Silicone

Não confundir com o elemento silício.

Calafetagem de silicone pode ser usada como selante básico contra penetração de água e ar.

Sistema de auto-nivelamento de silicone para prevenção de incêndios usado em torno de tubos de cobre que penetram num conjunto de pavimento de betão de duas horas de resistência ao fogo.

Silicones (mais precisamente chamados siloxanos polimerizados ou polissiloxanos) são polímeros mistos inorgânicos-orgânicos. Sua fórmula química geral pode ser escrita como n, onde R corresponde a um grupo orgânico como metilo, etilo ou fenil. Ao variar sua composição e estruturas moleculares, silicones com uma gama de propriedades podem ser preparados. Eles podem variar em consistência de líquido, gel, borracha ou plástico duro. O siloxano mais comum é o polidimetilsiloxano (PDMS), um óleo de silicone. O segundo maior grupo de materiais de silicone é baseado em resinas de silicone.

Diferentes tipos de silicones têm sido desenvolvidos para uma variedade de aplicações. Por exemplo, eles são usados como selantes, moldes, lubrificantes, solventes de limpeza a seco, isolantes elétricos e material de proteção para componentes eletrônicos. Eles também são encontrados em alguns firestops, produtos de higiene pessoal e aparelhos auditivos. Entretanto, seus usos em implantes mamários e edifícios de reatores nucleares têm gerado controvérsia.

Estrutura química e terminologia

Estrutura química do polidimetilsiloxano (PDMS).

Silicone é muitas vezes erroneamente referido como “silício”. Embora os silicones contenham átomos de silício, eles não são compostos exclusivamente de silício, e têm características físicas completamente diferentes do silício elementar.

A palavra “silicone” é derivada da cetona. O dimetilsilicone e a dimetilcetona (acetona) têm fórmulas químicas análogas, portanto foi suposto (incorretamente) que eles têm estruturas análogas. No caso de uma molécula de acetona (ou qualquer cetona), existe uma dupla ligação entre um átomo de carbono e um átomo de oxigênio. Por outro lado, uma molécula de silicone não contém uma ligação dupla entre um átomo de silício e um átomo de oxigénio. Os químicos descobriram que o átomo de silício forma uma ligação única com cada um de dois átomos de oxigênio, ao invés de uma ligação dupla com um único átomo.

Polissiloxanos são chamados de “silicones” devido a premissas errôneas iniciais sobre sua estrutura. Eles consistem em uma espinha dorsal inorgânica de silicones-oxigênio (…-Si-O-Si-O-Si-O-Si-O-…) com grupos laterais orgânicos ligados aos átomos de silício (veja a figura mostrando a estrutura do polidimetilsiloxano). Em alguns casos, grupos laterais orgânicos podem ser usados para unir dois ou mais destes -Si-O- backbones.

Variando o comprimento da cadeia -Si-O-, grupos laterais e reticulação, uma variedade de silicones pode ser sintetizada. O siloxano mais comum é o polidimetilsiloxano linear (PDMS), um óleo de silicone (veja a estrutura mostrada na figura). O segundo maior grupo de materiais de silicone é baseado em resinas de silicone, que são formadas por oligossiloxanos ramificados e em forma de gaiola.

Síntese

Silicones são sintetizados a partir de clorosilanos, tetraetoxissilano, e compostos relacionados. No caso do PDMS, o material de partida é o dimetilclorossilano, que reage com água da seguinte forma:

n + n → n + 2n HCl

Durante a polimerização, esta reação evolui com gás cloreto de hidrogênio potencialmente perigoso. Para usos médicos, foi desenvolvido um processo onde os átomos de cloro no precursor do silano foram substituídos por grupos de acetato, de modo que o produto da reação do processo de cura final é o ácido acético não tóxico (vinagre). Como efeito colateral, o processo de cura também é muito mais lento neste caso. Esta é a química usada em muitas aplicações de consumo, como calafetagem de silicone e adesivos.

Pré-cursores de silano com mais grupos formadores de ácido e menos grupos metilo, como o metitriclorosilano, podem ser usados para introduzir ramos ou ligações cruzadas na cadeia do polímero. Idealmente, cada molécula de um composto deste tipo torna-se um ponto de ramificação. Isto pode ser usado para produzir resinas de silicone duro. Da mesma forma, precursores com três grupos metilo podem ser usados para limitar o peso molecular, já que cada uma dessas moléculas tem apenas um local reativo e assim forma o final de uma cadeia de siloxano.

Resinas de silicone modernas são feitas com tetraetoxissilano, que reage de forma mais suave e controlável que o clorossilano.

