Silikonkautschuke bilden die Basis für eine Reihe unterschiedlichster Silikonprodukte. Je nach Verarbeitung unterscheidet man zwischen Festsilikonkautschuken und Flüssigsilikonkautschuken. Letztere zeichnen sich vor allem durch ihre vielseitigen Materialeigenschaften sowie ihre gute Verarbeitungsfähigkeit aus.

Produkte aus Flüssigsilikon finden sich in vielen Bereichen – von Spezialprodukten für die Automobilindustrie, die Elektro- oder Medizintechnik bis zu Alltagsgegenständen im Haushalt.

LSR – Definition

Flüssigsilikone gehören zur Gruppe der Silikonkautschuke. Sie sind auch unter dem Kürzel LSR bekannt, welches für Liquid Silicone Rubber steht.

Sie bestehen aus einer Hauptkette, in der die Siliciumatome über Sauerstoffatome verknüpft sind. An den Seitenketten befinden sich weitere, sogenannte funktionelle Gruppen, über die die linearen Hauptketten vernetzt werden können. Im Vergleich zu den Festsilikonkautschuken sind die Hauptketten der Flüssigsilikone kürzer und beweglicher. Das ist der Grund für ihre niedrige Viskosität.

LSR – Eigenschaften

Flüssigsilikon besitzt aufgrund seiner niedrigen Viskosität gute Fließeigenschaften, was bei der Verarbeitung eine wichtige Rolle spielt. Die daraus hergestellten Produkte zeichnen sich durch exzellente mechanische, thermische und chemische Eigenschaften aus.

Physikalische Eigenschaften von LSR

Flüssigsilikone und die daraus hergestellten Produkte zeigen eine sehr gute Alterungsbeständigkeit.

So werden sie durch

  • Sonneneinstrahlung und UV-Licht
  • Luftfeuchtigkeit
  • Regen
  • Ozon
  • und weitere Witterungseinflüsse, wie z.B. Kälte

so gut wie nicht beeinträchtigt. Zudem zeigen Flüssigsilikone sehr gute elektrische Isoliereigenschaften und eine hohe Gasdurchlässigkeit.

Mechanische Eigenschaften von LSR

Die hohe Elastizität und Flexibilität ist eine der herausragendsten Materialeigenschaften von Produkten auf der Basis von Flüssigsilikon. Sie zeigen eine hohe Reißdehnung, was bedeutet, dass sie hohen mechanischen Belastungen durch Ziehen oder Strecken ausgesetzt werden können.

Auch zeigen sie gegenüber anderen Kunststoffen, wie PVC, eine verbesserte Kerbfestigkeit. So reißen Produkte selbst bei Vorhandensein eines Risses oder einer Kerbe im Material nicht über diesen Punkt hinaus. Die Härte variiert, je nach zugesetzten Additiven, von eher weich, mit einem sogenannten Shore-Wert um die 20, bis zu hart, mit Shore-Werten um die 70.

Thermische Eigenschaften von LSR

Flüssigsilikone zeigen eine hohe Temperaturbeständigkeit über einen breiten Temperaturbereich. So sind Produkte aus Flüssigsilikon bei Temperaturen von -55°C bis zu +210°C stabil. Physikalische oder mechanische Eigenschaften, wie beispielsweise ihre Flexibilität, ändern sich über dieses gesamte Temperaturspektrum nicht.

Chemische Eigenschaften von LSR

Produkte aus Flüssigsilikon sind chemisch inert, das heißt sie sind durch viele Chemikalien, wie Säuren, Laugen oder Alkohole, nicht angreifbar.

Allerdings können einige organische Lösungsmittel, wie Toluol oder Benzol, sowie Kraftstoffe, wie Benzin, dazu führen, dass Flüssigsilikonprodukte quellen und ihre Eigenschaften ändern. Beständigkeitslisten können zur Bewertung herangezogen werden (siehe Quellen).

Sonstige Eigenschaften von LSR

Eine weitere, wichtige Eigenschaft ist die physiologische Unbedenklichkeit. Daher bestehen viele Produkte, die in der Medizin, Dentaltechnik oder Lebensmitteltechnologie eingesetzt werden, aus Flüssigsilikonen.

