Vés al contingut

Silicona

De la Viquipèdia, l'enciclopèdia lliure
Infotaula de compost químicSilicona

Modifica el valor a Wikidata
Substància químicaclasse estructural d'entitats químiques Modifica el valor a Wikidata
Altres
resistència tèrmica Modifica el valor a Wikidata
L'ús de massilla de silicona com a segellador contra la penetració d'aigua i aire és habitual a la construcció.

La silicona, en l'organosilici i la química dels polímers, és un polímer compost per unitats repetides de siloxà (−O−R2Si−O−SiR2−, on R = grup orgànic). Normalment són olis incolors o substàncies semblants al cautxú. Les silicones s'utilitzen en segelladors, adhesius, lubricants, medicaments, estris de cuina, aïllaments tèrmics i aïllaments elèctrics. Algunes formes habituals inclouen oli de silicona, greix, cautxú, resina i calafats.[1][2] La silicona és inerta i estable a altes temperatures, el que la fa útil a gran varietat d'aplicacions industrials, com lubricants, adhesius, impermeabilitzants, i en aplicacions mèdiques, com pròtesis valvulars cardíaques i implants de mames.

La silicona sovint es confon amb un dels seus elements constitutius, el silici, però són substàncies diferents.[3] El silici és un element químic, un metaloide semiconductor dur gris fosc, que en la seva forma cristal·lina s'utilitza per fer circuits integrats ("xips electrònics") i cèl·lules solars. Les silicones són compostos que contenen silici, carboni, hidrogen, oxigen i potser també altres tipus d'àtoms, i tenen moltes propietats físiques i químiques molt diferents.

Història

[modifica]
Microembòlia pulmonar per silicona líquida. Microscopi òptic. 400X. Tinció: Post-fixació perllongada en osmi.[4]

Frédéric Stanley Kipping va encunyar la paraula silicona el 1901 per descriure la fórmula del polidifenilsiloxà,Ph2SiO (Ph = fenil ,C6H5 ), per analogia amb la fórmula de la cetona benzofenona ,Ph2CO (el seu terme era originalment silicocetona). Kipping era molt conscient que el polidifenilsiloxà és polimèric [5] mentre que la benzofenona és monomèrica i va assenyalar les propietats contrastades dePh2SiO iPh2CO.[6][7] El descobriment de les diferències estructurals entre les molècules de Kipping i les cetones significa que la silicona ja no és el terme correcte (tot i que continua sent d'ús comú) i que el terme siloxà seria preferible segons la nomenclatura de la química moderna.[8]

James Franklin Hyde (nascut l'11 de març de 1903) va ser un químic i inventor nord-americà. Se l'ha anomenat el "Pare de les silicones" i se li atribueix el llançament de la indústria de la silicona als anys trenta. Les seves contribucions més destacades inclouen la seva creació de silicona a partir de compostos de silici i el seu mètode de fabricació de quars fos, un vidre d'alta qualitat que més tard s'utilitzarà en aeronàutica, telecomunicacions avançades i xips d'ordinador. El seu treball va portar a la formació de Dow Corning, una aliança entre la Dow Chemical Company i Corning Glass Works que es va crear específicament per produir productes de silicona.

Aquest material no va començar a ser rellevant fins que Staudinger, premi Nobel el 1953, va aconseguir les primeres polimeritzacions. Finalment, Rochow and Müller el 1945 van desenvolupar un mètode força ràpid per a preparar monòmers de silicona.[9]

Silicona granular.

