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Anfangweiter Siliconöle - hitzebeständig, schmierend, emulgierend

Die linearen Moleküle der Siliconöle bestehen aus verknüpften Dimethylsiloxaneinheiten. Siliconöle werden durch Hydrolyse von Dichlordimethylsilan und nachfolgender Kondensation hergestellt. Durch Zugabe von Säure oder Base kann eine Kondensation zu höhermolekularen Siliconölen katalysiert werden. Monofunktionales Trichlormethylsilan bildet dabei den jeweiligen Kettenabschluß. Die entstehenden Siliconöle sind weitestgehend chemisch inert. Es handelt sich dabei in der Regel um klare, geruchlose, hydrophobe und neutrale Flüssigkeiten. Ihre Molekulargewichte können zwischen 1000 D(alton) und 150 000 D variieren, die Viskositäten liegen zwischen  0,65 mPa s bis 100 000 mPa s.

In der folgenden Tabelle befinden sich die wichtigsten physikalischen Eigenschaften eines Siliconöls mit der Viskosität von 350 mPa s:

Molekulargewicht (Zahlenmittel)

etwa 10 000 D

Flammpunkt

> 300 °C

Stockpunkt

- 50 °C

Hitzebeständigkeit

bis 200 °C (an Luft)

Zündpunkt

um 500 °C

Wärmeleitfähigkeit bei 50 °C

0,15 W/K · m

Durchschlagfestigkeit

14 kV/mm

Spezifischer Widerstand

6 ·1015 W · cm

Oberflächenspannung

21 mN/m

Anfangweiter Auffällig ist bei den Siliconölen, dass deren physikalische Eigenschaften wie Wärmeleitfähigkeit, Viskosität u. a. nicht so stark temperaturabhängig sind wie die entsprechenden Eigenschaften der mineralische Öle. Die folgende logarithmische Auftragung zeigt die Temperaturabhängigkeit der Viskosität verschiedener Öle:

Anfangweiter Da zwischen den einzelnen Methylsiliconketten nur sehr schwache intermolekulare Kräfte auftreten, weisen sie in weiten Bereichen ihrer Molekulargewichte flüssige Konsistenz auf. Einen Überblick darüber liefert die folgende Tabelle:

Viskosität [mPa s] Molekulargewicht [D] mittlere Kettenlänge
0,65 162 2
10 1200 16
100 5200 70
1000 15 000 200
10000 37000 500
100000 74000 1000

 

Anfangweiter Weitere physikalische Eigenschaften

Bei niedrigen Viskositäten liegen die Stockpunkte von Siliconölen bei - 50 °C. Des Weiteren besitzen Siliconöle ab einer Viskosität von 1000 mPa s einen außerordentlich geringen Dampfdruck.

Im Vergleich zu Kohlenstoffverbindungen ähnlicher Konstitution liegen die Siedepunkte vergleichbarer, niedrigviskoser Siliconöle deutlich niedriger.

Ab Viskositäten von 100 mPa s liegen die Flammpunkte über 300 °C, bei Selbstentzündungstemperaturen von mehr als 420 °C.

Die Kompressibilität von Siliconölen liegt weit über der von Mineralölen. Entscheidender ist jedoch, dass sich die Viskosität nach Druckbeanspruchung weit weniger ändert als bei Mineralölen. Beispiel: Nach 200000 Druckcyclen über 500 Stunden ändert sich die Viskosität eines Siliconöls lediglich um 2 %, während sich die eines Mineralöls um 50 % verändert.

Die Wärmeleitfähigkeit von Siliconölen ist deutlich geringer als die von Aluminium, Glas oder Wasser.

Durch chemische Modifizierung (Copolymerisierung), leiten sich von Siliconölen eine große Zahl weiterer Siliconprodukte ab. Zu den wichtigsten Produktgruppen zählen: Copolymere Siliconöle, Siliconöle mit funktionellen Gruppen, Siliconöl-Emulsionen.

Anfangweiter Copolymere Siliconöle

Im wesentlichen erfolgen Modifikationen am Siloxangerüst auf zwei Arten: Entweder es werden statt der Methylgruppen längere Alkylketten angeknüpft oder es wird eine Copolymerisation mit organischen Polymeren durchgeführt. Auf diese Weise lassen sich die sonst hydrophoben Siliconöle in mehr oder weniger hydrophile Moleküle umwandeln. Dazu können beispielsweise Polyethylenoxid (-CH2CH2O-) oder Polypropylenoxid-Einheiten (-CH2CH2CH2O-) verwendet werden. Eine solche Modifikation steigert nicht nur die Wasserlöslichkeit oberhalb eines bestimmten Trübungspunktes, sondern auch die Tensideigenschaft (Emulgatoreigenschaft).

