Silicon

Nu trebuie confundat cu elementul siliciu.

Masticul de silicon poate fi folosit ca material de etanșare de bază împotriva pătrunderii apei și a aerului.

Sistem de silicon autonivelant de protecție împotriva incendiilor folosit în jurul țevilor de cupru care penetrează un ansamblu de pardoseală din beton cu rezistență la foc de două ore.

Siliconele (denumite mai exact siloxani polimerizați sau polisiloxani) sunt polimeri anorganici-organici amestecați. Formula lor chimică generală poate fi scrisă sub forma n, unde R corespunde unei grupări organice, cum ar fi metil, etil sau fenil. Prin variația compoziției și a structurilor moleculare, se pot prepara silicoane cu o gamă largă de proprietăți. Consistența lor poate varia de la lichid, la gel, la cauciuc și la plastic dur. Cel mai comun siloxan este polidimetilsiloxanul (PDMS), un ulei de silicon. Al doilea grup ca mărime de materiale siliconice se bazează pe rășini siliconice.

Diferite tipuri de silicoane au fost dezvoltate pentru o varietate de aplicații. De exemplu, acestea sunt utilizate ca materiale de etanșare, matrițe, lubrifianți, solvenți pentru curățarea uscată, izolatori electrici și materiale de protecție pentru componente electronice. Ele se găsesc, de asemenea, în unele produse ignifuge, produse de îngrijire personală și aparate auditive. Cu toate acestea, utilizările lor în implanturile mamare și în clădirile reactoarelor nucleare au stârnit controverse.

Structura chimică și terminologie

Structura chimică a polidimetilsiloxanului (PDMS).

Siliconul este adesea denumit în mod eronat „siliciu”. Deși silicoanele conțin atomi de siliciu, ele nu sunt alcătuite exclusiv din siliciu și au caracteristici fizice complet diferite de cele ale siliciului elementar.

Cuvântul „silicon” este derivat din cetonă. Dimetilsiliconul și dimetilcetona (acetona) au formule chimice analoge, prin urmare s-a presupus (incorect) că au structuri analoge. În cazul unei molecule de acetonă (sau a oricărei cetone), există o legătură dublă între un atom de carbon și un atom de oxigen. Pe de altă parte, o moleculă de silicon nu conține o legătură dublă între un atom de siliciu și un atom de oxigen. Chimiștii au descoperit că atomul de siliciu formează o legătură simplă cu fiecare dintre cei doi atomi de oxigen, mai degrabă decât o legătură dublă cu un singur atom.

Polisiloxanii sunt numiți „siliconi” din cauza unor presupuneri greșite timpurii cu privire la structura lor. Ei constau dintr-o coloană vertebrală anorganică siliciu-oxigen (…-Si-O-Si-O-Si-O-Si-O-…) cu grupe laterale organice atașate la atomii de siliciu (a se vedea figura care prezintă structura polidimetilsiloxanului). În unele cazuri, grupările laterale organice pot fi folosite pentru a lega între ele două sau mai multe dintre aceste coloane vertebrale -Si-O-.

Prin variația lungimilor lanțului -Si-O-, a grupărilor laterale și a reticulației, se poate sintetiza o varietate de siliconi. Cel mai comun siloxan este polidimetilsiloxanul liniar (PDMS), un ulei de silicon (a se vedea structura prezentată în figură). Al doilea grup ca mărime de materiale siliconice se bazează pe rășini siliconice, care sunt formate din oligosiloxani ramificați și în formă de cușcă.

Sinteză

Siliconele sunt sintetizate din clorosilani, tetraetoxisilan și compuși înrudiți. În cazul PDMS, materialul de plecare este dimetilclorosilanul, care reacționează cu apa după cum urmează:

n + n → n + 2n HCl

În timpul polimerizării, această reacție generează clorură de hidrogen gazoasă, potențial periculoasă. Pentru utilizări medicale, a fost dezvoltat un procedeu în care atomii de clor din precursorul silanului au fost înlocuiți cu grupări acetat, astfel încât produsul de reacție al procesului final de polimerizare este acidul acetic (oțetul) netoxic. Ca efect secundar, procesul de polimerizare este, de asemenea, mult mai lent în acest caz. Aceasta este chimia utilizată în multe aplicații de consum, cum ar fi masticurile și adezivii din silicon.

