miniatura|Una peça no curada de cautxú de silicona líquida El cautxú de silicona és un elastòmer (material semblant al cautxú) compost per silicona — un polímer — que conté silici juntament amb carboni, hidrogen i oxigen. Els cautxús de silicona s'utilitzen àmpliament a la indústria i hi ha múltiples formulacions. Els cautxús de silicona solen ser polímers d'una o dues parts i poden contenir farcits per millorar les propietats o reduir el cost. El cautxú de silicona generalment no és reactiu, estable i resistent a entorns extrems i temperatures de tot mantenint les seves propietats útils. A causa d'aquestes propietats i de la seva facilitat de fabricació i conformació, el cautxú de silicona es pot trobar en una gran varietat de productes, inclosos els aïllants de línia de tensió; aplicacions d'automoció; productes de cuina, forn i emmagatzematge d'aliments; roba com ara roba interior, roba esportiva i calçat; electrònica; dispositius mèdics i implants; i en reparació de la llar i ferreteria, en productes com ara segelladors de silicona.
Curat En estat no curat, el cautxú de silicona és un gel o líquid molt adhesiu. Per convertir-lo en sòlid, s'ha de curar, vulcanitzar o catalitzar. Això es realitza normalment en un procés de dues etapes en el punt de fabricació en la forma desitjada, i després en un procés de postcurat prolongat. També pot ser modelat per injecció o imprès en 3D.
El cautxú de silicona es pot curar mitjançant un sistema de curat catalitzat per platí, un sistema de curat per condensació, un sistema de curat amb peròxid o un sistema de curat amb oxima. Per al sistema de curat catalitzat per platí, el procés de curat es pot accelerar afegint calor o pressió.
Sistema de cura a base de platí En un sistema de curat de silicona basat en platí, també anomenat sistema d'addició (perquè el polímer clau per a la construcció de la reacció és una reacció d'addició), un hidrur i un polímer de siloxà funcional vinil reaccionen en presència d'un catalitzador complex de platí, creant un pont etílic entre els dos.Mazurek, P.; Vudayagiri, S.; Skov, A. L. How to Tailor Flexible Silicone Elastomers with Mechanical Integrity : A Tutorial Review. Chem Soc. Rev. 2019, 48, 1448–1464. https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/cs/c8cs00963e#!divAbstract La reacció no té subproductes. Aquests cautxús de silicona es curen ràpidament, tot i que la velocitat o fins i tot la capacitat de curar-se s'inhibeix fàcilment en presència d'estany elemental, sofre i molts compostos d'amina.
Sistema de curat per condensació Els sistemes de curat per condensació poden ser sistemes d'una o dues parts.Mittal, K. L and Pizzi, A. (Eds.), (2009), Handbook of Sealant Technology, CRC Press, p. 328-332. En un sistema d'una sola part o RTV (vulcanització a temperatura ambient), un reticulant exposat a la humitat ambiental (és a dir, aigua) experimenta un pas d'hidròlisi i queda amb un grup hidroxil o silanol. El silanol es condensa encara més amb un altre grup hidrolitzable al polímer o reticulant i continua fins que el sistema està completament curat. Aquest sistema es curarà per si sol a temperatura ambient i (a diferència del sistema de curat per addició basat en platí) no s'inhibeix fàcilment pel contacte amb altres productes químics, tot i que el procés es pot veure afectat pel contacte amb alguns plàstics o metalls i pot no tenir lloc. en absolut si es posa en contacte amb compostos de silicona ja curats. Els reticulants utilitzats en els sistemes de curat per condensació són típicament alcoxi, acetoxi, èster, enoxi o oxima silans com el metil trimetoxi silà per als sistemes de curat alcoxi i el metil triacetoxisilà per als sistemes de curat amb acetoxi. En molts casos, s'afegeix un catalitzador de condensació addicional per curar completament el sistema RTV i aconseguir una superfície lliure d'adherència. Els catalitzadors d'organotitanats com ara tetraalcoxi titanats o titanats quelats s'utilitzen en sistemes curats amb alcoxi. Els catalitzadors d'estany com el dilaurat de dibutil estany (DBTDL) es poden utilitzar en sistemes curats amb oxima