monomere enthält, die miteinander verbunden sind, um ein Endprodukt zu erzeugen.

Wie wird Silikon hergestellt?

Silikon wird typischerweise hergestellt, indem reines Silikon mit anderen Verbindungen gemischt wird, um eine Silikonverbindung herzustellen. Die Verbindung wird dann durch eine Reihe von wissenschaftlichen Prozessen geleitet, um ein Endprodukt zu erzeugen, das aus langen Ketten sich wiederholender Monomere besteht. Diese Ketten werden miteinander verbunden, um ein Polymer zu erzeugen, das allgemein als Silikon bekannt ist.

Was sind die Hauptanwendungen von Silikon?

Silikon ist ein beliebtes Material, das in vielen verschiedenen Produkten verwendet wird. Einige der häufigsten Anwendungen von Silikon sind:

• Erstellen von Dicht- und Klebstoffen, mit denen verschiedene Materialien miteinander verbunden werden können.
• Herstellung von Schmiermitteln, die zur Verringerung der Reibung zwischen beweglichen Teilen verwendet werden können.
• Erstellen einer thermischen und elektrischen Isolierung, mit der empfindliche Geräte vor Hitze und Strom geschützt werden können.
• Herstellung von Kochutensilien und anderen Küchenprodukten, die ungiftig und hitzebeständig sind.
• Entwicklung medizinischer Geräte und Implantate, die für Patienten sicher und wirksam sind.

Was ist der Unterschied zwischen Silikon und Silikonen?

Silikon ist ein einzelnes Material, während Silikone eine Gruppe von Materialien sind, die aus Silikon bestehen. Silikone sind in der Regel härter und haltbarer als Silikon und werden häufig in Produkten verwendet, die ein hohes Maß an Qualität und Leistung erfordern.

Die Evolution des Silikons: Vom kristallinen Silizium zur modernen Produktion

1854 erhielt Henry Sainte-Claire Deville kristallines Silizium, eine bedeutende Entdeckung in der Welt der Materialien und Verbindungen. Silizium ist ein chemisches Element mit dem Symbol Si und der Ordnungszahl 14. Es ist ein harter, spröder kristalliner Feststoff mit blaugrauem Metallglanz und ein vierwertiges Halbmetall und Halbleiter. Silizium ist nach Masse das achthäufigste Element im Universum, kommt aber in der Natur selten in reiner Form vor.

Die Geburt von Silikonen: Hydes Forschung und Kippings Namensgebung

1930 führte JF Hyde die erste Forschung zur Herstellung kommerzieller Silikone durch. Später, im Jahr 1940, gab der englische Chemiker Frederich Stanley Kipping unter Verwendung von Hydes Forschungen dem Material den Namen „Silikone“, weil es sich um „klebrige Durcheinander“ handelte. Kipping war ein Pionier auf dem Gebiet der organischen Chemie und ist vor allem für seine Arbeiten zur Chemie von Silikonen bekannt. Silikone sind eine Gruppe synthetischer Polymere, die aus sich wiederholenden Siloxaneinheiten bestehen, einer Kette aus alternierenden Silizium- und Sauerstoffatomen mit an die Siliziumatome gebundenen organischen Gruppen.

Die Chemie der Silikone: Struktur und Polymerketten

Silikone sind im Wesentlichen Polymere mit einer Wiederholungseinheit aus Siloxan. Die Siloxaneinheit besteht aus einem Siliziumatom, das an zwei Sauerstoffatome gebunden ist, die wiederum an organische Gruppen gebunden sind. Die organischen Gruppen können Methyl-, Ethyl-, Phenyl- oder andere Gruppen sein. Die Siloxaneinheiten können miteinander verbunden sein, um lineare Ketten oder verzweigte Ketten zu bilden. Die Ketten können auch zu einem dreidimensionalen Netzwerk vernetzt werden. Das resultierende Material ist ein Silikonpolymer mit einer Vielzahl von Eigenschaften.

