miniatura| A silicona pódese usar como selante básico contra a penetración de auga e aire A silicona ou polisiloxano son polímeros constituídos de siloxano (-R2-Si-O-SiR2-, onde R é o grupo orgánico). Son substancias incoloras, aceites ou caucho . A silicona úsase en selantes, adhesivos, lubricantes, medicamentos, utensilios de cociña e illamento térmico e eléctrico.
Química miniatura| Estrutura química do polidimetilsiloxano de silicona (PDMS) Chamados con máis precisión siloxanos polimerizados ou polisiloxanos, as siliconas consisten nunha cadea do silicio-osíxeno (⋯ −SiO−Si−O−Si−O− ⋯) con dous grupos orgánicos unidos a cada centro de silicio. Normalmente, os grupos orgánicos son metilo. Os materiais poden ser cíclicos ou polímeros. Ao variar as lonxitudes da cadea −Si−O os grupos laterais e a reticulación, as siliconas pódense sintetizar cunha gran variedade de propiedades e composicións. Poden variar na consistencia, de líquido en xel a caucho a plástico duro. O siloxano máis común é o polidimetilsiloxano lineal (PDMS), un aceite de silicona . O segundo maior grupo de materiais de silicona está baseado en resinas de silicona, que están formadas por oligosiloxanos ramificados e como a gaiola.
Terminoloxía e historia FS Kipping acuñou a palabra silicona en 1901 para describir a fórmula de polidifenilsilxano, Ph2SiO (Ph denotando fenilo, C6H5), por analoxía coa fórmula da cetona benzofenona, Ph2CO (o seu termo era orixinalmente silicocetona ). Kipping sabía ben que o polidifenilsilxano é polimérica mentres que a benzofenona é monomérica e observou as propiedades contrastantes de Ph2SiO e Ph2CO. O descubrimento das diferenzas estruturais entre as moléculas de Kipping e as cetonas significa que a silicona xa non é o termo correcto (aínda que segue sendo en uso común) e que o termo siloxanos é correcto segundo a nomenclatura da química moderna.
Os compostos que conteñen dobres enlaces silicio-osíxeno, agora chamados silanonas, pero que poderían merecer o nome de "silicona", foron identificados como intermediarios en procesos en fase gas como a deposición de vapor químico na produción de microelectrónica e na formación de cerámica pola combustión. Non obstante, teñen unha forte tendencia á polimerización en siloxanos. A primeira silanona estable foi obtida en 2014 por A. Filippou e outros. Alexander C. Filippou, Bernhard Baars, Yury N. Lebedev, and Gregor Schnakenburg (2014): "Silicon–Oxygen Double Bonds: A Stable Silanone with a Trigonal‐Planar Coordinated Silicon Center". Angewandte Chemie International Edition, volume 53, issue 2, pages 565–570. .
Síntese Os máis comúns son materiais baseados en polidimetilsiloxano, que se deriva por hidrólise do dimetildiclorosilano. Este dicloruro reacciona coa auga do seguinte xeito:
n Si(CH3)2Cl2 + n H2O → [Si(CH3)2O]n + 2n HCl
A polimerización produce normalmente cadeas lineais cubertas con grupos Si−Cl ou Si−OH (silanol). En condicións diferentes, o polímero é cíclico e non cadea.
En aplicacións de consumo como os caldeiros úsanse acetatos de sililo en lugar dos cloruros de silila. A hidrólise dos acetatos produce o ácido acético menos perigoso (o ácido que se atopa no vinagre) como produto de reacción dun proceso de curación moito máis lento. Esta química úsase en moitas aplicacións de consumo, coma adhesivos.
n Si(CH3)2(CH3COO)2 + n H2O → [Si(CH3)2O]n + 2n CH3COOH
Pódense introducir pólas ou enlaces cruzados na cadea de polímeros empregando precursores de organosilicona con menos grupos alquilo, como o metil triclorosilano e o metiltrimetoxisilano. O ideal sería que cada molécula dun composto se converta nun punto de rama. Este proceso pódese empregar para producir resinas de silicona dura. Do mesmo xeito, pódense usar precursores con tres grupos metilo para limitar o peso molecular, xa que cada molécula ten un único sitio reactivo e polo que forma o final dunha cadea de siloxano.
