Silicones - Fórmula, Estrutura, Propriedades e Aplicações

Introdução

Os silicones são uma classe única de materiais sintéticos que combinam as propriedades de compostos orgânicos e inorgânicos. Sua versatilidade e estabilidade os tornam indispensáveis em várias indústrias. Este blog explora a fórmula, estrutura, propriedades e amplas aplicações de silicones.

Fórmula de silicones

Os silicones são geralmente representados pela fórmula (R2SiO)n, onde "R" significa grupos orgânicos como metilo, etilo ou fenilo. A espinha dorsal de silício-oxigênio dá aos silicones suas propriedades únicas, enquanto os grupos orgânicos determinam suas características específicas.

Estrutura dos silicones

A estrutura fundamental dos silicones consiste em uma unidade repetida de siloxano (−R2Si−O−SiR2−). Esta espinha dorsal de silício-oxigênio é flexível e pode formar estruturas lineares, cíclicas ou cruzadas. Os grupos orgânicos ligados aos átomos de silício variam, levando a diferentes tipos de silicones:

• Silicones lineares: Estes têm uma estrutura de cadeia reta, comumente usados em lubrificantes e fluidos hidráulicos.
• Silicones cíclicosEstes formam estruturas de anel, muitas vezes encontradas em produtos de cuidados pessoais como xampus e condicionadores.
• Silicones transversalmente ligados: Estes têm uma estrutura de rede tridimensional, ideal para aplicações de alta resistência, como selantes e adesivos.

Propriedadesde silicones

Os silicones são conhecidos pelas suas propriedades excepcionais, que os tornam adequados para uma ampla gama de aplicações:

• Estabilidade térmicaOs silicones podem suportar temperaturas extremas, variando de -60°C a +300°C, sem se degradar. Esta propriedade é crucial para aplicações nas indústrias automotiva e aeroespacial.
• Hidrofobicidade: Os silicones repelem a água, tornando-os ideais para aplicações de impermeabilização na construção e na eletrônica.
• Flexibilidade: Os silicones permanecem flexíveis em uma ampla faixa de temperaturas, o que é essencial para aplicações que exigem materiais duráveis, mas flexíveis, como tubos médicos.
• Isolação elétrica: Os silicones são excelentes isolantes, tornando-os essenciais na fabricação de cabos, conectores e outros componentes elétricos.
• Resistência química: Os silicones resistem a muitos produtos químicos, incluindo ácidos e bases, o que é vital para aplicações em ambientes químicos hostis.

Quais são osAplicações de silicones- O quê?

As propriedades únicas dos silicones tornam-nos adequados para uma ampla gama de aplicações em várias indústrias:

Médico:Os silicones são amplamente utilizados no campo médico devido à sua biocompatibilidade, flexibilidade e estabilidade.

• Lentes de contacto de hidrogel de silicone: Permitem que mais oxigénio passe para a córnea, aumentando o conforto dos utilizadores.Revista de Pesquisa e Ciência de Lentes de ContactoAs lentes de hidrogel de silicone fornecem até 5 vezes mais permeabilidade ao oxigénio do que as lentes de hidrogel convencionais.
• Implantes de siliconeImplantos mamários de silicone, por exemplo, têm uma taxa de ruptura mais baixa em comparação com os implantes salinos.Sociedade Americana de Cirurgiões PlásticosIndicam que os implantes de silicone são preferidos por 84% dos doentes.
• Tubos médicosO silicone é usado em cateteres e sistemas de administração de medicamentos devido à sua flexibilidade e biocompatibilidade. Os cateteres de silicone são preferidos em muitos procedimentos médicos, pois são menos propensos a causar reações alérgicas em comparação com os cateteres de látex.

Automóveis:Os silicones são empregados na indústria automotiva por sua durabilidade, resistência a condições extremas e versatilidade.

• Obturadores e selosProporcionam selos de longa duração que podem suportar temperaturas e pressões extremas. As guarnições de silicone são usadas em componentes do motor para garantir selos apertados e evitar vazamentos.
• LubrificantesOs lubrificantes à base de silicone são usados em vários componentes automotivos por causa de sua estabilidade e desempenho. Eles são comumente usados em sistemas de freio e na lubrificação de fechaduras e dobradiças de portas.
• Botas de vela de ignição: A borracha de silicone é utilizada pela sua elevada resistência dielétrica e resistência ao calor, garantindo um desempenho fiável no sistema de ignição.

Eletrônicos:Na eletrônica, os silicones são essenciais em materiais isolantes, adesivos e revestimentos devido às suas propriedades de isolamento elétrico.

• Materiais isolantesIsolamento de silicone: Usado em cabos, conectores e outros componentes para fornecer isolamento elétrico. O isolamento de silicone garante que os cabos e fios possam operar com segurança em ambientes de alta temperatura.
• Revestimentos conformes: Os revestimentos de silicone protegem as placas de circuito da umidade, poeira e outros fatores ambientais. Esses revestimentos garantem a longevidade e confiabilidade dos dispositivos eletrônicos.
• Encapsulantes: Os encapsulantes de silicone protegem os componentes eletrónicos contra tensões mecânicas e danos ambientais.Semanário de eletrônicaMostra que os encapsulantes de silicone podem prolongar a vida útil dos dispositivos eletrônicos em até 30%.

