Predição da viscosidade do silicone em função da conversão de dimetilsiloxano na síntese de polidimetilsiloxano

Abstract

Neste trabalho foi estudada a obtenção de polidimetilsiloxano a partir da síntese direta de Rochow, processo este desenvolvido em 1940 e o mais utilizado até hoje devido à alta conversão da reação a partir de matérias-primas de fácil obtenção. O processo envolve a reação entre silício metálico e cloreto de metila utilizando catalisador de cobre para obtenção de clorosilanos. Estes são submetidos a um processo de destilação visando obter dimetildiclorosilano que é a principal matéria-prima para obtenção dos silicones através do processo de hidrólise. Os silicones são polímeros conhecidos por suas características únicas e são muito empregados individualmente e em conjunto com outros compostos quando aplicados em formulações de cosméticos, lubrificantes e selantes. São utilizados na síntese de copolímeros que visam unir as características únicas destes compostos e potencializar para determinadas aplicações. O objetivo deste trabalho foi estudar a síntese do polímero e relacionar com a teoria de Carothers que versa sobre as reações de policondensação, para obtenção de uma equação que relaciona a massa molar média do polímero com sua viscosidade. Para isso, foi realizado um estudo aprofundado sobre os monômeros formados durante a hidrólise de dimetildiclorosilano, que produz majoritariamente polidimetilsiloxano em cadeias lineares, mas também produz polímeros cíclicos ambos com diferentes tamanhos de cadeia. O rendimento de cada um deles é uma importante definição, uma vez que a equação encontrada é aplicada somente ao rendimento de polímeros lineares. A síntese de compostos cíclicos é uma forma de obtenção de polidimetilsiloxano em cadeias lineares e essa também foi objeto de estudo. Por fim, foram utilizados dados experimentais que relacionam diversos tamanhos de cadeia de polidimetilsiloxano com sua viscosidade. Estes foram plotados em um gráfico cuja equação encontrada demonstra uma relação típica onde a viscosidade é uma função da potência da massa molar média. Portanto, é possível ajustar os rendimentos da reação para determinada massa molar média de acordo com a viscosidade desejada a partir do controle das variáveis que impactam no crescimento do monômero como o tipo de catalisador, quantidade de água empregada e condições de temperatura da reação.

In this work, the obtaining of polydimethylsiloxane from direct Rochow synthesis was studied, a process developed in 1940 and the most used to date due to the high conversion of the reaction from easily obtained raw materials. The process involves the reaction between metallic silicon and methyl chloride using a copper catalyst to obtain chlorosilanes. These are subjected to a distillation process to obtain dimethyldichlorosilane, which is the main raw material for obtaining silicones through the hydrolysis process. Silicones are polymers known for their unique characteristics and are widely used individually and in conjunction with other compounds when applied in cosmetic, lubricant and sealant formulations. They are used in the synthesis of copolymers that aim to combine the unique characteristics of these compounds and enhance them for certain applications. The objective of this work was to study the synthesis of the polymer and relate it to Carothers' theory, which deals with polycondensation reactions, to obtain an equation that relates the average molar mass of the polymer to its viscosity. To this end, an in-depth study was carried out on the monomers formed during the hydrolysis of dimethyldichlorosilane, which mainly produces polydimethylsiloxane in linear chains, but also produces cyclic polymers both with different chain sizes. The yield of each of them is an important definition, since the equation found is only applied to the yield of linear polymers. The synthesis of cyclic compounds is a way of obtaining polydimethylsiloxane in linear chains and this was also the subject of study. Finally, experimental data were used that relate different polydimethylsiloxane chain sizes to its viscosity. These were plotted on a graph whose equation found demonstrates a typical relationship where viscosity is a function of the power of the average molar mass. Therefore, it is possible to adjust the reaction yields for a given average molar mass according to the desired viscosity by controlling the variables that impact the growth of the monomer such as the type of catalyst, amount of water used and reaction temperature conditions.