Polydimetylsiloxan - Polydimethylsiloxane

Polydimetylsiloxan
PDMS
PDMS
Namn
IUPAC -namn
poly (dimetylsiloxan)
Andra namn
PDMS
dimetikon
dimetylpolysiloxan
E900
Identifierare
3D -modell ( JSmol )
ChemSpider
ECHA InfoCard 100.126.442 Redigera detta på Wikidata
E -nummer E900 (glasmedel, ...)
UNII
  • n  = 12: C [Si] (C) (C) O [Si] (C) (C) O [Si] (C) (C) O [Si] (C) (C) O [Si] (C ) (C) O [Si] (C) (C) O [Si] (C) (C) O [Si] (C) (C) O [Si] (C) (C) O [Si] (C ) (C) O [Si] (C) (C) O [Si] (C) (C) O [Si] (C) (C) O [Si] (C) (C) C
Egenskaper
(C 2 H 6 OSi) n
Densitet 965 kg/m 3
Smältpunkt N/A, förglasningar
Kokpunkt N/A, förglasningar
Farmakologi
P03AX05 ( WHO )
Faror
NFPA 704 (eldiamant)
1
1
0
Om inte annat anges, ges data för material i deras standardtillstånd (vid 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
☒N verifiera  ( vad är   ?) kontrolleraY☒N
Infobox -referenser

Polydimetylsiloxan ( PDMS ), även känd som dimetylpolysiloxan eller dimetikon , tillhör en grupp av polymera organosilikonföreningar som vanligtvis kallas silikoner . PDMS är den mest använda kisel -baserade organisk polymer , som dess mångsidighet och egenskaper leda till många applikationer.

Det är särskilt känt för sina ovanliga reologiska (eller flödes) egenskaper. PDMS är optiskt klart och i allmänhet inert, giftfritt och icke brandfarligt . Det är en av flera typer av silikonolja ( polymeriserad siloxan ). Dess tillämpningar sträcker sig från kontaktlinser och medicinsk utrustning till elastomerer ; det finns också i schampon (eftersom det gör håret glänsande och hala), mat (skumdämpande medel), tätning , smörjmedel och värmebeständiga plattor.

Strukturera

Den kemiska formeln för PDMS är CH 3 [Si (CH 3 ) 2 O] n Si (CH 3 ) 3 , där n är antalet upprepande monomerenheter [SiO (CH 3 ) 2 ] enheter. Industriell syntes kan börja från dimetyldiklorsilan och vatten genom följande nettoreaktion:

Polymerisationsreaktionen utvecklar saltsyra . För medicinska och hushållsapplikationer utvecklades en process där kloratomerna i silanprekursorn ersattes med acetatgrupper . I detta fall producerar polymerisationen ättiksyra , som är mindre kemiskt aggressiv än HCl. Som en bieffekt är härdningsprocessen också mycket långsammare i detta fall. Acetatet används i konsumentapplikationer, såsom silikontätning och lim .

Förgrening och tak

Hydrolys av Si (CH 3 ) 2 Cl 2 genererar en polymer som är avslutad med silanol -grupper (-Si (CH 3 ) 2 OH]). Dessa reaktiva centra "täcks" vanligtvis genom reaktion med trimetylsilylklorid :

2 Si (CH 3 ) 3 Cl + [Si (CH 3 ) 2 O] n −2 [Si (CH 3 ) 2 OH] 2 → [Si (CH 3 ) 2 O] n −2 [Si (CH 3 ) 2 O Si (CH 3 ) 3 ] 2 + 2 HCl

Silanprekursorer med fler syrabildande grupper och färre metylgrupper, såsom metyltriklorsilan , kan användas för att införa grenar eller tvärbindningar i polymerkedjan. Under idealiska förhållanden blir varje molekyl av en sådan förening en grenpunkt. Detta kan användas för att producera hårda silikonhartser . På liknande sätt kan prekursorer med tre metylgrupper användas för att begränsa molekylvikten, eftersom varje sådan molekyl endast har ett reaktivt ställe och så utgör slutet på en siloxankedja.

Väldefinierat PDMS med lågt polydispersitetsindex och hög homogenitet produceras genom kontrollerad anjonisk ringöppnande polymerisation av hexametylcyklotrisiloxan . Med hjälp av denna metod är det möjligt att syntetisera linjära blocksampolymerer, heteroarmstjärnformade block-sampolymerer och många andra makromolekylära arkitekturer.

