Szilikon

Nem tévesztendő össze a szilícium elemmel.

A szilikon fugázás alapvető tömítőanyagként használható a víz és a levegő behatolása ellen.

Önterülő szilikon tűzgátló rendszer, amelyet a kétórás tűzállósági besorolású beton padlószerelvényen áthatoló rézcsövek körül használnak.

A szilikonok (pontosabban polimerizált sziloxánok vagy polisziloxánok) szervetlen-szerves polimerek keverékei. Általános kémiai képletük n-vel írható fel, ahol R egy szerves csoportnak, például metilnek, etilnek vagy fenilnek felel meg. Összetételük és molekulaszerkezetük változtatásával különböző tulajdonságú szilikonok állíthatók elő. Állaguk a folyadéktól a gélen át a gumin át a kemény műanyagig változhat. A leggyakoribb sziloxán a polidimetil-sziloxán (PDMS), egy szilikonolaj. A szilikonanyagok második legnagyobb csoportja a szilikongyantákon alapul.

A szilikonok különböző típusait különböző alkalmazásokhoz fejlesztették ki. Például tömítőanyagként, öntőformaként, kenőanyagként, száraztisztító oldószerként, elektromos szigetelőanyagként és elektronikai alkatrészek védőanyagaként használják őket. Egyes tűzgátlókban, testápolási termékekben és hallókészülékekben is megtalálhatók. A mellimplantátumokban és az atomreaktorok épületeiben való felhasználásuk azonban vitákat váltott ki.

Kémiai szerkezet és terminológia

A polidimetil-sziloxán (PDMS) kémiai szerkezete.

A szilikonra gyakran tévesen “szilíciumként” hivatkoznak. Bár a szilikonok szilíciumatomokat tartalmaznak, nem kizárólag szilíciumból állnak, és teljesen más fizikai tulajdonságokkal rendelkeznek, mint az elemi szilícium.

A “szilikon” szó a keton szóból származik. A dimetil-szilikon és a dimetil-keton (aceton) kémiai képlete analóg, ezért feltételezték (tévesen), hogy analóg szerkezetűek. Az aceton (vagy bármelyik keton) molekula esetében egy szénatom és egy oxigénatom között kettős kötés van. Ezzel szemben egy szilikonmolekula nem tartalmaz kettős kötést egy szilíciumatom és egy oxigénatom között. A kémikusok megállapították, hogy a szilíciumatom két oxigénatom mindegyikével egyszerű kötést képez, nem pedig kettős kötést egyetlen atomhoz.

A polisziloxánokat a szerkezetükkel kapcsolatos korai téves feltételezések miatt “szilikonoknak” nevezik. Szervetlen szilícium-oxigén gerincből (…-Si-O-Si-O-Si-O-Si-O-Si-O-…) állnak, a szilíciumatomokhoz szerves oldalcsoportok kapcsolódnak (lásd a polidimetil-sziloxán szerkezetét bemutató ábrát). Bizonyos esetekben a szerves oldalcsoportok két vagy több ilyen -Si-O- gerinccsont összekapcsolására használhatók.

A -Si-O- láncok hosszának, az oldalcsoportoknak és a térhálósításnak a változtatásával különféle szilikonok szintetizálhatók. A leggyakoribb sziloxán a lineáris polidimetil-sziloxán (PDMS), egy szilikonolaj (lásd az ábrán látható szerkezetet). A szilikonanyagok második legnagyobb csoportja a szilikongyantákon alapul, amelyeket elágazó és ketrecszerű oligosziloxánok alkotnak.

Szintézis

A szilikonokat klórszilánokból, tetraetoxiszilánból és rokon vegyületekből szintetizálják. A PDMS esetében a kiindulási anyag a dimetil-klórszilán, amely vízzel a következőképpen reagál:

n + n → n + 2n HCl

A polimerizáció során ez a reakció potenciálisan veszélyes hidrogén-kloridgázt fejleszt. Orvosi felhasználásra olyan eljárást fejlesztettek ki, ahol a szilán prekurzorban lévő klóratomokat acetátcsoportokkal helyettesítették, így a végső keményítési folyamat reakcióterméke nem mérgező ecetsav (ecet). Mellékhatásként a keményedési folyamat ebben az esetben is sokkal lassabb. Ezt a kémiát alkalmazzák számos fogyasztói alkalmazásban, például a szilikon tömítésekben és ragasztókban.