Propriedades

Algumas das propriedades mais úteis do silicone incluem:

1. Estabilidade térmica (Constância de propriedades numa vasta gama de funcionamento de -100 a 250°C)
2. A capacidade de repelir a água e formar vedações estanques
3. Resistência excelente ao oxigénio, ozono e luz solar
4. Flexibilidade
5. Isolante ou condutor eléctrico, dependendo da estrutura e composição

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6. Anti-Adesivo
7. Baixa reatividade química

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8. Baixa toxicidade
9. Alta permeabilidade a gases

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Borracha de silicone

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Um polissiloxano flexível e emborrachado é conhecido como borracha de silicone. Pode ser extrudido em tubos, tiras, cordão sólido, e perfis personalizados. Oferece excelente resistência a temperaturas extremas e é altamente inerte para a maioria dos produtos químicos. A borracha orgânica, com espinha dorsal carbono-carbono, é geralmente susceptível ao ozono, UV, calor, e outros factores de envelhecimento. A borracha de silicone, pelo contrário, pode suportar os efeitos destes agentes, tornando-a o material de escolha em muitos ambientes extremos. Dada a sua inércia, é utilizada em muitas aplicações médicas, incluindo implantes médicos.

Muitas qualidades especializadas da borracha de silicone têm estas propriedades: condutividade elétrica, baixa emissão de fumaça, retardo de chama, brilho no escuro, e resistência ao vapor, gases, óleos, ácidos e outros produtos químicos.

Usos de silicone

Material de fabricação de moldes

Sistemas de silicone de duas partes são usados para criar moldes de borracha, que podem ser usados para fundição de produção de resinas, espumas, borracha, e ligas de baixa temperatura. Um molde de silicone geralmente requer pouca ou nenhuma liberação de molde ou preparação de superfície, já que a maioria dos materiais não adere ao silicone.

Sealantes

Selantes de silicone de uma parte são de uso comum para selar aberturas, juntas e fendas em edifícios. Estes silicones curam através da absorção da humidade atmosférica. A resistência e confiabilidade da borracha de silicone é amplamente reconhecida na indústria da construção.

Um excelente uso da borracha de silicone é para selos de tetos solares automotivos, que têm que suportar duras temperaturas e outras condições ambientais, tais como ozônio, luz UV e poluição, sem mencionar os limpadores automotivos comuns, ceras, e assim por diante.

Lubrificante

No campo de canalização e automotivo, a graxa de silicone é freqüentemente usada como lubrificante. Na canalização, a graxa é tipicamente aplicada a O-rings em torneiras e válvulas. No campo automotivo, a graxa de silicone é tipicamente usada como um lubrificante para componentes de freios, já que é estável a altas temperaturas, é insolúvel em água e muito menos provável que outros lubrificantes sujem as pastilhas de freio.

Aplicações de cozimento

Silicone também é impregnado em papel pergaminho e usado como um material antiaderente para aplicações como cozimento e vaporização. O silicone também torna o papel resistente ao calor e à oleosidade. Isto permite que o papel forre as folhas de biscoitos e actue como um substituto para untar, acelerando assim a produção em massa de produtos cozidos. Também é comumente usado na cozedura de bolsas, onde os ingredientes são selados em um recipiente feito de papel pergaminho e permitido vapor.

Borracha de silicone é usada para fazer utensílios (notavelmente espátulas) e assar.

Resinas de silicone são usadas em louças resistentes ao calor. Estas assemelham-se frequentemente a artigos de cerâmica mas são muito menos frágeis, tornando-as populares para uso com bebés.

Componentes eléctricos e electrónicos

Fitas de vela de ignição para automóveis são frequentemente isoladas por múltiplas camadas de silicone. Além disso, os componentes electrónicos são, por vezes, protegidos das influências ambientais, enclausurando-os em silicone. Isto aumenta a sua estabilidade contra choques mecânicos, radiação e vibração. Os silicones são selecionados sobre o encapsulamento de poliuretano ou epoxy quando uma ampla faixa de temperatura de operação é necessária (-150 a 600°F). Os silicones também têm a vantagem de pouco aumento de calor no processo de cura, baixa toxicidade, boas propriedades elétricas e alta pureza. Portanto, eles são usados quando a durabilidade e o alto desempenho são exigidos de componentes sob condições exigentes, como para satélites no espaço.

Silicone implantes mamários

Nos anos 80 e 90, desenvolveu-se uma controvérsia em torno das alegações de que o gel de silicone em implantes mamários era responsável por uma série de problemas de saúde sistêmicos, incluindo doenças auto-imunes e câncer. Múltiplas ações judiciais alegando lesões por implantes resultaram na falência da Dow Corning em 1998 e uma moratória sobre o uso de implantes de silicone para aumento de mama nos EUA e Canadá, aguardando estudo. No entanto, vários estudos e painéis de revisão de especialistas realizados em todo o mundo desde então concluíram consistentemente que as mulheres com implantes mamários de silicone não são mais propensas a desenvolver doenças sistémicas do que as mulheres sem implantes mamários. Em 2006, tanto a Health Canada como a U.S. Food and Drug Administration (FDA) adotaram posições semelhantes a outros países ao permitir o uso de implantes de silicone para a mamoplastia de aumento cosmético em seus respectivos países.