Die moderne Produktion von Silikonen: Corning, Dow und Hydrolyse

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Die moderne Herstellung von Silikonen umfasst eine Vielzahl von Verfahren, aber das gebräuchlichste Verfahren basiert auf der Hydrolyse von Siliziumverbindungen. Siliziumverbindungen wie Siliziumtetrachlorid (SiCl4) oder Dimethyldichlorsilan (CH3)2SiCl2 werden mit Wasser zu Siloxanen umgesetzt. Die Siloxane werden dann polymerisiert, um Silikonpolymere zu bilden. Das Verfahren kann unter Verwendung einer Vielzahl von Katalysatoren durchgeführt werden, einschließlich Säuren wie HCl oder Basen wie NaOH.

Die Eigenschaften von Silikonen: stark, wasserabweisend und elektrisch isolierend

Abhängig von den an die Siliziumatome gebundenen organischen Gruppen und der Länge der Polymerketten haben Silikone vielfältige Eigenschaften. Zu den Eigenschaften von Silikonen gehören:

• Robust und langlebig
• Wasserdicht
• Elektrisch isolierend
• Beständig gegen hohe und niedrige Temperaturen
• Chemisch inert
• Biocompatibl zu

Silikone werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, darunter:

• Dichtstoffe und Klebstoffe
• Schmierstoffe und Beschichtungen
• Medizinprodukte und Implantate
• Elektrische Isolierung und Leiterplatten
• Automobil- und Luft- und Raumfahrtkomponenten
• Körperpflegeprodukte und Kosmetik

Die Unterschiede zwischen Silikonen und anderen Polymeren

Silikone unterscheiden sich in mehrfacher Hinsicht von anderen Polymeren:

• Die Wiederholungseinheit in Silikonen ist Siloxan, während andere Polymere andere Wiederholungseinheiten haben.
• Die Silizium-Sauerstoff-Bindung in Siloxan ist stärker als die Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung in anderen Polymeren, was Silikonen ihre einzigartigen Eigenschaften verleiht.
• Silikone sind widerstandsfähiger gegen hohe und niedrige Temperaturen als andere Polymere.
• Silikone sind wasserbeständiger als andere Polymere.

Die Zukunft der Silikone: Fortschrittliche Forschung und neue Produkte

Die Verwendung von Silikonen nimmt weiter zu und es werden ständig neue Produkte entwickelt. Einige der Bereiche der fortgeschrittenen Silikonforschung umfassen:

• Die Entwicklung neuer Katalysatoren für die Polymerisation von Siloxanen
• Die Verwendung von Silylacetaten und anderen Verbindungen zur Modifizierung der Eigenschaften von Silikonen
• Die Verwendung von säure- und basenkatalysierten Reaktionen zur Herstellung neuartiger Silikonpolymere
• Die Verwendung von Silikonpolymeren bei der Bildung von Glas und anderen Materialien

Der Begriff „Silikone“ bleibt ein gebräuchlicher Begriff, der verwendet wird, um eine Vielzahl von Materialien auf Silikonbasis zu beschreiben, und die Eigenschaften dieser Materialien werden weiterhin erforscht und verstanden.

Vom Sand zum Silikon: Der faszinierende Prozess der Silikonherstellung

Silikon ist ein Polymer, das in verschiedenen Formen und Produkten weit verbreitet ist. Der Prozess zum Erreichen der gewünschten Silikonformen umfasst eine Reihe von Schritten, die die richtigen Materialien und Bausteine ​​erfordern. Hier sind die Komponenten und Schritte, die am Produktionsprozess beteiligt sind:

• Silizium: Der Hauptbaustein von Silikon ist Silizium, eines der häufigsten Elemente der Erde. Es wird isoliert, indem Quarzsand gemahlen und erhitzt wird, wobei Temperaturen von bis zu 2000 Grad Celsius erreicht werden.

• Methylchlorid: Silizium wird mit Methylchlorid gemischt, das allgemein als Chlormethan bekannt ist. Diese Reaktion erzeugt Chlorsilan, das ein wichtiges Zwischenprodukt bei der Herstellung von Silikon ist.

• Erhitzen: Das Chlorsilan wird dann erhitzt, um Dimethyldichlorsilan zu bilden, das eine Vorstufe von Silikon ist. Bei diesem Verfahren wird der Mischung Wärme zugeführt, wodurch die Reaktion aktiviert und Salzsäure entfernt wird.

• Polymerverarbeitung: Das Dimethyldichlorsilan wird dann mit Wasser gemischt, um ein Polymer zu bilden. Dieses Polymer kann weiterverarbeitet werden, um verschiedene Formen von Silikon zu erhalten, wie z. B. Elastomere, die üblicherweise bei der Herstellung von Gummiprodukten verwendet werden.

