Silikone:
chemisch genauer Poly(organo)siloxane, ist eine Bezeichnung für eine Gruppe synthetischer
Polymere, bei denen
Siliciumatome über
Sauerstoffatome verknüpft sind.
In Silane sind die Siliciumatome direkt mit einem Benachbarten Si-Atom verknüpft.
Als Silikone werden Siloxane bezeichnet bei dem der organische Rest nicht nur aus Wasserstoffatomen besteht.
Aufgrund ihres typisch
anorganischen Gerüsts einerseits und der
organischen Reste andererseits nehmen Silikone eine Zwischenstellung zwischen anorganischen und organischen Verbindungen ein, insbesondere zwischen
Silikaten und organischen
Polymeren. Sie sind in gewisser Weise
Hybride und weisen ein einzigartiges Eigenschaftsspektrum auf, das von keinem anderen
Kunststoff erreicht wird.
Die Eigenschaften sind abhängig von der
Kettenlänge, dem
Vernetzungsgrad und den
(an)organischen Resten.
In der Natur kommen ausschließlich anorganische Siliciumverbindungen vor, nämlich
Siliciumdioxid, Silicate und Kieselsäure. Alle anderen Siliciumverbindungen einschließlich der Silikone sind synthetischen Ursprungs.
Natürliche Silikone gibt es daher ausschließlich in der Sprache der Werbung.
Struktur
Silikone bestehen aus einzelnen
Siloxaneinheiten. Dabei sind die Siliciumatome, die durch das Ausbilden von Bindungen zu Sauerstoff ihr
Oktett (Elektronenschale) nicht erreichen, mit organischen Resten abgesättigt.
Die eckige Klammer im unteren Bild stellt die Siloxaneinheit dar. Die Kettenlänge kann variieren, sprich die Anzahl der Siloxaneinheiten kann bis ca. 400 Einheiten variieren und bestimmt so die Eigenschaften des Silikons (Zähflüssigkeit, Siedepunkt etc.)
Wie bei den organischen Polymeren basiert die Vielzahl der möglichen Verbindungen darauf, dass verschiedene Siloxaneinheiten im Molekül miteinander verknüpft, werden können. Angelehnt an die Systematik der organischen Polymere kann man folgende Gruppen unterscheiden
- Cyclische Polysiloxane sind ringförmig aus difunktionellen Siloxaneinheiten aufgebaut. Bauform [Dn].
- Lineare Polysiloxane mit der Bauform [MDnM] bzw. R3SiO[R2SiO]nSiR3 (Bsp. Poly(dimethylsiloxan)) (Dimeticon)
- Verzweigte Polysiloxane die als verzweigende Elemente trifunktionelle oder tetrafunktionelle Siloxaneinheiten aufweisen. Bauform [MnDmTn]. Die Verzweigungsstelle(n) ist/sind dabei entweder in eine Kette oder einen Ring eingebaut.
- Vernetzte Polysiloxane in dieser Gruppe sind ketten- oder ringförmige Moleküle mit Hilfe von tri- und tetrafunktionellen Siloxaneinheiten zu planaren oder dreidimensionalen Netzwerken verknüpft. Für den Aufbau hochmolekularer Silikone sind Kettenbildung und Vernetzung die dominierenden Prinzipien.
PDMS
Das für unsere Zwecke am interessanteste ist das
Polydimethylsiloxan (PDMS). Es zählt als einfachstes Silikonöl zu den linearen
Siloxanen.
Angelehnt an die englische Bezeichnung Dimethicone wird es als
Arzneistoff unter der Bezeichnung Dimeticon (
INN) gegen Gasansammlungen im Magen-Darm-Trakt und als
Entschäumer bei
Tensidvergiftungen verwendet. Weitere Anwendungen umfassen den Einsatz als
Pedikulozid (d. h. gegen
Kopfläuse), zur
Gleitbeschichtung beim Großteil aller verkauften
Kondome und für Kosmetikprodukte.
Durch die Verwendung von PDMS in Kosmetika bildet sich ein Schutzfilm auf der Haut bzw. um die Haare, was zu einem gewissen Glanzeffekt führt.
Der Siedepunkt beträgt etwa 200
°C (bei niedermolekularen Typen, hochmolekulare zersetzen sich vor der Verdampfung bei > 200 °C).
Pharmazeutische Qualitäten (Dimeticon (Ph. Eur.)) sind klare, farblose Flüssigkeiten, deren
kinematische Viskositäten je nach Polymerisationsgrad (etwa 20 bis 400) nominell 20 bis 1300 mm2·s−1 betragen. Sie sind praktisch unlöslich in Wasser, praktisch unlöslich bis sehr schwer löslich in wasserfreiem
Ethanol, mischbar mit
Ethylacetat, mit
Methylethylketon und mit
Toluol
Umwelt und Gesundheit
Silikone kommen in der Natur nicht vor. Laut
Öko-Test sind Silikone schwer abbaubar, jedoch ungiftig. Laut
Umweltbundesamt bauen sich längerkettige
Silikonöle (
speziell Polydimethylsiloxane) in feuchten Sedimenten so langsam ab, dass sie auch nach Jahrzehnten als Marker für
anthropogene Aktivitäten dienen können. Der Abbau wird durch Tonminerale katalysiert und liefert das wasserlösliche
Monomer Dimethylsilandiol, welches in der Atmosphäre
photolytisch und im Boden biologisch durch Mikroben zu
Siliciumdioxid und Kohlendioxid abgebaut wird.
Gelangen Silikone in die
Müllverbrennung kann die Bildung von Siliciumdioxid (Quarz) im Rauchgas zu
sandstrahlartigen Effekten auf die Turbine führen, weswegen dies nach Möglichkeit vermieden werden sollte.
Abwasser: Bei der
Membranfiltration sind Siloxane unerwünscht, da sie sich in die Poren der Membran einlagern und zu
Fouling führen, welches durch Rückspülen und Einsatz von Chemikalien nur bedingt zu entfernen ist
Ich hoffe der Überblick reicht erstmal
Zusammengefasst: Kettenlänge, Vernetzungsgrad und Art der Reste bestimmen die Eigenschaften. Biologisch ungiftig (für uns Menschen zumindest), da chemisch inert. Biologische Abbaubarkeit ist eine Katastrophe. Somit gelangen diese Silikone fast überall hin und verbleiben dort auch.
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