caucho de silicona

En un sistema de curado de silicona a base de platino, también llamado sistema de adición (porque el polímero clave para la formación de la reacción es una reacción de adición ), un polímero de siloxano funcionalizado con hidruro y otro con vinilo reaccionan en presencia de un catalizador de complejo de platino , creando un puente etílico entre ambos. ^{[ 2 ]} La reacción no produce subproductos. Estas gomas de silicona curan rápidamente, aunque la velocidad o incluso la capacidad de curado se inhiben fácilmente en presencia de estaño elemental , azufre y muchos compuestos de amina . ^{[ 1 ]}

Los sistemas de curado por condensación pueden ser de una o dos partes . ^{[ 3 ]} En un sistema de una parte o RTV ( vulcanización a temperatura ambiente ), un agente reticulante expuesto a la humedad ambiental (es decir, agua) experimenta una etapa de hidrólisis y queda con un grupo hidroxilo o silanol . El silanol se condensa aún más con otro grupo hidrolizable en el polímero o agente reticulante y continúa hasta que el sistema está completamente curado. Dicho sistema se cura por sí solo a temperatura ambiente y (a diferencia del sistema de curado por adición basado en platino) no se inhibe fácilmente por el contacto con otros productos químicos, aunque el proceso puede verse afectado por el contacto con algunos plásticos o metales y puede no tener lugar en absoluto si se coloca en contacto con compuestos de silicona ya curados. Los agentes reticulantes utilizados en los sistemas de curado por condensación suelen ser silanos de alcoxi, acetoxi, éster, enoxi u oxima, como el metil trimetoxisilano para sistemas de curado alcoxi y el metil triacetoxisilano para sistemas de curado acetoxi. En muchos casos, se añade un catalizador de condensación adicional para curar completamente el sistema RTV y obtener una superficie libre de pegajosidad. En los sistemas de curado alcoxi se utilizan catalizadores de organotitanato, como los tetraalcoxi titanatos o los titanatos quelados. En los sistemas de curado oxixi se pueden utilizar catalizadores de estaño, como el dilaurato de dibutilestaño (DBTDL). La condensación de acetoxiestaño es una de las químicas de curado más antiguas utilizadas para el caucho de silicona, y es la que se utiliza en los selladores domésticos para baños . Dependiendo del tipo de molécula desprendida, es posible clasificar los sistemas de silicona como ácidos, neutros o alcalinos. ^{[ 4 ]}

Los sistemas de condensación de dos componentes empaquetan el agente reticulante y el catalizador de condensación juntos en un componente, mientras que el polímero y cualquier carga o pigmento se encuentran en el segundo. La mezcla de ambos componentes provoca el curado. Una carga típica es la sílice pirogénica, también conocida como sílice fumada, que se utiliza para controlar las propiedades de flujo del sellador. ^{[ 5 ]}

Una vez curados por completo, los sistemas de condensación son eficaces como selladores y masillas en fontanería y construcción, así como moldes para la fundición de resinas de poliuretano, epoxi y poliéster, ceras, yeso y metales de bajo punto de fusión como el plomo. Suelen ser muy flexibles y presentan una alta resistencia al desgarro. No requieren el uso de un agente desmoldante, ya que las siliconas tienen propiedades antiadherentes.

El curado con peróxido se utiliza ampliamente para el curado del caucho de silicona. El proceso de curado deja subproductos, que pueden ser problemáticos en aplicaciones médicas y en contacto con alimentos. Sin embargo, estos productos suelen tratarse en un horno de postcurado, lo que reduce considerablemente su contenido de productos de degradación del peróxido. Uno de los dos principales peróxidos orgánicos utilizados, el peróxido de dicumilo , tiene como principales productos de degradación la acetofenona y el 2-fenil-2-propanol . El otro es el peróxido de 2,4-diclorobenzoilo, cuyos principales productos de degradación son el ácido 2,4-diclorobenzoico y el 1,3-diclorobenceno . ^{[ 6 ] [ 7 ]}

El caucho orgánico posee una estructura de carbono-carbono que lo hace susceptible al ozono , la radiación UV , el calor y otros factores de envejecimiento que el caucho de silicona resiste bien. Esto convierte al caucho de silicona en uno de los elastómeros preferidos en muchos entornos extremos. Sin embargo, la silicona es considerablemente más permeable a los gases que la mayoría de los demás cauchos, lo que limita su uso en ciertas áreas.

El caucho de silicona es altamente inerte, no reacciona con la mayoría de los productos químicos y no participa en procesos biológicos, lo que permite su uso en numerosas aplicaciones médicas, incluidos los implantes médicos . Es biocompatible e hipoalergénico , lo que lo hace adecuado para productos de cuidado infantil y para el contacto con alimentos en general. El caucho de silicona es una solución fiable (a diferencia del caucho y los elastómeros termoplásticos ) para problemas de migración o interacción entre los principales ingredientes activos. Su estabilidad química evita que afecte a cualquier sustrato con el que esté en contacto (piel, agua, sangre, ingredientes activos, etc.). ^{[ 15 ]}

Para fabricar silicona, los átomos de silicio deben aislarse del compuesto de dióxido de silicio, sílice . Esto se logra calentando grandes volúmenes de arena de cuarzo a temperaturas extremadamente altas, a menudo hasta 1800  °C. A partir de ahí, existen varios procesos donde el silicio se combina con cloruro de metilo y se calienta. Luego se destila en un siloxano polimerizado conocido como polidimetilsiloxano . El polidimetilsiloxano puede luego polimerizarse . Esto se hace utilizando una variedad de técnicas dependiendo del uso del producto final. ^{[ 16 ]} El compuesto de silicona crudo se combina con los aditivos deseados, que pueden incluir pigmentos y el catalizador. Luego se moldea por inyección , se extruye o se imprime en 3D . El curado es la etapa final en el proceso de producción.

