Direkt zum Inhalt

Pfadnavigation

  1. Startseite
  2. Chemie Abitur
  3. 10 Anwendungen der Chemie
  4. 10.1 Werkstoffe
  5. 10.1.7 Silicone, Silicate und Glas
  6. Herstellung und Verwendung von Siliconen

Herstellung und Verwendung von Siliconen

Silicone sind siliciumorganische Kunststoffe, in denen die Siliciumatome noch organische Reste tragen. Sie ähneln in ihrer Struktur organisch modifiziertem Quarz, weisen eine ähnliche Beständigkeit auf und besitzen aber die Flexibilität von Kunststoffen. Durch Variation der Synthesebedingungen kann die Struktur und damit die Eigenschaften der Silicone gezielt beeinflusst werden, sodass das Anwendungsspektrum nahezu unbegrenzt ist.
Silicone werden auch als Polysiloxane bezeichnet. Dabei steht „sil“ für Silicium, „ox“ für Sauerstoff und „an“ für die gesättigte Struktur der Verbindung.

Schule wird easy mit KI-Tutor Kim und Duden Learnattack

  • Kim hat in Deutsch, Mathe, Englisch und 6 weiteren Schulfächern immer eine von Lehrkräften geprüfte Erklärung, Video oder Übung parat.
  • 24/7 auf Learnattack.de und WhatsApp mit Bildupload und Sprachnachrichten verfügbar. Ideal, um bei den Hausaufgaben und beim Lernen von Fremdsprachen zu unterstützen.
  • Viel günstiger als andere Nachhilfe und schützt deine Daten.
Jetzt 30 Tage risikofrei testen
Your browser does not support the video tag.

Die Anwendung von Siliciumverbindungen blieb lange Zeit auf die oxidischen Verbindungen Siliciumdioxid bzw. Silicate beschränkt. Diese bilden die Grundlage der Glasherstellung, werden aber auch als keramische Werkstoffen oder Baustoffe verarbeitet.

Durch die Entdeckung der Methylchlorsilane während des 2. Weltkriegs wurde jedoch der Ausgangsstoff für die neue Werkstoffklasse der Silicone zugänglich. Die Herstellung der Silicone erfolgt in zwei Schritten:

1. der Synthese der Organochlorsilane
2. der Hydrolyse bzw. Methanolyse der Organochlorsilane mit anschließender Polykondensation


Die technisch wichtigsten Organochlorsilane sind die Methylchlorsilane. Zur Synthese wird ein fein vermahlenes Silicium/Kupfergemisch mit gasförmigem Chlormethan bei ca. 280 °C umgesetzt. Unter katalytischer Wirkung von Kupfer entsteht ein Gemisch von Silanen, die dann destillativ getrennt werden.Bild

Maßgeblich für die Wirtschaftlichkeit der Synthese ist eine möglichst hohe Ausbeute des bifunktionellen Dimethyldichlorsilans, da es Ausgangsstoff für alle Siliconöle, -emulsionen und -kautschuke ist. Aufgrund der geringen Siedepunktsunterschiede der Silane, erfordert ihre Trennung einen hohen destillativen Aufwand. Durch Einsatz anderer Chloralkane anstelle von Chlormethan können viele verschiedene Organochlorsilane erhalten werden.

Im zweiten Schritt werden zunächst die Organochlorsilane mit Wasser oder Methanol umgesetzt. Bei der Hydrolyse von 1 kg Dimethyldichlorsilan entstehen 350 Liter Chlorwasserstoff-Gas, daher ist beim Umgang größte Vorsicht geboten. Der anfallende Chlorwasserstoff wird in Wasser absorbiert und die Salzsäure kann dann elektrolytisch zu Chlor aufgearbeitet werden. Die entstehenden Silanole reagieren anschließend in einer Polykondensation zu den Polysiloxanen bzw. Siliconen.Bild

Setzt man anstelle von Wasser Methanol zur Spaltung der Si-Cl-Bindungen ein, dann entsteht bei der Methanolyse wieder Chlormethan. Dieses Nebenprodukt kann wieder zu Chlormethylsilan umgesetzt und so dem Kreislauf zugeführt werden.Bild

