Silikone

Må ikke forveksles med grundstoffet silicium.

Silikonefuge kan anvendes som en grundlæggende tætningsmasse mod vand- og luftindtrængning.

Selvnivellerende silikone brandsikringssystem, der anvendes omkring kobberrør, der trænger ind i en to timers brandmodstandsklassificeret betongulvsamling.

Silikoner (mere nøjagtigt kaldet polymeriserede siloxaner eller polysiloxaner) er blandede uorganisk-organiske polymerer. Deres generelle kemiske formel kan skrives som n, hvor R svarer til en organisk gruppe som f.eks. methyl, ethyl eller phenyl. Ved at variere deres sammensætning og molekylære struktur kan der fremstilles silikoner med en række forskellige egenskaber. De kan variere i konsistens fra væske til gel til gummi til hård plast. Den mest almindelige siloxan er polydimethylsiloxan (PDMS), som er en silikoneolie. Den næststørste gruppe af silikonematerialer er baseret på silikoneharpikser.

Differente typer silikoner er blevet udviklet til en række forskellige anvendelsesformål. De anvendes f.eks. som tætningsmidler, forme, smøremidler, opløsningsmidler til tørrensning, elektriske isolatorer og beskyttelsesmateriale til elektroniske komponenter. De findes også i visse brandsikringsmidler, produkter til personlig pleje og høreapparater. Deres anvendelse i brystimplantater og atomreaktorbygninger har dog vakt kontroverser.

Kemisk struktur og terminologi

Kemisk struktur af polydimethylsiloxan (PDMS).

Silikone omtales ofte fejlagtigt som “silikone”. Selv om silikoner indeholder siliciumatomer, består de ikke udelukkende af silicium, og de har helt andre fysiske egenskaber end elementært silicium.

Ordet “silikone” er afledt af keton. Dimethylsilicone og dimethylketon (acetone) har analoge kemiske formler, og derfor formodede man (fejlagtigt), at de har analoge strukturer. I et acetone-molekyle (eller et hvilket som helst keton-molekyle) er der en dobbeltbinding mellem et kulstofatom og et oxygenatom. På den anden side indeholder et silikonemolekyle ikke en dobbeltbinding mellem et siliciumatom og et oxygenatom. Kemikere har fundet ud af, at siliciumatomet danner en enkeltbinding med hvert af de to oxygenatomer, snarere end en dobbeltbinding til et enkelt atom.

Polysiloxaner kaldes “silikoner” på grund af tidlige fejlagtige antagelser om deres struktur. De består af en uorganisk silicium-oxygen-ryggekæde (…-Si-O-Si-O-Si-O-Si-O-…) med organiske sidegrupper knyttet til siliciumatomerne (se figuren, der viser strukturen af polydimethylsiloxan). I nogle tilfælde kan organiske sidegrupper anvendes til at binde to eller flere af disse -Si-O-ryggekæder sammen.

Gennem at variere -Si-O- kædelængden, sidegrupperne og tværbindingen kan der syntetiseres en række forskellige silikoner. Den mest almindelige siloxan er lineær polydimethylsiloxan (PDMS), en silikoneolie (se strukturen vist i figuren). Den næststørste gruppe af silikonematerialer er baseret på silikoneharpikser, som er dannet af forgrenede og burlignende oligosiloxaner.

Syntese

Silikoner syntetiseres ud fra klorsilaner, tetraethoxysilan og beslægtede forbindelser. I tilfælde af PDMS er udgangsmaterialet dimethylchlorsilan, som reagerer med vand på følgende måde:

n + n → n + n + 2n HCl

Under polymeriseringen udvikler denne reaktion potentielt farlig hydrogenchloridgas. Til medicinsk brug blev der udviklet en proces, hvor kloratomerne i silanprækursoren blev erstattet med acetatgrupper, således at reaktionsproduktet i den endelige hærdningsproces er ugiftig eddikesyre (eddike). Som en bivirkning er hærdningsprocessen også meget langsommere i dette tilfælde. Dette er den kemi, der anvendes i mange forbrugerapplikationer, f.eks. silikonefuge og klæbemidler.

Silanprækursorer med flere syredannende grupper og færre methylgrupper, f.eks. methyltrichlorsilan, kan anvendes til at indføre forgreninger eller tværbindinger i polymerkæden. Ideelt set bliver hvert molekyle af en sådan forbindelse et forgreningssted. Dette kan bruges til at fremstille hårde silikoneharpikser. Tilsvarende kan prækursorer med tre methylgrupper anvendes til at begrænse molekylvægten, da hvert sådant molekyle kun har ét reaktivt sted og således udgør enden af en siloxankæde.

Moderne silikoneharpikser fremstilles med tetraethoxysilan, som reagerer på en mildere og mere kontrollerbar måde end chlorsilaner.

