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Silicone

Silicone sind synthetische Polymere, deren relativ langen Molekülketten abwechselnd aus Siliciumatomen und Sauerstoffatomen aufgebaut sind. Obwohl in der Struktur sehr ähnlich dem Aufbau von kettenförmigen Kohlenwasserstoffen (Alkanen), sind sie nicht eindeutig der organischen Chemie zuzuordnen, sondern stellen eine Art Zwitterform (Hybrid) dar. In der Chemie ebenfalls geläufig ist für Silicone die Bezeichnung Siloxane, bzw. Poly(dimethyl)siloxane. Die Bezeichnung Silicone leitet sich vom englischen "silicon ketone" ab. Einfache lineare Silikone sind nach dem Schema (R2SiO)n aufgebaut, und R2SiO entspricht der allgemeinen Formel für Ketone R2C=O. Da Si-O-Doppelbindungen jedoch nicht stabil sind, ist diese Ableitung rein formal. Der internationale Freiname der Verbindung lautet Dimeticon.

Ausgangsmaterialien zur Herstellung sind staubfein gemahlenes Silicium (Si) und Methylchlorid (CH3Cl). Diese werden unter Verwendung von Kupfer als Katalysator bei ca. 300°C in Fließbettreaktoren zu Methylchlorsilanen umgesetzt (Müller-Rochow-Synthese). Durch fraktionierte Destillation werden die Methylchlorsilane getrennt

Die Eigenschaften der Silicone werden einerseits durch die Kettenstruktur und Länge bestimmt. Zum Anderen können über die Methylgruppen (CH3-) weitere organische Ketten und Gruppen mit entsprechenden Reaktionsmöglichkeiten angefügt werden. Die gewöhnlich in der Technik verwendeten Siliconharze sind vernetzte Polymethylsiloxane oder Polymethylphenylsiloxane, deren Elastizität und Wärmebeständigkeit mit dem Gehalt an Phenylgruppen steigt. Reine Methylsiliconharze sind relativ spröde und mäßig wärmebeständig Für den Einsatz z.B. als Formbaumaterial müssen Silicone vernetzt werden. Erst dann entsteht das Silicon-Elastomer. Ein besonderer Vorteil der Silicone ist die allgemein sehr hohe Elastzität und der sehr große Temperaturbereich, in dem Silicone dauerhaft eingesetzt werden können. Dieser reicht in der Regel von -50 bis +200°C und kann kurzzeitig auch noch deutlich darüber liegen.

Für den Einsatz im Modell- und Formenbau werden im Wesentlichen 2K-Silicone verwendet, die bei Raumtemperatur vernetzen (auch vulkanisieren, da bei Elastomeren die übliche Bezeichnung), so genannte RTV Silicone. Diese RTV Silicone werden noch in zwei Gruppen unterschieden, die den Vulkanisationsmechanismus betreffen. Kondensationsvernetzende Silicone haben als reaktive Gruppe eine Hydroxylgruppe (R-OH). Additionsvernetzende Silicone werden über eine Vinylgruppe (R-CH=CH2) vernetzt. Wie der Name schon sagt, gibt es bei der Vernetzung von Kondensationsvernetzenden Siliconen ein Spaltprodukt, das bei der Reaktion entsteht und dem Vulkanisat langsam entweicht. Dies ist in der Regel ein kurzkettiger Alkohol, meist Ethanol oder Propanol. Bei additionsverntzenden Siliconen entsteht kein weiteres Reaktionsprodukt. Bedingt durch das Entweichen des Kondensats schrumpfen Formen aus Kondensations-Systemen im Laufe der Zeit leicht. Dieser Effekt ist unvermeidbar.

Bei den Vernetzern handelt es sich im Allgemeinen um metallorganische Verbindungen. Die Vernetzer von additionsvernetzenden und kondesnationsvernetzenden Siliconen sind untereinander nicht kompatibel. Mit den Vernetzern können die Eigenschaften ebenfalls gesteuert werden. Auch die Topf- und Verarbeitungszeiten können durch Zugabe von Katalysatoren verändert werden. Bei additionsvernetzenden Siliconen kann die Aushärtezeit auch über die Temperatur gesteuert werden. Je höher die Temperatur, desto kürzer die Aushärtezeit. Analog ist auch eine Topfzeitverlängerung möglich. Chemische Topfzeitverlängerer, die nachträglich eingerührt werden können, sind ebenfalls erhältlich.