Struktur und Eigenschaften

Silicone sind siliciumorganische Makromoleküle, in denen an die Siliciumatome unterschiedliche organische Reste gebunden sind. Die hohe thermische und chemische Beständigkeit ergibt sich aus der Stabilität der Si-O- und der Si-C-Bindung sowie aus den hydrophoben organischen Resten. Von besonderer Wichtigkeit ist die Vernetzung der Siloxane für die Produkteigenschaften des Polymers. Diese kann durch die Zahl der Chloratome im Silanmolekül als Ausgangsstoff gezielt beeinflusst werden. Je nach Anzahl der Chloratome entstehen bei der Hydrolyse bzw. Methanolyse mono-, di-, tri- oder gar tetrafunktionelle Siloxane mit Si–O-Bindungen, die unterschiedliche Vernetzungsmöglichkeiten der Siloxaneinheiten aufweisen:Bild

  • Silicone sind in sehr vielen Artikeln des täglichen Bedarfs enthalten.

    Boris Mahler, Berlin

Siliconöle sind lineare Polysiloxane, deren Kettenlänge die Viskosität bestimmt. Der Abbruch des Kettenwachstums erfolgt in der Regel durch Zugabe von monofunktionellem Trimethylchlorsilan. Vernetzte Siliconharze entstehen aus trifunktionellem Methyltrichlorsilan. Siliconkautschuke erhält man durch Vulkanisation linearer Silicone, d. h. durch Vernetzung mit geeigneten Reaktionspartnern (Bild 2).

Die bei Raumtemperatur vernetzenden Silicondichtungsmassen enthalten beispielsweise Acetyl-Endgruppen. Nach Abspaltung von Essigsäure durch Luftfeuchtigkeit kommt es dann zur Vernetzung.

Zur Modifizierung der Eigenschaften werden Füllstoffe wie sehr feinkörniges Siliciumdioxid und andere Zusatzstoffe eingearbeitet.
Von der gesamten Siliconproduktion (weltweit mehr als 2 Mio. t) sind etwa 46 % Siliconöle, 26 % Silicondichtstoffe, 26 % sonstige Silicon-Elastomere und etwa 6 % Siliconharze.

Silicone weisen eine für Kunststoffe hohe Thermostabilität bis ca. 250 °C und tiefe Glasübergangstemperaturen von -120 °C auf. Ursache ist auch hier die sehr feste Si – O-Bindung. Sie sind zudem chemikalienbeständig, unempfindlich gegen oxidierende Stoffe und Strahlung sowie hervorragende Isolatoren und stark hydrophob.
Silicone finden sich heute in allen Bereichen der Industrie und des täglichen Lebens. Unmittelbar begegnen sie uns wegen ihrer Wasser abweisenden und dauerelastischen Gebrauchseigenschaften als Dichtungsmittel im Sanitärbereich und als Imprägnierungsmittel für Textilien. Im Baubereich dienen sie zum Fassadenschutz, in der Elektroindustrie nutzt man sie für Kabelummantelungen oder den Bau von Freiluftisolatoren. In Haarshampoos stabilisieren Silicone den Schaum. Auch Sonnenschutzmittel enthalten Silicone.

  • Die Abspaltung von Essigsäure durch Luftfeuchtigkeit führt zur Vernetzung von Siliconkautschuk.
Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH): "Herstellung und Verwendung von Siliconen." In: Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH). URL: http://www.lernhelfer.de/index.php/schuelerlexikon/chemie-abitur/artikel/herstellung-und-verwendung-von-siliconen (Abgerufen: 23. May 2025, 11:25 UTC)

Suche nach passenden Schlagwörtern

  • Silicone
  • Kunststoffe
  • Siloxane
  • Silane
  • Hydrolyse
  • Makromoleküle
  • Polysiloxane
  • Polymere
  • Kunststoff
  • Vernetzung
Jetzt durchstarten

Lernblockade und Hausaufgabenstress?

Entspannt durch die Schule mit KI-Tutor Kim und Duden Learnattack.

  • Kim hat in Deutsch, Mathe, Englisch und 6 weiteren Schulfächern immer eine von Lehrkräften geprüfte Erklärung, Video oder Übung parat.
  • 24/7 auf Learnattack.de und WhatsApp mit Bildupload und Sprachnachrichten verfügbar. Ideal, um bei den Hausaufgaben und beim Lernen von Fremdsprachen zu unterstützen.
  • Viel günstiger als andere Nachhilfe und schützt deine Daten.

