Silikon

Rozbalit box

Obsah boxu

Silikony, chemicky správněji nazývané polysiloxany, jsou syntetické polymery, jejichž molekulární struktura je tvořena řetězcem střídajících se atomů křemíku a kyslíku (…-Si-O-Si-O-…). Na atomy křemíku jsou navázány různé organické skupiny (R), nejčastěji methylové. Díky této unikátní anorganicko-organické struktuře mají silikony širokou škálu výjimečných vlastností, jako je vysoká tepelná a chemická odolnost, hydrofobicita, pružnost a biokompatibilita.

Je důležité nezaměňovat silikon (polymer) s prvkem křemíkem (anglicky silicon), což je polokovový prvek tvořící základ polovodičů a počítačových čipů.

📜 Historie

Historie silikonů je úzce spjata s rozvojem chemie organokřemičitých sloučenin.

🧪 Průkopnické práce

Základy pro chemii silikonů položil anglický chemik Frederic Kipping na počátku 20. století. Při svých experimentech s dichlordialkylsilany a vodou se snažil syntetizovat sloučeniny podobné ketonům, kde by byl atom uhlíku nahrazen atomem křemíku. Místo očekávaných "silikoketonů" však získal polymerní, pryskyřičnaté látky, které byly obtížně charakterizovatelné. Právě Kipping v roce 1901 poprvé použil termín silikon (silicone), odvozený od ketonů, i když později uznal, že struktura těchto látek je zcela odlišná. Jeho práce, ačkoliv v té době nenašla přímé komerční využití, byla klíčová pro pochopení základních reakcí vedoucích k tvorbě polysiloxanů.

🏭 Komerční rozvoj

Skutečný rozmach silikonů nastal až ve 30. a 40. letech 20. století, kdy potřeba nových materiálů s vysokou tepelnou odolností prudce vzrostla, zejména v souvislosti s druhou světovou válkou. Výzkumníci ve Spojených státech hledali náhradu za kaučuk a izolační materiály, které by vydržely extrémní podmínky v motorech letadel a dalších vojenských zařízeních.

V roce 1943 byla založena společnost Dow Corning, společný podnik firem Dow Chemical Company a Corning Glass Works, která se zaměřila na komerční výrobu silikonů. Chemik Eugene G. Rochow vyvinul klíčový proces "přímé syntézy" pro výrobu methylchlorsilanů, což výrazně zlevnilo a zefektivnilo výrobu. Prvními komerčně úspěšnými produkty byly silikonové tuky a tmely používané jako těsnění v motorech bombardérů B-29 Superfortress a jako vodoodpudivá impregnace. Po válce se využití silikonů rychle rozšířilo do civilního sektoru a dnes jsou nepostradatelnou součástí tisíců produktů.

🔬 Chemická struktura a vlastnosti

🔗 Základní stavební kámen

Základem všech silikonů je siloxanová vazba (-Si-O-). Tato vazba je energeticky velmi silná (silnější než vazba -C-C- v organických polymerech), což dává silikonům jejich mimořádnou tepelnou a UV stabilitu. Délka a úhel této vazby jsou také větší, což propůjčuje polymernímu řetězci vysokou flexibilitu a pohyblivost i při nízkých teplotách.

Na každý atom křemíku v řetězci jsou navázány dvě organické postranní skupiny (označené jako R). Typ těchto skupin zásadně ovlivňuje vlastnosti výsledného polymeru:

• Methyl (-CH₃): Nejběžnější skupina, poskytuje vysokou tepelnou stabilitu a hydrofobicitu. Polymer se nazývá polydimethylsiloxan (PDMS).
• Fenyl (-C₆H₅): Zvyšuje odolnost vůči oxidaci a záření a zlepšuje flexibilitu při nízkých teplotách.
• Vinyl (-CH=CH₂): Umožňuje síťování (vulkanizaci) polymeru, čímž vznikají pevné elastomery.
• Trifluorpropyl (-CH₂CH₂CF₃): Zvyšuje odolnost vůči organickým rozpouštědlům a olejům.

