Silikona

Silikona moldea(urdina)

Silikona inplanteak

Silikona polimero ez-organikoa da, polisiloxanotik eratorritako silizio- eta oxigeno-atomoak katean txandaka dituena.

Deribatu organosilizikoen adar garrantzitsuena dira. Polimeroen funtsezko ezaugarria da silizio-karbono loturaz gain, silizio-oxigeno lotura dutela molekulan, eta horrek silikona izena ematen dio. Gainera, molekularen pisuaren eta polimerizazio-mailaren arabera, silikonak fluidoak, kautxuak, erretxinak edo gantzak izan daitezke. Polimeroak zuzenak edota gurutzatuak izan daitezke.

Usaingabea eta koloregabea da. Tenperatura altuetan geldoa eta egonkorra da eta, beraz, industrian  aplikazio ugarirako erabil daiteke, hala nola lubrifikatzaileetan, itsasgarrietan eta moldeetan, baita medikuntzan ere, besteak beste, protesi balbularretan, bihotz-protesietan eta bularren inplanteetan.

Historia

1824an, Jöns Jacob Berzelius kimikari suediarrak silizearen egitura frogatu zuen eta silizioa isolatu zuen. Horretarako, Antoine Lavoisier kimikari frantsesaren oxido metalikoei buruzko hipotesian oinarritu zen eta Humphry Davy kimikari ingelesaren lanak baliatu zituen. Berzeliusek SiCl₄, silizio tetrakloruroa, lortu zuen, eta ondoren, 1863 eta 1866 artean, Charles Friedel frantziarrak eta James Crafts estatubatuarrak silizio-karbonoaren lehen konposatuak prestatu zituzten, zink dietiloa silizio tetrakloruroarekin erreakzionaraziz.

Hala ere, silizio-karbonoaren interesa jaitsi egin zen, XX. mendearen hasieran Frederic Stanley Kipping kimikari ingelesak silikonaren polimeroak aurkitu zituen arte. Kipping elementu estereoisomerikoak bilatzen ari zen, fluido hidraulikoekin bateragarri izango zen kautxu sintetikoa lortzeko, eta gainera, ura uxatzeko gai izango zena. Gerra garaian, gerra-industriarako erabilgarria izango ziren material arinagoak eta lubrifikatzaile hobeak sortzeko modua aurkitzea zuen helburu.

1903tik aurrera, Kippingek teknika berriak bilatzen lan egin zuen silizioan oinarritutako konposatu organikoen barietate bat sintetizatzeko. Substantzia berri horiei "silikona" deitu zien, eta 1930etik aurrera hasi ziren industrialki ekoizten.

Karbono-konposatuen propietateak silizio-konposatuekin konbinatu nahian, silikonak asmatu zituen, 1938an, James Franklin Hyde Corning Inc. enpresako (AEB) ikerlariak. Dow Corning enpresa 1943an sortu zen, eta silikonak hainbat produktutarako bidea ireki zuen: erretxinak, bernizak, elastomeroak, baita erabilera ugaritarako ere, Kippingek inoiz pentsatu ezin izan zituenak.

Ezaugarriak

Silikonaren ezaugarriak hurrengoak dira:

• Tenperatura tarte zabalean erresistentea da (–60 eta 250 °C bitartean).
• Aire zabalean, ozonoaren, erradiazioaren eta hezetasunaren aurrean erresistentea da.
• Suaren aurkako erresistentzia ona du.
• Isolatzaile gisa, propietate elektriko bikainak ditu.
• Konpresio bidezko deformazioari aurre egiteko gaitasuna handia du.
• Elikadura eta osasunerako egokia da.
• Hedatzeko gaitasuna du.
• Gasarekiko iragazkorra da.
• Bizi-iraupen luzea du.
• Ura uxatzeko eta estankotasun-junturak eratzeko gaitasuna du, nahiz eta silikonak ez diren guztiz hidrofoboak.

