Silikonöle

Silikonöle (eigentlich Diorganopolysiloxane; polymerisierte Siloxane mit organischen Seitenketten) stammen aus der Gruppe der Silikone und sind synthetische siliciumbasierte Öle, welche, im Gegensatz zu Mineralölen oder Pflanzenölen, keine organischen, also kohlenstoffbasierten, sondern siloxanbasierte Ketten-Moleküle als Grundstruktur besitzen. Diese zeichnet sich durch die periodisch alternierende Anordnung von Silicium- und Sauerstoffatomen mit der allgemeinen Summenformel [R1R2SiO]n[1] aus. An den freien Außenelektronen des Siliciums hängen Reste R, welche organische Reste sind, aber auch Halogene sein können. Also haben Silikonöle neben dem anorganischen Anteil auch einen organischen Anteil.

Die sich wiederholende Einheit des Siloxan-Polymers

Eigenschaften

Silikonöle sind klare, farblose, ungiftige, neutrale, geruchslose, geschmacklose, chemisch inerte, in einem weiten Spektrum temperaturstabile, hydrophobe Flüssigkeiten mit einer Molekülmasse von 162 bis 150.000 g/mol, einer Dichte von 0,76 bis 1,07 g/cm3 und Viskositäten von 0,6 bis 1 000 000 mPa s. Des Weiteren sind sie hervorragende elektrische Isolatoren.[2] Silikonflüssigkeiten weisen eine niedrige Oberflächenspannung von 21,5 mN/m (bei 25 °C) oder weniger auf. Sie sind auch an der Luft dauerwärmebeständig bis ca. 180 °C. Ihr Stockpunkt liegt je nach Viskosität bei −80 bis −40 °C. Silikonflüssigkeiten weisen zwischen −60 °C und bis 200 °C Schmiereigenschaften auf. Die Schmierfähigkeit ist geringer als die von Mineralölen und anderen Schmierstoffen. Sie neigen nicht zum Verharzen. Silikonflüssigkeiten sind löslich in Benzol, Toluol, aliphatischen und chlorierten Kohlenwasserstoffen. Sie sind wenig beständig gegen starke anorganische Säuren und Basen. Wie alle Silikone sind sie sehr gut gasdurchlässig.[3][1]

Der Vertreter mit dem einfachsten Aufbau ist das Polydimethylsiloxan in dem Rest R1 und R2 (siehe obige Strukturformel) je eine Methylgruppe ist.

Industrielle und technische Verwendung

Es gibt sehr viele Verwendungsmöglichkeiten von Silikonölen. Einige der wichtigsten sind:

  • In der Kältetechnik bei der Gefriertrocknung werden Silikonöle als Kälteträger verwendet[4] sowie wegen ihrer Nichtbrennbarkeit in Wärmebädern von Laboratorien, sogenannten Ölbädern, als Wärmeträger eingesetzt.[5]
  • Aufgrund ihrer niedrigen Oberflächenspannung haben einige Silikonöle eine schaumhemmende Wirkung und kommen entsprechend typischerweise in industriellen Anlagen, wie Fermentern oder Destillationsanlagen zum Einsatz, wo Schaumbildung kritische Folgen haben kann.[6]
  • Silikonöl ist auch ein hervorragendes Treibmittel in Öldiffusionspumpen.
  • Silikonflüssigkeiten spielen eine wichtige Rolle als elektrische Isolierstoffe (Dielektrika),[7] (z. B. in Transformatoren).
  • Spezielle Knetmassen, wie Hüpfender Kitt, bestehen zur Hälfte aus Silikonöl, während die andere Hälfte aus Borsäure besteht.
  • Im Fahrzeugbau werden Silikonflüssigkeiten höherer Viskosität als Fluide zur Drehmomentübertragung mit automatischem Drehzahlausgleich in Visco-Kupplungen als Achs- oder/und (in Verbindung mit einem) Zentraldifferential eingesetzt.

