Silicona

No debe confundirse con el elemento silicio.

La masilla de silicona puede utilizarse como sellador básico contra la penetración de agua y aire.

Sistema ignífugo de silicona autonivelante utilizado alrededor de las tuberías de cobre que penetran en un conjunto de suelo de hormigón con resistencia al fuego de dos horas.

Las siliconas (más exactamente llamadas siloxanos polimerizados o polisiloxanos) son polímeros mixtos inorgánicos-orgánicos. Su fórmula química general puede escribirse como n, donde R corresponde a un grupo orgánico como el metilo, el etilo o el fenilo. Variando su composición y sus estructuras moleculares, se pueden preparar siliconas con diversas propiedades. Su consistencia puede variar desde el líquido hasta el gel, pasando por el caucho o el plástico duro. El siloxano más común es el polidimetilsiloxano (PDMS), un aceite de silicona. El segundo grupo más grande de materiales de silicona se basa en las resinas de silicona.

Se han desarrollado diferentes tipos de siliconas para una variedad de aplicaciones. Por ejemplo, se utilizan como selladores, moldes, lubricantes, disolventes de limpieza en seco, aislantes eléctricos y material de protección para componentes electrónicos. También se encuentran en algunos productos ignífugos, de cuidado personal y audífonos. Sin embargo, sus usos en implantes mamarios y en edificios de reactores nucleares han suscitado controversia.

Estructura química y terminología

Estructura química del polidimetilsiloxano (PDMS).

La silicona suele denominarse erróneamente «silicio». Aunque las siliconas contienen átomos de silicio, no están compuestas exclusivamente de silicio, y tienen características físicas completamente diferentes a las del silicio elemental.

La palabra «silicona» deriva de cetona. La dimetilsilicona y la dimetilcetona (acetona) tienen fórmulas químicas análogas, por lo que se conjeturó (incorrectamente) que tienen estructuras análogas. En el caso de una molécula de acetona (o de cualquier cetona), hay un doble enlace entre un átomo de carbono y un átomo de oxígeno. En cambio, una molécula de silicona no contiene un doble enlace entre un átomo de silicio y un átomo de oxígeno. Los químicos han descubierto que el átomo de silicio forma un enlace simple con cada uno de los dos átomos de oxígeno, en lugar de un doble enlace con un único átomo.

Los polisiloxanos se denominan «siliconas» debido a las primeras suposiciones erróneas sobre su estructura. Están formados por un esqueleto inorgánico de silicio-oxígeno (…-Si-O-Si-O-Si-O-…) con grupos laterales orgánicos unidos a los átomos de silicio (véase la figura que muestra la estructura del polidimetilsiloxano). En algunos casos, los grupos laterales orgánicos se pueden utilizar para unir dos o más de estos esqueletos de -Si-O-.

Variando las longitudes de las cadenas de -Si-O-, los grupos laterales y la reticulación, se puede sintetizar una variedad de siliconas. El siloxano más común es el polidimetilsiloxano lineal (PDMS), un aceite de silicona (véase la estructura mostrada en la figura). El segundo grupo más grande de materiales de silicona se basa en las resinas de silicona, que están formadas por oligosiloxanos ramificados y en forma de jaula.

Síntesis

Las siliconas se sintetizan a partir de clorosilanos, tetraetoxisilanos y compuestos relacionados. En el caso del PDMS, el material de partida es el dimetilclorosilano, que reacciona con el agua de la siguiente manera:

n + n → n + 2n HCl

Durante la polimerización, esta reacción desprende gas de cloruro de hidrógeno potencialmente peligroso. Para usos médicos, se desarrolló un proceso en el que los átomos de cloro del precursor de silano se sustituyeron por grupos de acetato, de modo que el producto de reacción del proceso de curado final es ácido acético no tóxico (vinagre). Como efecto secundario, el proceso de curado es también mucho más lento en este caso. Esta es la química utilizada en muchas aplicaciones de consumo, como el calafateado de silicona y los adhesivos.

Los precursores de silano con más grupos formadores de ácido y menos grupos metilo, como el metiltriclorosilano, pueden utilizarse para introducir ramas o enlaces cruzados en la cadena del polímero. En el mejor de los casos, cada molécula de dicho compuesto se convierte en un punto de ramificación. Esto puede utilizarse para producir resinas de silicona duras. Del mismo modo, los precursores con tres grupos metilo pueden utilizarse para limitar el peso molecular, ya que cada molécula de este tipo sólo tiene un sitio reactivo y, por tanto, forma el extremo de una cadena de siloxano.

Las resinas de silicona modernas se fabrican con tetraetoxisilano, que reacciona de forma más suave y controlable que los clorosilanos.

