Folie 1

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Silicone

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Gliederung des Vortrags

1. Allgemeine Informationen zu Siliconen
2. Herstellung von Siliconen
3. Siliconöle / Silicontenside
4. Siliconkautschuk
5. Anwendung und Verwendung von Siliconen
6. Schulrelevanz der Thematik

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Bedeutung der Silicone
1. Allgemeine Informationen

• - Synthetische Werkstoffe
• - Anwendungsbereich beeinflusst Art der zu
  synthetisierenden Struktur
• - Anwendung in vielen Bereichen des Alltags und
  der Technik

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Silicone - chemisch
1. Allgemeine Informationen
Organisch modifizierter Quarz An jedem
Siliciumatom zwei Sauerstoffatome durch
Methylgruppe (oder anderem organischen Rest)
substituiert Freie Drehbarkeit der Methylgruppen
-gt geknäuelte Form

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Silicone Anorganische Verbindungen?
1. Allgemeine Informationen

• - Bezüglich Struktur Zwischenstellung zwischen
  typischen organischen und typischen anorganischen
  Verbindungen
• - Ausbildungen von Silicium-Silicium-Bindungen
  bzw. Silicium-Ketten nicht ausgeprägt
• - Stabilität des Quarzgerüstes

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• - Silicium keine Neigung zu Doppelbindungen
  (Doppelbindungsregel)
• Ausnahme Hohe sterische Abschirmung, z.B.
• - Mit Sauerstoff Bildung mehrfachbindungsfreier
  polymerer Produkte

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Silicone Historischer Abriss (1)
1. Allgemeine Informationen
1823 Darstellung von amorphem Silicium durch
Reduktion von Siliciumdioxid J.J. Berzelius
Beginn 20. Jahrhundert Synthese erster mit der
Bruttozusammensetzung R2SiO (Silicone)
F.S. Kipping
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Silicone Historischer Abriss (2)
                                                         
                                                      
                                                         
                                                      

• 20. Jahrhundert in den USA weitere Forschung
  (v.a. militärische Zwecke)
• Seit 50er Jahren auch größere Siliconforschung in
  Deutschland (Firma WACKER)

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2.1 Das Element Silicium
                                                                                                               
Strukturelemente des Siliciumoxids (Quarz
2. Herstellung von Siliconen
- Vorkommen in zugänglicher Erdkruste -
Ausschließlich in gebundener Form mit Sauerstoff
z.B. Quarze, Feldspat, Olivin
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2.2 Erster Schritt zum Silicon Silicium aus Sand
2. Herstellung von Siliconen

• Labormaßstab
• 4 -2 0
  0 2 -2
• SiO2 (s) 2 Mg (s) ? Si (s) 2 MgO (s)
• (b) Großtechnische Herstellung
• 4 -2 0
  0 2 -2
• SiO2 (s) 2 C (s) ? Si (s) 2 CO (g)

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2.3 Darstellung von Chlormethylsilanen
2. Herstellung von Siliconen

• 
  
• 4 CH3Cl (g) 2 Si (s) ?
• 2 (CH3)2SiCl2 (g) CH3SiCl3 (g) (CH3)3SiCl )
  (g)
• Reaktionsbedingungen
• T 300-400C
• Cu als Katalysator
• Rochow-Synthese

-2
0

-3
2
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Versuch 1 Hydrolyse von Chlormethylsilanen
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1.) Hydrolyse von Dichlordimethylsilan
2.) Polykondensation
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Hydrolyse von Organylchlorsilanen
2. Herstellung von Siliconen

• Silandiole R2Si(OH)2 kondensieren zu
  Polysiloxanen
• bei kleiner Gliederzahl (n 3,4,5) als Ringe
• bei großer Gliederzahl als Kette
• Kondensation Silantriole RSi(OH)3
• kleine Gliederzahl Käfige
• große Gliederzahl Schichten

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Siliconöle
3. Siliconöle/Silicontenside

• Lineare Moleküle aus verknüpften
  Dimethylsiloxan-Einheiten
• Chemisch weitestgehend inert
• I.d.R. klare, geruchlose, hydrophobe und neutrale
  Flüssigkeiten

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Versuch 2 Wasserabweisende Eigenschaft der
Silicone
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(a) Unbehandelter Filter Faltenfilter aus
Cellulose

                                                                                                               
                                                                                                 
Wasser dringt in hydrophile Cellulose ein und
filtriert durch sie hindurch
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(b) Behandelter Filter Benetzung des Filters mit
Trichlormethylsilan führt zu einer
Kondensationsreaktion

                                                                                                               
                                                                                                
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Siliconisierte Cellulose Ausschnitt
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Weitere physikalische Eigenschaften
3. Siliconöle/Silicontenside

• -Viskosität weniger temperaturabhängig als
  mineralische Öle
• -Siedepunkte deutlich niedriger als bei
  Kohlenstoffverbindungen ähnlicher Konstitution
• -höhere Kompressibilität als mineralische Öle

