Más precisamente llamados siloxanos polimerizados o polisiloxanos, las siliconas consisten en una cadena principal inorgánica de silicio–oxígeno (⋯−Si−O−Si−O−Si−O−⋯) con dos grupos orgánicos unidos a cada centro de silicio. Comúnmente, los grupos orgánicos son metilo. Los materiales pueden ser cíclicos o poliméricos. Variando las longitudes de cadena −Si−O−, los grupos laterales y el entrecruzamiento, las siliconas pueden sintetizarse con una amplia variedad de propiedades y composiciones. No deben confundirse con el elemento químico silicio.
Una fórmula general para las siliconas es (R2SiO)x, donde R puede ser cualquiera de una variedad de grupos orgánicos. Las siliconas son polímeros de alto rendimiento que pueden adoptar diversas formas físicas que pueden variar desde sólidos hasta líquidos finos como el agua y pastas semiviscosas. Algunas formas comunes incluyen fluidos de silicona, grasas de silicona, cauchos de silicona, resinas de silicona y selladores de silicona.
Proceso de Fabricación
Puede que haya oído que se fabrica a partir de arena. Eso es técnicamente cierto: la silicona se fabrica a partir de sílice, el componente principal de la arena. La sílice también se conoce como dióxido de silicio, que contiene los elementos silicio y oxígeno.
De hecho, el caucho de silicona no se deriva “naturalmente” de la arena. Es un proceso químico, lo que significa que estos productos no pueden ser técnicamente “orgánicos”. Las siliconas se producen haciendo reaccionar silicio, uno de los elementos más comunes de la tierra, con cloruro de metilo y una reacción posterior con agua que elimina el átomo de cloro.
Las siliconas son esencialmente cuarzo modificado orgánicamente. El cuarzo de silicio consta de átomos de silicio y oxígeno. Las siliconas se fabrican a partir de silicio puro que se ha obtenido por la reducción de dióxido de silicio (sílice) en forma de arena con carbono a altas temperaturas:
El silicio siempre se encuentra en combinaciones minerales química y térmicamente estables, pero nunca en su forma pura. El silicio es la clave de toda la química de las siliconas, ya que su estructura atómica dicta las propiedades de las siliconas. Entre ellas, la producción de siliconas a partir de silicio se lleva a cabo en tres etapas, respectivamente: （1）síntesis de clorosilanos（2）hidrólisis de clorosilanos（3）polimerización por condensación.
Rendimiento
Debido a su estructura molecular, las siliconas pueden fabricarse en una gama de formas, incluyendo sólidos, líquidos, pastas semiviscosas, grasas, resinas, cauchos y fluidos (aceites). La familia de siliconas incluye siloxanos y silanos, todos los cuales se utilizan ampliamente en miles de productos y proporcionan beneficios esenciales a segmentos clave de nuestra economía.
Características
La excepcional amplitud de propiedades químicas y físicas de las siliconas las hace importantes para lograr la innovación en sectores clave de la economía. Debido a que son flexibles y resistentes a la humedad, los productos químicos, el calor, el frío y la radiación ultravioleta, también hacen que los productos sean más estables, más fáciles de usar, más asequibles y más duraderos.
Las siliconas exhiben muchas características útiles, incluyendo:
- Baja conductividad térmica.
- Baja reactividad química.
- Baja toxicidad.
- Estabilidad térmica (constancia de propiedades en un amplio rango de temperatura de −50 a 250 °C).
- La capacidad de repeler el agua y formar sellos herméticos.
- No se adhiere a muchos sustratos, pero sí muy bien a otros, p. ej., vidrio.
- No favorece el crecimiento microbiológico.
- Resistencia al oxígeno, ozono y luz ultravioleta (UV). Esta propiedad ha llevado al uso generalizado de siliconas en la industria de la construcción (p. ej., recubrimientos, protección contra incendios, sellos de acristalamiento) y la industria automotriz (juntas externas, molduras exteriores).
- Propiedades de aislamiento eléctrico. Dado que la silicona puede formularse para ser eléctricamente aislante o conductora, es adecuada para una amplia gama de aplicaciones eléctricas.
