Im Bereich der Hochleistungsmaterialien ist Silikon zweifellos ein heißes Thema. Silikon ist ein Polymer, das aus Silizium, Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff besteht. Es unterscheidet sich deutlich von anorganischen Silikonmaterialien und zeigt in vielen Anwendungsbereichen hervorragende Leistungen. Betrachten wir nun die Eigenschaften, den Entdeckungsprozess und die Anwendungsgebiete von Silikon genauer.
Unterschiede zwischen Silizium und anorganischem Silizium:
Zunächst einmal bestehen deutliche Unterschiede in der chemischen Struktur von Silikon und anorganischem Silizium. Silikon ist ein Polymer, das aus Silizium, Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und anderen Elementen besteht, während anorganisches Silizium hauptsächlich anorganische Verbindungen aus Silizium und Sauerstoff bezeichnet, wie beispielsweise Siliziumdioxid (SiO₂). Die kohlenstoffbasierte Struktur von Silikon verleiht ihm Elastizität und Plastizität und macht es dadurch vielseitiger einsetzbar. Aufgrund der molekularen Struktur von Silikon, d. h. der höheren Bindungsenergie der Si-O-Bindung (444 J/mol) im Vergleich zur C-C-Bindung (339 J/mol), weisen Silikonmaterialien eine höhere Hitzebeständigkeit auf als herkömmliche organische Polymerverbindungen.
Entdeckung von Silikon:
Die Entdeckung von Silikon lässt sich bis ins frühe 20. Jahrhundert zurückverfolgen. Damals gelang es Wissenschaftlern, Silikon durch die Einführung organischer Gruppen in Silikonverbindungen zu synthetisieren. Diese Entdeckung eröffnete eine neue Ära der Silikonmaterialien und legte den Grundstein für ihre breite Anwendung in Industrie und Wissenschaft. Die Synthese und Verbesserung von Silikon haben in den letzten Jahrzehnten große Fortschritte gemacht und die kontinuierliche Innovation und Weiterentwicklung dieses Materials vorangetrieben.
Gängige Silikone:
Silikone sind eine Klasse von Polymerverbindungen, die in der Natur weit verbreitet sind und sowohl künstlich hergestellt werden als auch in verschiedenen Formen und Strukturen vorkommen. Im Folgenden sind einige Beispiele für gängige Silikone aufgeführt:
Polydimethylsiloxan (PDMS): PDMS ist ein typisches Silikonelastomer, das häufig in Silikonkautschuk vorkommt. Es zeichnet sich durch hervorragende Flexibilität und hohe Temperaturstabilität aus und findet breite Anwendung bei der Herstellung von Gummiprodukten, Medizinprodukten, Schmierstoffen usw.
Silikonöl: Silikonöl ist eine lineare Silikonverbindung mit niedriger Oberflächenspannung und guter Hochtemperaturbeständigkeit. Es wird häufig in Schmierstoffen, Hautpflegeprodukten, Medizinprodukten und anderen Bereichen eingesetzt.
Silikonharz: Silikonharz ist ein Polymerwerkstoff aus Kieselsäuregruppen mit hervorragender Hitzebeständigkeit und elektrischen Isolationseigenschaften. Es findet breite Anwendung in Beschichtungen, Klebstoffen, Elektronikgehäusen usw.
Silikonkautschuk: Silikonkautschuk ist ein gummiartiges Silikonmaterial mit hoher Temperaturbeständigkeit, Witterungsbeständigkeit, elektrischer Isolationsfähigkeit und weiteren Eigenschaften. Es findet breite Anwendung in Dichtungsringen, Kabelschutzschläuchen und anderen Bereichen.
Diese Beispiele verdeutlichen die Vielseitigkeit von Silikonen. Sie spielen in verschiedenen Bereichen eine wichtige Rolle und finden breite Anwendung, von der Industrie bis zum Alltag. Dies spiegelt auch die vielfältigen Eigenschaften von Silikonen als Hochleistungsmaterial wider.
Leistungsvorteile
Im Vergleich zu herkömmlichen Kohlenstoffkettenverbindungen weist Organosiloxan (Polydimethylsiloxan, PDMS) einige einzigartige Leistungsvorteile auf, die ihm in vielen Anwendungen hervorragende Ergebnisse verleihen. Im Folgenden werden einige dieser Leistungsvorteile von Organosiloxan gegenüber herkömmlichen Kohlenstoffkettenverbindungen aufgeführt:
Hohe Temperaturbeständigkeit: Organosiloxane weisen eine ausgezeichnete hohe Temperaturbeständigkeit auf. Die Struktur der Silicium-Sauerstoff-Bindungen macht Organosiloxane bei hohen Temperaturen stabil und schwer zersetzbar, was Vorteile für ihre Anwendung in Hochtemperaturumgebungen bietet. Im Gegensatz dazu können viele gängige Kohlenstoffkettenverbindungen bei hohen Temperaturen zersetzt werden oder an Leistungsfähigkeit verlieren.