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Versuch 3 Abbrennen von Siliconölen
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Vollständige Verbrennung eines Siliconöls
?
Siliconöl
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Versuch 4 Silicone als Antischaummittel
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Silicontensid

• Kationisches Polysiloxan

• Modifikation am Siloxangerüst
• Bessere Wasserlöslichkeit
• Steigerung der Tensideigenschaft

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Tenside sind Substanzen, die die
Oberflächenspannung einer Flüssigkeit herabsetzen.
Stabilisieren Emulsionen / lösen Schmutzteilchen
aus Fett und Öl
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Eigenschaften
4. Silicongummi/Siliconkautschuk

• Im Vgl. zu anderen Elastomeren ist Elastizität
  gering temperaturabhängig
• Schwer brennbar (Flammpunkt ca. 750C)
• Gute Chemikalienresistenz

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Vernetzung von Siliconen
4. Silicongummi/Siliconkautschuk

• a.) Additionsvernetzung

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b.) Kondensationsvernetzung
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c.) Vernetzung mit Peroxiden
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Demonstration 1 Kaltvulkanisierende
Siliconkautschuke
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Kaltvulkanisierende Siliconkautschuke

                                                                                                               

                                                                                                               
Bereits alle zur Vulkanisation erforderlichen
Komponenten (Polyorganosiloxane, Vernetzer,
Füllstoffe) enthalten Vernetzung tritt erst unter
Luftfeuchtigkeit ein Allgemeine Reaktion
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Vergleich Gips und Elastosil (Siliconkautschuk)
Elastosil E43 Gips
Geruchs-entwicklung essigartig geruchlos
pH-Wert sauer neutral
Konsistenz weich, gummiartig fest
Überstreichbar-keit mit Wasserfarbe Farbe schlecht haftend, abwaschbar Farbe haftet sehr gut
Abbindzeit 1 Tag 1 Tag
Elastosil E43 enthält Acetoxy-Vernetzer Entstehun
g von Essigsäure bei Hydrolyse
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Versuch 5 Brennbarkeit von Silicongummi und
anderen Kunststoffen
34

                                                                                                               

Verbrennung des Silicongummis

?
Verbrennung des PVC
?
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Demonstration 2Chemikalienbeständigkeit von
Silicongummi
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- beständig gegenüber verdünnten Säuren,
verdünnten Laugen, Aceton und Heptan

• von konzentrierten Lösungen starker Säuren
  angegriffen

elektrophiler Angriff am negativ
polarisiertem O-Atom
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- von konzentrierten Lösungen starker Basen
angegriffen
nucleophiler Angriff am positiv polarisiertem
Si-Atom
- Heptan Aufquellen beruht auf Einlagerung in
das Molekülgeflecht des Polymers
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(1) Silicone im Bauwesen
5. Anwendung und Verwendung

• - Bautenschutz
• (u.a. Hydrophobierungsverfahren gegen
  Verwitterung)
• - Verkleben, verdichten, verfugen
• - Wärmeisolierung

                                         

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(2) Silicone im Verkehr

5. Anwendung und Verwendung

• - Elektronik (z.B. Ummantelung von Zündkerzen)
• - Mechanik (z.B. Siliconöle in Visko-Kupplung)
• - Sicherheit (Abdichtung des Airbags mit einer
  Siliconschicht)

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(3) Silicone in der Medizin

5. Anwendung und Verwendung

• - Medizintechnik (z.B. Abformmaterialien in der
  Zahnmedizin)
• - Umkapselung von Medikamenten mit Siliconharzen
• - Als eigentliches Medikament (z.B. Narbencreme)

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(4) Silicone beim Kleben
Demonstration 3 Siliconbeschichtetes Papier
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Siliconbeschichtetes Papier

• Fest auf Papier haftende Siliconschicht
• Nur schwache Adhäsion zwischen Klebestreifen und
  Siliconschicht
• - Ohne Beschichtung Wechselwirkungen zwischen
  Cellulosemolekülen und Klebstoffmolekülen

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(5) Silicone für Farben
5. Anwendung und Verwendung

• Vermeidung der Schaumbildung bei der Farb- und
  Lackherstellung
• - Hitzebeständige Lacke

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(6) Silicone für Schönheit
5. Anwendung und Verwendung

• - Hautcremes, Make-up (dermatologische
  Verträglichkeit)
• - Einsatz in Haarpflegepräparaten

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(7) Silicone im Alltag

5. Anwendung und Verwendung

• - Gummibänder an Armbanduhren
• - Siliconhaltige Trennmittel an Weinkorken

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6. Schulrelevanz

• - Komplexität des Themas Sekundarstufe II
• Nicht explizit im Lehrplan, aber 13 II
  Angewandte Chemie (Unterthema Kunst- und
  Werkstoffe)
• - In Schulbüchern teilweise vorhanden
• - Hoher Alltagsbezug
• - Verbindung zwischen organischer und
  anorganischer Chemie
• - Stoffe gefahrlos für Schülerarbeit
• - Produkte größtenteils anfassbar

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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

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(No Transcript)