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 Chlortrimethylsilan 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 1 000 000 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 |
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:
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 w |
0,65 |
162 |
0 |
10 |
1200 |
10 |
100 |
5200 |
70 |
1000 |
15 000 |
200 |
10000 |
37000 |
500 |
100000 |
74000 |
1030 |
1000000 |
|
2200 |
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.
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.
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.
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.
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 |
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 |
|