Außerdem können Silikonöle als Hydraulikflüssigkeit, als Formtrennmittel,[8] als Inhaltsstoff für spezielle Druckfarben,[9] zum Hydrophobieren von Glas (z. B. in der Pharmazie), Keramik, Textilien, Leder usw.,[10] Putz- und Poliermittelzusatz für Autolacke, Metalle, Leder und Möbel,[11] zur Verhütung des Ausschwimmens von Pigmenten in pigmentierten Lacken, als Manometerflüssigkeit, Sammler bei Flotationsprozessen und als Dämpfungsmittel verwendet werden.[12]

Silikonfett

Silikonfett ist ein wasserdichtes Fett. Es wird hergestellt durch die Verbindung eines Silikonöls mit einem Verdickungsmittel.[13]

Technische Anwendungen

Silikonfett wird häufig für die Schmierung und Konservierung von Gummiteilen verwendet, die empfindlich auf Kontakt mit mineralischen Ölen reagieren. Es fungiert auch als Korrosionshemmer und Schmiermittel für Zwecke, die dickere Schmiermittel erfordern. Als Armaturenfett bzw. Heißwasserfett wird es auch zur Schmierung von Trinkwasser-Armaturen eingesetzt.

Der Einsatz im chemischen Labor

Silikonfett ist weit verbreitet als temporäres Dichtungsmittel und Schmiermittel für Verbindungsschliffe / Schliffverbindungen, wie sie typischerweise an Laborglas verwendet werden. Obwohl Silikone als chemisch träge gelten, entstanden einige historisch bedeutsame Verbindungen durch unintendierte Reaktionen mit Silikonen.[14][15]

Medizinische und kosmetische Anwendungen

Aufgrund der Eigenschaften des Silikonöls werden auch medizinische Produkte und Kosmetika aus Silikonölen hergestellt. Der Einsatzbereich ist dabei sehr breitgefächert.

Darüber hinaus dienen Silikonöle als Bestandteil von Kosmetika, Wasch- und Reinigungsmitteln,[20] Hautschutzsalben, Salbengrundlagen,[21] Massageölen, Implantaten und Mitteln zur Frisurstabilisierung[22] sowie als Träger für Duftstoffe.

Lebensmittelindustrie

Der entschäumende Effekt spielt auch in der Lebensmittelindustrie eine wichtige Rolle. So werden Silikonöle bei der Herstellung von Konfitüren und außerhalb von Europa Fruchtsäften zugegeben, um das Entstehen unerwünschter Schäume zu unterdrücken. Auch Beimengungen in Frittieröle machen die Schaumbildung bei Frittiervorgängen wesentlich kontrollierbarer.[23]

Die maximalen Konzentrationen für das Silikonöl Polydimethylsiloxan (Lebensmittelzusatzstoff E900) lauten:[24]