Pára-fogos

Instalação de pára-fogos de espuma de silicone Sakno defeituosa na estação de tratamento de esgoto de Calgary nos anos 80, usada para selar a abertura acima de uma porta corta-fogo em uma separação de fogo de concreto fundido.

Quando corretamente instalados, os pára-fogos de espuma de silicone podem ser fabricados para cumprimento do código de construção. As vantagens incluem flexibilidade e alta resistência dieléctrica. As desvantagens incluem a má delimitação, combustibilidade (difícil de extinguir) e desenvolvimento significativo de fumaça.

Espumas de silicone têm sido usadas na América do Norte, bem como nos edifícios do reator nuclear israelense Dimona, na tentativa de evitar aberturas em paredes e montagens de pisos resistentes ao fogo, para evitar a propagação de chamas e fumaça de uma sala para outra. Os israelitas mudaram para a versão “elastómero” deste produto, um pouco mais cara mas muito mais segura, que evita a maioria das preocupações de segurança associadas à versão em espuma.

Os fogos de espuma de silicone têm sido objecto de grande controvérsia e atenção por parte da imprensa devido à falta de uma ligação adequada, desenvolvimento de fumo (durante a queima de alguns componentes na espuma), fuga de gás hidrogénio, retracção e fissuras. Estes problemas foram expostos por Gerald W. Brown, levando a um grande número de eventos relatáveis entre os licenciados (operadores de usinas nucleares) da Comissão Reguladora Nuclear (NRC).

Produtos de cuidados pessoais

Silicones são usados como ingredientes em alguns produtos de condicionamento capilar leave-in. Estas formulações utilizam a resistência à água do silicone para evitar que a humidade entre num fio de cabelo seco e estrague o penteado.

Copos menstruais

Um copo menstrual é um tipo de copo ou barreira usada dentro da vagina durante a menstruação para recolher o líquido menstrual. Os copos menstruais são frequentemente feitos de silicone para durabilidade e reutilizabilidade.

Ajuvens de audição

Silicone é um material comum usado em moldes para aparelhos auditivos estilo “atrás do ouvido”. Tem excelentes propriedades de vedação, tornando-o uma escolha ideal para pacientes com perdas auditivas profundas que necessitam de aparelhos auditivos de alta potência.

Limpeza a seco

Silicone líquido pode ser usado como solvente de limpeza a seco. Tocado como uma alternativa “amiga do ambiente” ao tradicional solvente de percloroetileno (ou perc), o processo de decametilpentaciclosiloxano (D5) foi patenteado pela empresa GreenEarth Cleaning. O solvente degrada-se em areia e traços de água e CO2, e os resíduos produzidos pelo processo de limpeza a seco D5 são não tóxicos e não perigosos. Isto reduz significativamente o impacto ambiental de uma indústria tipicamente altamente poluente.

Adicionalmente, o silicone líquido é quimicamente inerte, o que significa que não reage com tecidos ou corantes durante o processo de limpeza. Isto reduz a quantidade de desbotamento e encolhimento que a maioria das peças de roupa limpas a seco experimenta.

Veja também

• Insplante mamário
• Dental dam
• Limpeza a seco
• Firestop
• Reactor nuclear
• Parchment
• Sealant
• Silicon

Notes

• Bondurant, Stuart, Virginia L. Ernster, e Roger Herdman, (eds.). 2000. Segurança dos Implantes Mamários de Silicone. Washington, DC: Instituto de Medicina. ISBN 0585215553.

• Clarson, Stephen J., et al., (eds.). 2007. Science and Technology of Silicones and Silicone-Modified Materials. Série ACS Symposium, 964. Washington, DC: Sociedade Americana de Química. ISBN 9780841274372.

• Koerner, G. 1991. Silicones: Química e Tecnologia. Boca Raton: CRC Press. ISBN 0849377404.

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

• Stewart, Mary White. 1998. Silicone Spills: Implantes mamários em julgamento. Westport, CT: Praeger. ISBN 0275963594.

Todos os links recuperados em 4 de novembro de 2019.

• ‘Firestops’ inflamáveis usados em reatores CANDU. – Press release of U.S. Representative Ed Markey’s Statements.
• Potenciais Problemas com Vedações de Penetração de Espuma de Silicone. – U.S. Nuclear Regulatory Commission.
• Silicones Europa. – Centre Européen des Silicones (CES).
• The Basics of Silicon Chemistry. – Dow Corning.