Egenskaber

Nogle af de mest nyttige egenskaber ved silikone omfatter:

1. Temperaturstabilitet (konstante egenskaber over et bredt anvendelsesområde fra -100 til 250°C)
2. Evnen til at afvise vand og danne vandtætte forseglinger
3. Udmærket modstandsdygtighed over for ilt, ozon og sollys
4. Fleksibilitet
5. Elektrisk isolerende eller ledende, afhængig af struktur og sammensætning
6. Antiklæbende
7. Lav kemisk reaktivitet
8. Lav giftighed
9. Høj gasgennemtrængelighed

Silikonegummi

En fleksibel, gummiagtig polysiloxan er kendt som silikonegummi. Det kan ekstruderes til rør, strimler, faste snore og tilpassede profiler. Det giver fremragende modstandsdygtighed over for ekstreme temperaturer og er meget inert over for de fleste kemikalier. Organisk gummi med en kulstof-til-kulstof-rygrad er generelt modtageligt over for ozon, UV-stråler, varme og andre ældningsfaktorer. Silikonegummi kan derimod modstå virkningerne af disse stoffer, hvilket gør det til det foretrukne materiale i mange ekstreme miljøer. På grund af dets inerthed anvendes det i mange medicinske anvendelser, herunder medicinske implantater.

Mange specialkvaliteter af silikonegummi har disse egenskaber: elektrisk ledningsevne, lav røgemission, flammehæmning, glød i mørke og modstandsdygtighed over for damp, gasser, olier, syrer og andre kemikalier.

Anvendelser af silikone

Materiale til fremstilling af støbeforme

To-delt silikonesystemer anvendes til fremstilling af gummiforme, som kan bruges til produktionsstøbning af harpikser, skum, gummi og lavtemperaturlegeringer. En silikoneform kræver generelt kun lidt eller ingen formudløsning eller overfladeforberedelse, da de fleste materialer ikke klæber til silikonen.

Tætningsmidler

Endelte silikone-tætningsmidler er i almindelig brug til at tætne huller, samlinger og sprækker i bygninger. Disse silikoner hærder ved at absorbere atmosfærisk fugt. Silikonegummis styrke og pålidelighed er bredt anerkendt i byggebranchen.

En fremragende anvendelse af silikonegummi er til forseglinger af soltag i biler, som skal tåle hårde temperaturer og andre miljøforhold som ozon, UV-lys og forurening, for ikke at nævne almindelige bilrensemidler, voks osv.

Smøremiddel

I VVS- og bilbranchen anvendes silikonefedt ofte som smøremiddel. På VVS-området anvendes fedtet typisk på O-ringe i vandhaner og ventiler. Inden for bilindustrien anvendes silikonefedt typisk som smøremiddel til bremsekomponenter, da det er stabilt ved høje temperaturer, er uopløseligt i vand og langt mindre tilbøjeligt end andre smøremidler til at belaste bremseklodserne.

Køkkenanvendelser

Silikone imprægneres også i pergamentpapir og anvendes som et non-stick-materiale til f.eks. bagning og dampning. Silikonen gør også papiret varme- og fedtafvisende. Dette gør det muligt for papiret at beklæde kageplader og fungere som en erstatning for smøring, hvilket fremskynder masseproduktionen af bagværk. Det bruges også ofte til madlavning i poser, hvor ingredienserne forsegles i en beholder af pergamentpapir og får lov til at dampe.

Silikonegummi bruges til at fremstille redskaber (især spatler) og bageudstyr.

Silikoneharpikser bruges i varmebestandigt serviceudstyr. Disse ligner ofte keramiske genstande, men er meget mindre skøre, hvilket gør dem populære til brug med babyer.

Elektriske og elektroniske komponenter

Tændrørsledninger til biler er ofte isoleret af flere lag silikone. Desuden beskyttes elektroniske komponenter undertiden mod miljøpåvirkninger ved at omslutte dem med silikone. Dette øger deres stabilitet over for mekaniske stød, stråling og vibrationer. Silikoner vælges frem for polyurethan- eller epoxyindkapsling, når der kræves et bredt driftstemperaturområde (-150 til 600°F). Silikoner har også den fordel, at de har en lille varmeforøgelse under hærdningsprocessen, lav toksicitet, gode elektriske egenskaber og høj renhed. Derfor anvendes de, når der kræves holdbarhed og høj ydeevne af komponenter under krævende forhold, f.eks. til satellitter i rummet.

Silikonebrystimplantater

I 1980’erne og 1990’erne opstod der en kontrovers omkring påstande om, at silikonegelen i brystimplantater var ansvarlig for en række systemiske sundhedsproblemer, herunder autoimmune sygdomme og kræft. Flere retssager med påstande om skader som følge af implantater resulterede i Dow Cornings konkurs i 1998 og et moratorium på brugen af silikoneimplantater til brystforstørrelse i USA og Canada i afventning af undersøgelser. Flere undersøgelser og ekspertpaneler, der er gennemført verden over siden da, har imidlertid konsekvent konkluderet, at kvinder med silikonebrystimplantater ikke er mere tilbøjelige til at udvikle systemiske sygdomme end kvinder uden brystimplantater. I 2006 indtog både Health Canada og den amerikanske Food and Drug Administration (FDA) holdninger, der ligner dem, som andre lande indtog ved at tillade brugen af silikoneimplantater til kosmetisk brystforstørrelse i deres respektive lande.