Die Bedeutung der Qualitätskontrolle bei der Herstellung von Silikon

Die Herstellung von Silikon erfordert ein hohes Maß an Qualitätskontrolle, um sicherzustellen, dass das Endprodukt den erforderlichen Standards entspricht. Hersteller müssen sicherstellen, dass im Produktionsprozess die richtigen Komponenten verwendet werden und dass der Prozess unter den richtigen Bedingungen durchgeführt wird. Hier sind einige der Faktoren, die Hersteller berücksichtigen müssen:

• Temperatur: Der Produktionsprozess erfordert hohe Temperaturen, die die Qualität des Endprodukts beeinträchtigen können. Hersteller müssen sicherstellen, dass die Temperatur sorgfältig kontrolliert wird, um Schäden am Silikon zu vermeiden.

• Isolieren des Volumens: Der Produktionsprozess beinhaltet das Isolieren des Reaktionsvolumens, um sicherzustellen, dass die richtige Menge an Silikon produziert wird. Dies erfordert eine sorgfältige Überwachung und Kontrolle der Reaktion.

• Vernetzung: Einige Formen von Silikon erfordern eine Vernetzung, um die gewünschten Eigenschaften zu erzielen. Dabei werden die Polymerketten miteinander verbunden, um ein stärkeres Material zu erzeugen.

Die gängigen Formen von Silikon auf dem Markt

Silikon findet sich häufig in einer Reihe von Produkten, von Küchenutensilien bis hin zu medizinischen Geräten. Hier sind einige der gängigsten Formen von Silikon auf dem Markt:

• Silikon mit niedriger Dichte: Diese Art von Silikon wird häufig bei der Herstellung von Dicht- und Klebstoffen verwendet.

• Elastomere: Diese werden üblicherweise bei der Herstellung von Gummiprodukten wie Dichtungen und O-Ringen verwendet.

• Hochtemperatur-Silikon: Diese Art von Silikon wird in Anwendungen verwendet, die Hochtemperaturbeständigkeit erfordern, wie beispielsweise in der Luft- und Raumfahrtindustrie.

Die Chemie von Silikon: Erforschung der Eigenschaften und Bildung dieses vielseitigen Materials

Silikon ist ein synthetisches Material, das aus Silizium-, Sauerstoff-, Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen besteht. Es ist eine Art Polymer, was bedeutet, dass es aus langen Molekülketten besteht, die durch einen Prozess namens Polymerisation gebildet werden. Silikon wird typischerweise durch ein Verfahren namens Hydrolyse gebildet, bei dem Silikonverbindungen mit Wasser umgesetzt werden, um Siloxane herzustellen.

Die Chemie von Siloxanen und Silikonpolymeren

Siloxane sind die Bausteine ​​von Silikonpolymeren. Sie entstehen durch die Reaktion von Siliziumverbindungen mit Wasser, wodurch eine Kette aus abwechselnden Silizium- und Sauerstoffatomen entsteht. Die resultierende Siloxankette kann weiter modifiziert werden, indem organische Gruppen wie Methyl- oder Phenylgruppen hinzugefügt werden, um eine große Vielfalt von Silikonpolymeren herzustellen.

Eines der gebräuchlichsten Silikonpolymere ist Polydimethylsiloxan (PDMS), das durch Anfügen von Methylgruppen an die Siloxankette entsteht. PDMS ist ein harter, spröder kristalliner Feststoff mit einem blaugrauen metallischen Glanz und gehört zur Gruppe 14 des Periodensystems. Es ist eine Silikonart, die häufig bei der Herstellung elektronischer Schaltkreise und anderer Produkte verwendet wird, die ein starkes, wasserbeständiges Material erfordern.