LSR Herstellung

Die Herstellung der Flüssigsilikone erfolgt, wie bei allen Silikonen, aus Siliciumstaub, der mit Methylchlorid zu einem Gemisch aus Chlormethylsilanen umgesetzt wird. Dieses Gemisch aus den Bestandteilen

  • Tetrachlorsilan
  • Trichlormethylsilan
  • Dichlordimethylsilan
  • Trimethylchlorsilan
  • Tetramethylsilan

wird durch fraktionierte Destillation in seine verschiedenen Bestandteile aufgetrennt. Dimethyldichlorsilan dient als Ausgangsprodukt zur Herstellung der Flüssigsilikone. Diese werden zunächst zu einem Zwischenprodukt, den Silanolen, umgesetzt, welche weiter zu Oligomeren, das heißt kurzkettigen, linearen Silikonen sowie cyclischen (ringförmigen) Silikonen reagieren.

Im nächsten Schritt reagieren lineare Silikone, die über zwei Verknüpfungsstellen verfügen, miteinander. Zusätzlich werden monofunktionale Silikone, die nur eine Verknüpfungsstelle besitzen, der Mischung beigefügt. Werden diese an eine Polymerkette angefügt, so kann diese nicht mehr verlängert werden und endet damit. Die Kettenlänge kann somit über das Verhältnis dieser beiden Komponenten bestimmt werden. Flüssigsilikone besitzen kürzere Polymerketten mit einem niedrigeren Molekulargewicht, während Festsilikonkautschuk längere Polymerketten enthält.

LSR Verarbeitung

Flüssigsilikone liegen als flüssige Zwei-Komponenten-Systeme vor. Hierbei enthält eine Komponente einen Platin-Katalysator und vernetzungsfähige Polydimethylsiloxan-Komponenten. Die zweite Komponente enthält den Vernetzer. Zusätzlich können zur Stabilisierung des Endprodukts noch Füllstoffe wie Kieselsäure vorhanden sein. Auch Farbpigmente können zugesetzt sein, je nach gewünschtem Endprodukt. Erst wenn beide Komponenten zusammengegeben werden, startet die chemische Reaktion.

Dieser Vorgang wird als Vulkanisation bezeichnet. Der Vorteil dieser Verarbeitungsweise besteht darin, dass der Vulkanisationsvorgang sehr schnell abläuft, wodurch kurze Produktionszyklen möglich sind. Zweitens entstehen bei dieser Vernetzungsreaktion, bei der es sich um eine sogenannte Additionsvernetzung handelt, keine weiteren Nebenprodukte.

LSR spritzgießen

Flüssigsilikone werden im Spritzgießverfahren verarbeitet. Beide Komponenten werden in einem Mischblock im Verhältnis 1:1 gemischt und anschließend unter Druck in einen sogenannten LSR-Zylinder geführt. Wichtig ist, dass diese Mischung gekühlt wird, um eine vorzeitige Vernetzung zu verhindern. Von dort wird es in das auf 170°C bis 200°C heiße Werkzeug eingespritzt. Bei diesen Temperaturen vernetzt das Flüssigsilikon innerhalb von wenigen Sekunden. Die auf diese Weise spritzgegossenen Formteile können im Regelfall direkt eingesetzt werden.

LSR tempern

Das Tempern ist eine thermische Nachbehandlung. Die im Spritzgussverfahren hergestellten Silikonprodukte werden mehrere Stunden bei Temperaturen um die 200°C getrocknet.

Für Produkte, die für Lebensmittelanwendungen oder in Kontakt mit Säuglingen und Kleinkindern eingesetzt werden sollen, ist das Tempern gesetzlich vorgeschrieben. Durch das Tempern werden flüchtige Bestandteile entfernt, die als Nebenprodukt bei der Herstellung von Silikonkautschuken anfallen können. Neuere Flüssigsilikonmischungen sind teilweise schon so konzipiert, dass der zeitaufwändige und teure Schritt des Temperns entfallen kann.