Brandsikringer

Fejlagtig installation af Sakno brandsikringer af silikoneskum på rensningsanlægget i Calgary i 1980’erne, der blev brugt til at forsegle åbningen over en branddør i en brandseparation af støbt beton.

Når de er korrekt installeret, kan brandsikringer af silikoneskum fremstilles til overholdelse af bygningsreglementet. Fordelene omfatter fleksibilitet og høj dielektrisk styrke. Ulemperne omfatter dårlig afgrænsning, brændbarhed (svær at slukke) og betydelig røgudvikling.

Silikoneskum er blevet anvendt i nordamerikanske såvel som i de israelske Dimona-atomreaktorbygninger i forsøget på at brandstoppe åbninger i brandmodstandsklassificerede væg- og gulvsamlinger for at forhindre spredning af flammer og røg fra et rum til et andet. Israelerne skiftede til den noget dyrere, men meget sikrere “elastomer”-version af dette produkt, som undgår de fleste sikkerhedsproblemer, der er forbundet med den opskummede version.

Brandsikringer af silikoneskum har været genstand for alvorlige kontroverser og opmærksomhed i pressen på grund af manglende korrekt afgrænsning, røgudvikling (under afbrænding af visse komponenter i skummet), udslip af brintgas, krympning og revner. Disse problemer blev afsløret af Gerald W. Brown, hvilket førte til et stort antal indberetningspligtige hændelser blandt licenshavere (operatører af atomkraftværker) under Nuclear Regulatory Commission (NRC).

Personlige plejeprodukter

Silikoner anvendes som ingredienser i nogle leave-in hårbalsamprodukter. Disse formuleringer udnytter silikonens vandbestandighed til at forhindre, at der trænger fugt ind i en tør hårskaft og ødelægger frisuren.

Menstruationskopper

En menstruationskop er en type kop eller barriere, der bæres inde i skeden under menstruationen for at opsamle menstruationsvæske. Menstruationskopper er ofte fremstillet af silikone af hensyn til holdbarhed og genanvendelighed.

Høreapparater

Silikone er et almindeligt materiale, der anvendes i forme til høreapparater i bag-øret-stil. Det har fremragende tætningsegenskaber, hvilket gør det til et ideelt valg for patienter med dybtgående høretab, der har brug for højtydende høreapparater.

Tørrengøring

Væske silikone kan bruges som opløsningsmiddel til tørrengøring. Processen decamethylpentacyclosiloxan (D5) er blevet patenteret af virksomheden GreenEarth Cleaning som et “miljøvenligt” alternativ til det traditionelle perchlorethylen- (eller perc) opløsningsmiddel. Opløsningsmidlet nedbrydes til sand og spor af vand og CO2, og affaldet fra D5-rensningsprocessen er ugiftigt og ufarligt. Dette reducerer miljøpåvirkningen fra en industri, der typisk er meget forurenende, betydeligt.

Dertil kommer, at flydende silikone er kemisk inert, hvilket betyder, at det ikke reagerer med tekstiler eller farvestoffer under rengøringsprocessen. Dette reducerer den mængde af falmning og krympning, som de fleste kemisk rensede beklædningsgenstande oplever.

Se også

• Brystimplantat
• Tandlægeskinne
• Tørrengøring
• Fyrestop
• Nuklearreaktor
• Parkering
• Tætningsmiddel
• Silicium

Noter

• Bondurant, Stuart, Virginia L. Ernster og Roger Herdman, (eds.). 2000. Safety of Silicone Breast Implants (Sikkerhed af silikonebrystimplantater). Washington, DC: Institute of Medicine. ISBN 0585215553.

• Clarson, Stephen J., et al., (eds.). 2007. Videnskab og teknologi for silikoner og silikonemodificerede materialer. ACS Symposium Series, 964. Washington, DC: American Chemical Society. ISBN 9780841274372.

• Koerner, G. 1991. Siliconer: Kemi og teknologi. Boca Raton: CRC Press. ISBN 0849377404.

• Rochow, Eugene George. 1951. An Introduction to the Chemistry of the Silicones. New York: Wiley. OCLC 58852709.

• Stewart, Mary White. 1998. Silicone Spills: Breast Implants on Trial. Westport, CT: Praeger. ISBN 0275963594.

Alle links hentet den 4. november 2019.

• Brandfarlige ‘Firestops’ brugt i CANDU-reaktorer. – Pressemeddelelse af U.S. Representative Ed Markeys udtalelser.
• Potentielle problemer med silikoneskum brandspærrepenetrationstætninger. – U.S. Nuclear Regulatory Commission.
• Silicones Europe. – Centre Européen des Silicones (CES).
• Grundlæggende oplysninger om siliciumkemi. – Dow Corning.