Silicium und Silicone: Über steinzeitliche Werkzeuge, antike Töpfereien, moderne Keramik, Computer, Werkstoffe für die Raumfahrt, und wie es dazu kam

217 Pages·1991·5.35 MB·German

by  Professor Eugene George Rochow (auth.)

Eugene G. Rochow
Silicium und Silicone
Über steinzeitliche Werkzeuge,
antike Töpfereien,
moderne Keramik, Computer,
Werkstoffe für die Raumfahrt,
und wie es dazu kam
Übersetzt und bearbeitet von E. Krahe
Mit 51 Abbildungen und 24 Tabellen
Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH
Professor Eugene George Rochow
Professor Emeritus, Harvard University
Box 655, Captiva, Florida 33924jUSA
Übersetzer: Prof. Dr. Eduard KraM
Marienweg 29, D-4439 Metelen
Amerikanische Originalausgabe: Silicon and Silicones
© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1987
ISBN 978-3-540-52927-9
CIP-Titelaufnahme der Deutschen Bibliothek
Rochow, Eugene G.: Silicium und Silicone: über steinzeitliche Werkzeuge,
antike Töpfereien, moderne Keramik, Computer, Werkstoffe für die Raumfahrt,
und wie es dazu kam / Eugene G. Rochow. Übers. und bearb. von E. Krahe. -
Eng!. Ausg. u.d.T.: Rochow, Eugene G.: Silicon and silicones
ISBN 978-3-540-52927-9 ISBN 978-3-662-09896-7 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-662-09896-7
NE: KraM, Eduard [Bearb.]
Dieses Werk ist urheberrechtiich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte,
insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme
von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der
Vervielfäitigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungs
anlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine
Vervielfäitigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im
Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechts
gesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der jeweils
geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig. Zuwider
handlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes.
© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1991
Ursprünglich erschienen bei Springer-Verlag Berlin Heidelberg New Yo rk 1991
Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen
usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der
Annahme, daß solche Namen im Sinne der Warenzeichen-und Markenschutz
Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt
werden dürften.
Satz (Datenkonvertierung): Elsner & Behrens GmbH, Oftersheim
51/3130-543210. Gedruckt auf säurefreiem Papier
Vorwort
Ein kurzer Überblick
Stiefel aus Siliconkautschuk hinterließen jene berühmten
menschlichen Abdrücke auf dem Mond. Andere Siliconpo
lymere haben einwandfrei funktionierende Raumanzüge
und Raumfahrzeugdichtungen möglich gemacht. Das hat
glauben lassen, Siliciumverbindungen seien sehr moderne
Werkstoffe, die speziell für die Bedürfnisse der Raumfahrt
entwickelt wurden. Tatsächlich jedoch ist die Siliciumche
mie etwa so alt wie der Mensch selbst. Sie beginnt mit dem
Dämmern unserer Rasse und beherrscht die Geologie, die
Mineralogie und die uralte keramische Kunst. Dieses Buch
will zeigen, daß die Entwicklung der Silicone nur eine
Facette der faszinierenden Rolle des Elements Silicium ist,
die dieses in unserem Alltagsleben spielt. Es fängt an bei
dem Stoff, aus dem Erde und Mond gemacht sind, und
endet beim heutigen Einsatz von ultrareinem Silicium in
Transistoren und Computern, der Verwendung von ge
wöhnlichem, elementarem Silicium bei der Herstellung von
Siliconkautschuk, Siliconöl, Siliconharzen und den sili
ciumhaltigen Polituren, Medikamenten und Aromen.
Das sind natürlich nicht unsere einzigen Berührungs
punkte mit Silicium. Die natürlich vorkommenden Verbin
dungen von Silicium und Sauerstoff (die Silicate) sind die
Ausgangsstoffe von Ziegeln, Kacheln, Zement, Glas und
vielen modernen keramischen Erzeugnissen. Diese umfas
sende Nützlichkeit des Siliciums und seiner Verbindungen
hat zwei Gründe: Erstens gibt es reichlich davon und
zweitens ist es chemisch ungeheuer vielseitig. Seine chemi
schen und physikalischen Eigenschaften sind so ungewöhn
lich und so. mannigfaltig, daß es gerade zur Suche nach
kreativen und originellen Anwendungen herausfordert.