Combustión Cando a silicona é queimada no aire ou osíxeno, fórmase sílice sólida (dióxido de silicio, SiO2) como un po branco, char e varios gases. Ás veces, o po facilmente dispersado chámase fume de sílice. A pirólise de certos polisiloxanos baixo unha atmosfera inerte é unha valiosa vía cara á produción de cerámicas de oxícarburo de silicio amorfo, tamén coñecidas como cerámicas derivadas de polímeros . Os polisiloxanos rematados con ligandos funcionais como grupos vinílicos, mercapto ou acrilato foron unidos entre si para producir polímeros preceramicos, que poden fotopolimerizarse para a fabricación de aditivos de cerámica derivada de polímeros mediante técnicas de estereolitografía. Additive manufacturing of ceramics from preceramic polymers: A versatile stereolithographic approach assisted by thiol-ene click chemistry. Additive Manufacturing, (2019) volume 27, pp. 80–90.
Propiedades As siliconas presentan moitas características útiles, incluíndo:
Condutividade térmica baixa Reactividade química baixa Baixa toxicidade Estabilidade térmica (constancia de propiedades nun amplo intervalo de temperatura de ). A capacidade de repeler a auga e formar selos estancos. Non se adhire a moitos substratos, pero adhírese moi ben a outros, por exemplo o vidro. Non admite o crecemento microbiolóxico. Resistencia ao osíxeno, ozono e á luz ultravioleta. Esta propiedade provocou o uso xeneralizado de siliconas na industria da construción (por exemplo, revestimentos, protección contra incendios, selos de acristalamento) e na industria do automóbil (xuntas externas, adornos externos). Propiedades de illamento eléctrico. Debido a que a silicona pode ser formulada para ser eléctricamente illante ou condutora, é adecuada para unha ampla gama de aplicacións eléctricas. Permeabilidade elevada a gases: a temperatura ambiente (25 °C), a permeabilidade da goma de silicona para gases como o osíxeno é de aproximadamente 400 veces da goma butílica, o que fai que a silicona sexa útil para aplicacións médicas nas que se desexe aumentar a aireación. Pola contra, as gomas de silicona non se poden usar onde son necesarios selos herméticos, como selos de gases a alta presión ou baleiro elevado.
A silicona pódese desenvolver en láminas de goma, onde ten outras propiedades, como a conformidade coa FDA. Isto estende os usos da folla de silicona a industrias que demandan hixiene, por exemplo, alimentos e bebidas e farmacéuticas.
Usos A silicona úsase en moitos produtos. A continuación móstranse algúns deles:
Automoción No campo da automoción, a graxa de silicona úsase normalmente como lubricante para os compoñentes do freo, xa que é estable a altas temperaturas, non é soluble en auga e é bastante menos probable que os outros lubricantes se ensucien. Os fluídos de freo DOT 5 están baseados en siliconas líquidas.
Os fíos das buxías do automóbil están illados por varias capas de silicona para evitar que salten chispas a fíos adxacentes, provocando fallos. As tubaxes de silicona ás veces úsanse en sistemas de inxección de automóbiles (especialmente para motores con indución forzada).
As plantas de fabricación de carrocerías do automóbil e as tendas de pintura evitan isto, xa que poden provocar "ollos de peixe", pequenos cráteres circulares no acabado.
Ademais, os compostos de silicona como o caucho de silicona úsanse como recubrimentos e selantes para os airbags ; a gran resistencia da goma de silicona convérteo nun adhesivo e selante óptimo para airbags de alto impacto. Os silicóns en combinación con termoplásticos proporcionan melloras na resistencia aos arañazos e un menor coeficiente de fricción.