Construção:Os silicones são usados na construção por sua resistência às intempéries, durabilidade e flexibilidade.

• Produtos de vedaçãoUsado em aplicações de vidro e impermeabilização para fornecer selos duráveis e flexíveis. Os selantes de silicone são comumente usados para selar juntas em edifícios e pontes, garantindo proteção duradoura contra a infiltração de água.
• Adesivos: Os adesivos de silicone ligam vários materiais, incluindo vidro, metal e plásticos. Esses adesivos são cruciais na montagem de fachadas de edifícios e instalações de janelas.
• Revestimentos: Os revestimentos à base de silicone protegem as superfícies do desgaste, da corrosão e da radiação UV. Estes revestimentos são usados nos exteriores dos edifícios para melhorar a durabilidade e a aparência.

Produtos de consumo:Os silicones são encontrados em uma variedade de produtos de consumo por sua natureza não tóxica e flexível.

• Cuidados PessoaisEncontrado em xampus, condicionadores e produtos de cuidados com a pele por suas propriedades condicionantes. Silicones como dimeticone criam uma sensação suave e sedosa na pele e no cabelo.
• Ferramentas de cozinha: Moldes de silicone, tapetes de assar e utensílios são populares por suas propriedades antiaderentes e resistência ao calor. Os utensílios de assar de silicone são seguros para microondas e lavador de pratos, tornando-se uma escolha conveniente para cozinheiros domésticos.
• Produtos têxteis: Os amaciadores de silicone melhoram a suavidade e a sensação dos tecidos.Amolecedores de siliconeOs revestimentos de silicone também são usados em tecidos para torná-los repelentes à água e duráveis.

Aeroespacial:Os silicones desempenham um papel crucial na indústria aeroespacial devido à sua estabilidade e confiabilidade a altas temperaturas.

• Sistemas de protecção térmicaUsado em naves espaciais para proteger contra temperaturas extremas durante a reentrada. Os silicones ajudam a isolar e proteger componentes críticos do calor intenso.
• Selos e guarnições: Fornecer selos fiáveis em motores de aeronaves e outros componentes críticos, garantindo a segurança e o desempenho em grandes altitudes.

Energia:Os silicones contribuem para o sector da energia, aumentando a eficiência e a durabilidade de vários componentes.

• Painéis solares: Os materiais de silicone são utilizados na encapsulagem de células fotovoltaicas para proteger contra danos ambientais. Os selantes de silicone asseguram que os painéis solares permanecem impermeáveis e duráveis.
• Turbinas eólicas: Selantes e revestimentos de silicone protegem as lâminas da turbina do desgaste e do desgaste, melhorando a sua longevidade e desempenho.

Alimentos e Bebidas:Os silicones são seguros para uso em aplicações de alimentos e bebidas devido à sua inerteza e conformidade com os padrões de segurança.

• Produtos para fornoOs utensílios de panificação de silicone são populares por suas propriedades antiaderentes e resistência ao calor. Os moldes de silicone e os tapetes de panificação são usados em cozinhas profissionais e domésticas por sua facilidade de uso e limpeza.
• Selos e guarniçõesUsados em equipamentos de processamento de alimentos por sua inerteza e conformidade com os padrões de segurança alimentar. Os selos de silicone garantem que os equipamentos de processamento de alimentos funcionem de forma higiênica e eficiente.

Industriais:Os silicones são usados em aplicações industriais por sua estabilidade a alta temperatura, baixo atrito e durabilidade.

• Lubrificantes e graxasOs lubrificantes à base de silicone são usados em máquinas por sua estabilidade a alta temperatura e baixo atrito. Esses lubrificantes reduzem o desgaste das peças móveis, estendendo a vida útil dos equipamentos industriais.
• Agentes de libertação de bolor: Os silicones são utilizados para evitar a aderência nos processos de moldagem, assegurando a libertação suave das peças moldadas e reduzindo os defeitos.

Têxteis:Os silicones melhoram o desempenho e a sensação dos produtos têxteis.

• Revestimentos: Os revestimentos de silicone são aplicados aos tecidos para torná-los repelentes à água e duráveis. Estes revestimentos são usados em equipamentos de exterior e roupas de proteção para melhorar o desempenho em condições adversas.
• Agentes amolecedores: Os silicones são usados para amolecer os tecidos e melhorar a sua sensação, tornando as roupas mais confortáveis de usar.

Papel e película:Os silicones melhoram o desempenho de produtos de papel e filme.

• Revestimentos de libertação: Os revestimentos de liberação de silicone são aplicados ao papel e ao filme para evitar a aderência e melhorar o manuseio. Esses revestimentos são usados em rótulos, fitas e materiais de embalagem para garantir o processamento e a aplicação suaves.