Polymeren tillverkas i flera viskositeter , allt från en tunn hällbar vätska (när n är mycket låg), till en tjock gummiaktig halvfast (när n är mycket hög). PDMS -molekyler har ganska flexibla polymerskelett (eller kedjor) på grund av deras siloxanbindningar, som är analoga med eterbindningarna som används för att ge polyuretaner gummi . Sådana flexibla kedjor blir löst intrasslade när molekylvikten är hög, vilket resulterar i PDMS ovanligt höga viskoelasticitet .

Mekaniska egenskaper

PDMS är viskoelastiskt , vilket betyder att det vid långa flödestider (eller höga temperaturer) fungerar som en viskös vätska , liknande honung. Men vid korta flödestider (eller låga temperaturer) fungerar det som ett elastiskt fast ämne , som liknar gummi. Viskoelasticitet är en form av olinjär elasticitet som är vanlig bland icke -kristallina polymerer. Lastning och lossning av en spännings-töjningskurva för PDMS sammanfaller inte; mängden stress kommer snarare att variera beroende på belastningsgraden, och den allmänna regeln är att ökad belastning kommer att resultera i större styvhet. När själva lasten avlägsnas återvinns stammen långsamt (snarare än omedelbart). Denna tidsberoende elastiska deformation är resultatet av polymerens långa kedjor. Men processen som beskrivs ovan är bara relevant när tvärbindning är närvarande; när det inte är det kan polymeren PDMS inte flytta tillbaka till ursprungsläget även när belastningen avlägsnas, vilket resulterar i en permanent deformation. Men permanent deformation ses sällan vid PDMS, eftersom det nästan alltid botas med ett tvärbindningsmedel.  

Om några PDMS lämnas på en yta över natten (lång flödestid), kommer det att flöda för att täcka ytan och mögel till eventuella ytfel. Men om samma PDMS hälls i en sfärisk form och får härda (kort flödestid), kommer den att studsa som en gummikula. De mekaniska egenskaperna hos PDMS gör att denna polymer kan anpassa sig till en mängd olika ytor. Eftersom dessa egenskaper påverkas av en mängd olika faktorer är denna unika polymer relativt lätt att justera. Detta gör att PDMS kan bli ett bra substrat som enkelt kan integreras i en mängd olika mikrofluidiska och mikroelektromekaniska system. Specifikt kan bestämning av mekaniska egenskaper bestämmas innan PDMS härdas; den härdade versionen tillåter användaren att dra nytta av otaliga möjligheter för att uppnå en önskvärd elastomer. I allmänhet liknar den tvärbundna härdade versionen av PDMS gummi i stelnad form. Det är allmänt känt att vara lättsträckt, böjt, komprimerat i alla riktningar. Beroende på applikation och fält kan användaren ställa in egenskaperna baserat på vad som krävs.

Tyg inbäddat i PDMS. Denna teknik gör det möjligt för en användare att behålla ett tunt lager PDMS som ett substrat samtidigt som man uppnår en högre styvhet genom införandet av förstärkning.
Linjärt samband i Sylgard 184 PDMS mellan härdningstemperatur och Youngs modul

Totalt sett har PDMS en låg elastisk modul som gör att den lätt kan deformeras och resulterar i beteendet hos ett gummi. Viskoelastiska egenskaper hos PDMS kan mätas mer exakt med dynamisk mekanisk analys . Denna metod kräver bestämning av materialets flödesegenskaper över ett brett intervall av temperaturer, flödeshastigheter och deformationer. På grund av PDMS kemiska stabilitet används den ofta som kalibreringsvätska för denna typ av experiment.

Den skjuvmodulen av PDMS varierar med framställningsbetingelserna och följaktligen dramatiskt varierar inom området från 100 kPa till 3 MPa. Den förlusttangenten är mycket låg (tan δ «0,001) .

Kemisk kompatibilitet

PDMS är hydrofob . Plasma oxidation kan användas för att förändra ytkemin, lägga silanol (SiOH) grupper till ytan. Atmosfäriskt luftplasma och argonplasma fungerar för denna applikation. Denna behandling gör PDMS -ytan hydrofil , så att vatten kan blötläggas. Den oxiderade ytan kan ytterligare funktionaliseras genom reaktion med triklorsilaner. Efter en viss tid är återhämtning av ytans hydrofobicitet oundviklig, oavsett om det omgivande mediet är vakuum, luft eller vatten; den oxiderade ytan är stabil i luft i cirka 30 minuter. Alternativt, för tillämpningar där långsiktig hydrofilicitet är ett krav, kan tekniker såsom hydrofil polymert ympning, ytnanostrukturering och dynamisk ytmodifiering med inbäddade ytaktiva ämnen vara användbara.

