¿Qué son los elastómeros de silicona? La guía completa

Los elastómeros son una amplia categoría de materiales que presentan propiedades elásticas. Por ello, cuando se los somete a tensión, pueden deformarse, pero vuelven a su forma original una vez que cesa la tensión.

Los elastómeros de silicona comparten ciertos aspectos con el caucho, pero están basados en silicio.

Los elastómeros de silicona también se pueden combinar con otros materiales poliméricos y aditivos como reticulantes, agentes de refuerzo y catalizadores.

En esta guía, exploraremos todo sobre estos tipos de siliconas. Vamos a sumergirnos en el tema:

Ventajas de los elastómeros de silicona

Diferentes aplicaciones en múltiples industrias utilizan elastómeros de silicona de una forma u otra. Esto se debe a las características excepcionales del elastómero de silicona:

• Cuando se someten los elastómeros de silicona a altas temperaturas, se observa que funcionan muy bien y mantienen su apariencia. Por lo tanto, son adecuados en lugares donde la exposición al calor es alta, como en motores de automóviles, utensilios de cocina y sellos industriales.
• Los elastómeros de silicona no se ven afectados por la exposición a sustancias químicas. Su inercia química permite su uso en lugares donde existe una alta exposición a productos químicos agresivos, como en laboratorios y plantas de procesamiento químico.
• Otra ventaja de utilizar elastómeros de silicona es su excelente capacidad de aislamiento eléctrico. Pueden aislar eficazmente los componentes eléctricos y ofrecer protección contra descargas eléctricas, lo que resulta ideal en aplicaciones eléctricas.
• Los elastómeros de silicona tienen una deformación por compresión baja y recuperan fácilmente su forma original después de ser sometidos a compresión. Esta propiedad es crucial en aplicaciones de sellado en las que las juntas y los anillos tóricos sometidos a presión prolongada pueden presentar fugas.
• Estos materiales pueden soportar la fricción repetida y con un desgaste mínimo, lo que garantiza un rendimiento a largo plazo. Esto permite su uso cuando el desgaste es un problema de rendimiento.
• Los elastómeros de silicona resisten la entrada de agua por absorción, lo que los hace ideales en entornos con alto contenido de humedad. Por consiguiente, los elastómeros de silicona mantienen su integridad y rendimiento en tales situaciones, lo que permite su uso en aplicaciones subacuáticas.
• La resistencia a la intemperie que presentan los elastómeros de silicona es tal que pueden mantener sus propiedades después de una exposición prolongada a los elementos. El formidable rendimiento del elastómero de silicona cuando se expone a la luz solar o a la humedad permite su aplicación en exteriores.
• Los elastómeros de silicona son biocompatibles, ya que su interacción con los tejidos vivos implica un riesgo mínimo de reacciones adversas. Por lo tanto, se utilizan en aplicaciones médicas y sanitarias, como implantes, tubos médicos y prótesis.
• Si bien la exposición prolongada al ozono puede degradar y agrietar los materiales de caucho comunes, los elastómeros de silicona son resistentes a los daños causados por el ozono. Incluso con una exposición prolongada en entornos exteriores con altos niveles de ozono, los elastómeros de silicona mantienen su integridad estructural y su rendimiento.
• Los elastómeros de silicona tienen unas propiedades mecánicas impresionantes, entre ellas rigidez y tenacidad. Su capacidad para soportar la tensión mecánica y la deformación permite su aplicación en lugares donde se producen flexiones, estiramientos e impactos repetidos.

Síntesis de elastómeros de silicona

Dependiendo de las calidades finales deseadas de los elastómeros de silicona, la tecnología de procesamiento puede adoptar diferentes formas. En la síntesis de silicona, se utilizan monómeros de silicona que contienen átomos de silicio están unidos a grupos orgánicos de metilo o fenilo. Los grupos reactivos en los monómeros de silicona inducen los procesos de hidrólisis y condensación.

Durante la hidrólisis, el silicio unido al oxígeno reacciona con el agua formando grupos silanol con un catalizador ácido o básico. A continuación se produce una reacción de condensación en la que estas sustancias forman cadenas poliméricas con agua como subproducto en lo que se denomina polimerización.

Cuando se alcanza el peso molecular deseado, la reacción se extingue añadiendo agentes de terminación o enfriando. Se pueden añadir otros aditivos en procesos adicionales como la purificación y el teñido para obtener elastómeros de silicona con características diferentes.

Tipos de elastómeros de silicona

El proceso utilizado para sintetizar elastómeros de silicona, idealmente en cuanto a la temperatura y la molécula de cadena lineal, determinará el tipo. Cada tipo de elastómero de silicona está diseñado para determinadas aplicaciones.

Caucho curado por calor (HCR)

Cuando se encuentra en estado no curado, el caucho curado por calor se encuentra en forma sólida. Por lo tanto, al someterlo a curado por calor, se convierte en el estado deseado. La forma no curada requiere curado por calor para alcanzar las propiedades finales. Durante el proceso de curado, el material se lleva a un estado estable mediante el calentamiento a temperaturas elevadas durante un período definido.