A több savképző csoportot és kevesebb metilcsoportot tartalmazó szilán prekurzorok, mint például a metil-triklórszilán, használhatók a polimerlánc elágazásainak vagy keresztkötéseinek bevezetésére. Ideális esetben egy ilyen vegyület minden egyes molekulája elágazási ponttá válik. Ez kemény szilikongyanták előállítására használható. Hasonlóképpen, a három metilcsoportot tartalmazó prekurzorok felhasználhatók a molekulatömeg korlátozására, mivel minden ilyen molekulának csak egy reaktív helye van, és így a sziloxánlánc végét képezi.

A modern szilikongyantákat tetraetoxiszilánnal készítik, amely a klórszilánoknál enyhébben és jobban szabályozható módon reagál.

Tulajdonságok

A szilikon néhány leghasznosabb tulajdonsága a következő:

1. Thermikus stabilitás (A tulajdonságok állandósága széles üzemi tartományban -100 és 250°C között)
2. A víztaszító és vízzáró tömítések kialakításának képessége
3. Kiváló ellenállás az oxigénnel, ózonnal és napfénnyel szemben
4. Rugalmasság
5. Elektromos szigetelés vagy vezetés, szerkezettől és összetételtől függően
6. Antiragasztó
7. alacsony kémiai reakcióképesség
8. alacsony toxicitás
9. magas gázáteresztő képesség

Szilikon gumi

A rugalmas, gumiszerű polisziloxán szilikon gumiként ismert. Extrudálható csövekké, csíkokká, tömör zsinórrá és egyedi profilokká. Kiválóan ellenáll a szélsőséges hőmérsékleteknek, és a legtöbb vegyszerrel szemben rendkívül inert. A szén-szén gerinccel rendelkező szerves gumi általában érzékeny az ózonra, az UV sugárzásra, a hőre és más öregedési tényezőkre. A szilikongumi ezzel szemben ellenáll ezeknek az anyagoknak a hatásainak, így számos szélsőséges környezetben a legmegfelelőbb anyag. Inertitása miatt számos orvosi alkalmazásban használják, beleértve az orvosi implantátumokat is.

A szilikongumi számos speciális fajtája a következő tulajdonságokkal rendelkezik: elektromos vezetőképesség, alacsony füstkibocsátás, lángkésleltetés, világít a sötétben, valamint ellenáll a gőzzel, gázokkal, olajokkal, savakkal és más vegyi anyagokkal szemben.

A szilikon felhasználása

Szilikonformázó anyag

A kétkomponensű szilikonrendszereket gumiszerszámok készítésére használják, amelyeket gyanták, habok, gumik és alacsony hőmérsékletű ötvözetek gyártási öntésére lehet használni. A szilikonforma általában kevés vagy egyáltalán nem igényel formabontást vagy felület-előkészítést, mivel a legtöbb anyag nem tapad a szilikonhoz.

Szigetelőanyagok

Az egykomponensű szilikon tömítőanyagokat gyakran használják az épületekben lévő rések, illesztések és rések tömítésére. Ezek a szilikonok a légköri nedvesség elnyelésével keményednek. A szilikongumi szilárdsága és megbízhatósága széles körben elismert az építőiparban.

A szilikongumi kiváló felhasználási területe az autóipari napfénytető-tömítések, amelyeknek ki kell állniuk a kemény hőmérsékletet és más környezeti feltételeket, mint például az ózon, az UV-fény és a szennyezés, nem beszélve a szokásos autóipari tisztítószerekről, viaszokról és így tovább.