Wie auch bei Epoxiden und Polyurethanen ist das vorgegebene Mischungsverhältnis genau einzuhalten. Insbesondere bei additionsvernetzenden Siliconen ist auch auf Sauberkeit zu achten bzw. darauf, dass manche Stoffe nicht hiermit abgeformt werden können. Stoffe wie z.B. synthetischer oder Naturkautschuk, Weichmacher, Amine, Schwermetallverbindungen und schwefelhaltige Verbindungen führen zu einer deutlichen Verlangsamung bzw. zu einer Blockierung der Vernetzung.

Silicone enthalten meist spezielle Füllstoffe, die die Eigenschaften verbessern bzw. den Erfordernissen anpassen. Dennoch kann es vom Anwender gewünscht sein, weitere Füllstoffe, Farben oder gar andere Silicone und Siliconöle beizumischen. Hierbei ist zu beachten, dass unvernetzte Kondensationssysteme absolut unverträglich mit Additions- systemen sind. Gleiche Systeme können dagegen auch untereinander gemischt werden. Bei Farben und Füllstoffen ist insbesondere bei additionsvernetzenden Siliconen darauf zu achten, dass die Vulkanisation nicht gestört wird. Bei nachträglichen Formulierungen sollte hierzu stets der Hersteller befragt werden. Dies gilt auch für die Verwendung von Thixotropiermitteln, die auf die jeweiligen Systeme abgestimmt sein müssen.

Silicone sind im Allgemeinen selbst trennend. Eine spezielle Behandlung der Oberflächen mit Trennmitteln ist deshalb eigentlich nicht erforderlich. Allerdings kann es bei verschiedenen Oberflächen immer wieder auch zu stärkeren Anhaftungen kommen. Im Einzelfall ist deshalb die Verwendung von Trennmitteln ratsam. Hierzu sollten aber keine ölbasierenden Trennmittel verwendet werden. Nichtreaktive und somit unvernetzte Siliconöle werden in der Industrie auch als Trennmittel eingesetzt. Die Viskositäten der auch als Schalöl bekannten Öle liegt dabei deutlich unter denen der vernetzbaren Siliconharze. Auf Basis von Siliconölen gibt es für die Industrie auch eine breite Palette an Entschäumern und Entlüftern.

Aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung sind insbesondere die additionsvernetzten Silicone physiologisch unbedenklich. So ist der dauerhafte Hautkontakt in der Regel risikolos. Auch für Anwendungen im Lebensmittelbereich sind solche Silicone deshalb zugelassen. Dies ist durch die Bundesanstalt für Risikobewertung attestiert. Im Handel sind viele weitere Artikel aus Siliconen zu finden, wie z.B. Schläuche, Kuchenformen, und auch in der Orthopädie- und Medizintechnik finden sich viele Hilfsmittel aus Siliconen. Das reicht von der Abformmasse der Zahnärzte über Prothesenmaterial bis hin zu künstlichen Herzklappen. Hier macht man sich zunutze, dass das menschliche Immunsystem kaum auf die Silicone reagiert.

Im Kunstguss wird Silicon zur Herstellung von Negativformen für den späteren Abguss von Skulpturen und Reliefs verwendet. Silicon zeichnet sich dabei durch die Abzeichnungsgenauigkeit von Oberflächendetails aus und ist beim Aushärten der gegossenen Form praktisch schrumpffrei. Aus dem selben Grund wird Silicon auch für die Formherstellung im Rapid Prototyping, speziell vor allem beim Vakuumgießen eingesetzt.

1. Einführung

2. Kunststoffe und Chemie

3. Epoxidharze

4. Polyesterharze

5. Polyurethanharze

6. Silicone

7. Eigenschaften und Prüfung

8. Modellbauwerkstoffe

9. Rapid Prototyping

10. Klebstoffe

Allgemeines

Gefahrensymbole

Transportsymbole

R-Sätze

S-Sätze