O que é Emulsão de Silicone e quais são seus principais usos industriais?

O que é uma Emulsão de Silicone? Química Fundamental e Principais Atributos de Desempenho

Emulsões e como os polímeros de siloxano se dispersam na água

A emulsão de silicone é uma dispersão estável de óleo de polímero de siloxano em água, obtida por meio de tensoativos e métodos mecânicos de alta cisalhamento. As gotículas de siloxano, tipicamente entre 0,1 e 5 micrômetros, são uniformemente distribuídas e mantidas em suspensão sem coalescer, facilitando sua manipulação, diluição e aplicação. Centralmente, a flexível cadeia inorgânica Si–O–Si confere à emulsão de siloxano estabilidade térmica e química, bem como baixa energia superficial. A reatividade, compatibilidade e desempenho do siloxano são ajustados mediante cadeias orgânicas ligadas à sua estrutura principal. Quando o siloxano é aplicado sobre substratos como têxteis, metais ou papel, a água evapora, deixando um filme contínuo de siloxano. Essa estrutura permite um controle ideal da espessura do revestimento e da aderência, oferecendo a robusta química do silicone com a eficiência dos processos solúveis em água.

Principais parâmetros técnicos: tamanho das partículas, estabilidade, viscosidade e teor de extrato seco

O desempenho e a aplicação da emulsão de silicone dependem de quatro parâmetros interagentes:

Tamanho das partículas: Partículas menores que 1 micrômetro melhoram a penetração em substratos porosos, como fibras de algodão, e produzem filmes mais lisos e uniformes. Em outras aplicações, como moldagem, partículas maiores podem melhorar a formação do filme e a liberação.

Estabilidade: Essa propriedade é normalmente avaliada pela tendência da emulsão a sofrer cremosidade, sedimentação ou separação de fases sob cisalhamento, temperatura elevada (até 60 graus Celsius) ou variações de pH (pH 4–10). Uma emulsão de silicone de grau industrial deve apresentar estabilidade superior a 6 meses para armazenamento de longo prazo.

Viscosidade: A faixa normal para a viscosidade da emulsão de silicone é entre 50 e 5.000 cP. Essa faixa afeta a facilidade de bombeamento, pulverização e a capacidade da emulsão de silicone de resistir à gravidade após a aplicação. Graus de baixa viscosidade são preferidos em sistemas de dosagem em linha. Por outro lado, graus de maior viscosidade são mais indicados para aplicações verticais.

O teor de extrato seco refere-se aos sólidos não voláteis de silicone, que normalmente variam entre 25% e 70% p/p. Como a densidade do revestimento está intimamente ligada à quantidade de extrato seco numa formulação, um teor mais elevado de extrato seco melhora a relação custo-efetividade e a densidade do revestimento por unidade de volume. Contudo, isso afeta negativamente a estabilidade da formulação, o que pode exigir um projeto cuidadoso dos sistemas de tensoativos e polímeros.

Ao projetar formulações à base de silicone, a estabilidade da formulação e o desempenho desejado desta tendem a determinar os elementos de projeto relativos ao peso molecular e ao tipo de siloxano, grupo funcional, surfactante e grau de dispersão do surfactante. Por exemplo, na indústria têxtil, os amaciantes preferem uma dispersão de siloxano com extrato seco de 30 a 40% p/p, para que o amaciante possa penetrar nas fibras e otimizar o amaciamento e a resistência à lavagem das partículas. Em contraste, os agentes desmoldantes à base de silicone para altas temperaturas preferem um extrato seco de 60% p/p, um alto grau de estabilidade sob alta cisalhamento e polímeros de siloxano fenílico, de modo que o agente desmoldante apresente um elevado grau de estabilidade térmica.

Emulsão de Silicone no Processamento Têxtil: Amaciamento, Repelência à Água e Controle de Eletricidade Estática

Existem três benefícios sinérgicos que as emulsões de silicone proporcionam ao acabamento têxtil: maciez e caimento, repelência à água de longa duração e dissipação da água. A baixa tensão superficial dos silicones permite que eles cubram facilmente a superfície das fibras (mesmo fibras hidrofílicas). Eles equilibram o contato entre as fibras por meio de uma película flexível e reticulável que aumenta a lubrificação das superfícies em contato. Isso é útil durante o acabamento têxtil e aumenta significativamente a qualidade percebida do material, o que é particularmente importante em roupas e têxteis para o lar. Os silicones também criam uma superfície microestruturada que possibilita o chamado "efeito lótus", incluindo a formação de gotículas de água sobre o tecido e a respirabilidade deste, mantendo ainda >90% de repelência à água após 50 lavagens industriais, superando significativamente os agentes de acabamento à base de parafina e de fluorocarbonos. Para o controle de eletricidade estática, o controle inerente da polaridade dos silicones reduz facilmente a resistividade superficial, evitando o acúmulo de cargas durante cortes, movimentações ou embalagens em alta velocidade. Diferentes métodos de aplicação (exaustão, impregnação, pulverização) permitem um certo grau de controle na aplicação sobre diversos tipos de fibras (naturais, sintéticas e misturas) e oferecem também uma gama funcional de silicones com alta afinidade