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Einzelnachweise
  1. W. Kaiser, R. Riedle: Silikone. In: H. Harnisch, R. Steiner, K. Winnacker (Hrsg.): Winnacker-Küchler: Chemische Technik, Organische Technologie II. 4. Auflage. Band 6, Carl Hanser Verlag, München 1982, S. 838.
  2. H. Miyahara, A. Nakajima, J. Wada, S. Yanabu: Breakdown Characteristics of Combined Insulation in Silicone Oil for Electric Power Apparatus. In: "2006 IEEE 8th International Conference on Properties and applications of Dielectric Materials", Properties and applications of Dielectric Materials, 8th International Conference. 2006, S. 661–664. doi:10.1109/ICPADM.2006.284264. ISBN 1-4244-0190-9.
  3. M. G. Woronkow, W. P. Mileshewitsch, Yu. A. Yuzhelewski: The Siloxane Bond, Physical Properties and Chemical Transformations. In: Studies in Soviet Science. New York/ London 1978, S. 6 ff.
  4. A. Brulls, M. Johan: Method of monitoring a freeze drying process. AstraZeneca UK, London 2001, S. 3.
  5. Patentanmeldung DE102004042829A1: Silikonöl als Arbeitsfluid für einen Thermostat sowie ein solcher Thermostat. Angemeldet am 27. August 2004, veröffentlicht am 2. März 2006, Anmelder: EGO Elektro Gerätebau GmbH, Erfinder: Wolfgang Thimm et al (Seite 2).
  6. Patent DE1544001A1: Verfahren zur Aktivierung von Entschäumerflüssigkeiten. Angemeldet am 31. August 1966, veröffentlicht am 26. Juni 1969, Anmelder: Degussa, Erfinder: Kurt Klein, Joachim Maluzi.
  7. Patent DE2446591A1: Elektrisch isolierendes Öl. Angemeldet am 30. September 1974, veröffentlicht am 24. April 1975, Anmelder: Kureha Chemical Ind. Co. Ltd, Erfinder: Takahashi Masaaki et al.
  8. Patent DE2641898C2: Formtrennmittel. Angemeldet am 17. September 1976, veröffentlicht am 9. April 1987, Anmelder: Daikin Kogyo Co. Ltd, Erfinder: Norio Horiuchi et al.
  9. Patent DE602004001025T2: Magnetischer Toner. Angemeldet am 26. Februar 2004, veröffentlicht am 23. November 2006, Anmelder: Canon KK, Erfinder: Yoshihiro Ogawa et al.
  10. Patentanmeldung DE2843234A1: Schutzmittel zur Bildung eines Schutzüberzuges einer Siliciumorganischen Verbindung auf Glas- und Keramikflächen. Angemeldet am 4. Oktober 1978, veröffentlicht am 17. April 1980, Anmelder: Collo GmbH, Erfinder: Peter Ehlenz.
  11. Patent DD220321A1: Lackpflege-, Reinigungs- und Konservierungsmittel. Angemeldet am 21. November 1983, veröffentlicht am 27. März 1985, Anmelder: VEB Petrochemisches Kombinat, Erfinder: Götz Bauerfeind et al.
  12. Patent DE1292451B: Dynamischer Drehschwingungsdämpfer, insbesondere für Kraftmaschinen. Angemeldet am 21. Februar 1964, veröffentlicht am 10. April 1969, Anmelder: Jarmuefejlesztesi Intezet, Erfinder: Sandor Betlej.
  13. Thorsten Bartels u. a.: Lubricants and Lubrication. In: Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Weinheim 2005. doi:10.1002/14356007.a15_423
  14. I. Haiduc: Silicone Grease: A Serendipitous Reagent for the Synthesis of Exotic Molecular and Supramolecular Compounds. In: Organometallics. volume 23, 2004, S. 3–8. doi:10.1021/om034176w
  15. Lucian C. Pop, M. Saito: Serendipitous Reactions Involving a Silicone Grease. In: Coordination Chemistry Reviews. 2015, doi:10.1016/j.ccr.2015.07.005.
  16. R. D. Blackledge, M. Vincenti: Identification of Polydimethylsiloxane Lubricant Traces From Latex Condoms in Cases of Sexual Assault. In: Journal of the Forensic Science Society. Vol. 34, 1994, S. 245–256.
  17. H. Gnad u. a.: Temporäre Silikonöl-Implantation nach Vitrektomie bei proliferativer diabetischer Retinopathie in Klin Monatsbl Augenheilkd 189(11), 1986, S. 388–390.
  18. I. F. Burgess, C. M. Brown, P. N. Lee: Treatment of head louse infestation with 4 % dimeticone lotion: randomised controlled equivalence trial. (PDF; 75 kB). In: BMJ. Vol. 330, 2005, S. 1423 ff.
  19. https://www.kinderaerzte-im-netz.de/news-archiv/meldung/article/silikonoele-einfach-und-sicher-gegen-laeuse/
  20. Patent DE602005001353T2: Portionierte Wasch- und Reinigungsmittelzubereitung enthaltend Silikonöl. Angemeldet am 19. April 2005, veröffentlicht am 21. Februar 2008, Anmelder: Procter & Gamble, Erfinder: Susan Mary Barry et al.
  21. Patent DE1134478B: Silikonhaltige Hautschutzsalbe. Angemeldet am 5. März 1960, veröffentlicht am 9. August 1962, Anmelder: Schenley Ind Inc, Erfinder: Bruno Puetzer, Armando Boschetti.
  22. Patentanmeldung WO2001028506A1: Klares Wasser-in-Silikonöl Haarkonditioniermittel. Angemeldet am 14. Oktober 2000, veröffentlicht am 26. April 2001, Anmelder: Wella AG, Erfinder: Mehrdad Jahedshoar et al.
  23. Frank Massholder: Dimethylpolysiloxan, E 900: Schaumverhüter: Definition, Warenkunde, Lebensmittelkunde. In: www.lebensmittellexikon.de. Abgerufen am 30. Januar 2016.
  24. Zusatzstoff-Online.de: E 900 - Dimethylpolysiloxan
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