✨ Klíčové vlastnosti

Díky své unikátní struktuře mají silikony kombinaci vlastností, kterou nenajdeme u žádného jiného materiálu:

• Tepelná stabilita: Jsou stabilní v širokém rozmezí teplot, typicky od -60 °C do +250 °C, některé speciální typy i přes +300 °C.
• Hydrofobicita: Silně odpuzují vodu, čehož se využívá pro impregnace a těsnění.
• Chemická inertnost: Jsou odolné vůči mnoha chemikáliím, oxidaci a ozonu.
• Elektrická izolace: Jsou vynikající elektrické izolanty a používají se v elektrotechnice a elektronice.
• Biokompatibilita: Jsou netoxické a obecně nevyvolávají imunitní reakci v lidském těle, proto jsou široce používány v lékařství.
• Nízké povrchové napětí: Snadno se roztékají po površích, což je výhodné pro lubrikanty a odpěňovače.
• Propustnost pro plyny: Mají vysokou propustnost pro plyny, což je důležité například u kontaktních čoček.
• Pružnost a elasticita: Silikonové kaučuky si udržují pružnost i při velmi nízkých teplotách.

⚙️ Typy a formy silikonů

Silikony existují v několika základních formách, které se liší délkou polymerního řetězce a stupněm zesíťování.

💧 Silikonové oleje (fluidy)

Jedná se o lineární polysiloxany s relativně krátkými řetězci. Jsou to čiré, bezbarvé kapaliny s různou viskozitou (od vodnatých po velmi husté). Používají se jako:

• Vysoce výkonné maziva a hydraulické kapaliny.
• Přísady do kosmetiky (krémy, šampony) pro dodání hebkosti a lesku (např. dimetikon).
• Odpěňovače v průmyslových procesech.
• Teplonosná média.

🔧 Silikonové kaučuky (elastomery)

Jsou to silikony s velmi dlouhými polymerními řetězci, které jsou chemicky zesíťované (vulkanizované), čímž vzniká trojrozměrná pružná struktura. Dělí se na:

• RTV silikony (Room Temperature Vulcanizing): Vytvrzují při pokojové teplotě, obvykle reakcí se vzdušnou vlhkostí. Jsou to známé jednosložkové nebo dvousložkové tmely a lepidla pro stavebnictví (koupelnový silikon) a výrobu forem.
• HTV silikony (High Temperature Vulcanizing): Vyžadují pro vytvrzení vysokou teplotu. Zpracovávají se podobně jako klasický kaučuk a vyrábí se z nich odolná těsnění, hadice, kuchyňské náčiní nebo lékařské implantáty.
• LSR silikony (Liquid Silicone Rubber): Tekuté dvousložkové systémy, které se zpracovávají vstřikováním a rychle vytvrzují za tepla. Používají se pro masovou výrobu přesných dílů, jako jsou dudlíky, těsnění nebo kryty elektroniky.

🎨 Silikonové pryskyřice

Mají hustou trojrozměrnou síťovou strukturu. Po vytvrzení tvoří tvrdé, ale křehčí materiály. Používají se jako:

• Pojiva pro vysokoteplotní nátěry a laky.
• Elektroizolační laky pro vinutí motorů a transformátorů.
• Materiály pro lamináty a kompozity.

🩹 Silikonové gely

Jsou to velmi slabě zesíťované silikony, které tvoří měkkou, lepkavou a deformovatelnou hmotu. Jejich hlavní využití je v lékařství, například pro výrobu prsních implantátů nebo jako gelové polštářky a náplasti pro léčbu jizev.

🌍 Využití v praxi

Díky své všestrannosti nacházejí silikony uplatnění v téměř každém odvětví lidské činnosti.

🏗️ Stavebnictví a průmysl

Ve stavebnictví jsou nepostradatelné jako těsnicí a dilatační tmely pro okna, dveře a sanitární zařízení. Jejich pružnost a odolnost vůči počasí zaručuje dlouhou životnost spojů. V průmyslu se používají na výrobu těsnění, O-kroužků, hadic a jako průmyslová maziva.