Aeroespacial A silicona é un material moi usado na industria aeroespacial debido ás súas propiedades de selado, estabilidade nun rango de temperaturas extremas, durabilidade, amortecemento sonoro e anti-vibracións e propiedades ignífugas naturalmente. O mantemento dunha funcionalidade extrema é fundamental para a seguridade dos pasaxeiros na industria aeroespacial, polo que cada compoñente dunha aeronave require materiais de alto rendemento.
Os graos de silicona aeroespacial especialmente desenvolvidos son estables entre , estes graos pódense usar na construción de xuntas para fiestras e portas de cabina. Durante a operación, as aeronaves atravesan grandes flutuacións de temperatura nun período de tempo relativamente curto; desde as temperaturas de conxelación ao voar a toda altitude ata as temperaturas ambientais cando no chan en países quentes. A goma de silicona pódese moldear cunhas tolerancias axustadas garantindo que as xuntas forman selos herméticos tanto no chan como no aire, onde diminúe a presión atmosférica.
A resistencia da goma de silicona á corrosión térmica permítelle empregar xuntas en motores de avións onde superarán outros tipos de caucho, tanto para mellorar a seguridade das aeronaves como para reducir os custos de mantemento. A silicona actúa para selar os cadros de instrumentos e outros sistemas eléctricos no habitáculo, protexendo as placas de circuíto impreso dos riscos de altitudes extremas como a humidade e as temperaturas extremadamente baixas. A silicona pódese usar como funda para protexer os fíos e compoñentes eléctricos de calquera po ou xeo que se poida arrastrar ao funcionamento interior dun avión.
Coma as viaxes aéreas produce moito ruído e vibracións, os motores, os desembarques e as altas velocidades deben considerarse para garantir o confort dos pasaxeiros e o funcionamento seguro da aeronave. Como o caucho de silicona ten reducións de ruído e propiedades anti-vibracións, pódese formar en pequenos compoñentes e axustarse a pequenas lagoas asegurando que todos os equipos poidan estar protexidos de vibracións non desexadas, como armarios aéreos, condutos de ventilación, escotillas, selos de sistema de entretemento e sistemas de iluminación LED.
Revestimentos As películas de silicona pódense aplicar a tales substratos a base de sílice como o vidro para formar un revestimento hidrofóbico unido de forma covalente.
Moitos tecidos poden ser revestidos ou impregnados con silicona para formar un composto resistente e impermeable como o silnilón.
Olas miniatura|Cullerón de sopa e cullerón de pasta de silicona. miniatura|Un bote de vapor de silicona que se coloca dentro dunha pota de auga fervendo. miniatura|Bandexas de cubo de xeo de silicona. Como material de pouca tensión e non tóxico, pódese empregar silicona onde é necesario o contacto cos alimentos. A silicona está a converterse nun produto importante na industria da cociña, especialmente os utensilios de cociña.
A silicona úsase como illante en potas resistentes á calor e outros elementos similares; con todo, é máis condutor da calor que produtos similares a base de fibras similares menos densas. As manoplas de forno en silicona son capaces de soportar temperaturas de ata 260 °C, permitindo o acceso a auga fervendo. Moldes para chocolate, xeo, galletas, magdalenas e varios outros alimentos. Ola antiadherente e alfombras reutilizables empregadas en láminas de cocción. Outros produtos, coma caldeiras de ovos ou cazadores, tapas de potas e alfombras de cociña.
Limpeza en seco A silicona líquida pódese usar como disolvente de limpeza en seco, proporcionando unha alternativa ao disolvente tradicional de cloroletano que contén cloro. O uso de siliconas na limpeza en seco reduce o efecto ambiental das industrias.
Electrónica Ás veces os compoñentes electrónicos están encaixados en silicona para aumentar a estabilidade fronte a choques mecánicos e eléctricos, radiacións e vibracións.