Początki kauczuków silikonowych sięgają lat 20. XIX. Dziś materiały te szczególnie ceni się na rynku ze względu na ich przydatne właściwości: są doskonałymi izolatorami elektrycznymi, cechuje je trudnopalność i obojętność pod względem fizjologicznym, a także duża odporność termiczna.
Pisząc jeden z pierwszych artykułów do miesięcznika „Plast Echo”, obejmujący przegląd najważniejszych elastomerów, wspomniałem o silikonach. Stwierdziłem wówczas, że stanowią one segment rynku, któremu można byłoby poświęcić osobny artykuł. Ot, i jest.
Historia kauczuków silikonowych sięga 1823 r. Wtedy to szwedzki chemik Jöns Jacob Berzelius wyizolował krzem, który następnie ogrzewał w chlorze. W rezultacie uzyskał tetrachlorek krzemu, jeden z materiałów używanych do produkcji związków krzemoorganicznych. Następny krok wykonali Friedle i Craft w 1865 r., kiedy to otrzymali tetraetylosilan w reakcji tetrachlorku krzemu z dietylocynkiem.
Pionierskie badania nad zastosowaniem związków Grinarda (metaloorganicznych związków chemicznych) do wytwarzania alkilosilanów i arylosilanów oraz otrzymywania oligomerów i polimerów silikonowych prowadził na przełomie XIX i XX w. (do lat 40.) Frederic Stanley Kipping. On też, w 1904 r., ukuł termin „silikon”.
Prace Kippinga stanowiły podstawę do opracowania przez Jamesa Franklina Hyde’a z Corning Glass żywic do impregnacji i powlekania włókien szklanych pozwalających na podwyższenie temperatury pracy materiałów izolacyjnych. Dzięki temu firma Corning uruchomiła produkcję m.in. wysokotemperaturowych silników i generatorów.
Dokonania Kippinga stanowiły również inspirację dla prac Eugene’a G. Rochowa z General Electric Company oraz Richarda Müllera pracującego w Chemische Fabrik von Heyden w Radebeul. W pierwszej połowie lat 40. XX w. odkryli oni, niezależnie od siebie, reakcję bezpośrednią krzemu i chlorków alkilowych. Reakcja ta nazwana została przez Rochowa "syntezą bezpośrednią". Znana jest także pod nazwą "syntezy Müllera-Rochowa". Odkrycie to pozwoliło uprościć pierwotny, skomplikowany i wieloetapowy proces otrzymywania silanów w obecności związków Grinarda i umożliwiło przemysłową produkcję związków krzemoorganicznych.
Podczas II wojny światowej, w związku z niedoborami kauczuku naturalnego, rządy wielu krajów finansowały badania nad otrzymywaniem kauczuku syntetycznego. W 1943 r. James Wright, prowadząc prace w tym zakresie, zmieszał kwas borowy z olejem silikonowym, otrzymując lepki materiał o kilku wyjątkowych właściwościach. Z wyglądu przypominał on kit, odbijał się po uderzeniu o podłoże, był wysoce rozciągliwy i miał bardzo wysoką temperaturę topnienia. Substancja nie posiadała wszystkich właściwości potrzebnych do zastąpienia kauczuku naturalnego, jednak produkt został skomercjalizowany w 1949 r. i nazwany „Silly Putty” (niektórzy z czytelników, mający dzieci, znają go pod nazwą „magiczna plastelina”). To jedna z najlepiej sprzedających się zabawek w historii. Tak to czasami bywa z wynalazkami…
W 1950 r. firma Dow Corning wprowadziła na rynek preparaty Sylflex zawierające silikony, do pielęgnacji skór, zabezpieczające je przed działaniem wilgoci. W 1969 r. Neil Armstrong użył butów z silikonowymi podeszwami, aby zrobić pierwszy ślad na Księżycu. W latach 70. XX w. opracowano pierwsze ciekłe kauczuki silikonowe (LSR, ang. Liquid Silicone Rubber). W latach 80. XX w. związki krzemoorganiczne odegrały ważną rolę w rozwoju nowych technologii opartych na mikroprocesorach. W latach 90. XX w. powstały pierwsze soczewki kontaktowe z hydrożelu silikonowego, a teraz, w XXI w., związki krzemoorganiczne możemy znaleźć niemalże wszędzie. Znajdziemy je w szamponach, mikroprocesorach, panelach fotowoltaicznych… Z kauczuków silikonowych wytwarza się detale na potrzeby przemysłu motoryzacyjnego, artykuły gospodarstwa domowego, wyroby medyczne, zabawki i artykuły dla dzieci, sprzęt sportowy i wiele innych.
Kauczuki silikonowe to elastomery, których podstawową strukturę można zapisać bardzo ogólnie jako -[-R2SiO-]-, gdzie R oznacza grupy organiczne (metylowe, winylowe, fenylowe, trifluoropropylowe).
Główna jednostka łańcucha —(CH3)2SiO— jest skracana do litery D, ponieważ atom krzemu jest połączony z dwoma atomami tlenu i jednostki takie są zdolne do rozbudowywania łańcucha polimerowego w dwóch kierunkach. W podobny sposób można zdefiniować jednostki M, T i Q, w których atom krzemu łączy się odpowiednio z jednym, trzema lub czterema atomami tlenu.
Zgodnie z normą ASTM D1418 kauczuki silikonowe klasyfikowane są jako:
- FMQ - zawierające grupy metylowe, jak i fluorowe
- FVMQ - zawierające grupy fluorowe, winylowe i metylowe w łańcuchu polimerowym
- PMQ - z grupami metylowymi, jak i fenylowymi
- PVMQ - z podstawnikami metylowymi, fenylowymi i winylowymi w łańcuchu polimeru
- MQ - zawierające tylko grupy metylowe w łańcuchu polimerowym (np. dimetylopolisiloksan)
- VMQ - mające zarówno podstawniki metylowe i winylowe w głównym łańcuchu polimerowym.
Oczywiście można je podzielić w inny sposób, chociażby uwzględniając ich lepkość i sposób przetwarzania. Elastomery silikonowe występują w formach:
- stałej - kauczuki wulkanizowane w wysokiej temperaturze, HTV/HCR (ang. High-Temperature Vulcanized/High-Consistency silicone Rubber)
- ciekłej - polimery o niższej masie cząsteczkowej, w postaci jedno- lub dwuskładnikowych systemów - LSR (ang. Liquid Silicone Rubber) i RTV (ang. Room Temperature Vulcanized).