Precursorii de silan cu mai multe grupe formatoare de acid și mai puține grupe metil, cum ar fi metiltriclorosilanul, pot fi utilizați pentru a introduce ramificații sau legături încrucișate în lanțul polimeric. În mod ideal, fiecare moleculă a unui astfel de compus devine un punct de ramificare. Acest lucru poate fi utilizat pentru a produce rășini siliconice dure. În mod similar, precursorii cu trei grupări metil pot fi utilizați pentru a limita greutatea moleculară, deoarece fiecare astfel de moleculă are doar un singur situs reactiv și astfel formează capătul unui lanț siloxanic.

Rezinele siliconice moderne sunt fabricate cu tetraetoxisilan, care reacționează într-un mod mai blând și mai controlabil decât clorosilanii.

Proprietăți

Câteva dintre cele mai utile proprietăți ale siliconului includ:

1. Stabilitate termică (Constanța proprietăților pe o gamă largă de funcționare de la -100 la 250°C)
2. Capacitatea de a respinge apa și de a forma garnituri etanșe
3. Rezistență excelentă la oxigen, ozon și lumină solară
4. Flexibilitate
5. Autoizolant sau conductiv din punct de vedere electric, în funcție de structură și compoziție
6. Antiadeziv
7. Reactivitate chimică redusă
8. Toxicitate redusă
9. Permeabilitate ridicată la gaze

Cauciuc siliconic

Un polisiloxan flexibil și cauciucat este cunoscut sub numele de cauciuc siliconic. Acesta poate fi extrudat în tuburi, benzi, cabluri solide și profile personalizate. Oferă o rezistență excelentă la temperaturi extreme și este foarte inert față de majoritatea substanțelor chimice. Cauciucul organic, cu o coloană vertebrală din carbon în carbon, este în general sensibil la ozon, UV, căldură și alți factori de îmbătrânire. Cauciucul siliconic, în schimb, poate rezista la efectele acestor agenți, ceea ce îl face materialul preferat în multe medii extreme. Având în vedere inerția sa, este utilizat în multe aplicații medicale, inclusiv implanturi medicale.

Multe calități specializate de cauciuc siliconic au următoarele proprietăți: conductivitate electrică, emisie scăzută de fum, retardare a flăcării, strălucire în întuneric și rezistență la abur, gaze, uleiuri, acizi și alte substanțe chimice.

Utilizări ale siliconului

Material de turnare

Sistemele de silicon în două părți sunt utilizate pentru a crea matrițe de cauciuc, care pot fi folosite pentru turnarea în producție a rășinilor, spumelor, cauciucului și aliajelor de joasă temperatură. O matriță din silicon necesită, în general, puțin sau deloc degajare a mucegaiului sau pregătire a suprafeței, deoarece majoritatea materialelor nu aderă la silicon.

Sigilanți

Sigilanții din silicon într-o singură parte sunt utilizați în mod obișnuit pentru a etanșa golurile, îmbinările și crăpăturile din clădiri. Aceste silicoane se întăresc prin absorbția umidității atmosferice. Rezistența și fiabilitatea cauciucului siliconic este recunoscută pe scară largă în industria construcțiilor.

O utilizare excelentă a cauciucului siliconic este pentru garniturile de etanșare a acoperișului solar al automobilelor, care trebuie să reziste la temperaturi dure și la alte condiții de mediu, cum ar fi ozonul, lumina UV și poluarea, ca să nu mai vorbim de detergenții obișnuiți pentru automobile, ceară și așa mai departe.