Erabilerak

Moldakortasuna dela eta, egunero kontsumitzen diren hainbat produktutan erabili da. Horietakoak dira ilerako lakak, ezpainetakoak, eguzki-babesgarriak eta krema hezegarriak. Erreaktibotasun txikia duenez, farmazia-industrian asko erabili izan da kapsulak egiteko, sendagai batzuk irenstea errazte aldera. Xiringen eta botilen barne-gainazalean lubrifikatzaile gisa erabili ohi den substantzia da, odolaren deribatuak eta zain barneko sendagaiak kontserbatzeko. Taupada-markagailuek, bihotz-balbulek eta Norplant-ek silikonazko estaldurak erabiltzen dituzte. Gailu inplantagarri batzuk silikonaz ere eginda daude, hala nola artikulazio artifizialak (belaunak, aldakak), kimioterapiarako edo hidrozefaliarako kateterrak, drainatze-sistemak eta inplanteak.

Talde hauek antola daitezke:

Sukaldaritza

• Silikona elikagaiekin kontaktua behar denean erabil daiteke, ez da toxikoa eta usaingabea da.
• Laberako eta sukaldeko tresnetan erabiltzen da.
• Beroa jasaten duten heldulekuetan isolatzaile gisa erabiltzen da.

Automozio-industria

• Silikonazko koipea lubrifikatzaile gisa erabiltzen da normalean balaztaren osagaietarako.
• Bujien kableak silikonazko geruza ugariz isolatuta daude eta silikonazko konposatuak estaldura eta zigilatzaile gisa erabiltzen dira aire-poltsetarako.

Medikuntza

• Gel-formak zenbait erabilera ditu medikuntzan; esaterako, bendaje eta aposituak, sinu-inplanteak, barrabil-inplanteak, bular-inplanteak, ukipen-lenteak eta besteak beste.

Elektronika

• Osagai elektronikoak silikonaz bilduta egoten dira batzuetan, talka mekaniko eta elektrikoaren, erradiazioaren eta bibrazioaren aurkako egonkortasuna handitzeko.

Iturgintza eta eraikuntza

• Eraikuntza-industrian silikonazko zigilatzaileak eta masillak daude. Iturgintzan, silikonazko gantza txorrotei eta balbulei aplikatzen zaie, metalari karea itsastea saihesteko.

Kimika

Sintesia

Polidimetilsiloxanoaren estruktura kimikoa

Polidimetilsiloxanoz egindako materialak dira ohikoenak, dimetildiklorosilanoaren hidrolisitik eratorriak direlako. Dikloruro horrek honela erreakzionatzen du urarekin:

${\ce {nSi(CH3)2Cl2 + nH2O[Si(CH3)2O]n + 2nHCl}}$

Polimerizazioak, normalean, Si−Cl edo Si−OH (silanola) taldeak dituzten kate linealak sortzen ditu. Hala ere, zenbait baldintzatan, polimeroa ziklikoa izan daiteke, kate baten ordez.

Kontsumo-aplikazioetarako, adibidez koliletarako, sililo-azetatoak erabiltzen dira sililo-kloruroen ordez. Azetatoen hidrolisiak arrisku txikiagoko azido azetikoa (ozpinean dagoen azidoa) sortzen du, ontze-prozesu geldoago baten erreakzio-produktu gisa. Kimika hori askotan erabiltzen da kontsumorako aplikazioetan; esaterako, silikonazko hidrofugoetan eta itsasgarrietan.

${\ce {n Si(CH3)2(CH3COO)2 + n H2O[Si(CH3)2O]n + 2n CH3COOH}}$

Adarrak edo lotura gurutzatuak sar daitezke polimeroen katean, talde alokatu gutxiago dituzten organosilikona aitzindariak erabiliz, hala nola metiltriklorosilanoa eta metiltrimetoxisilanoa. Idealean, konposatu horien molekula bakoitza adarkatze puntu bihurtzen da. Prozesu hori silikonazko erretxina gogorrak ekoizteko erabil daiteke. Era berean, hiru metilo talde dituzten aitzindariak pisu molekularra mugatzeko erabil daitezke, molekula bakoitzak gune erreaktibo bakarra duelako eta, horrela, siloxano-katearen amaiera osatzen duelako.