Die Eigenschaften von Silikon und seine allgemeine Verwendung

Silikon hat eine Reihe einzigartiger Eigenschaften, die es zu einem beliebten Material für eine Vielzahl von Anwendungen machen. Einige der wichtigsten Eigenschaften von Silikon sind:

• Hohe thermische Stabilität
• Wasserdichtigkeit
• Geringe Toxizität
• Gute elektrische Isolationseigenschaften
• Hohe Gasdurchlässigkeit

Diese Eigenschaften machen Silikon zu einem beliebten Material für eine Vielzahl von Produkten, darunter:

• Medizinische Geräte
• Autoteile
• Elektronische Bauteile
• Dichtstoffe und Klebstoffe
• Körperpflegeprodukte

Die Zukunft der Silikonproduktion und -entwicklung

Die Silikonherstellung und -entwicklung bleibt ein aktives Forschungsgebiet für Chemiker und Materialwissenschaftler. Neue Methoden zur Herstellung von Silikonpolymeren werden vorgeschlagen und getestet, einschließlich der Verwendung von Ketonen und Silylacetaten im Polymerisationsprozess. Wenn neue Silikonpolymere entwickelt werden, werden sie wahrscheinlich neue Anwendungen in einer Vielzahl von Branchen und Produkten finden.

Die vielseitigen Anwendungen von Silikon

Silikon ist ein wesentlicher Bestandteil in einer Vielzahl von Produkten und Materialien, die im Bau- und Industriesektor verwendet werden. Seine Fähigkeit, hohen und niedrigen Temperaturen zu widerstehen, Chemikalien und Ölen zu widerstehen und unter extremen Bedingungen stabil zu bleiben, macht es zu einem hervorragenden Material für eine Reihe von Anwendungen, darunter:

• Beschichtungen und Klebstoffe
• Isolatoren u Füllstoffe (so verwenden Sie die richtigen)
• Schmiermittel und Getriebe für Kraftfahrzeugmotoren
• Spezialöle und Veredelungsprodukte
• Verglasungs- und Veredelungsmaterialien

Elektronik- und Luft- und Raumfahrtindustrie

Silikone werden aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften auch häufig in der Elektronik- und Luft- und Raumfahrtindustrie verwendet, darunter:

• Effektive Isolierung und Beständigkeit gegen hohe Temperaturen und Chemikalien
• Fähigkeit, Lücken zu füllen und empfindliche Komponenten zu polstern
• Stabile und langlebige Leistung in extremen Umgebungen

Medizinische und kosmetische Anwendungen

Silikongel ist aufgrund seiner hohen Biokompatibilität und der Fähigkeit, die Eigenschaften von menschlichem Gewebe nachzuahmen, ein wichtiger Inhaltsstoff in medizinischen und kosmetischen Produkten. Einige spezifische Verwendungen umfassen:

• Brustimplantate, Hodenimplantate und Brustimplantate
• Bandagen und Verbände
• Kontaktlinsen
• Narbenbehandlungen und Wundpflegeprodukte

Spezielle Anwendungen

Silikon wird auch in einer Vielzahl von Spezialanwendungen verwendet, darunter:

• Gummi- und Harzherstellung
• Mikrofluidik und andere hochpräzise Komponenten
• Produkte der Öl- und Gasindustrie
• Effektive und langlebige Klebstoffe

Die Zukunft der Silikonanwendungen

Da Technologie und Verarbeitungstechniken immer weiter voranschreiten, wird das Anwendungsspektrum von Silikonen weiter wachsen. Von der Entwicklung neuer Materialien und Verbindungen bis hin zum Design spezifischer Teile und Strukturen wird Silikon ein wesentlicher Bestandteil in einer Vielzahl von Produkten und Branchen bleiben.

Warum Silikon eine sichere und umweltfreundliche Wahl ist

Silikon ist aufgrund seiner Sicherheitseigenschaften eine beliebte Wahl für viele Produkte. Hier sind einige Gründe dafür:

• Keine Phthalate: Phthalate sind Chemikalien, die häufig in Kunststoffen vorkommen und der menschlichen Gesundheit schaden können. Silikon enthält keine Phthalate und ist damit eine sicherere Alternative zu Kunststoff.
• Kein BPA: Bisphenol A (BPA) ist eine weitere Chemikalie, die in Kunststoffen vorkommt und negative Auswirkungen auf die Gesundheit haben kann. Silikon ist frei von BPA, was es zu einer gesünderen Option für die Aufbewahrung und das Kochen von Lebensmitteln macht.
• Von Health Canada zugelassen: Health Canada hat Silikon in Lebensmittelqualität zum Kochen und Aufbewahren von Lebensmitteln als unbedenklich eingestuft. Es reagiert nicht mit Speisen oder Getränken, was es zu einer sicheren Wahl für die Verwendung in der Küche macht.