Propiedades

Algunas de las propiedades más útiles de la silicona incluyen:

1. Estabilidad térmica (Constancia de las propiedades en un amplio rango operativo de -100 a 250°C)
2. La capacidad de repeler el agua y formar sellos herméticos
3. Excelente resistencia al oxígeno, al ozono y a la luz solar
4. Flexibilidad
5. Aislante o conductor eléctrico, dependiendo de la estructura y la composición
6. Antiadhesivo
7. Baja reactividad química
8. Baja toxicidad
9. Alta permeabilidad a los gases

Goma de silicona

Un polisiloxano flexible y gomoso se conoce como goma de silicona. Puede extruirse en tubos, tiras, cordón sólido y perfiles personalizados. Ofrece una excelente resistencia a las temperaturas extremas y es muy inerte frente a la mayoría de los productos químicos. El caucho orgánico, con una columna vertebral de carbono a carbono, suele ser susceptible al ozono, los rayos UV, el calor y otros factores de envejecimiento. El caucho de silicona, por el contrario, puede resistir los efectos de estos agentes, lo que lo convierte en el material preferido en muchos entornos extremos. Dada su inercia, se utiliza en muchas aplicaciones médicas, incluidos los implantes médicos.

Muchos grados especializados de caucho de silicona tienen estas propiedades: conductividad eléctrica, baja emisión de humos, retardo de la llama, brillo en la oscuridad y resistencia al vapor, gases, aceites, ácidos y otros productos químicos.

Usos de la silicona

Material para la fabricación de moldes

Los sistemas de silicona de dos partes se utilizan para crear moldes de caucho, que pueden utilizarse para la fundición de producción de resinas, espumas, caucho y aleaciones de baja temperatura. Un molde de silicona generalmente requiere poco o ningún desmolde o preparación de la superficie, ya que la mayoría de los materiales no se adhieren a la silicona.

Sellantes

Los sellantes de silicona de una parte son de uso común para sellar huecos, juntas y grietas en los edificios. Estas siliconas se curan absorbiendo la humedad atmosférica. La resistencia y la fiabilidad del caucho de silicona son ampliamente reconocidas en la industria de la construcción.

Un excelente uso del caucho de silicona es para las juntas de los techos solares de los automóviles, que tienen que soportar duras temperaturas y otras condiciones ambientales como el ozono, la luz ultravioleta y la contaminación, por no hablar de los limpiadores de automóviles comunes, las ceras, etc.

Lubricante

En los campos de la fontanería y la automoción, la grasa de silicona se utiliza a menudo como lubricante. En fontanería, la grasa se aplica normalmente a las juntas tóricas de grifos y válvulas. En el campo de la automoción, la grasa de silicona se utiliza normalmente como lubricante para los componentes de los frenos, ya que es estable a altas temperaturas, es insoluble en agua y es mucho menos probable que ensucie las pastillas de freno que otros lubricantes.

Aplicaciones culinarias

La silicona también se impregna en el papel de pergamino y se utiliza como material antiadherente para aplicaciones como el horneado y la cocción al vapor. La silicona también hace que el papel sea resistente al calor y a la grasa. Esto permite que el papel forre las bandejas de galletas y actúe como sustituto de la grasa, acelerando así la producción en masa de productos horneados. También se utiliza comúnmente en la cocina de bolsa, donde los ingredientes se sellan en un recipiente hecho de papel de pergamino y se deja al vapor.

El caucho de silicona se utiliza para hacer utensilios (especialmente espátulas) y utensilios para hornear.

Las resinas de silicona se utilizan en la vajilla resistente al calor. Suelen parecerse a los artículos de cerámica, pero son mucho menos frágiles, por lo que son populares para su uso con bebés.

Componentes eléctricos y electrónicos

Los cables de las bujías de los automóviles suelen estar aislados por múltiples capas de silicona. Además, los componentes electrónicos se protegen a veces de las influencias ambientales encerrándolos en silicona. Esto aumenta su estabilidad frente a los golpes mecánicos, la radiación y las vibraciones. Las siliconas se seleccionan en lugar de la encapsulación de poliuretano o epoxi cuando se requiere un amplio rango de temperatura de funcionamiento (-150 a 600 °F). Las siliconas también tienen la ventaja de que aumentan poco el calor en el proceso de curado, son poco tóxicas, tienen buenas propiedades eléctricas y son muy puras. Por lo tanto, se utilizan cuando se requiere durabilidad y alto rendimiento de los componentes en condiciones exigentes, como para los satélites en el espacio.

Implantes mamarios de silicona

En las décadas de 1980 y 1990, se desarrolló una controversia en torno a las afirmaciones de que el gel de silicona de los implantes mamarios era responsable de una serie de problemas de salud sistémicos, incluyendo enfermedades autoinmunes y cáncer. Múltiples demandas por daños causados por los implantes dieron lugar a la quiebra de Dow Corning en 1998 y a una moratoria en el uso de implantes de silicona para el aumento de pecho en Estados Unidos y Canadá, a la espera de un estudio. Sin embargo, múltiples estudios y paneles de revisión de expertos realizados en todo el mundo desde entonces han concluido sistemáticamente que las mujeres con implantes mamarios de silicona no tienen más probabilidades de desarrollar enfermedades sistémicas que las mujeres sin implantes mamarios. En 2006, tanto el Ministerio de Sanidad de Canadá como la Administración de Alimentos y Medicamentos de Estados Unidos (FDA) adoptaron posturas similares a las de otros países al permitir el uso de implantes de silicona para el aumento mamario cosmético en sus respectivos países.