Erreketa

Silikona airean edo oxigenoan erretzen denean, silize solido bat (silizio dioxidoa, SiO₂) eratzen du, hala nola hauts zuria, ikatza eta zenbait gas. Erraz sakabanatzen den hautsari silize-kea esaten zaio batzuetan. Atmosfera geldo baten azpian, zenbait polisiloxanoren pirolisia bide baliotsua da siliziozko oxikarburozko zeramika amorfoa (polimeroen zeramika eratorria ere deitzen zaio ) ekoizteko. Binilo, merkapto edo akrilato taldeak bezalako ligando funtzionalekin amaitutako polisiloxanoak gurutzatu egin dira polimero aurrekamerikoak ekoizteko, eta horiek fotopolimerizatu egin daitezke, polimeroetatik eratorritako zeramikak gehikuntzaz fabrikatzeko estereolitografia teknikak erabiliz.

Propietateak

Silizioaren eta oxigenoaren konposizio kimikoa dela-eta, silikonak malguak eta leunak dira ukitzean; ez dute zikintzen, ez dira higatzen, ez dira zahartzen, ematen dieten erabileraren aurrean erresistenteak dira, ez dute kutsatzen, formak har ditzakete eta koloretan tindatu daitezke. Eroankortasun termiko txikia dute eta erreaktibotasun kimiko txikia, ez dira bateragarriak hazkunde mikrobiologikoarekin, ez dira toxikoak, erresistentzia dute oxigenoaren, izpi ultramoreen erradiazioaren eta ozonoaren aurrean, eta oso iragazkorrak dira gasekiko 25 ° C-ko giro-tenperaturan.

• Propietate mekanikoak

70 kg/cm²-ko trakzioaren aurreko erresistentzia, batez besteko %400eko elongazioarekin. Balio horiek mantentzen ditu muturreko tenperaturen esposizio luzeen ondoren ere.

• Propietate elektrikoak

Malgua, elastikoa eta isolatzailea da, eta propietateak muturreko tenperaturatan mantentzen ditu, beste material batzuek jasango ez lituzketen lekuetan.

• Biobateragarritasuna

Malgua, elastikoa eta isolatzailea da, eta bere propietateak muturreko tenperaturatan mantentzen ditu, beste material batzuek jasango ez lituzketen lekuetan.

• Erresistentzia kimikoa

Portaera ona dute agente kimiko gehienekin, baina koipeek eta disolbatzaileek eraso egiten diete. Silikonak kimiko batzuei eusten die, barne direla azido batzuk, oxidatzaile kimikoak, amoniakoa eta alkohol isopropilikoa. Silikona puztu egiten da poloak ez diren disolbatzaileen (bentzenoa eta toluenoa) eraginpean jartzen denean.

Konposizioa

Silikonazko polimeroak silanolen arteko kondentsazioaren bidez sortzen dira, eta silizio haluroen hidrolisiarekin lortzen dira. Silizio atomoak ordezkatzaile organiko batekin edo gehiagorekin elkartu daitezke, hainbat propietate eta aplikazio dituzten konposatuak sortzeko.

Silikonaren konposizio kimikoa

Siloxanoen egitura ezberdinak lor daitezke R taldearen arabera. Bi silikona mota nagusi daude, konposizioari eta polimerizazio-metodoari dagokienez:

• Kondentsazio bidezko polimerizazioa
• Adizio bidezko polimerizazioa

Bi moten arteko alde nagusia da kondentsazio bidezko polimerizazioan azpiproduktuak (alkohola) sortzen direla; adizio bidezko polimerizazioan, berriz, ez.