🚗 Automobilový průmysl

Silikony odolávají vysokým teplotám v motorovém prostoru i nízkým teplotám v zimě. Používají se na těsnění motoru, zapalovací kabely, hadice pro turbodmychadla a jako maziva pro brzdové systémy.

🔌 Elektronika

Jako vynikající izolanty chrání citlivé elektronické součástky před vlhkostí, prachem a vibracemi. Používají se pro zalévání a pouzdření obvodů, jako teplovodivé pasty pro odvod tepla z procesorů a jako pružné klávesnice pro dálkové ovladače a klávesnice.

👩‍⚕️ Lékařství a zdravotnictví

Biokompatibilita silikonů je klíčová pro jejich použití v medicíně. Vyrábí se z nich:

• Implantáty: prsní, kloubní, oční čočky.
• Zdravotnické pomůcky: katetry, hadičky pro dialýzu, dýchací masky.
• Kontaktní čočky: Moderní silikon-hydrogelové čočky mají vysokou propustnost pro kyslík.
• Léčba jizev: Silikonové gely a náplasti pomáhají redukovat viditelnost jizev.

💄 Kosmetika a osobní péče

V šamponech a kondicionérech silikony (např. dimetikon, cyklometikon) uhlazují povrch vlasu a dodávají mu lesk. V krémech a make-upu vytvářejí hedvábný pocit a pomáhají rovnoměrně roztírat produkt.

🍳 Domácnost a gastronomie

Nepřilnavost a tepelná odolnost silikonu se využívá pro výrobu pečicích forem, stěrek, mašlovaček a chňapek. Na rozdíl od starších plastů neuvolňují škodlivé látky při vysokých teplotách.

🚀 Letectví a kosmonautika

V extrémních podmínkách vesmíru se silikony používají na těsnění, lepidla a ochranné nátěry. Stopy bot Neila Armstronga na Měsíci byly zanechány podrážkami ze silikonového kaučuku.

⚠️ Bezpečnost a ekologické aspekty

🧑‍🔬 Biokompatibilita a zdraví

Silikony pro lékařské a potravinářské účely jsou považovány za velmi bezpečné, netoxické a hypoalergenní. Kontroverze spojené s prsními implantáty v 90. letech se týkaly spíše fyzikálních problémů (prasknutí implantátu a únik gelu) než samotné toxicity materiálu. Rozsáhlé studie neprokázaly přímou souvislost mezi silikonovými implantáty a systémovými onemocněními.

🌱 Vliv na životní prostředí

Silikony jsou velmi stabilní a v přírodě se rozkládají jen velmi pomalu, což vede k jejich hromadění v životním prostředí. Nejsou však považovány za toxické pro vodní organismy. V posledních letech se pozornost zaměřila na některé nízkomolekulární cyklické siloxany (D4, D5), které se používají v kosmetice a mohou se hromadit v živých organismech. Z tohoto důvodu Evropská unie omezila jejich použití v některých oplachových kosmetických přípravcích. Výzkum v oblasti recyklace a biologicky odbouratelných silikonů stále probíhá.

🧪 Pro laiky

Představte si silikon jako hybrid mezi sklem a plastem. Má páteř podobnou sklu (z křemíku a kyslíku), která je velmi pevná a odolná vůči teplu. Na tuto páteř jsou ale navěšeny pružné organické skupiny, podobně jako u plastů, což celému materiálu dodává ohebnost a pružnost.

• **Rozdíl mezi křemíkem a silikonem:**

   *   Křemík (Silicon) je tvrdý, lesklý prvek, ze kterého se vyrábějí počítačové čipy. Je to základní surovina.
   *   Silikon (Silicone) je měkký, pružný materiál (kaučuk, olej, tmel), který se z křemíku a dalších látek vyrábí. Je to finální produkt.

Díky této kombinaci vlastností může být silikon tekutý jako olej (v krémech), pružný jako guma (těsnění v autě, forma na pečení) nebo tvrdý jako pryskyřice (v lacích). Je to jeden z nejvšestrannějších materiálů, které člověk vytvořil.

⏰ Tento článek je aktuální k datu 29.12.2025