Verwandte Artikel

Hermann Staudinger

* 23.03.1881 in Worms
† 08.09.1965 in Freiburg (Breisgau)

HERMANN STAUDINGER war ein deutscher Chemiker.
Er erforschte organische Verbindungen, z. B. die Ketene, organische Kolloide, Cellulose, Stärke, Glykogen und Kautschuk. Der Begriff „Makromolekül“ stammt von ihm. STAUDINGER wies nach, dass sich kleinere Moleküle, sogenannte Monomere, zu größeren Molekülen, sogenannten Polymeren, verbinden können. Damit schuf er die Grundlagen der Kunststoffchemie.
1953 erhielt der Wissenschaftler den Nobelpreis für Chemie.

Glas-Recycling

Glas ist einer der ältesten künstlichen Werkstoffe und ist heute aus dem Alltag nicht mehr wegzudenken. Seit mehr als 6000 Jahren sind Gläser in Gebrauch, die Technik der Glasherstellung und das Wissen über die strukturellen Eigenschaften hat sich ständig weiterentwickelt. Gläser haben ein äußerst umfangreiches Anwendungsspektrum. Ob als einfache Glasflasche zur Aufbewahrung von den verschiedensten Getränken, als hochwertiges Fensterglas in der Baubranche oder in optischen Geräten, Glas hat ein breites Anwendungspektrum. Doch die Produktion von Glas, das Sintern, erfordert einen hohen Energieaufwand. Einmal gewonnene Gläser kann man immer wieder einschmelzen. Dies erfordert einen erheblich geringeren Energieaufwand und keinerlei neuen Rohstoffeinsatz.

Weichmacher

Zahlreiche makromolekulare Werkstoffe verfügen als reine Stoffe über ungünstige Verarbeitungseigenschaften. Zusätze wie Weichmacher sollen u. a. die Elastizität verbessern und die Härte verringern. Sie werden daher Kunststoffen, Lacken, Dichtungsmassen und Gummiartikeln zugesetzt.
Chemisch gesehen handelt es sich bei den Weichmacher oft um Ester aus langkettigen Alkoholen (z. B. Octanol) mit mehrwertigen Säuren, wie Phthalsäure. Diese stehen jedoch im Verdacht zwar nicht akut, jedoch chronisch toxisch zu sein und ein allergenes Potenzial zu besitzen. Aus diesem Grund erfolgt die Verwendung von Weichmachern in der EU nach strengen Richtlinien.

Spezialgläser

Glas ist seit etwa 4000 Jahren bekannt und besteht in der Regel hauptsächlich aus Siliciumdioxid und verschiedenen Metalloxiden als Zusätzen. Die Struktur und damit die Eigenschaften von Glas können durch die Zusammensetzung und die Herstellungsbedingungen gezielt beeinflusst werden. Neben dem Normalglas, unserem Fensterglas, gibt es verschiedene andere Glassorten mit vielfältigen Anwendungen. Diese Spezialgläser werden in der als chemische Glasgeräte, optische Gläser, Schmuckgläser oder als Lichtleiter eingesetzt.

Chemiefasern (Kunstfasern)

Textilien schützen uns vor Witterungseinflüssen. Unsere Ansprüche an die Kleidung gehen aber viel weiter. Heute steht uns für die Fertigung von Kleidung eine große Vielfalt an Textilfasern zur Verfügung. Bis ins 20. Jahrhundert wurden ausschließlich Naturfasern auf Basis von Cellulose (Baumwolle) oder Eiweißen (Wolle) verwendet. Mit der Entwicklung der Kunststoffchemie in den 30er-Jahren ergaben sich jedoch völlig neue Möglichkeiten, synthetische makromolekulare Stoffe zu Fasern zu verarbeiten. Diese Kunstfasern bzw. synthetischen Fasern sind aus dem modernen Alltag nicht mehr wegzudenken.

Ein Angebot von

Footer

  • Impressum
  • Sicherheit & Datenschutz
  • AGB
© Duden Learnattack GmbH, 2025