Dazu kommt, daß Silicium ein eher freundliches Element
ist, nicht toxisch wie Arsen oder Blei oder Plutonium und
für lebende Systeme (einschließlich des menschlichen Kör
pers) seit langem ein vertrauter Stoff, weshalb Siliconpoly
mere sogar in kosmetischen Präparaten, Medikamenten
VI Vorwort
und Prothesen enthalten sind. Silicium und seine Verbin
dungen sind uns daher nicht fremd, und das brauchen auch
Silicone nicht zu sein.
Das vorliegende Buch behandelt zunächst die Molekül
struktur von Siliconen und wendet sich dann der industriel
len Herstellung wichtiger Polymere zu und einigen ausge
wählten wichtigen Anwendungen. Es wird nicht versucht,
die Unzahl der Anwendungen zu beschreiben oder auch nur
aufzuzählen. Das würde der Absicht des Buches, dem
Nichtfachmann eine einfache, verständliche und knapp
gehaltene Einführung in das faszinierende Gebiet der
Siliciumchemie und Technologie zu geben, widersprechen.
Herausgekommen ist dabei zwangsläufig ein persönlich
gefärbter Bericht, der nicht auf Literaturrecherchen beruht,
sondern auf fünfzig Jahren intensiven persönlichen Enga
gements auf dem Gebiet der Silicone, teils im Forschungsla
boratorium, teils im Hörsaal und in der Industrie.
Der Leser, der nach altem Brauch auf gut Glück in diesem
Buch herumblättert, sollte sich nicht durch befremdlich
anmutende Formeln oder Diagramme einschüchtern lassen.
Der Text steht auf eigenen Füßen und kann (wie der Autor
hofft) ohne weitere Ergänzungen mit Vergnügen und Nutzen
gelesen werden. Die Gleichungen und Zahlentabellen wur
den nur eingefügt, um die Aussagen des Textes zu unterstrei
chen und ihnen hinreichendes wissenschaftliches Gewicht zu
verleihen. Der an einer Vertiefung der chemischen Aspekte
interessierte Leser findet ausreichend Hinweise auf Personen
und Veröffentlichungen. Das Buch ist jedoch nicht für den
Experten gedacht. Es wendet sich an die Allgemeinheit oder
zumindest an den Teil davon, der neugierig genug ist, sich mit
alten und neuen Dingen zu befassen.
Natürlich übernimmt der Autor allein die Verantwor
tung für den Inhalt; während jener fünfzig Jahre ist ihm
aber unschätzbare Hilfe zuteil geworden von Freunden,
ehemaligen Kollegen der Harvard-Universität, aus dem
Forschungslaboratorium der General Electric Company
und der Chemikerzunft im allgemeinen. Für Hilfe und
Kritik bei der Vorbereitung und Veröffentlichung des
Manuskripts ist er besonders Herrn Dr. Rainer Stumpe
vom Springer-Verlag zu Dank verpflichtet, der in erster
Linie die Idee dazu hatte, den Herren Dr. William F. Gilliam,
Dr. James F. Hyde und Prof. Richard Müller für die
Vorwort VII
Bereitstellung von Fotografien und den folgenden liebens
würdigenAutoren und Verlagen für die Erlaubnis, bestimm
te Abbildungen übernehmen zu dürfen, nämlich: D. C.
Heath Co. für die Erlaubnis, meine Diagramme aus Metallo
ids für die Abbildungen 4,5,6 und 7 in Kapitel 2 verwenden
zu dürfen; Chemical Reviews für die Erlaubnis, mein
Diagramm aus The Present State ofOrganosilicon Chemistry
in Abbildung I in Kapitel 4 zu übernehmen; dem Journal of
Inorganic and Nuc1ear Chemistry für die Einwilligung, zur
Erläuterung von Sachverhalten für die Abbildungen 5-14 in
Kapitel 6 die NMR-Ableitungskurven aus meiner Veröffent
lichung On the Molecular Structure of Methyl Silicone zu
verwenden; W. B. Saunders Co. für die Erlaubnis, aus
meinem Buch Modern Descriptive Chemistry zwei Tabellen
und für Abb. 1.1 eine Abbildung zu verwenden; Prof.