i acetoxi. La condensació d'acetoxi estany és una de les químiques de curació més antigues utilitzades per curar el cautxú de silicona i és la que s'utilitza en la masilla del bany domèstic. Segons el tipus de molècula despreza, es poden classificar els sistemes de silicona en àcids, neutres o alcalins.Manfred Pröbster, Industrial Sealants - Fundamentals, selection and applications, Verlag Moderne Industrie 2004 center|miniatura|342x342px| Visió general dels sistemes de silicona més utilitzats Els sistemes de condensació de dues parts empaqueten el reticulant i el catalitzador de condensació junts en una part, mentre que el polímer i qualsevol farcit o pigment es troben a la segona part. La barreja de les dues parts fa que es produeixi el curat. Un farciment típic és la sílice pirogènica, també coneguda com a sílice pirogènica, que solia controlar les propietats de flux del segellador.Page 12 https://www.wacker.com/h/medias/6415-EN.pdf
Un cop curats completament, els sistemes de condensació són eficaços com a segelladors i calafates en fontaneria i construcció d'edificis i com a motlles per a la colada de resines de poliuretà, epoxi i polièster, ceres, guix i metalls de baixa temperatura de fusió com el plom. Normalment són molt flexibles i tenen una gran resistència a la llàgrima. No requereixen l'ús d'un agent d'alliberament ja que les silicones tenen propietats antiadherents.
Sistema de curat amb peròxid El curat de peròxid s'utilitza àmpliament per curar el cautxú de silicona. El procés de curació genera subproductes, que poden ser un problema en el contacte amb aliments i aplicacions mèdiques. No obstant això, aquests productes solen ser tractats en un forn post-curat que redueix considerablement el contingut del producte de descomposició de peròxid. Un dels dos principals peròxids orgànics utilitzats, el peròxid de dicumil (compareu amb l'hidroperòxid de cumè ), té els principals productes de degradació de l'acetofenona i el fenil-2-propanol. L'altre és el peròxid de diclorobenzoil, els principals productes de degradació del qual són l'àcid diclorobenzoic i el diclorobenceno.M. J. Forrest, Food Contact Rubbers 2 - Products, Migration and Regulation, Rapra Review Reports, vol. 16, No. 2, Smithers Rapra Publishing, 2006 center|miniatura|500x500px| Reticulació per peròxids orgànics
Història Els primers elastòmers de silicona es van desenvolupar en la recerca de millors materials aïllants per a motors i generadors elèctrics. Les fibres de vidre impregnades de resina eren els materials d'última generació de l'època. El vidre era molt resistent a la calor, però les resines fenòliques no aguantarien les temperatures més altes que s'estaven trobant en els nous motors elèctrics més petits. Els químics de Corning Glass i General Electric estaven investigant materials resistents a la calor per utilitzar-los com a aglutinants resinosos quan van sintetitzar els primers polímers de silicona, van demostrar que funcionaven bé i van trobar una ruta per produir-los comercialment.
El terme "silicone" és en realitat un nom inadequat. El sufix -one és utilitzat pels químics per indicar una substància amb un àtom d'oxigen de doble enllaç a la seva columna vertebral . Quan es va descobrir per primera vegada, es creia erròniament que la silicona tenia àtoms d'oxigen units d'aquesta manera. El terme tècnicament correcte per als diferents cautxús de silicona és polisiloxans (els polidimetilsiloxans són un subconjunt gran), referint-se a una columna vertebral de Si-O saturat.
Corning Glass en una empresa conjunta amb Dow Chemical va formar Dow Corning el 1943 per produir aquesta nova classe de materials. A mesura que es van estudiar amb més detall les propietats úniques dels nous productes de silicona, es va preveure el seu potencial per a un ús més ampli i GE va obrir la seva pròpia planta per produir silicones el 1947. GE Silicones es va vendre a Momentive Performance Materials el 2006. Wacker Chemie també va començar la producció de silicones a Europa el 1947. L'empresa japonesa Shin-Etsu Chemical va començar la producció massiva de silicona el 1953.