Caucho de silicona líquida (LSR)

Se trata de un elastómero de dos partes, curado con platino y de bajo peso molecular, que generalmente se encuentra en forma líquida hasta que se cura a temperaturas elevadas. El LSR constituye típicamente un polímero base, un catalizador de platino y un agente de reticulación que se utiliza en componentes electrónicos, de dispositivos médicos y de automoción.

El caucho de silicona líquida ofrece una excelente resistencia al desgarro, claridad óptica, biocompatibilidad y estabilidad en un amplio rango de temperaturas. Debido a su estado líquido, el LSR permite una producción de gran volumen y un menor desperdicio de material.

Vulcanización a temperatura ambiente (RTV)

Los elastómeros de silicona de esta clasificación se curan a temperatura ambiente mediante una reacción de reticulación catalizada por la humedad. Estos elastómeros, que suelen tener una dureza entre blanda y media, ofrecen la ventaja de un procesamiento sencillo gracias al curado a baja temperatura.

Silicona RTV Se puede fabricar con distintos niveles de flexibilidad, dureza y resistencia química. El uso común de este elastómero es en aplicaciones de sellado en la industria aeroespacial y electrónica, fundición y fabricación de moldes.

Agentes de refuerzo y aditivos utilizados para elastómeros de silicona

La adición de aditivos y agentes de refuerzo al elastómero de silicona garantiza la obtención de características específicas o estándares de rendimiento. Algunos de los parámetros que se pueden modificar incluyen la viscosidad, la vida útil, la dureza, la conductividad, la permeabilidad y el color.

Rellenos

Los rellenos pueden ser reforzantes o no reforzantes; los primeros mejoran las propiedades mecánicas, mientras que los segundos cumplen funciones que van más allá de la mejora mecánica. La sílice pirogénica es un relleno reforzante que mejora las propiedades mecánicas del elastómero de silicona (resistencia a la tracción, resistencia al desgarro, resistencia a la abrasión).

Es hidrófilo, tiene una estructura altamente porosa y, por lo tanto, una gran área superficial, lo que facilita las interacciones fuertes con los polímeros, mejorando la rigidez. Además, regula la viscosidad, lo que permite su uso en recubrimientos, selladores y adhesivos.

El cuarzo se presenta de forma natural como una forma de dióxido de silicio con una estructura cristalina que presenta partículas más grandes que la sílice pirogénica. Como relleno no reforzante, ofrece otras ventajas además de mejorar las propiedades mecánicas, como el control de la densidad.

Agentes reticulantes

Se pueden reticular elastómeros de silicona con reticulantes de peróxido y catalizadores de platino para mejorar la estabilidad mecánica y térmica y también la elasticidad. Los reticulantes de peróxido más comunes que se utilizan son el peróxido de dicumilo y el peróxido de benzoilo, y la elección depende de factores como la temperatura y la velocidad de curado.

Los catalizadores de platino son compuestos organometálicos con cadenas de platino junto con ligandos como las fosfinas. Facilitan la reacción de hidrosililación, que reticula las cadenas de polímeros formando una estructura de red tridimensional que mejora la elasticidad y la resistencia mecánica.

Retardantes de llama

Los retardantes de llama ayudan a reducir la inflamabilidad y a mejorar la resistencia al fuego de los elastómeros de silicona. Pueden ser halogenados, a base de fósforo, inorgánicos o a base de nitrógeno y su eficacia depende de factores como la compatibilidad con otros aditivos y la composición química.

Los retardantes de llama pueden actuar de distintas maneras, por ejemplo, formando capas protectoras de carbón, diluyendo gases inflamables e interrumpiendo las reacciones de combustión. También pueden liberar gases no combustibles para suprimir la propagación de la llama o enfriar la superficie del material.

Estabilizadores

La adición de estabilizadores a los elastómeros de silicona mejora la resistencia a la degradación causada por la oxidación, el calor y la radiación ultravioleta. Los estabilizadores mejoran el rendimiento y prolongan la vida útil de los elastómeros de silicona.

Los estabilizadores térmicos, como los fosfitos, ayudan a conservar la estabilidad del color, las propiedades mecánicas y el rendimiento general de los elastómeros de silicona tras la exposición a altas temperaturas. Los estabilizadores UV funcionan absorbiendo o dispersando la radiación UV e incluyen benzofenonas, estabilizadores de luz de amina impedida y benzotriazoles.

Los estabilizadores de oxidación protegen a los elastómeros de silicona al inhibir las reacciones de oxidación causadas por la exposición al oxígeno que forma radicales libres. Esto ayuda a prolongar la vida útil del elastómero y, al mismo tiempo, a conservar sus propiedades físicas. Algunos estabilizadores de oxidación comunes incluyen tioéteres y fenoles impedidos.

Pigmentos y colores

La alta transparencia que ofrecen los elastómeros de silicona permite la adición de pigmentos para impartir el color o la opacidad deseados. Al seleccionar pigmentos para elastómeros de silicona, tenga en cuenta la estabilidad del color, la estabilidad térmica, la compatibilidad química, la opacidad y la cobertura.

