Siliconi

I siliconi sono polimeri sintetici di policondensazione che presentano una molteplice varietà di forme e utilizzo. Inerti, resistenti al calore, sono usati come sigillanti, adesivi, lubrificanti, in applicazioni mediche, utensili da cucina e quali materiali isolanti. Nel polimero presenta una struttura in cui gruppi funzionali organici sono legati a una catena silicio-ossigeno:

siliconi

Il composto più semplice del silicio è il silano SiH4 che è il capostipite di una serie omologa ed è analogo all’alcano più semplice ovvero il metano CH4. La presenza di atomi di ossigeno nella catena siliconica viene indicata usando il nome di silossano classe di composti in cui si ripete il gruppo funzionale R2SiO dove R è un gruppo alchilico, arilico o un idrogeno.

I silossani hanno una catena principale, lineare o ramificata, in cui si alternano atomi di silicio e ossigeno –Si-O-Si-O- con catene laterali R legate al silicio. Se i gruppi legati al silossano sono gruppi fenilici, il silicone è detto polifenilsilossano e presenta l’unità ripetitiva:

difenilossano

lungo la catena.

I siliconi più usati sono quelli che presentano gruppi metilici. Le proprietà di tali polimeri come, ad esempio, la solubilità in solventi organici, l’idrofobicità e la flessibilità sono influenzate dalla presenza dei gruppi R presenti. La presenza di gruppi fenilici rende il polimero più flessibile e con maggior proprietà lubrificanti rispetto a quello in cui sono presenti gruppi metilici.

La struttura delle unità ripetitive dei siliconi è la seguente:

monomero silicone

in cui i gruppi R possono essere, ad esempio, il gruppo metil CH3-, fenil C6H5– , vinil CH2=CH-, trifluoropropil CF3CH2CH2

I siliconi si sintetizzano a partire dal silicio che viene ottenuto dalla riduzione del diossido di silicio  ad opera del carbonio;

SiO2(s)  + 2 C(s) → Si(s) + 2 CO(g)

Dopo l’ottenimento del silicio si procede con la sintesi dei clorosilani quali RSiCl3, R2SiCl2 e R3SiCl dove R è un gruppo alchilico o arilico. Ad esempio:

Si(s) + 2 CH3Cl(g) → (CH3)2SiCl2(g)

Tale reazione avviene facendo passare clorometano sul silicone riscaldato alla temperatura di circa 280 °C in presenza di rame quale catalizzatore. Il distillato è costituito dai clorosilani CH3SiCl3, (CH3)3SiCl e in massima parte da (CH3)2SiCl2. Il dimetilclorosilano, ottenuto per distillazione, viene idrolizzato secondo la reazione:

(CH3)2SiCl2 + 2 H2O → (CH3)2Si(OH)2  + 2 HCl

Si ottiene il dimetildisianolo molecola in cui due gruppi –OH sono legati al silicio. Tali gruppi reagiscono spontaneamente per dare un silossano:

silossano

in cui n = 20-50. La catena così ottenuta non è sufficientemente lunga per dare i siliconi e pertanto può essere considerata un oligomero. Gli oligomeri, in presenza di un acido quale catalizzatore, condensano rapidamente per dare una lunga catena polimerica:

polimerizzazione

in cui (m+n) = 2000-4000. La rimozione dell’acqua prodotta favorisce la formazione di catene più lunghe. Per ottenere gels, elastomeri e resine le lunghe catene di silossano vengono predisposte per dare un polimero reticolato.

Usi del silicone

I siliconi possono essere suddivisi in quattro classi:

1)      siliconi fluidi

2)      siliconi gel

3)      elastomeri

4)      resine

I siliconi fluidi sono delle catene lineari di polidimetisilossano. Essi sono usati come lubrificanti, lucidanti, nelle vernici e per impermeabilizzare tessuti carta e cuoio. Essi hanno anche proprietà anti-schiuma e sono stati utilizzati, per esempio, per limitare  la formazione di schiuma nei detergenti.

I siliconi gel sono costituiti da catene di polidimetisilossano con reticolazioni limitate. Vengono usati nella fabbricazione di scarpe da ginnastica e da corsa ad alte prestazioni quali ammortizzatori.

Gli elastomeri contengono più reticolazioni rispetto ai siliconi gel e hanno una struttura simile alla gomma naturale. Sono non reattivi, stabili e resistenti  dalla temperatura di – 55°C alla temperatura di 300°C pertanto trovano applicazioni nel campo dell’industria automobilistica, in involucri da forno, nell’abbigliamento, calzature ed elettronica. Vengono usati in campo medico e nella chirurgia plastica per la loro biocompatibilità per costruire dispositivi medicali da impiantare all’interno del corpo umano.

Le resine siliconiche hanno una struttura tridimensionale e reticolata ad alto peso molecolare. Come nel quarzo gli elementi di cui si compone la sua struttura sono silicio e ossigeno, ma a differenza della struttura del quarzo nelle resine siliconiche il quarto atomo di ossigeno è sostituito da un gruppo R: si parla, infatti, di quarzo modificato organicamente.

Sono usate nel campo dell’edilizia ( pitture e intonaci), come vernici isolanti e come agenti impregnanti.

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Author: Chimicamo

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