Propietats El cautxú de silicona ofereix una bona resistència a temperatures extremes, podent funcionar amb normalitat entre . El cautxú de silicona té una resistència a la tracció baixa, propietats pobres de desgast i desgast. Algunes propietats, com ara l'allargament, la fluència, la flexió cíclica, la resistència a la llàgrima, la compressió, la rigidesa dielèctrica (a alt voltatge), la conductivitat tèrmica, la resistència al foc i, en alguns casos , la resistència a la tracció poden ser, a temperatures extremes, molt superiors a les gomes orgàniques en general., tot i que algunes d'aquestes propietats encara són inferiors a les d'alguns materials especials. El cautxú de silicona és un material d'elecció a la indústria quan es desitja la retenció de la forma inicial i la resistència mecànica sota un fort estrès tèrmic o temperatures sota zero."Characteristic Properties of Silicone Rubber Compounds" by Shin-Etsu Co. http://www.silicone.jp/e/catalog/pdf/rubber_e.pdfOverview of silicone rubber materials http://www.thefreelibrary.com/An+overview+of+silicone+rubber.-a0105557239Silicone rubber properties http://www.timcorubber.com/rubber-materials/silicone.htm
En comparació amb el cautxú orgànic El cautxú orgànic té una columna vertebral de carboni a carboni que el pot deixar susceptible a l'ozó, UV, calor i altres factors d'envelliment que el cautxú de silicona pot suportar bé. Això fa que el cautxú de silicona sigui un dels elastòmers preferits en molts entorns extrems. La silicona és considerablement més permeable als gasos que la majoria d'altres cautxús, cosa que limita el seu ús en algunes zones.
El cautxú de silicona és altament inert i no reacciona amb la majoria de productes químics i no està disponible per participar en processos biològics, cosa que permet utilitzar-lo en moltes aplicacions mèdiques, inclosos els implants mèdics. És biocompatible, hipoalergènic, la qual cosa la fa apta per a productes per a la cura del nadó i el contacte amb aliments en general. El cautxú de silicona és una solució fiable (a diferència del cautxú i els elastòmers termoplàstics ) per als problemes de migració o interacció entre els principals ingredients actius. La seva estabilitat química evita que afecti qualsevol substrat amb el qual estigui en contacte (pell, aigua, sang, principis actius, etc.). ).
Producció Per fer silicona, els àtoms de silici s'han d'aïllar de la sílice composta de diòxid de silici. Això es fa escalfant grans volums de sorra de quars a temperatures extremadament altes, sovint fins a 1800 °C. A partir d'aquí, hi ha diversos processos on el silici es combina amb clorur de metil i s'escalfa. Després es destil·la en un siloxà polimeritzat conegut com a polidimetilsiloxà . El polidimetilsiloxà es pot polimeritzar llavors. Això es fa mitjançant una varietat de tècniques depenent de l'ús del producte final. El compost de silicona en brut es combina amb els additius desitjats, que poden incloure pigments, i el catalitzador. Després es modela per injecció, s'extrudeix o s'imprimeix en 3D . El curat és l'etapa final del procés de producció.
Estructura miniatura|200x200px| Cadena de goma de silicona Els polisiloxans es diferencien d'altres polímers perquè els seus eixos vertebradors consisteixen en unitats Si–O–Si a diferència de molts altres polímers que contenen vertebrats de carboni. El polisiloxà és molt flexible a causa dels grans angles d'enllaç i longituds d'enllaç en comparació amb els que es troben en polímers més bàsics com el polietilè. Per exemple, una unitat troncal C–C té una longitud d'enllaç d'1,54 Å i un angle d'enllaç de 112°, mentre que la unitat principal de siloxà Si–O té una longitud d'enllaç d'1,63 Å i un angle d'enllaç de 130°.