Propietats físiques

[modifica]
  • Gran elasticitat: això es deu al fet que l'enllaç Si-O-Si és molt flexible.
  • Excel·lent resistència a la temperatura (de -80 °C a + 250 °C)
  • Escassa absorció de la humitat
  • Estabilitat dimensional
  • Antiadherència
  • Termoestable

Característiques

[modifica]
  • Alta resistència a temperatures extremes.
  • Mecànicament estable en un ampli espectre de temperatures.
  • Excel·lent antiadherència.
  • Apta per a forn, microones i rentavaixelles, i congelador.
  • Resistent a l'aigua calenta, detergents i altres substàncies agressives.
  • Inodora i insípida (depenent de la formulació).
  • Hipoalergènica.
  • Higiènica: no afavoreix el creixement de fongs o bacteris.
  • Fàcil de netejar.
  • No es fon.
  • No s'oxida.
  • No tòxica.
  • Resistència als rajos ultraviolats, a l'ozó i als químics.
  • Durabilitat enfront dels cicles de temperatura.

Síntesi de silicones

[modifica]

La reacció fonamental que segueix tota formació d'un polímer de silicona és:

La força directiu d'aquesta hidròlisi correspont a l'enllaç Si-O d'elevada energia:

E(Si-Cl)=381 kJ/mol

E(Si-O)=452 kJ/mol[10]

Depenent del tipus d'organometàl·lic, podrem obtenir més o menys llargada de polímer i també diferents ramificacions. Per tant, podem tenir diferents reactius:

Síntesi industrial

[modifica]

A la indústria s'utilitzen processos directes, com l'anomenat Rochow-Müller, per la producció de metilclorosilans (els reactius de la síntesi dels polímers de silicona):

MeCl + Si/Cu → MenSiCl4-n

On es treballa a temperatures de 300 °C i amb una proporció de 9:1 del catalitzador Si/Cu. El catalitzador augmenta la velocitat de la reacció degut a la polarització negativa del silici degut a la seva unió amb el Cu. Això provoca un augment considerable d'atac electrofílic al Si.

La producció de silicones a escala industrial també empra la hidròlisi de l'organoclorosilà, i per tant, empren tractaments tèrmics en presència de quantitats catalítiques de H₂SO₄, sovint després d'haver addicionat alguns agents d'encreuament. L'àcid catalític provoca que la reacció vagi cap a la formació d'uns certs productes, i l'agent d'encreuament s'addiciona al polímer en alguns espais d'aquest. Aquest fet és el que dona una gran varietat de propietats a les silicones.

Seguretat i medi ambient

[modifica]

Els compostos de silicona són omnipresents al medi ambient. Els compostos de silicona particulars, els siloxans cíclics D 4 i D 5, són contaminants de l'aire i l'aigua i tenen efectes negatius sobre la salut dels animals.[11] S'utilitzen en diversos productes de cura personal. L'Agència Europea de Substàncies Químiques va trobar que "D 4 és una substància persistent, bioacumulable i tòxica (PBT) i D 5 és una substància molt persistent i molt bioacumulable (vPvB)".[12][13] Altres silicones es biodegraden fàcilment, un procés que és accelerat per una varietat de catalitzadors, incloses les argiles.[1] Els silanediols i silanetriols resultants són capaços d'inhibir enzims hidrolítics com la termolisina, l'acetilcolinesterasa. No obstant això, les dosis necessàries per a la inhibició són en ordres de magnitud superiors a les resultants de l'exposició acumulada a productes de consum que contenen ciclometicona.[14][15]

Al voltant dels 200 graus centígrads, en una atmosfera que conté oxigen, el polidimetilsiloxà allibera traces de formaldehid, però quantitats menors que altres materials comuns com el polietilè.[16][17] A aquesta temperatura, es va trobar que les silicones generaven menys formaldehid que l'oli mineral i els plàstics —menys de 3 a 48 μg CH 2 O/(g·hr) per a un cautxú de silicona d'alta consistència, enfront d'uns 400 μg CH 2 O/(g·hr) per a plàstics i oli mineral). Als 250 graus centígrads, s'ha trobat que totes les silicones produeixen grans quantitats de formaldehid (entre 1.200 i 4.600 μg CH 2 O/(g·hr).[17]