Fasta PDMS-prover (oavsett om de är oxiderade eller inte) kommer inte att tillåta vattenhaltiga lösningsmedel att infiltrera och svälla materialet. Således kan PDMS -strukturer användas i kombination med vatten och alkohollösningsmedel utan materialdeformation. Men de flesta organiska lösningsmedel kommer att diffundera in i materialet och få det att svälla. Trots detta leder vissa organiska lösningsmedel till tillräckligt liten svullnad så att de kan användas med PDMS, till exempel inom kanalerna för PDMS mikrofluidiska enheter . Svällningsförhållandet är ungefär omvänt relaterat till löslighetsparametern för lösningsmedlet. Diisopropylamin sväller PDMS i största utsträckning; lösningsmedel som kloroform , eter och THF sväller materialet i stor utsträckning. Lösningsmedel som aceton , 1-propanol och pyridin sväller materialet i liten utsträckning. Alkoholer och polära lösningsmedel som metanol , glycerol och vatten sväller inte upp materialet nämnvärt.

Ansökningar

Tensider och skumdämpande medel

PDMS är ett vanligt ytaktivt ämne och är en komponent i skumdämpare . PDMS, i en modifierad form, används som en herbicid penetrant och är en kritisk ingrediens i vattenavvisande beläggningar, såsom Rain-X .

Hydraulvätskor och relaterade applikationer

Dimetikon används i den aktiva silikonvätskan i fordonsviskösa differentialer och kopplingar.

Mjuk litografi

PDMS används vanligtvis som ett stämpelharts i proceduren för mjuk litografi , vilket gör det till ett av de vanligaste materialen som används för flödesleverans i mikrofluidikchips . Processen med mjuk litografi består i att skapa en elastisk stämpel, som möjliggör överföring av mönster på endast några nanometer i storlek till glas-, kisel- eller polymerytor. Med denna typ av teknik är det möjligt att producera enheter som kan användas inom områdena optisk telekommunikation eller biomedicinsk forskning. Frimärket är framställt av de normala teknikerna för fotolitografi eller elektronstråle litografi . Upplösningen beror på vilken mask som används och kan nå 6 nm.

Populariteten för PDMS inom mikrofluidikområdet beror på dess utmärkta mekaniska egenskaper. Dessutom, jämfört med andra material, har den överlägsna optiska egenskaper, vilket möjliggör minimal bakgrund och autofluorescens under fluorescerande avbildning.

I biomedicinska (eller biologiska) mikroelektromekaniska system (bio-MEMS) används mjuk litografi i stor utsträckning för mikrofluidik i både organiska och oorganiska sammanhang. Kiselskivor används för att designa kanaler, och PDMS hälls sedan över dessa skivor och lämnas för att härda. När de tas bort lämnas även de minsta detaljerna präglade i PDMS. Med detta specifika PDMS -block utförs hydrofil ytemodifiering med användning av plasmaetsningstekniker . Plasmabehandling stör ytkisel-syrebindningar, och en plasmabehandlad glasskiva placeras vanligtvis på den aktiverade sidan av PDMS (den plasmabehandlade, nu hydrofila sidan med avtryck). När aktiveringen försvinner och bindningarna börjar reformeras bildas kisel-syrebindningar mellan glasets ytatomer och ytatomerna i PDMS, och objektglaset blir permanent tätat mot PDMS, vilket skapar en vattentät kanal. Med dessa enheter kan forskare använda olika ytkemitekniker för olika funktioner och skapa unika lab-on-a-chip-enheter för snabb parallell testning. PDMS kan tvärbindas till nätverk och är ett vanligt förekommande system för att studera elasticiteten hos polymernät. PDMS kan mönstras direkt av litografi med ytladdning.

PDMS används vid tillverkning av syntetiska gecko -vidhäftningstorrmaterial , hittills endast i laboratorietestmängder.

Vissa flexibla elektronikforskare använder PDMS på grund av dess låga kostnad, enkla tillverkning, flexibilitet och optiska transparens. Ändå, för fluorescensavbildning vid olika våglängder, visar PDMS minst autofluorescens och är jämförbart med BoroFloat -glas.