Lubrifianți

În domeniile instalațiilor sanitare și al automobilelor, unsoarea siliconică este adesea folosită ca lubrifiant. În domeniul instalațiilor sanitare, unsoarea este aplicată de obicei pe inelele O din robinete și supape. În domeniul auto, unsoarea de silicon este folosită de obicei ca lubrifiant pentru componentele frânelor, deoarece este stabilă la temperaturi ridicate, este insolubilă în apă și este mult mai puțin probabilă decât alți lubrifianți să murdărească plăcuțele de frână.

Aplicații culinare

Siliconul este, de asemenea, impregnat în hârtia pergament și folosit ca material antiaderent pentru aplicații precum coacerea și gătitul la aburi. De asemenea, siliconul face ca hârtia să fie rezistentă la căldură și grăsime. Acest lucru permite hârtiei să căptușească foile de prăjituri și să acționeze ca înlocuitor pentru ungere, accelerând astfel producția în masă de produse de patiserie. Este, de asemenea, utilizat în mod obișnuit la gătitul în pungă, unde ingredientele sunt sigilate într-un recipient din hârtie pergament și lăsate la aburi.

Cauciuc siliconic este utilizat la fabricarea ustensilelor (în special a spatulelor) și a ustensilelor de copt.

Rezinele de silicon sunt utilizate în vesela rezistentă la căldură. Acestea se aseamănă adesea cu obiectele din ceramică, dar sunt mult mai puțin fragile, ceea ce le face populare pentru a fi folosite cu bebelușii.

Componente electrice și electronice

Cablurile bujiilor auto sunt adesea izolate de mai multe straturi de silicon. În plus, componentele electronice sunt uneori protejate de influențele mediului înconjurător prin înglobarea lor în silicon. Acest lucru le crește stabilitatea împotriva șocurilor mecanice, radiațiilor și vibrațiilor. Silicoanele sunt alese în locul încapsulării cu poliuretan sau epoxidice atunci când este necesară o gamă largă de temperaturi de funcționare (de la -150 la 600°F). Silicoanele au, de asemenea, avantajul unei creșteri mici a căldurii în procesul de polimerizare, al unei toxicități scăzute, al unor proprietăți electrice bune și al unei purități ridicate. Prin urmare, ele sunt utilizate atunci când este necesară durabilitatea și performanța ridicată a componentelor în condiții solicitante, cum ar fi pentru sateliții din spațiu.

Implanturi mamare cu silicon

În anii 1980 și 1990, au apărut controverse în jurul afirmațiilor conform cărora gelul de silicon din implanturile mamare ar fi responsabil pentru o serie de probleme de sănătate sistemice, inclusiv boli autoimune și cancer. Mai multe procese în care se reclamau vătămări cauzate de implanturi au dus la falimentul Dow Corning în 1998 și la un moratoriu privind utilizarea implanturilor de silicon pentru mărirea sânilor în SUA și Canada, în așteptarea unor studii. Cu toate acestea, mai multe studii și comisii de revizuire a experților efectuate în întreaga lume de atunci au concluzionat în mod constant că femeile cu implanturi mamare de silicon nu sunt mai susceptibile de a dezvolta boli sistemice decât femeile fără implanturi mamare. În 2006, atât Health Canada, cât și Food and Drug Administration (FDA) din SUA au adoptat poziții similare cu cele ale altor țări, permițând utilizarea implanturilor de silicon pentru augmentarea cosmetică a sânilor în țările lor respective.

Firestops

Instalare defectuoasă a opritorului de incendiu din spumă de silicon Sakno în instalația de tratare a apelor uzate din Calgary în anii 1980, folosit pentru a etanșa deschiderea de deasupra unei uși antifoc într-o separație antifoc din beton turnat.

Când sunt instalate corect, opritorii de incendiu din spumă de silicon pot fi fabricați pentru respectarea codului de construcție. Avantajele includ flexibilitatea și rezistența dielectrică ridicată. Dezavantajele includ delimitarea slabă, combustibilitatea (greu de stins) și dezvoltarea semnificativă a fumului.