Algunes persones desenvolupen al·lèrgies a la silicona o sensibilitat extrema[18] especialment després d'una exposició prolongada a certs tipus de productes de silicona com ara cosmètics, equips mèdics, incloses màscares CPAP [19][20] i dispositius mèdics implantats.[21][22]

Substàncies similars

[modifica]

Els compostos que contenen dobles enllaços silici-oxigen, ara anomenats silanones, però que podrien merèixer el nom de "silicona", s'han identificat durant molt de temps com a intermediaris en processos en fase gasosa com la deposició química de vapor en la producció de microelectrònica i en la formació de ceràmica per combustió.[23] No obstant això, tenen una forta tendència a polimeritzar en siloxans. La primera silanona estable va ser obtinguda el 2014 per A. Filippou i altres.[24]

Referències

[modifica]
  1. ↑ 1,0 1,1 Moretto, Hans-Heinrich. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (en anglès). Weinheim, Alemanya: Wiley-VCH, 2005. DOI 10.1002/14356007.a24_057. «Silicones» 
  2. ↑ Fink, Johannes Karl. Liquid Silicone Rubber: Chemistry, Materials, and Processing (en anglès). Wiley, 2019-08-06. ISBN 978-1-119-63133-0. 
  3. ↑ «silicona». Gran Enciclopèdia Catalana. [Consulta: 21 novembre 2013].
  4. ↑ Mendonca, D; Leitao, DS; et al «An unusual case of pulmonary embolism» (en anglès). Respir Care, 2012 Aug; 57 (8), pp. 1345-7. DOI: 10.4187/respcare.01555. PMID: 22348969 [Consulta: 19 febrer 2016].
  5. ↑ Thomas, Neil R. «Frederic Stanley Kipping—Pioneer in Silicon Chemistry: His Life & Legacy» (en anglès). Silicon, 2, 4, 10-2010, pàg. 187–193. DOI: 10.1007/s12633-010-9051-x. ISSN: 1876-990X.
  6. ↑ Greenwood, Norman N. Butterworth-Heinemann. Chemistry of the Elements (en anglès). 2a, 1997. ISBN 978-0-08-037941-8. 
  7. ↑ Kipping, F. Stanley; Lloyd, Lorenzo L. «XLVII.—Organic derivatives of silicon. Triphenylsilicol and alkyloxysilicon chlorides» (en anglès). J. Chem. Soc., Trans., 79, 0, 1901, pàg. 449–459. DOI: 10.1039/CT9017900449. ISSN: 0368-1645.
  8. ↑ James E. Mark. Inorganic Polymers. Oxford University, 24 March 2005, p. 155. ISBN 978-0-19-535131-6. 
  9. ↑ Elschenbroich, Christoph; Salzer, Albrecht. «Organometallics». A: Organometallics: A Concise Introduction (en anglès). Wiley, 1992-02-17. ISBN 978-3-527-28164-0. 
  10. ↑ Lide, David R. «Handbook of Chemistry and Physics.» (llibre) (en anglès). Editorial CRC Press, 82ª ed., 2001. ISSN: 9780849304828 [Consulta: 15 juny 2009].
  11. ↑ Bienkowski, Brian. «Chemicals from Personal Care Products Pervasive in Chicago Air» (en anglès). Environmental Health News, 30-04-2013. [Consulta: 25 febrer 2025].
  12. ↑ «Committee for Risk Assessment concludes on restricting D4 and D5» (en anglès). Agència Europea de Productes Químics, 15-03-2016. [Consulta: 28 agost 2018].
  13. ↑ Geueke, Birgit. «ECHA classifies cyclic siloxanes as SVHCs» (en anglès). Food Packaging Forum Foundation, 25-06-2018. [Consulta: 28 agost 2018].