Los polisiloxanos se diferencian de otros polímeros en que sus cadenas principales constan de unidades Si–O–Si en lugar de unidades C–C. Los grandes ángulos y longitudes de enlace hacen que los polisiloxanos sean más flexibles que los polímeros básicos como el polietileno . La unidad de cadena principal AC–C tiene una longitud de enlace de 1,54  Å y un ángulo de enlace de 112°, mientras que una unidad de cadena principal Si–O tiene una longitud de enlace de 1,63  Å y un ángulo de enlace de 130°. Los segmentos de polímero en los polisiloxanos pueden moverse más lejos y cambiar de conformación fácilmente, lo que da como resultado un material flexible. Los polisiloxanos tienden a ser más estables y menos reactivos químicamente porque se requiere más energía para romper el enlace silicio-oxígeno . Aunque el silicio es un congénere del carbono, con la misma configuración de enlace electrónico, los análogos de silicio de los compuestos carbonáceos generalmente exhiben propiedades diferentes. La diferencia en la carga total y la masa entre el carbono, con 6 protones y 6 neutrones, y el silicio, con 14 protones y 14 neutrones, provoca una capa adicional de electrones, cuyo efecto de apantallamiento modifica la electronegatividad entre ambos elementos. Por ejemplo, el enlace silicio-oxígeno en los polisiloxanos es significativamente más estable que el enlace carbono-oxígeno en el polioximetileno , un polímero estructuralmente similar. Esta diferencia se debe en parte a la mayor energía de enlace , la energía necesaria para romper el enlace Si-O, y también a que el polioximetileno descompone el formaldehído , que es volátil y escapa impulsando la descomposición, mientras que los productos de descomposición de la silicona que contienen silicio son menos volátiles. ^{[ 17 ]}

Una vez mezclado y coloreado, el caucho de silicona se puede extruir en tubos, tiras, cordones sólidos o perfiles personalizados según las especificaciones del fabricante. Los cordones se pueden unir para formar juntas tóricas y los perfiles extruidos para crear sellos.

El caucho de silicona se puede moldear en formas y diseños personalizados. Los fabricantes trabajan para establecer tolerancias estándar en la industria al extruir, cortar o unir perfiles de caucho de silicona. En el Reino Unido, esta norma es la BS 3734; para extrusiones, el nivel más estricto es E1 y el más amplio es E3.

El caucho de silicona se puede imprimir en 3D (modelado por deposición líquida, LDM) utilizando sistemas de extrusión con bomba y boquilla. Desafortunadamente, las formulaciones estándar de silicona están optimizadas para su uso en máquinas de extrusión y moldeo por inyección, y no son aplicables a la impresión 3D basada en LDM. Es necesario ajustar el comportamiento reológico y el tiempo de vida útil . ^{[ 20 ]}

La impresión 3D también requiere el uso de un material de soporte extraíble que sea compatible con la goma de silicona.

El caucho de silicona líquida también se fabrica para aplicaciones en ciencias de la vida (pistones de jeringas, cierres para sistemas de dispensación, juntas para reguladores de flujo intravenoso, mascarillas respiratorias y cámaras implantables para administración intravenosa), productos cosméticos (cepillos de rímel, envases de maquillaje, aplicadores de maquillaje y moldes de pintalabios) y productos ópticos (lentes circulares, colimadores , lentes de Fresnel y lentes de forma libre). ^{[ 21 ]}

Los paneles solares de calentamiento de agua resistentes a la congelación aprovechan la elasticidad de la silicona para adaptarse repetidamente a la expansión del agua al congelarse, mientras que su tolerancia a temperaturas extremas evita la fragilidad por debajo del punto de congelación y ofrece una excelente resistencia a temperaturas superiores a 150 °C (300 °F) . Su propiedad de no tener una estructura de carbono, sino una estructura de silicio químicamente robusta, reduce su potencial como fuente de alimento para bacterias peligrosas transmitidas por el agua, como la Legionella .  

La cinta de caucho de silicona sin teñir con un aditivo de óxido de hierro (III) (que le confiere un color rojo anaranjado) se utiliza ampliamente en aplicaciones de cableado aeronáutico y aeroespacial como cinta de empalme o envoltura debido a su naturaleza no inflamable. El aditivo de óxido de hierro aumenta su conductividad térmica, pero no altera la elevada propiedad de aislamiento eléctrico del caucho de silicona. Este tipo de cinta autoamalgamante se fusiona consigo misma, de modo que al estirarse y enrollarse alrededor de cables, empalmes eléctricos, mangueras y tuberías, se adhiere formando una capa elástica, resistente, sin costuras, aislante eléctricamente e impermeable, aunque no adhesiva. Como aislante eléctrico, el caucho de silicona tiene la ventaja adicional de permanecer no conductor al dañarse por el calor, lo que reduce la probabilidad de arcos eléctricos incontrolados.

Mediante la adición de carbono u otra sustancia conductora como relleno en polvo, el caucho de silicona puede hacerse conductor de electricidad conservando la mayoría de sus propiedades mecánicas. Por ello, se utiliza en contactos flexibles que se cierran al presionarlos, presentes en numerosos dispositivos como teclados de ordenador y mandos a distancia .

El caucho de silicona se utiliza como aislante eléctrico en cables de potencia y empalmes de cables. ^{[ 19 ] [ 22 ]} Los cables con aislamiento de silicona son ventajosos porque pueden soportar temperaturas de −90 a 200 °C (−130 a 390 °F) y son altamente flexibles. Estas propiedades los hacen adecuados para mantener la integridad del circuito en caso de incendio. ^{[ 23 ]}