LSR Verwendung

Aufgrund der breiten Beständigkeit von Flüssigsilikon gegenüber Chemikalien, Temperatureinflüssen oder mechanischer Belastung wird dieses Material in vielen Bereichen eingesetzt. Weiterhin können durch den Einsatz von Füllstoffen, wie pyrogene Kieselsäure oder Quarz, von Additiven und Stabilisatoren die Materialeigenschaften weiter optimiert werden . Schließlich lassen sich die aus Flüssigsilikon hergestellten Silikonkautschuke mit speziell darauf abgestimmten Farbpigmenten beliebig einfärben.

LSR in der Medizin

Viele Produkte in der modernen Medizintechnik basieren auf Silikonkautschuken und speziell auf Flüssigsilikonen. So werden medizinische Produkte, wie

  • Insulinpumpen
  • Fertigspritzen
  • Schläuche
  • und Inhalationsgeräte

aus Flüssigsilikon hergestellt. Auch für Herzkatheter oder Beatmungsmasken dient LSR als Ausgangsmaterial. Aufgrund der physiologischen Unbedenklichkeit von Silikon kommt es in einem weiten Bereich zur Anwendung.

LSR im Labor

Gegenüber vielen Chemikalien sind Produkte aus LSR inert, das heisst sie werden nicht angegriffen. So sind Schläuche für den Chemikalientransport oder Dichtungen in Laborapparaturen, die mit Chemikalien in Berührung kommen, oftmals auf Basis von Flüssigsilikon hergestellt.

Formenbau mit LSR

Flüssigsilikon kann aufgrund seiner guten Verarbeitbarkeit für die Herstellung von Formteilen mit unterschiedlichster Geometrie verwendet werden. Auch komplizierte Formen sind dadurch realisierbar.

LSR in der Elektrotechnik

Eine der herausragendsten Eigenschaften der Silikone ist die gute elektrische Isolierfähigkeit, weshalb es in der Elektroindustrie für die Herstellung von kleinen wie auch größeren Bauteilen verwendet wird. Dazu gehören unter anderem:

  • Elektrostecker
  • Steckerverbindungen
  • Schaltmatten
  • und Dichtungen für diverse elektrische Bauteile.

LSR in der Automobilindustrie

In der Automobilindustrie werden viele Komponenten, von denen eine gute elektrische Isolierfähigkeit gefordert wird oder die hohe Temperaturen sowie verschiedene Witterungseinflüsse aushalten müssen, aus Flüssigsilikon hergestellt. Dazu gehören:

  • Gehäuse- und Steckerdichtungen
  • Schutzmäntel für Zündkerzenstecker
  • Scheinwerferabdichtungen
  • und Regensensoren.

LSR in der Lebensmittelindustrie

Viele Produkte, die mit Lebensmitteln in Kontakt kommen, werden aufgrund der physiologischen Unbedenklichkeit aus Flüssigsilikonen hergestellt. Dazu zählen beispielsweise elastische Backformen, die in vielen Haushalten zu finden sind. In der Lebensmitteltechnologie sind es Schläuche oder Dichtungen, für deren Herstellung Flüssigsilikone eingesetzt werden.

LSR in anderen Bereichen

Schließlich dienen Flüssigsilikone als Ausgangsprodukt für eine Vielzahl an weiteren Produkten. So bestehen Kontaktlinsen aus speziellen, transparenten Flüssigsilikonen und auch Schnuller oder Trinkflaschen-Sauger werden daraus hergestellt. Vor allem wenn es um Kunststoffprodukte geht, die physiologisch und toxisch unbedenklich sein müssen, wird gerne auf Produkte aus Silikon zurückgegriffen.

Quellen

  • http://www.chemie.de/lexikon/Liquid_Silicone_Rubber.html
  • https://de.wikipedia.org/wiki/Silikone
  • http://www.chemgapedia.de/vsengine/vlu/vsc/de/ch/9/mac/stufen/polykondensation/silicone/silicon.vlu.html
  • http://www.cvt.uni-bayreuth.de/files/bestaendigkeitsliste.pdf