  14. ↑ Sieburth, Scott McN; Nittoli, Thomas; Mutahi, Alfred M.; Guo, Luxuan «Silanediols: A New Class of Potent Protease Inhibitors». Angewandte Chemie (International Ed. in English), 37, 6, 03-04-1998, pàg. 812–814. DOI: 10.1002/(SICI)1521-3773(19980403)37:6<812::AID-ANIE812>3.0.CO;2-I. ISSN: 1521-3773. PMID: 29711373.
  15. ↑ Blunder, Martina; Hurkes, Natascha; Spirk, Stefan; List, Martina; Pietschnig, Rudolf «Silanetriols as in vitro inhibitors for AChE» (en anglès). Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters, 21, 1, 1-2011, pàg. 363–365. Arxivat de l'original el 2025-02-02. DOI: 10.1016/j.bmcl.2010.10.139. ISSN: 0960-894X.
  16. ↑ Hard, Dave. «Dielectric Fluids for Transformer Cooling — History and Types» ( PDF) (en anglès). General Electric. Arxivat de l'original el 2016-07-19. [Consulta: 21 febrer 2025].
  17. ↑ 17,0 17,1 Timpe Jr., David C. «Formaldehyde Generation from Silicone Rubber» ( PDF) (en anglès). Arlon. Arxivat de l'original el 2015-04-27.
  18. ↑ Anand, Nithishwer Mouroug. «Understanding Silicone Allergy: Causes, Symptoms, and Treatment» (en anglès). MediSearch.
  19. ↑ Rath, Subhendu; Kaplish, Neeraj «Allergic Contact Dermatitis to Silicone causing PAP Intolerance (P1-1.Virtual)» (en anglès). Neurology, 98, 18_supplement, 03-05-2022. DOI: 10.1212/WNL.98.18_supplement.3672. ISSN: 0028-3878.
  20. ↑ «CPAP silicone allergy: Anyone know of other options? Solutions?» (en anglès americà). Mayo Clinic, 06-05-2017. Arxivat de l'original el 2024-06-23. [Consulta: 25 febrer 2025].
  21. ↑ Riffo, Cristian; Rolack, Natalia; Mohor, Daniela; Berkhoff, Andreas; Monnier, Eduardo «Silicone allergy manifestation in pediatric ventriculoperitoneal shunting: navigating diagnostic challenges and customizing therapeutic approaches. Illustrative case». Journal of Neurosurgery: Case Lessons, 8, 13, 23-09-2024. DOI: 10.3171/CASE2474. ISSN: 2694-1902. PMC: PMC11418643. PMID: 39312808.
  22. ↑ Ahsan, Syed «Silicone allergy can lead to cochlear implant complication and explantation: a case report» (en anglès). Cochlear Implants International, 18-10-2024, pàg. 1–4. DOI: 10.1080/14670100.2024.2413265. ISSN: 1467-0100.
  23. ↑ Khabashesku, Valery N; Kerzina, Zoya A; Kudin, Konstantin N; Nefedov, Oleg M «Matrix isolation infrared and density functional theoretical studies of organic silanones, (CH3O)2Si O and (C6H5)2Si O» (en anglès). Journal of Organometallic Chemistry, 566, 1-2, 9-1998, pàg. 45–59. DOI: 10.1016/S0022-328X(98)00726-8.
  24. ↑ Filippou, Alexander C.; Baars, Bernhard; Chernov, Oleg; Lebedev, Yury N.; Schnakenburg, Gregor «Silicon–Oxygen Double Bonds: A Stable Silanone with a Trigonal‐Planar Coordinated Silicon Center» (en anglès). Angewandte Chemie International Edition, 53, 2, 07-01-2014, pàg. 565–570. DOI: 10.1002/anie.201308433. ISSN: 1433-7851.

Vegeu també

[modifica]

Enllaços externs

[modifica]
A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Silicona
  • Silicona a la Gran Enciclopèdia Catalana (català)
Obtingut de «https://ca.wikipedia.org/w/index.php?title=Silicona&oldid=34789126»