- Alta permeabilidad a los gases: a temperatura ambiente (25 °C), la permeabilidad del caucho de silicona a gases como el oxígeno es aproximadamente 400 veces mayor que la del caucho de butilo, lo que hace que la silicona sea útil para aplicaciones médicas en las que se desea una mayor aireación. Por el contrario, los cauchos de silicona no pueden utilizarse donde se necesiten sellos estancos a los gases, como sellos para gases a alta presión o alto vacío.
La silicona puede desarrollarse en láminas de caucho, donde tiene otras propiedades, como cumplir con la FDA. Esto extiende los usos de las láminas de silicona a industrias que exigen higiene, por ejemplo, la alimentaria y de bebidas y la farmacéutica.
Diferencia
Sílice: Cuando la gente dice que las siliconas están hechas de arena, no están equivocados, aunque es una descripción demasiado simplista. Se refieren a la sílice —o dióxido de silicio—. La sílice es la materia prima utilizada para fabricar resinas de silicona. La arena de playa es prácticamente sílice pura, al igual que el cuarzo.
Silicio: Este es el elemento base que compone la sílice, pero el silicio generalmente no se encuentra en la naturaleza en esta forma elemental. Se obtiene calentando sílice a muy altas temperaturas con carbono en un horno industrial.
Silicona (siloxano): El silicio se hace reaccionar posteriormente con hidrocarburos derivados de combustibles fósiles para crear los monómeros de siloxano (átomos alternados de silicio + oxígeno) que se unen entre sí para formar polímeros, constituyendo la cadena principal de la resina de silicona final. La calidad de estas siliconas puede variar mucho dependiendo del nivel de purificación realizado. Por ejemplo, las siliconas utilizadas para fabricar chips de ordenador son altamente purificadas.
Beneficios y Usos
Las siliconas aportan una serie de beneficios a los productos en los que se utilizan, incluyendo una mayor flexibilidad y resistencia a la humedad, el calor, el frío y la radiación ultravioleta. Las siliconas tienen propiedades únicas entre los polímeros debido a la presencia simultánea de grupos orgánicos unidos a una cadena de átomos inorgánicos. Son una de las materias primas más importantes y adaptables del mundo, utilizadas literalmente en miles de productos y aplicaciones – desde la atención médica, la industria aeroespacial y el cuidado personal, hasta la electrónica, el transporte, la construcción y la energía.
Productos de Cuidado Personal: Las siliconas utilizadas en productos de cuidado personal reducen el residuo blanco y la sensación pegajosa de los antitranspirantes en los desodorantes. También son “de larga duración” y ayudan a retener el color y el brillo asociados con los cosméticos, champús y acondicionadores, además de aportar un mejor brillo, y permiten que los productos para el cuidado de la piel se elaboren con un SPF más alto. Las cualidades de humectación y dispersión proporcionan una aplicación suave y uniforme de cosméticos, lociones, protectores solares y limpiadores.
Energía: La silicona mejora la eficiencia, durabilidad y rendimiento de los paneles solares y dispositivos fotovoltaicos, haciéndolos más rentables. Debido a que pueden resistir el sol durante años, las siliconas son materiales ideales para aplicaciones de paneles solares y fotovoltaicos.
Atención Médica: Las siliconas también se utilizan en una amplia gama de aplicaciones médicas y sanitarias. Sirven como recubrimientos para agujas hipodérmicas, aseguran una alta permeabilidad al oxígeno en lentes de contacto de hidrogel, se utilizan en tuberías en una amplia gama de dispositivos médicos, incluyendo bombas de insulina, y son particularmente adecuadas en dispositivos protésicos debido a sus propiedades hipoalergénicas y una amplia gama de propiedades físicas beneficiosas, ayudando a millones de personas en su vida diaria.
Electrónica: Los teclados, los teclados de ordenador y los rodillos de copiadora se fabrican con siliconas resistentes y duraderas – al igual que muchos componentes de ordenadores, dispositivos electrónicos móviles y equipos de entretenimiento doméstico. Las siliconas también desempeñan un papel esencial en la habilitación de la tecnología de iluminación LED. La alta estabilidad térmica y las excelentes propiedades dieléctricas de las siliconas permiten su uso en una variedad de aplicaciones de transmisión eléctrica.