Spumele de silicon au fost utilizate în clădirile din America de Nord, precum și în clădirile reactorului nuclear israelian Dimona, în încercarea de a bloca focul în deschiderile din cadrul ansamblurilor de pereți și podele cu rezistență la foc, pentru a preveni răspândirea flăcărilor și a fumului dintr-o încăpere în alta. Israelienii au trecut la versiunea „elastomer”, ceva mai scumpă, dar mult mai sigură, a acestui produs, care evită majoritatea problemelor de siguranță asociate cu versiunea cu spumă.

Butoanele de protecție împotriva incendiilor din spumă de silicon au făcut obiectul unor controverse serioase și au atras atenția presei din cauza lipsei de delimitare corespunzătoare, a dezvoltării de fum (în timpul arderii unor componente din spumă), a scăpării hidrogenului gazos, a contracției și a fisurării. Aceste probleme au fost expuse de Gerald W. Brown, ceea ce a dus la un număr mare de evenimente raportabile în rândul titularilor de licență (operatorii de centrale nucleare) ai Comisiei de reglementare nucleară (NRC).

Produse de îngrijire personală

Siliconele sunt folosite ca ingrediente în unele produse de balsam de păr fără clătire. Aceste formulări folosesc rezistența la apă a siliconului pentru a preveni pătrunderea umezelii în firul de păr uscat și ruinarea stilului.

Cupe menstruale

O cupă menstruală este un tip de cupă sau barieră purtată în interiorul vaginului în timpul menstruației pentru a colecta lichidul menstrual. Cupele menstruale sunt adesea fabricate din silicon pentru durabilitate și reutilizare.

Aparate auditive

Siliconul este un material utilizat în mod obișnuit în matrițele pentru aparatele auditive de tip behind-the-ear. Are proprietăți excelente de etanșare, ceea ce îl face o alegere ideală pentru pacienții cu pierderi auditive profunde care au nevoie de aparate auditive de mare putere.

Curățare uscată

Siliconul lichid poate fi utilizat ca solvent pentru curățarea uscată. Prezentat ca o alternativă „ecologică” la solventul tradițional de percloroetilenă (sau perc), procedeul decametilpentaciclosiloxan (D5) a fost brevetat de compania GreenEarth Cleaning. Solventul se degradează în nisip și urme de apă și CO2, iar deșeurile produse de procesul de curățare uscată D5 sunt netoxice și nepericuloase. Acest lucru reduce semnificativ impactul asupra mediului al unei industrii de obicei foarte poluante.

În plus, siliconul lichid este inert din punct de vedere chimic, ceea ce înseamnă că nu reacționează cu țesăturile sau vopselele în timpul procesului de curățare. Acest lucru reduce cantitatea de decolorare și micșorare pe care o experimentează majoritatea articolelor de îmbrăcăminte curățate în uscat.

Vezi și

• Implant mamar
• Dimineață dentară
• Curățare uscată
• Firestop
• Reactor nuclear
• Parcadă

.

• Sigilant
• Siliciu

Note

• Bondurant, Stuart, Virginia L. Ernster, și Roger Herdman, (eds.). 2000. Siguranța implanturilor mamare de silicon. Washington, DC: Institutul de Medicină. ISBN 0585215553.

• Clarson, Stephen J., et al., (eds.). 2007. Science and Technology of Silicones and Silicone-Modified Materials (Știința și tehnologia silicoanelor și a materialelor modificate cu silicon). ACS Symposium Series, 964. Washington, DC: American Chemical Society. ISBN 9780841274372.

• Koerner, G. 1991. Silicones: Chemistry and Technology. Boca Raton: 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 (Implanturi mamare la proces). Westport, CT: Praeger. ISBN 0275963594.

Toate linkurile recuperate la 4 noiembrie 2019.

• Flammable ‘Firestops’ Used in CANDU Reactors. – Comunicat de presă privind declarațiile reprezentantului american Ed Markey.
• Probleme potențiale cu garniturile de penetrare a barierelor de incendiu din spumă de silicon. – Comisia de reglementare nucleară din SUA.
• Silicones Europe. – Centre Européen des Silicones (CES).
• Bazele chimiei siliciului. – Dow Corning.