Optimització del procés d’hidrosililatzió de silicones amb catalitzadors de plat

La silicona és un material ideal per a multitud d’aplicacions en l’àmbit sanitari, per la seva flexibilitat, estabilitat tèrmica i la seva excel·lent compatibilitat química amb la majoria dels productes farmacèutics i alimentaris.

Els tubs de silicona d’aplicació en el sector sanitari s’han de fabricar en sales blanques, seguint un procés de vulcanització a elevada temperatura i una etapa final de post-curat. Aquesta etapa addicional resulta molt crítica en el procés de fabricació dels tubs de silicona, doncs es creu que millora les característiques físiques de l’elastòmer en assegurar que la reacció de vulcanització sigui completa, però per contra comporta una important davallada de la productivitat en incrementar el temps del procés de fabricació de la silicona elastomèrica i, a més, fa impossible que es pugui automatitzar el procés global de fabricació dels tubs de silicona.

El mecanisme de vulcanització més utilitzat en el sector farmacèutic és el curat per addició i precisa de la utilització d’un catalitzador metàl·lic, normalment de platí, que tingui una excel·lent activitat catalítica, així com una vida útil raonable. El catalitzador més destacat a la indústria és el de Karstedt, però la seva utilització està limitada, donada la seva facilitat per formar platí col·loidal.

En aquesta context, la Dra. Anna del Pino va defensar fa uns dies la seva tesis doctoral en Química i Enginyeria Química sota el títol Optimization of platinum-based silicone’s hydrosilylation for hose manufacturing. La tesi, que ha estat realitzada al Departament d’Enginyeria Química i Ciència de Materials d’IQS School of Engineering, sota la direcció dels professors Dr. Salvador Borrós, Dra. Nuria Agulló i Dr. David Sánchez, s’ha dut a terme dins del Pla de Doctorats Industrials de la Generalitat de Catalunya, en la modalitat de cofinançament entre IQS School of Engineering (Universitat Ramon Llull) i l’empresa Venair Ibérica.

Un nou catalitzador i un procés més simplificat

L’objectiu de la recerca ha estat, per una banda, el disseny d’un nou catalitzador, anomenat BAS 2.0, basat en platí i alternatiu al comercial (Karstedt), que evita la formació de platí col·loidal, i que és apte per a ser utilitzat en l’obtenció de silicona de grau alimentari. El nou catalitzador dissenyat ha resultat econòmicament viable, de cost similar al comercial i es pot fabricar a escala industrial. A més, el procés de curat de la silicona amb aquest nou catalitzador s’ha vist reduït en temps, sent possible obtenir un producte amb característiques mecàniques similars a les obtingudes a l’utilitzar els catalitzadors comercials basats en el de Karstedt, sense necessitat de realitzar grans modificacions en la línia de producció.

Pel que fa a l’etapa de post curat de la silicona, es tracta d’un procés necessari on s’eliminen compostos volàtils i s’assegura que la reacció de vulcanització ha estat completa, garantint així tant les exigències de qualitat de l’Institut BfR com les de la FDA en quant al contingut de compostos volàtils que puguin migrar des de la superfície de la silicona als productes alimentaris. Si bé però, el post-curat és un ‘coll d’ampolla’ que no permet l’automatització del procés complet de fabricació.

En aquesta recerca, s’ha comprovat que el procés de post-curat que s’ha utilitzat fins ara en el procés productiu de l’empresa no tenia com a objectiu millorar les propietats mecàniques de l’elastòmer de silicona. Així, el procés de post-curat no implica cap procés que tingui a veure amb el grau de reticulació que adquireix aquest material o amb la cinètica de la reacció de curat per addició. Mitjançant l’anàlisi per GC/MS, s’ha demostrat que aquesta etapa està relacionada exclusivament amb l’eliminació dels oligòmers cíclics de siloxà presents en la matèria primera. Aquests compostos volàtils no participen activament en el procés de curat per addició i, per tant, no tenen relació amb el sistema catalític utilitzat.

En lloc de centrar-se en el catalitzador per a evitar aquesta etapa addicional, s’ha proposat una etapa prèvia d’eliminació d’aquests volàtils molt més eficient que permetria prescindir d’aquesta etapa addicional del procés productiu dels tubs de silicona, en obtenir de nou una silicona curada de característiques similars a les del producte comercial, i que compleix amb els requisits de la normativa FDA.

En opinió de Norma Ferrer, R&D Manager de Venair, “aquesta tesis ha suposat un repte per Venair. Era el primer doctorat industrial que fèiem i ha sigut molt satisfactori. Poder contar amb el coneixement dels professors d’IQS i de les seves instal·lacions ha sigut molt enriquidor. Gràcies a aquesta tesis l’empresa ha adquirit nous coneixements rellevants del nostre sector i el ‘know-how’ de com fer el nostre propi catalitzador de platí” .