Stereolitografi

I stereolitografi (SLA) 3D -utskrifter projiceras ljus på fotocellerande harts för att selektivt bota det. Vissa typer av SLA -skrivare härdas från botten av tanken av harts och kräver därför att den växande modellen skalas bort från basen för att varje tryckt lager ska förses med en ny film av ofärdat harts. Ett PDMS -skikt i botten av tanken hjälper denna process genom att absorbera syre: närvaron av syre intill hartset förhindrar att det fäster vid PDMS, och det optiskt klara PDMS gör att den projicerade bilden kan passera igenom till hartset ostört.

Medicin och kosmetika

Aktiverad dimetikon, en blandning av polydimetylsiloxaner och kiseldioxid (som ibland kallas simetikon ), används ofta i over-the-counter läkemedel som ett antiskummedel och carminative . Det har också föreslagits åtminstone för användning i kontaktlinser.

Bröstimplantat av silikon är gjorda av ett PDMS -elastomerskal, till vilket fumerad amorf kiseldioxid tillsätts, vilket omsluter PDMS -gel eller saltlösning .

Dessutom är PDMS användbart som löss- eller loppbehandling på grund av dess förmåga att fånga insekter. Det fungerar också som en fuktkräm som är lättare och andas mer än vanliga oljor.

Hud

PDMS används också på olika sätt inom kosmetik- och konsumentproduktindustrin. Till exempel kan PDMS användas vid behandling av huvudlöss i hårbotten och dimetikon används i stor utsträckning i hudfuktande lotioner där det anges som en aktiv ingrediens vars syfte är "hudskydd". Vissa kosmetiska formuleringar använder dimetikon och relaterade siloxanpolymerer i användningskoncentrationer upp till 15%. Den Cosmetic Ingredient Review 's (CIR) expertpanelen, har dragit slutsatsen att dimetikon och besläktade polymerer är 'säker som används i kosmetiska formuleringar.'

Hår

PDMS -föreningar som amodimetikon, är effektiva balsam när de formuleras för att bestå av små partiklar och är lösliga i vatten eller alkohol/fungerar som ytaktiva ämnen (särskilt för skadat hår), och är ännu mer konditionerande för håret än vanliga dimetikon- och/eller dimetikon -sampolyoler .

Kontaktlinser

En föreslagen användning av PDMS är rengöring av kontaktlinser. Dess fysiska egenskaper med låg elastisk modul och hydrofobicitet har använts för att rengöra mikro- och nanoföroreningar från kontaktlinsytor mer effektivt än mångsidig lösning och fingergnidning; de involverade forskarna kallar tekniken PoPPR (polymer för avlägsnande av polymerföroreningar) och noterar att den är mycket effektiv för att ta bort nanoplast som har fastnat på linser.

Loppisbehandling för husdjur

Dimetikon är den aktiva ingrediensen i en vätska som appliceras på baksidan av nacken på en katt eller hund från en liten engångspipett för engångsbruk. Parasiten fastnar och immobiliseras i ämnet och bryter därmed insekts livscykel.

Livsmedel

PDMS tillsätts till många matoljor (som skumdämpande medel) för att förhindra att olja stänker under tillagningen. Som ett resultat av detta kan PDMS hittas i spårmängder i många snabbmatsprodukter som McDonald's Chicken McNuggets , pommes frites, hashbrowns, milkshakes och smoothies och Wendys pommes frites.

Enligt europeiska föreskrifter för livsmedelstillsatser är det listat som E900 .

Kondomsmörjmedel

PDMS används ofta som kondomsmörjmedel .

Inhemsk och nischad användning

Många människor är indirekt bekanta med PDMS eftersom det är en viktig komponent i Silly Putty , som PDMS ger dess karakteristiska viskoelastiska egenskaper. En annan leksak PDMS används i är Kinetic Sand . De gummiliknande, vinäger luktande silikonpannorna, limen och akvarietätningarna är också välkända. PDMS används också som en komponent i silikonfett och andra silikonbaserade smörjmedel , såväl som i skumdämpande medel , formsläppmedel , dämpningsvätskor, värmeöverföringsvätskor, polish, kosmetika , hårbalsam och andra applikationer.

Det kan användas som en sorbent för analys av huvudutrymme ( löst gasanalys ) av livsmedel.

Säkerhets- och miljöhänsyn

Enligt Ullmanns encyklopedi har inga "markanta skadliga effekter på organismer i miljön" noterats för siloxaner. PDMS är icke -biologiskt nedbrytbart, men absorberas i avloppsreningsanläggningar. Dess nedbrytning katalyseras av olika leror .

Se även

Referenser

externa länkar