Gainera, adizio bidezko silikonak, azpiprodukturik sortzen ez dutenez, dimentsio-egonkortasun handiena duten elastomeroak dira. Hala ere, haien kostua altuagoa izaten da, konposizioan platinoa edo paladioa erabiltzen baita, horrek itxura hobea eta positiboagoa ematen duelako.

Kondentsazio bidezko silikonak:

Kondentsaziozkoak dira, etanola azpiproduktu gisa sortzen delako.

Osagaiak

1. Polimeroa: Polidimetil siloxanoa, hidroxilo talde terminalarekin
2. Aktibatzailea (katalizatzailea): Estainoko oktanoatoa
3. Material betegarria: Silize koloidala
4. Kate-gurutzatzailea: Azido alkilikoa
5. Plastifikatzailea: Dibutil ftalatoa
6. Koloratzailea: Gehigarri bat

Ezaugarriak

• Katalizatzaileak: 2 eta 4
• Oinarriak: 1 eta 3

Abantailak	Desabantailak
Ez du zapore edo usain desatseginik.	Egonkortasun dimentsional eskasa
Deformazioaren ondoren berreskurapen bikaina.	Ia berehala hustu behar da (20-30 minutu) elastikotasuna berreskuratu dezan eta gogortu dadin
Urraduretarako erresistentzia ona.	Hidrofobikoa
Lan-denboraren eta polimerizazioaren doikuntza malgua.	Eskuz nahastu behar da espatula erabiliz
Prezio merkeagoak.	Iraungitze-denbora laburra

Adizio bidezko silikonak:

Adizio bidezkoak dira, ez baitute azpiprodukturik sortzen; H₂ askatzea baino ez da gertatzen, eta horrek ez du eraginik uzkurduran, soilik hustean.

Osagaiak

1. Polimeroa: Polibinil siloxanoa
2. Aktibatzailea (katalizatzailea): Azido kloroplatinikoa
3. Material betegarria: Silize koloidala
4. Kate-gurutzatzailea: Silanoa
5. Plastifikatzailea: Dibutil ftalatoa
6. Koloratzailea: Gehigarri bat

Abantailak	Desabantailak
Zehaztasun handia.	Garestiak dira.
Usain eta zapore atsegina.	Kutsatzaileen aurrean sentikorrak.
Egonkortasun dimentsional bikaina.	Polimerizazioan hidrogenoa askatzen da (lurrunkorra baita); ezin dira berehala hustu (1-24 ordu behar izaten dira).
Deformazioarekiko berreskurapen handia.
Erresistentzia ona desinfekzio-prozesuetan.
Automatikoki neurtzeko gailuetan erabilgarri; horrek proportzio zehatzak bermatzen ditu eta burbuilak saihesten ditu.
Hidrofilikoak.
Huste-denbora gutxienez ordubete igaro ondoren; H₂ askatuta egon arren, ez du igeltsuaren hustuketa eragiten.

Segurtasunari eta ingurumenari buruzko gogoetak

Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry-ren arabera, silikonak «ingurumen-organismoetan eragin kaltegarri nabarmenak» ditu. Biodegradagarriak badira ere, solidoek xurgatzen dituzte hondakin-urak tratatzeko instalazioetan.

Silikonazko konposatuak oso hedatuta daude ingurumenean. D₄ eta D₅ siloxano ziklikoak airearen eta uraren kutsatzaileak dira, eta ondorio kaltegarriak dituzte laborategiko animalien osasunean. Produktu kosmetiko askotan erabiltzen dira. Substantzia Kimikoen Europako Agentziak adierazi du D₄ substantzia iraunkorra, biometagarria eta toxikoa dela (PBT), eta D₅, berriz, oso iraunkorra eta biometagarria (vPvB). Beste silikona batzuk erraz biodegradatzen dira, eta prozesu hori bizkortzen dute hainbat katalizatzaileren— hala nola buztina— bidez. Silikona ez da polimero natural bat, eta, beraz, haren deskonposizioa askoz luzeagoa da.