Folgende Strukturgruppen sind zu unterscheiden:

Bei Derivaten cyclischer Siloxane treten mitunter wachsartige Konsistenzen auf.

Anfangweiter Siliconöle mit funktionellen Gruppen

Besitzen Siloxane reaktive Gruppen als endständiges Kettenglied, so spricht man von funktionellen Siliconölen. Dazu zählen OH-Polymere (Hydrolysat), H-Siloxan, Siliconöle mit Amino- oder Epoxygruppen. Man erhält sie durch Hydrolyse der entsprechenden funktionellen Chlorsilane. Im folgenden ist ein Aminosiloxan aufgeführt, das zu den wichtigsten funktionellen Siliconölen zählt.

Wegen ihrer hohen Substrataktivität werden die aminofunktionellen Siliconöle vor allem in der Haarkosmetik, in Autopolituren sowie zur Behandlung von Textilien eingesetzt. Außerdem finden sie Anwendung als Vernetzer bei der Herstellung organischer Kunststoffe.

Anfangweiter Siliconöl-Emulsionen

Siliconöle kommen häufig in Form von wässrigen Emulsionen zum Einsatz. In dieser Form kann leicht eine weitere Verdünnung mit Wasser vorgenommen werden, wodurch gleichmäßige Verteilung bei geringen Substanzmengen auf den Untergründen möglich wird.

Für die Emulgierung von Siliconölen mit Wasser wählt man den Typ, der auch bei Milch vorkommt: "Öl in Wasser".

Um eine stabile Verteilung der Öltropfen zu erzielen, werden deren Oberflächen mit Tensiden belegt (Emulgatoren). Dabei richten sich die lipophilen Enden des Emulgators zum Öltropfen hin aus, während seine hydrophilen Zentren die Löslichkeit in Wasser vermitteln. Durch diesen Vorgang wird die Oberflächenspannung des Öltröpfchens erniedrigt, wobei die Emulgatorschicht gleichzeitig ein Zusammenfließen der einzelnen Tropfen verhindert.

Die Stabilität von Emulsionen hängt stark von der Teilchengröße ab. Was die Teilchengröße anbelangt, nimmt man folgende Unterscheidungen vor:

Emulsionstyp Teilchengröße

feinteilige Emulsionen

ca. 250 nm

grobteilige Emulsionen

400 nm

Antischaumemulsionen

4000 - 10000 nm

Anfangweiter Abschließend sei noch ein tabellarischer Überblick über die Einsatzmöglichkeiten von Siliconölen gegeben, wobei die dafür benötigten Eigenschaften ebenfalls mit aufgeführt sind:

Anwendung Einsatzgebiete Benötigte Eigenschaften
Trennmittel Entformung von Kunststoffteilen, z. B. in der Reifenindustrie bei der Fabrikation von Pressteilen etc. Temperaturbeständigkeit
einmaliger dünner Auftrag für viele Trennvorgänge
verhindert das Festkleben der Kunststoffe an den Geräten
Gleitmittel

Kunststofflager
Nähgarn
Weinkorken
Schneidwerkzeuge
Folien

verringern die Oberflächenreibung
verleihen ausgezeichnete Gleiteigenschaften
wasserabweisend
Dämpfungsmedium Drehzahlregler
Federbeine
Flüssigkeitskupplung
Messschreiber
Kreiselkompasse
(aero)nautische Instrumente
über einen weiten Temperaturbereich von Raumtemperatur bis 200 °C bleiben die physikalischen Eigenschaften nahezu unverändert
Hydrauliköl Stoßdämpfer
Bremszylinder
Pumpen

ausgezeichnetes Viskositäts- und Temperaturverhalten
hohe Kompressibilität und Stabilität

flüssiges Dielektrikum

Kühlmittel
Transformatoren
Kondensatoren
Hochspannungsröhren
Raumfahrt

strahlungsbeständig
elektrische Eigenschaften bleiben über einen weiten Temperaturbereich erhalten

Hydrophobierungsmittel

Glas
Keramik
Schichtstoffe
Schalter
Isolatoren
Textilien

geringe Oberflächenspannung
stark wasserabweisend
kein Nährboden für Pilze und Bakterien

Antischaummittel

Verhinderung von Schaumbildung

in sehr geringen Mengen wirksam
geruchs- und geschmacksfrei

in kosmetischen Rezepturen

Hautschutzsalben, Sonnencremes, Haarpflegemittel, Insektenschutzmittel

ungiftig
bilden wasserabweisenden Schutzfilm, der die Haut atmen lässt und nicht reizt

Pflegemittelzusatz

Auto- und Möbelpolituren
Schuh- und Bodenpflegemittel

glanzhaltend
wasserabstoßend
glättend

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