Emulsão de Silicone como Agente Industrial de Desmoldagem e Lubrificação de Alto Desempenho

As emulsões de silicone são agentes eficazes de desmoldagem e lubrificação em altas temperaturas, utilizados nos processos de fabricação de borracha, plástico, compósitos e fundição sob pressão. Após a aplicação e secagem, as emulsões de silicone formam um revestimento estável e de baixa aderência nas superfícies dos moldes, capaz de suportar operação contínua até 300 °C. Em muitos processos produtivos, especialmente aqueles envolvendo a vulcanização de borracha de silicone e a cura de compósitos termofixos, a temperatura de operação contínua das emulsões de silicone é muito superior à das emulsões lubrificantes derivadas de petróleo e ácidos graxos. Quando empregadas como agentes de desmoldagem, as emulsões de silicone contribuem para reduzir o desgaste graças à sua lubrificidade. Elas também diminuem o atrito interfacial, o que reduz o desgaste entre peças móveis, como correias transportadoras ou rolos. Por serem quimicamente inertes, as emulsões de silicone são compatíveis com todos os tipos de resinas, ácidos e solventes, tornando desnecessário desenvolver uma formulação distinta para cada substrato. Normalmente, as emulsões de silicone exigem apenas uma única camada para suportar 10 a 20 ciclos de processo, o que reduz a mão de obra e o tempo de inatividade, comparado aos sprays de agentes de desmoldagem à base de solvente. A combinação de todas essas propriedades torna as emulsões de silicone o padrão de referência para agentes de desmoldagem em ambientes de manufatura de alta exigência.

Aditivos Emulsivos Funcionais para Revestimentos, Papel e Embalagens

As emulsões de silicone são aditivos multifuncionais utilizados em revestimentos arquitetônicos e industriais para melhorar a resistência à intempérie, a repelência à água e as propriedades antimicrobianas. Elas podem reduzir a absorção de água em até 40% e, conforme a norma ASTM D3273, impedir o crescimento de mofo e bolor em condições úmidas. Também podem prevenir fissuras na superfície causadas pela exposição à luz UV. Isso pode prolongar a vida útil em 2 a 3 vezes em comparação com sistemas semelhantes que utilizam revestimentos acrílicos ou alquídicos. Na indústria de papel, as emulsões de silicone são empregadas na produção de revestimentos desmoldantes para etiquetas autoadesivas, suportes desmoldantes e papéis vegetais para alimentos. Isso melhora a facilidade de remoção (peel) e reduz os resíduos adesivos. Como modificadores de barreira, as emulsões de silicone aumentam a resistência à gordura e à umidade em embalagens para alimentos, sem afetar a impressibilidade ou a compostabilidade, conforme certificado pelas normas ISO 17088 e EN 13432. Quando aplicadas em embalagens corrugadas e flexíveis, as emulsões de silicone podem melhorar a durabilidade das embalagens durante o transporte, reduzindo danos aos produtos e devoluções. Formulações avançadas de emulsões de silicone aniônicas e não iônicas são desenvolvidas para atender às regulamentações mais rigorosas quanto a COV (compostos orgânicos voláteis). Elas também podem substituir químicos protetores antigos com baixa ecotoxicidade, ao mesmo tempo em que oferecem produtos altamente funcionais e de alto desempenho.

Perguntas Frequentes

O que é uma emulsão de silicone?

Uma emulsão de silicone é uma dispersão estável óleo-em-água de polímero de siloxano. Normalmente, consiste em gotículas de silicone com diâmetro entre 0,1 e 5 µm, estabilizadas por tensoativos e processamento mecânico de alta cisalhamento.

Quais são os principais parâmetros técnicos das emulsões de silicone?

Alguns dos principais parâmetros que afetam a qualidade das emulsões de silicone são o tamanho das partículas, a estabilidade, a viscosidade e o teor de extrato seco. Todos esses parâmetros influenciam a aplicação das emulsões de silicone.

Quais são algumas das aplicações práticas das emulsões de silicone na indústria têxtil?

As emulsões de silicone conferem maciez duradoura e altamente hidrorrepelente, além de eliminar cargas eletrostáticas. Também formam revestimentos finos e duráveis que protegem e melhoram o desempenho dos tecidos.

Qual é a verdadeira natureza dos benefícios das emulsões de silicone em aplicações industriais?

Como as emulsões de silicone ajudam a criar filmes de baixa fricção e altamente resistentes ao calor, elas liberam consistentemente as peças e fornecem lubrificação, ao mesmo tempo que protegem as máquinas.

As emulsões de silicone podem ser utilizadas em sistemas de revestimentos e embalagens?

As emulsões de silicone tornam os revestimentos mais resistentes às intempéries, as embalagens e o papel mais resistentes à umidade e à graxa, além de contribuírem para os objetivos de desenvolvimento sustentável.