Aviación: Debido a que las siliconas pueden soportar tensiones y temperaturas extremas, los adhesivos y selladores de silicona se utilizan para sellar y proteger puertas, ventanas, alas, depósitos de combustible, interruptores hidráulicos, compartimentos superiores, bordes de ala, dispositivos eléctricos del tren de aterrizaje, conductos de ventilación, juntas de motor, cables eléctricos y cajas negras.
Construcción y Arquitectura: Las siliconas son clave para la construcción y renovación de edificios comerciales y residenciales – desde permitir rascacielos con paredes de vidrio hasta habilitar arquitectura energéticamente eficiente. En casa, los selladores y masillas de silicona se utilizan para reducir el consumo de energía y prevenir daños por humedad y acumulación de bacterias.
Utensilios de Cocina: La superficie flexible y antiadherente de los utensilios de horno y cocina de silicona es fácil de limpiar y no imparte sabor ni olor a los alimentos. Los moldes para tartas, los moldes para magdalenas y las esteras para hornear pueden pasar del congelador al horno, microondas o lavavajillas sin afectar el sabor ni la calidad de los alimentos.
Pinturas y Recubrimientos: Las nuevas pinturas mejoradas con silicona mantienen la flexibilidad de los recubrimientos exteriores de casas, puentes y vagones de tren para que resistan los ciclos de congelación y descongelación sin agrietarse. Los recubrimientos de silicona en carreteras, plataformas petrolíferas y superficies de carreteras son menos propensos a corroerse debido a la exposición a aceites, gasolina, niebla salina y lluvia ácida.
Artículos Deportivos y Ropa: Las siliconas sellan el agua en gafas y máscaras de buceo. Las siliconas permiten nuevas técnicas para diseñar ropa deportiva ligera, duradera, repelente al agua y de alto rendimiento, al tiempo que permiten que el tejido mantenga la “transpirabilidad”.
Las siliconas más utilizadas son aquellas que tienen grupos metilo a lo largo de la cadena principal. Las propiedades como la solubilidad en disolventes orgánicos, la repelencia al agua y la flexibilidad se pueden alterar sustituyendo los grupos metilo por otros grupos orgánicos. Por ejemplo, las siliconas con grupos fenilo son polímeros más flexibles que las que tienen grupos metilo. También son mejores lubricantes y disolventes superiores para compuestos orgánicos.
Consideraciones de seguridad y medioambientales
Los compuestos de silicona son omnipresentes en el medio ambiente. Compuestos de silicona particulares, los siloxanos cíclicos D4 y D5, son contaminantes del aire y el agua y tienen efectos negativos para la salud en animales de laboratorio. Se utilizan en diversos productos de cuidado personal. La Agencia Europea de Sustancias Químicas determinó que "el D4 es una sustancia persistente, bioacumulable y tóxica (PBT) y el D5 es una sustancia muy persistente, muy bioacumulable (vPvB)". Otras siliconas se biodegradan fácilmente, un proceso que se acelera por una variedad de catalizadores, incluidas las arcillas. Se ha demostrado que las siliconas cíclicas implican la aparición de silanoles durante la biodegradación en mamíferos. Los silanodioles y silanotrioles resultantes son capaces de inhibir enzimas hidrolíticas como la termolisina, la acetilcolinesterasa, sin embargo, las dosis requeridas para la inhibición son órdenes de magnitud mayores que las resultantes de la exposición acumulada a productos de consumo que contienen Ciclometicona.
A alrededor de 200 °C en una atmósfera que contiene oxígeno, el PDMS libera trazas de formaldehído (pero menos que otros materiales comunes como el polietileno). A 200 °C, se encontró que las siliconas tenían una menor generación de formaldehído que el aceite mineral y los plásticos (menos de 3 a 48 µg CH2O/(g·h) para un caucho de silicona de alta consistencia, frente a alrededor de 400 µg CH2O/(g·h) para plásticos y aceite mineral). A 250 °C, se ha encontrado que se producen grandes cantidades de formaldehído para todas las siliconas (1.200 a 4.600 µg CH2O/(g·h)).