Principais diferenças entre o silicone e outros polímeros

Os polímeros de silicone se destacam de outros polímeros principalmente devido à sua estrutura química única, enquanto a maioria dos polímeros comuns, como o polietileno ou o poliestireno, tem uma espinha dorsal baseada em carbono, os silicones são baseados em uma espinha dorsal de silício-oxigênio (SiO-Si) com grupos orgânicos, como metilo ou fenil, ligados aos átomos de silício.

Outra diferença chave é a resistência química: os silicones são notavelmente resistentes à água, oxigênio, ozônio e muitos produtos químicos, tornando-os adequados para vários ambientes hostis; outros polímeros exibem uma ampla gama de resistência química, com alguns sendo vulneráveis à degradação quando expostos a certas substâncias; a biocompatibilidade é outra área em que os silicones se destacam; eles são frequentemente usados em dispositivos médicos e implantes devido à sua não-reatividade com tecidos biológicos.

Síntese de silicones em processos industriais

A síntese industrial de silicones geralmente começa com a hidrólise e a condensação de clorosilanos, como o dimetildiclorosilano. Durante este processo, os clorosilanos são hidrolizados para formar silanóis, que então se condensam para produzir polímeros de siloxano. A polimerização é então realizada usando catalisadores, muitas vezes à base de platina, para controlar a reação e alcançar a estrutura polimérica desejada.

Para borracha de silicone, a ligação cruzada é um passo essencial, que envolve o uso de agentes de vulcanização ou cura, como peróxidos ou catalisadores de platina, para vincular as cadeias de polímeros, melhorando suas propriedades mecânicas; a capacidade de afinar esses processos permite que os fabricantes criem silicones com características específicas adaptadas a diferentes aplicações, de selos flexíveis a revestimentos duráveis.

Propriedades Únicas dos Silicones

Os silicones possuem uma série de propriedades únicas que os tornam versáteis em inúmeras aplicações. Uma de suas características destacadas é sua capacidade de permanecer estável e funcional em uma ampla faixa de temperatura, de -60 ° C a 300 ° C. Essa estabilidade térmica, combinada com sua flexibilidade e elasticidade inerentes, garante que os silicones mantenham seu desempenho em condições variadas.

Suas propriedades de isolamento elétrico também são notáveis, com silicones fornecendo excelente desempenho dielétrico, tornando-os ideais para isolamento elétrico. Além disso, os silicones são altamente resistentes à radiação UV e ozônio, o que contribui para sua durabilidade em aplicações ao ar livre.

Papel dos silicones na indústria aeroespacial

Na indústria aeroespacial, os silicones desempenham um papel crucial devido às suas propriedades excepcionais. Eles são usados em sistemas de proteção térmica para naves espaciais, alavancando sua alta estabilidade térmica para fornecer isolamento contra temperaturas extremas. Os silicones também oferecem soluções confiáveis de selagem e ligação para componentes de aeronaves e naves espaciais, mantendo integridade sob as rigorosas condições de alta altitude e viagens espaciais.

Os revestimentos de silicone protegem as superfícies de danos ambientais, incluindo radiação UV, umidade e produtos químicos, o que é vital para a longevidade do equipamento aeroespacial. Além disso, a flexibilidade dos silicones garante que os selos e juntas mantenham seu desempenho em ambientes dinâmicos, acomodando movimentos e mantendo selos herméticos.

Contribuição dos silicones para a eficiência dos painéis solares

Os silicones contribuem significativamente para a eficiência e durabilidade dos painéis solares. Eles são usados para encapsular as células solares, protegendo-as de umidade, poeira e danos mecânicos, aumentando assim a vida útil dos painéis. A clareza óptica dos silicones garante a máxima transmissão de luz para as células solares, o que é crucial para otimizar a conversão de energia.

Na construção de painéis solares, os silicones servem como adesivos e selantes, assegurando componentes e fornecendo selos duráveis que resistem à exposição ambiental; sua flexibilidade permite acomodar a expansão e contração térmica dos componentes dos painéis solares, evitando estresse e danos potenciais; essas propriedades tornam os silicones indispensáveis para garantir o desempenho e a confiabilidade a longo prazo dos painéis solares.

Conclusão

Os silicones são uma parte vital da tecnologia moderna e da vida cotidiana. Sua combinação única de propriedades os torna insubstituíveis em muitas aplicações, desde dispositivos médicos até componentes automotivos e eletrônicos. Entender a fórmula, estrutura, propriedades e aplicações dos silicones ajuda a apreciar sua importância em vários campos.

Aproveitando a versatilidade dos silicones, as indústrias podem desenvolver soluções inovadoras que melhoram o desempenho, a durabilidade e a segurança.Seja em dispositivos médicos de alta tecnologia ou em produtos de consumo cotidianos, os silicones continuam a revolucionar a forma como vivemos e trabalhamos.

Para mais informações sobre como os silicones são usados em produtos domésticos e de vida, consulteAmolecedores de siliconeNão, não, não.