Umwelterwägungen

Silikon ist nicht nur sicher für den Menschen, sondern auch eine umweltfreundliche Wahl. Hier ist der Grund:

• Langlebig: Silikon ist ein langlebiges Material, das jahrelang halten kann und den Bedarf an häufigem Austausch und Abfall reduziert.
• Recycelbar: Silikon kann recycelt werden, wodurch seine Auswirkungen auf die Umwelt reduziert werden.
• Geringe Toxizität: Silikon ist ein Material mit geringer Toxizität, d. h. es setzt bei der Herstellung oder Entsorgung keine schädlichen Chemikalien in die Umwelt frei.

Silikon vs. Kunststoff: Was ist die bessere Alternative?

Silikon und Kunststoff sind zwei Arten von Materialien, die in verschiedenen Branchen häufig verwendet werden. Kunststoff ist ein traditionelles Material, das seit Jahrzehnten verwendet wird, während Silikon eine relativ neue Verbindung ist, die in den letzten Jahren an Popularität gewonnen hat. Beide Materialien haben ihre eigenen einzigartigen Eigenschaften und Verwendungen, aber es gibt einige wichtige Unterschiede zwischen ihnen.

Unterschied in den Eigenschaften

Einer der Hauptunterschiede zwischen Silikon und Kunststoff ist die Art und Weise, wie sie hergestellt werden. Silikon wird aus Silizium, einem natürlich vorkommenden stabilen Element, hergestellt, während Kunststoff aus synthetischen Verbindungen hergestellt wird. Das bedeutet, dass Silikon einige Eigenschaften hat, die Kunststoff nicht hat, wie z. B. haltbarer und hitzebeständiger zu sein. Silikon hält höheren Temperaturen stand als Kunststoff und ist daher ideal für den Einsatz in Koch- und Backgeräten.

Ähnlichkeiten und Unterschiede in Form und Formbarkeit

Silikon ist zwar haltbarer als Kunststoff, aber nicht so flexibel. Es kann nicht wie Plastik in verschiedene Formen gegossen werden. Silikon kann jedoch in eine Vielzahl von Formen gegossen werden, was es zu einer beliebten Wahl für Utensilien und Küchengeräte macht. Kunststoff wird auch häufig für Utensilien und Küchengeräte verwendet, ist aber nicht so haltbar wie Silikon.

Sicherheit und elektrische Eigenschaften

Silikon ist auch für seine Sicherheit und seine elektrischen Eigenschaften bekannt. Es ist ein ungiftiges Material, das beim Erhitzen keine schädlichen Chemikalien freisetzt, wodurch es sicher zum Kochen und Backen verwendet werden kann. Es ist auch ein guter elektrischer Isolator, was es ideal für den Einsatz in elektrischen Geräten macht. Plastik hingegen kann beim Erhitzen schädliche Chemikalien freisetzen, was es zu einer weniger sicheren Option zum Kochen und Backen macht.

Reinigung und Instandhaltung

Wenn es um Reinigung und Pflege geht, haben Silikon und Kunststoff einige Gemeinsamkeiten und Unterschiede. Beide Materialien können in der Spülmaschine gereinigt werden, Silikon ist jedoch haltbarer und hält höheren Temperaturen stand. Kunststoff kann sich bei hohen Temperaturen verziehen und schmelzen, wodurch er weniger haltbar ist als Silikon.

Zusammenfassung

Silikon ist also ein Material aus Silizium und Sauerstoff und wird für viele Dinge verwendet. 

Sie können sehen, warum es jetzt so beliebt ist, nicht wahr? Scheuen Sie sich also nicht, Fragen zu stellen, wenn Sie sich bei etwas nicht sicher sind. Du kannst immer einen Freund um Hilfe bitten. 

Und vergessen Sie nicht, unseren Leitfaden für weitere Informationen zu Silikon zu lesen.

Ich bin Joost Nusselder, Gründer von Tools Doctor, Content Marketer und Vater. Ich liebe es, neue Geräte auszuprobieren, und zusammen mit meinem Team erstelle ich seit 2016 ausführliche Blogartikel, um treuen Lesern mit Werkzeugen und Basteltipps weiterzuhelfen.