Kenőanyag

A vízvezeték- és autóipari területeken a szilikonzsírt gyakran használják kenőanyagként. A vízvezeték-szerelésben a zsírt jellemzően a csapok és szelepek O-gyűrűire alkalmazzák. Az autóiparban a szilikonzsírt jellemzően fékalkatrészek kenőanyagaként használják, mivel magas hőmérsékleten stabil, vízben nem oldódik, és más kenőanyagoknál sokkal kevésbé valószínű, hogy elszennyezi a fékbetéteket.

Főzési alkalmazások

A szilikont pergamenpapírba is impregnálják, és tapadásmentes anyagként használják például sütéshez és gőzöléshez. A szilikon hő- és zsírállóvá is teszi a papírt. Ez lehetővé teszi, hogy a papír kibélelje a sütőlapokat, és a zsiradék helyettesítésére szolgáljon, ezáltal felgyorsítva a sütemények tömeges előállítását. Gyakran használják a tasakos sütésnél is, ahol az összetevőket egy pergamenpapírból készült tartályba zárják, és hagyják gőzölni.

A szilikongumit használnak használati eszközök (különösen spatulák) és sütőedények készítéséhez.

A szilikongyantákat hőálló edényekhez használják. Ezek gyakran hasonlítanak a kerámiatárgyakra, de sokkal kevésbé törékenyek, ezért szívesen használják őket csecsemőknél.

Elektromos és elektronikus alkatrészek

Az autóipari gyújtógyertyák vezetékeit gyakran több réteg szilikonnal szigetelik. Ezenkívül az elektronikus alkatrészeket néha úgy védik a környezeti hatásoktól, hogy szilikonba zárják őket. Ez növeli stabilitásukat a mechanikai ütésekkel, sugárzással és rezgéssel szemben. A szilikonokat a poliuretán vagy epoxi tokozással szemben akkor választják, ha széles üzemi hőmérséklet-tartományra van szükség (-150 és 600°F között). A szilikonok előnye továbbá, hogy a kikeményedési folyamat során kevés hőnövekedést okoznak, alacsony toxicitásúak, jó elektromos tulajdonságokkal rendelkeznek és nagy tisztaságúak. Ezért akkor használják őket, amikor igényes körülmények között tartósságot és nagy teljesítményt követelnek meg az alkatrészektől, például műholdaknál az űrben.

Szilikon mellimplantátumok

Az 1980-as és 1990-es években ellentmondás alakult ki azon állítások körül, hogy a mellimplantátumokban lévő szilikongél számos szisztémás egészségügyi problémáért, többek között autoimmun betegségekért és rákért felelős. Az implantátumok okozta károkat állító több per a Dow Corning 1998-as csődjéhez és a szilikonimplantátumok mellnagyobbításhoz való használatának moratóriumához vezetett az Egyesült Államokban és Kanadában, amíg a vizsgálatokat el nem végezték. Az azóta világszerte elvégzett több tanulmány és szakértői felülvizsgálati testület azonban egybehangzóan arra a következtetésre jutott, hogy a szilikonmellimplantátumot viselő nőknél nem nagyobb a valószínűsége a szisztémás betegségek kialakulásának, mint a mellimplantátumot nem viselő nőknél. 2006-ban mind a kanadai egészségügy, mind az Egyesült Államok Élelmiszer- és Gyógyszerügyi Hivatala (FDA) más országokhoz hasonló álláspontot fogadott el, és engedélyezte a szilikonimplantátumok használatát kozmetikai célú mellnagyobbításhoz saját országaiban.

Tűzgátlók

Hibás Sakno szilikonhab tűzgátló beépítése a Calgary szennyvíztisztító telepen az 1980-as években, amelyet az öntött beton tűzszakaszban lévő tűzgátló ajtó feletti nyílás lezárására használtak.

A megfelelően beépített szilikonhab tűzgátlók az építési előírásoknak megfelelően gyárthatók. Előnyei közé tartozik a rugalmasság és a nagy dielektromos szilárdság. Hátrányai közé tartozik a gyenge megkötés, az éghetőség (nehezen oltható) és a jelentős füstfejlődés.