Los pigmentos pueden ser orgánicos, de extracción sintética o natural, con estructuras químicas que absorben determinadas longitudes de onda de la luz, lo que da lugar a la coloración. También pueden ser inorgánicos, para aludir a su origen mineral, con un amplio espectro que ofrece una excelente resistencia a la luz y estabilidad química, por ejemplo, los óxidos metálicos.

Características de los elastómeros de silicona

Los elastómeros de silicona presentan una estructura química y una unión fuertes formadas por la alta energía de enlace entre las moléculas de silicio y oxígeno. El resultado es su capacidad de poseer diferentes propiedades viables ideales para diferentes aplicaciones.

• Excelentes propiedades mecánicas: Los elastómeros de silicona pueden soportar la deformación sin sufrir daños permanentes gracias a su resiliencia, alta resistencia al desgarro y elasticidad.
• Baja reactividad química: Estos materiales tienen menos probabilidades de reaccionar al interactuar con otros productos químicos que resisten los efectos de los elementos ácidos o básicos.
• Resistencia a la oxidación, al ozono y a la radiación: Los elastómeros de silicona resisten la degradación causada por la exposición prolongada a la luz solar, el oxígeno y el ozono cuando se utilizan en ambientes exteriores. Esto se debe a su estructura molecular estable y a su red reticulada.
• Flexibilidad a baja temperatura: Su baja temperatura de transición vítrea garantiza que los elastómeros de silicona permanezcan flexibles y resistentes a bajas temperaturas de -100 °C a -60 °C.
• Propiedades de aislamiento: Los elastómeros de silicona demuestran una alta resistencia dieléctrica, baja pérdida dieléctrica y resistencia al seguimiento y a la formación de arcos eléctricos, lo que contribuye a un rendimiento de aislamiento confiable.
• Propiedades de aislamiento: Los elastómeros de silicona demuestran una alta resistencia dieléctrica, baja pérdida dieléctrica y resistencia al seguimiento y a la formación de arcos eléctricos, lo que contribuye a un rendimiento de aislamiento confiable.
• Transparencia óptica: Se pueden sintetizar elastómeros de silicona para permitir el paso de la luz para uso especializado en lentes ópticas y encapsulación de LED.
• Amplio rango de temperatura: Los elastómeros de silicona pueden soportar temperaturas extremas que van desde -50^oC hasta 250^oC. También demuestran una impresionante resistencia a la oxidación térmica cuando se exponen a temperaturas elevadas durante períodos prolongados.
• Propiedades antiadherentes y antiadherentes: La baja energía superficial que poseen los elastómeros de silicona le confiere excelentes propiedades antiadherentes permitiendo su uso en utensilios de cocina y fabricación de moldes.
• Baja toxicidad: Los elastómeros de silicona no liberan sustancias químicas nocivas cuando entran en contacto con el tejido vivo, lo que los hace no tóxicos y biocompatibles.

Aplicaciones de los elastómeros de silicona

Los elastómeros de silicona se utilizan en entornos de alto rendimiento en los que otros materiales poliméricos similares resultan ineficaces. Su uso es frecuente en una amplia gama de industrias gracias a su combinación única de propiedades, que contribuye a mejorar el rendimiento y la fiabilidad.

Automotor

Sellos, juntas, juntas tóricas y cables de encendido utilizados en aplicaciones automotrices Utilizamos elastómeros de silicona por su excelente resistencia a la temperatura, flexibilidad y durabilidad. También se utilizan en componentes del motor como mangueras de admisión, válvulas del sistema de combustible y ojales.

Aviación y aeroespacial

Su resistencia a temperaturas extremas, combustibles, lubricantes y fluidos hidráulicos hace que los elastómeros de silicona se utilicen ampliamente para sellar componentes críticos. Estos materiales también se utilizan en sistemas de protección térmica y componentes eléctricos aislantes.

Bienes de consumo

Desde utensilios de cocina hasta productos de cuidado personal y electrónicos, el uso de elastómeros de silicona en bienes de consumo es omnipresente. Su resistencia al calor y sus propiedades antiadherentes se encuentran en los equipos de cocina, su biocompatibilidad en los productos cosméticos y su aislamiento y flexibilidad en los productos electrónicos.

Cuidado de la salud

Los elastómeros de silicona se utilizan en catéteres, tubos médicos, prótesis e implantes quirúrgicos en los que hay contacto directo con el cuerpo. Esto se debe a su textura suave, biocompatibilidad y propiedades hipoalergénicas, lo que permite su uso en aplicaciones médicas sensibles.

Energía

El uso de elastómeros de silicona en sistemas de generación, transmisión y distribución de energía se debe a sus cualidades de aislamiento, dieléctricas, térmicas y de resistencia a la degradación. Estos materiales se utilizan como selladores y encapsulantes en la generación de energía renovable y en la industria petrolera.

Conclusión

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