Niedrige Oberflächenspannung: Organosiloxane weisen eine niedrige Oberflächenspannung auf, was ihnen eine gute Benetzbarkeit und Schmierfähigkeit verleiht. Aufgrund dieser Eigenschaft findet Silikonöl (eine Form von Organosiloxan) breite Anwendung in Schmierstoffen, Hautpflegeprodukten und Medizinprodukten.
Flexibilität und Elastizität: Die Molekularstruktur von Organosiloxanen verleiht ihnen eine gute Flexibilität und Elastizität und macht sie somit ideal für die Herstellung von Gummi und elastischen Materialien. Dadurch eignet sich Silikonkautschuk hervorragend für die Herstellung von Dichtungsringen, elastischen Bauteilen usw.
Elektrische Isolation: Organosiloxane weisen hervorragende elektrische Isolationseigenschaften auf und finden daher breite Anwendung in der Elektronik. Silikonharz (eine Form von Siloxan) wird häufig in elektronischen Gehäusematerialien eingesetzt, um elektrische Isolation zu gewährleisten und elektronische Bauteile zu schützen.
Biokompatibilität: Organosiloxane weisen eine hohe Biokompatibilität auf und finden daher breite Anwendung in Medizinprodukten und im biomedizinischen Bereich. So wird beispielsweise Silikonkautschuk häufig zur Herstellung von medizinischem Silikon für künstliche Organe, medizinische Katheter usw. verwendet.
Chemische Stabilität: Organosiloxane weisen eine hohe chemische Stabilität und gute Korrosionsbeständigkeit gegenüber vielen Chemikalien auf. Dies ermöglicht eine Ausweitung ihres Einsatzes in der chemischen Industrie, beispielsweise zur Herstellung von Chemikalientanks, Rohren und Dichtungsmaterialien.
Insgesamt weisen Organosiloxane vielfältigere Eigenschaften auf als gewöhnliche Kohlenstoffkettenverbindungen, wodurch sie in vielen Bereichen wie Schmierung, Abdichtung, Medizin und Elektronik eine wichtige Rolle spielen können.
Herstellungsverfahren für Organosiliciummonomere
Direkte Methode: Synthese von Organosiliciummaterialien durch direkte Reaktion von Silicium mit organischen Verbindungen.
Indirektes Verfahren: Herstellung von Organosilicium durch Cracken, Polymerisation und andere Reaktionen von Siliciumverbindungen.
Hydrolyse-Polymerisationsmethode: Herstellung von Organosilicium durch Hydrolyse-Polymerisation von Silanol oder Silanalkohol.
Gradientencopolymerisationsmethode: Synthese von Organosiliciummaterialien mit spezifischen Eigenschaften durch Gradientencopolymerisation.
Markttrend für Organosilicium
Steigende Nachfrage in Hightech-Bereichen: Mit der rasanten Entwicklung der Hightech-Industrien steigt die Nachfrage nach Organosilicium mit hervorragenden Eigenschaften wie Hochtemperaturbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit und elektrischer Isolation.
Expansion des Marktes für Medizinprodukte: Der Einsatz von Silikon in der Herstellung von Medizinprodukten nimmt stetig zu und eröffnet in Verbindung mit Biokompatibilität neue Möglichkeiten im Bereich der Medizinprodukte.
Nachhaltige Entwicklung: Die Verbesserung des Umweltbewusstseins fördert die Forschung nach umweltfreundlichen Herstellungsverfahren für Silikonmaterialien, wie z. B. biologisch abbaubarem Silikon, um eine nachhaltigere Entwicklung zu erreichen.
Erschließung neuer Anwendungsgebiete: Es entstehen ständig neue Anwendungsgebiete, wie z. B. flexible Elektronik, optoelektronische Bauelemente usw., um Innovation und Expansion des Silikonmarktes zu fördern.
Zukünftige Entwicklungsrichtung und Herausforderungen
Forschung und Entwicklung von Funktionssilikon:Um den Bedürfnissen verschiedener Branchen gerecht zu werden, wird Silikon künftig verstärkt auf die Entwicklung von Funktionalitäten wie funktionalen Silikonbeschichtungen mit besonderen Eigenschaften wie antibakteriellen und leitfähigen Eigenschaften ausgerichtet sein.
Forschung zu biologisch abbaubarem Silikon:Mit dem wachsenden Umweltbewusstsein wird die Forschung an biologisch abbaubaren Silikonmaterialien zu einer wichtigen Entwicklungsrichtung.
Anwendung von Nanosilikon: Mithilfe der Nanotechnologie wird an der Herstellung und Anwendung von Nanosilikon geforscht, um dessen Einsatzmöglichkeiten in Hightech-Bereichen zu erweitern.
Ökologisierung der ZubereitungsmethodenBei den Herstellungsverfahren für Silikon wird künftig mehr Wert auf umweltfreundliche technische Verfahren gelegt, um die Auswirkungen auf die Umwelt zu reduzieren.
Veröffentlichungsdatum: 15. Juli 2024