Silikona ziklikoek silanolak agertzea eragiten dute ugaztunen biodegradazioan, eta silanodiolak eta silanotrioleak entzima hidrolitikoak inhibitzeko gai dira, hala nola termolisina eta azetilkolinesterasa. Hala ere, inhibiziorako behar diren dosiak handiagoak dira ziklometikona duten kontsumo-produktuekiko esposizio metatuaren ondoriozko magnitude-aginduak baino.

Oxigenoa 200 °C-ra (392 °F) duen atmosferan, polidimetilsiloxanoek formaldehido-arrastoak askatzen dituzte, baina polietilenoa bezalako material komun batzuek baino kopuru txikiagoak. Tenperatura horretan, silikonek olio mineralak eta plastikoek baino formaldehido gutxiago sortzen dute (3-48 μg CH₂O/(g·h) trinkotasun handiko silikonazko goma batentzat, eta 400 μg CH₂O/(g·h) plastikoentzat eta olio mineralentzat). 250 °C-an (482 °F), silikona guztiek formaldehido-kantitate handiak sortzen dituzte (1200-4600 μg CH₂O/(g·h)).

Erreferentziak

1. Frederick Kipping, L. L. Lloyd (1901). «XLVII.-Organic derivatives of silicon. Triphenylsilicol and alkyloxysilicon chlorides». J. Chem. Soc., Trans. 79: 449-459. doi:10.1039/CT9017900449.
2. James E. Mark; Harry R. Allcock; Robert West (24 de marzo de 2005). Inorganic Polymers. Oxford University. p. 155. ISBN 978-0-19-535131-6.
3. «Silicona, Propiedades, Historia, Química, Utiliza, Producción y comercialización, Seguridad y consideraciones ambientales». Lasaludfamiliar.com. Archivado desde el original el 11 de julio de 2019. Consultado el 2 de junio de 2021.
4. Moretto, Hans-Heinrich; Schulze, Manfred; Wagner, Gebhard (2005). "Silicones". Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Weinheim: Wiley-VCH. doi:10.1002/14356007.a24_057. ISBN 978-3527306732.
5. Additive manufacturing of ceramics from preceramic polymers: A versatile stereolithographic approach assisted by thiol-ene click chemistry. Additive Manufacturing, (2019) volume 27, pp. 80–90.
6. Bienkowski, Brian (30 April 2013). "Chemicals from Personal Care Products Pervasive in Chicago Air". Scientific American. Archived from the original on 20 June 2015. Retrieved 8 April 2015.
7. European Chemicals Agency. "Committee for Risk Assessment concludes on restricting D4 and D5". European Chemicals Agency. Retrieved 28 August 2018.
8. "ECHA classifies cyclic siloxanes as SVHCs". Food Packaging Forum Foundation. 25 June 2018. Retrieved 28 August 2018.
9. S. Varaprath, K. L. Salyers, K. P. Plotzke and S. Nanavati: "Identification of Metabolites of Octamethylcyclotetrasiloxane (D4) in Rat Urine", Drug Metab Dispos 1999, 27, 1267-1273.
10. S. M. Sieburth, T. Nittoli, A. M. Mutahi and L. Guo: Silanediols: a new class of potent protease inhibitors, Angew. Chem. Int. Ed. 1998, volume 37, 812-814.
11. M. Blunder, N. Hurkes, M. List, S. Spirk and R. Pietschnig: Silanetriols as in vitro AChE Inhibitors, Bioorg. Med. Chem. Lett. 2011, volume 21, 363-365.
12. Hard, Dave. "Dielectric Fluids for Transformer Cooling — History and Types". General Electric. Archived from the original on 2016-07-19.
13. David C. Timpe Jr. Formaldehyde Generation from Silicone Rubber Archived 2015-04-27 at the Wayback Machine Arlon

Kanpo estekak

• Datuak: Q146439
• Multimedia: Silicones / Q146439