A szilikonhabokat Észak-Amerikában, valamint az izraeli Dimona atomreaktor épületeiben is használták, amikor megpróbálták tűzgátlóként lezárni a tűzállósági besorolású fal- és padlószerelvényeken belüli nyílásokat, hogy megakadályozzák a lángok és a füst terjedését egyik helyiségből a másikba. Az izraeliek áttértek ennek a terméknek a valamivel drágább, de sokkal biztonságosabb “elasztomer” változatára, amely elkerüli a habosított változattal kapcsolatos legtöbb biztonsági aggályt.

A szilikonhabos tűzgátlók komoly viták és a sajtó figyelmének tárgyát képezték a megfelelő kötés hiánya, a füstfejlődés (a hab egyes összetevőinek égése során), a hidrogéngáz kiszökése, a zsugorodás és a repedés miatt. Ezeket a problémákat Gerald W. Brown tárta fel, ami a Nukleáris Szabályozási Bizottság (NRC) engedélyesei (atomerőművek üzemeltetői) körében számos jelentett eseményhez vezetett.

Személyápolási termékek

A szilikonokat egyes hajbalzsamok összetevőjeként használják. Ezek a készítmények a szilikon vízállóságát használják ki, hogy megakadályozzák a nedvesség bejutását a száraz hajszálakba és a stílus tönkretételét.

Menstruációs poharak

A menstruációs pohár egyfajta pohár vagy gát, amelyet a menstruáció alatt a hüvelyben viselnek a menstruációs folyadék összegyűjtésére. A menstruációs poharak gyakran szilikonból készülnek a tartósság és az újrafelhasználhatóság érdekében.

Hallókészülékek

A szilikon gyakori anyag a fül mögötti stílusú hallókészülékek formáiban. Kiváló tömítési tulajdonságokkal rendelkezik, így ideális választás a nagy teljesítményű hallókészülékeket igénylő, mély halláskárosodásban szenvedő betegek számára.

Száraz tisztítás

A folyékony szilikon száraz tisztítási oldószerként használható. A hagyományos perklór-etilén (vagy perc) oldószer “környezetbarát” alternatívájaként reklámozott dekametil-pentaciklosziloxán (D5) eljárást a GreenEarth Cleaning cég szabadalmaztatta. Az oldószer homokká, valamint nyomokban vízzé és CO2-vá bomlik, és a D5 száraztisztítási eljárás során keletkező hulladék nem mérgező és nem veszélyes. Ez jelentősen csökkenti egy jellemzően nagy környezetszennyező iparág környezeti hatását.

A folyékony szilikon emellett kémiailag inert, ami azt jelenti, hogy a tisztítási folyamat során nem lép reakcióba a szövetekkel vagy a festékekkel. Ez csökkenti a fakulás és a zsugorodás mértékét, ami a legtöbb száraztisztított ruhadarabnál előfordul.

Lásd még

• mellimplantátum
• fogászati gát
• száraztisztítás
• tűzgátló
• atomreaktor
• Parchment

.

• Szigetelő
• Silícium

Jegyzetek

• Bondurant, Stuart, Virginia L. Ernster és Roger Herdman (szerk.). 2000. A szilikon mellimplantátumok biztonsága. Washington, DC: Institute of Medicine. ISBN 0585215553.

• Clarson, Stephen J., et al., (szerk.). 2007. A szilikonok és szilikon-módosított anyagok tudománya és technológiája. ACS Symposium Series, 964. Washington, DC: American Chemical Society. ISBN 9780841274372.

• Koerner, G. 1991. Szilikonok: Kémia és technológia. Boca Raton: CRC Press. ISBN 0849377404.

• Rochow, Eugene George. 1951. Bevezetés a szilikonok kémiájába. New York: Wiley. OCLC 58852709.

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

All links retrieved November 4, 2019.

• Flammable ‘Firestops’ Used in CANDU Reactors. – Ed Markey amerikai képviselő nyilatkozatainak sajtóközleménye.
• Potenciális problémák a szilikonhabos tűzgátlók behatolási tömítéseivel. – U.S. Nuclear Regulatory Commission.
• Silicones Europe. – Centre Européen des Silicones (CES).
• A szilíciumkémia alapjai. – Dow Corning.