Firestops

Instalación defectuosa de un firestop de espuma de silicona de Sakno en la planta de tratamiento de aguas residuales de Calgary en la década de 1980, utilizado para sellar la abertura por encima de una puerta contra incendios en una separación contra incendios de hormigón fundido.

Cuando se instalan correctamente, los firestops de espuma de silicona pueden fabricarse para cumplir con el código de construcción. Las ventajas incluyen la flexibilidad y la alta resistencia dieléctrica. Las desventajas son la escasa delimitación, la combustibilidad (difícil de extinguir) y el desarrollo significativo de humo.

Las espumas de silicona se han utilizado en los edificios norteamericanos y en los del reactor nuclear israelí de Dimona, para intentar tapar las aberturas dentro de los conjuntos de paredes y suelos resistentes al fuego, con el fin de evitar la propagación de las llamas y el humo de una habitación a otra. Los israelíes cambiaron a la versión de «elastómero» de este producto, algo más cara pero mucho más segura, que evita la mayoría de los problemas de seguridad asociados a la versión espumada.

Los cortafuegos de espuma de silicona han sido objeto de una gran controversia y de la atención de la prensa debido a la falta de delimitación adecuada, al desarrollo de humo (durante la combustión de algunos componentes de la espuma), al escape de gas hidrógeno, a la contracción y al agrietamiento. Estos problemas fueron expuestos por Gerald W. Brown, lo que dio lugar a un gran número de sucesos notificables entre los titulares de licencias (operadores de centrales nucleares) de la Comisión Reguladora Nuclear (NRC).

Productos de cuidado personal

Las siliconas se utilizan como ingredientes en algunos productos de acondicionamiento para el cabello sin aclarado. Estas fórmulas utilizan la resistencia al agua de la silicona para evitar que la humedad entre en el tallo del cabello seco y arruine el peinado.

Copas menstruales

Una copa menstrual es un tipo de copa o barrera que se lleva dentro de la vagina durante la menstruación para recoger el flujo menstrual. Las copas menstruales suelen estar hechas de silicona para que sean más duraderas y reutilizables.

Audífonos

La silicona es un material comúnmente utilizado en los moldes de los audífonos de estilo retroauricular. Tiene excelentes propiedades de sellado, por lo que es una opción ideal para pacientes con pérdidas auditivas profundas que necesitan audífonos de alta potencia.

Limpieza en seco

La silicona líquida puede utilizarse como disolvente de limpieza en seco. El proceso de decametilpenticlosiloxano (D5), patentado por la empresa GreenEarth Cleaning, se presenta como una alternativa «ecológica» al tradicional disolvente percloroetileno (o perc). El disolvente se degrada en arena y trazas de agua y CO2, y los residuos producidos por el proceso de limpieza en seco D5 no son tóxicos ni peligrosos. Esto reduce significativamente el impacto medioambiental de una industria típicamente muy contaminante.

Además, la silicona líquida es químicamente inerte, lo que significa que no reacciona con los tejidos o los tintes durante el proceso de limpieza. Esto reduce la cantidad de decoloración y encogimiento que experimentan la mayoría de las prendas limpiadas en seco.

Ver también

• Implante de mamas
• Presa dental
• Limpieza en seco
• Firestop
• Reactor nuclear
• Parche
• Sellante
• Silicio

Notas

• Bondurant, Stuart, Virginia L. Ernster, y Roger Herdman, (eds.). 2000. Safety of Silicone Breast Implants. Washington, DC: Instituto de Medicina. ISBN 0585215553.

• Clarson, Stephen J., et al., (eds.). 2007. Science and Technology of Silicones and Silicone-Modified Materials. ACS Symposium Series, 964. Washington, DC: American Chemical Society. ISBN 9780841274372.

• Koerner, G. 1991. Silicones: Chemistry and Technology. Boca Ratón: CRC Press. ISBN 0849377404.

• Rochow, Eugene George. 1951. An Introduction to the Chemistry of the Silicones. New York: Wiley. OCLC 58852709.

• Stewart, Mary White. 1998. Silicone Spills: Breast Implants on Trial. Westport, CT: Praeger. ISBN 0275963594.

Todos los enlaces recuperados el 4 de noviembre de 2019.

• Flammable ‘Firestops’ Used in CANDU Reactors. – Comunicado de prensa de las declaraciones del representante estadounidense Ed Markey.
• Problemas potenciales con los sellos de penetración de barrera contra incendios de espuma de silicona. – U.S. Nuclear Regulatory Commission.
• Silicones Europe. – Centre Européen des Silicones (CES).
• The Basics of Silicon Chemistry. – Dow Corning.