Herman Liebhafsky und dem Verlag J ohn Wiley & Sons für
die Erlaubnis, drei Diagramme aus Silicones under the
Monogram für die Abbildungen 2, 3 und 4 in Kapitel 5 zu
übernehmen. Besonders dankbar bin ich Prof. Ulrich
Wannagat und Dr. Reinhold Tacke von der Universität
Braunschweig, daß ich in Kapitel 8 einiges an Formeln und
Fakten aus den von ihnen großzügig bereitgestellten Veröf
fentlichungen in" Vorträge der Rheinisch-Westfälischen Aka
demie der Wissenschaften", "Fortschritte der chemischen
Forschung", "Bild der Wissenschaft", "Jahrbuch der Akademie
der Wissenschaften in Göttingen" und" Chemie in unserer
Zeit" verwenden konnte, insbesondere die Abbildungen 1-9
in Kapitel 8. Dr. Arne Torkelson, Consulting Technologist
der Siliconsparte der General Electric Company hat in
entgegenkommender Weise die technischen Daten einiger
typischer moderner Siliconprodukte zusammengestellt'.
Die Mitarbeit und das Sachverständnis meiner Frau
Helen bei der Anfertigung dieses neuesten von so vielen
Manuskripten ist nicht hoch genug einzuschätzen. Ich bin
ganz besonders glücklich, dieses hier noch einmal in
Verehrung und Dankbarkeit sagen zu dürfen.
Captiva Island, Florida E. G. Rochow
1 Für die deutsche Ausgabe wurden Produkttabellen deutscher
Firmen verwendet.
VIII Vorwort
Frederic Stanley Kipping
Vorwort IX
William Farr Gilliam James Franklin Hyde
Richard Müller Alfred Stock
Inhaltsverzeichnis
1 Geschichtliches ............................. .
Der Steinzeitmensch und seine Umwelt ........... . 1
Die Geburt der Chemie ........................ . 4
Wieviel Silicium gibt es in der Welt? .............. 6
Die Struktur der Silicate ........................ 13
Steingut und Keramik .......................... 17
Porzellan und Glas ............................. 22
Portlandzement und Beton ..................... . 30
2 Silicium: Das Element ......................... 32
Ein Spätentwickler ............................. 32
Silicium: Schlüssel zur Mikroelektronik ........... 37
3 Die andere Hälfte der Siliciumchemie ............ 45
Die Anfänge .................................. 45
Frederic Stanley Kipping und die Silicone ......... 51
Alfred Stock und die Organosilane ............... 55
Zusammenfassung ............................. 59
4 Not macht erfinderisch:
Auf der Suche nach brauchbaren Siliconpolymeren 61
Das Problem der elektrischen Isolierung. . . . . . . . . .. 61
Der Beitrag von Corning ........................ 64
Der Beitrag der General Electric ................. 72
Der russische Beitrag ........................... 80
Der Beitrag von Union Carbide .................. 81
5 Magnesium kommt aufs Altenteil .............. " 84
Weniger Abfall, weniger Energieverbrauch . .. . .. . .. 84
Die Geburt der Direktsynthese ................... 86
Siliconsynthese heute ........................... 94
Die direkte Synthese - näher besehen ............. 99
Das Geheimnis des Katalysators ................. 103
XII Inhaltsverzeichnis
6 Typische Siliconpolymere und ihre Eigenschaften ... 106
Siliconharze ................................... 106
Siliconöle ..................................... 108
Siliconelastomere .............................. 123
Warum verhalten sich Silicone so? ................ 135
7 Mit Siliconen Probleme lösen ................... 149
Schutz vor Wasser ............................. 149
Von Ziegelsteinen zu Booten ..................... 153
Rette die Oberfläche! ........................... 160
Schaum nur im Bierglas ......................... 165
Sherlock Holmes und der Fall
der verschwundenen Rasierklinge ................ 170
In Sachen Transformatoren gegen Menschen ....... 173
8 Bioorganosiliciumchemie und verwandte Gebiete ... 178
Wieviel Silicium ist im Organismus? .............. 179
Siliciumsubstituierte Farbstoffe .................. 180
Sila-Riechstoffe und Parfüms .................... 182
Pharmakologie im Organosiliciumstil ............. 185
Gift für wen oder was? .......................... 187
Trojanische Pferde und andere Merkwürdigkeiten .. 189
Nicht alles, was glänzt.. . ....................... 191
Schlußbemerkung .............................. 195
Nachwort ..................................... 197
Namenverzeichnis .............................. 199
Sachverzeichnis ................................ 201
Quellennachweise der Abbildungen ............... 207