Dimetil-polisziloxán

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
Dimetil-polisziloxán
Pdms.png
Dimetil-polisziloxán
Silicone-3D-vdW.png
PDMS
IUPAC-név poly(dimethylsiloxane)
Más nevek poli-dimetil-sziloxán
PDMS
E900
Kémiai azonosítók
CAS-szám 63148-62-9
Kémiai és fizikai tulajdonságok
Kémiai képlet (C2H6OSi)n
Sűrűség 965 kg m−3
Olvadáspont N/A (üvegesedik)
Forráspont valamivel 200 °C alatt
Ha másként nem jelöljük, az adatok
az anyag standard állapotára vonatkoznak.
(25 °C, 100 kPa)

A dimetil-polisziloxán (PDMS, E900) a legszélesebb körben használt szilícium alapú szerves polimer. Rendkívül sok területen alkalmazzák, a kontaktlencséktől kezdve orvosi műszereken, samponokon, síkosító olajokon keresztül egészen hőálló bevonatokig.

A dimetil-polisziloxán egy teljesen átlátszó, szobahőmérsékleten szilárd vegyület. Alig reakcióképes, nem mérgező, nem gyúlékony.

Kémiai tulajdonságok[szerkesztés]

A dimetil-polisziloxán képlete (H3C)3[Si(CH3)2O]nSi(CH3)3, ahol n az ismétlődő SiO(CH3)2 monomer egységek száma. Iparilag dimetil-klórszilánból, víz hozzáadásával szintetizálják: n [Si(CH3)2Cl2] + n [H2O] → [Si(CH3)2O]n + 2n HCl

A polimerizáció alatt hidrogén-klorid gáz szabadul fel, ezért élelmiszereipari és gyógyszerészeti célokra szánt dimetil-polisziloxán szintetizálásakor a prekurzor szilánban található klórt acetáttal helyettesítik. Az eljárás hátránya, hogy így a reakció sokkal lassabban megy végbe.

A kiindulási szilán szerkezeti összetételével a végtermék fizikai és kémiai tulajdonsága nagyon pontosan szabályozható. A metil-csoportok helyett savas kémhatású csoportokat a láncba építve a polimerláncok között keresztkötések alakulnak ki. Így készülnek például a kemény szilikongyanták. Hasonlóan, minél több szilánmolekulán található három darab metil-csoport, a molekulák annál rövidebb láncba rendeződnek, mivel így csak egy reaktív régió található a monomeren, vagyis kizárólag csak a lánc végéhez tud csatlakozni, és a lánc nem tud folytatódni. Ez természetesen kihatással van az átlagos molekulasúlyra is, azaz minél több szilánmolekulán található három darab metil-csoport, a polimerláncok annál rövidebbek lesznek.

A dimetil-polisziloxán viszkozitása nagyon széles skálán mozoghat. Rendkívül folyékony, könnyen önthető folyadék is lehet, ha rövid polimerláncok alkotják, ugyanakkor hosszú láncokból kemény, gumiszerű anyag keletkezik. A hosszú láncok nagyon rugalmasok, így a dimetil-polisziloxánnak nagy a viszkoelasztikussága.

Fizikai tulajdonságok[szerkesztés]

A dimetil-polisziloxán viszkoelasztikus, azaz lassú, hosszan tartó erőhatásra (vagy magas hőmérséklet esetén) folyadékként viselkedik, de gyors, nagy erő esetén rugalmas, gumilabdaszerű tulajdonságokkal rendelkezik. Más szóval, ha egy darab dimetil-polisziloxánt hagyunk az asztalon, az idővel szétfolyik a felületen, egyenletesen beterítve azt. Ellenben ha nekidobjuk az asztalnak, akkor gumilabdához hasonló módon visszapattan.

Szilárd dimetil-polisziloxán egy sztereómikroszkóp lencséjén.

Bár a dimetil-polisziloxán viszkoelasztikus tulajdonsága jól megfigyelhető, rendkívül pontos mérésekre is alkalmas. A hőmérséklet növelésére folyékonysága lineárisan növekszik, azaz a folyékonyságot mérő műszerek kalibrálásához ideális vegyület, ráadásul, mivel kémiailag nem túl aktív, nagyon kicsi a valószínűsége a kémiai szennyeződésekből fakadó mérési hibáknak.

A nyírási modulusza a gyártási eljárástól, és a keletkezett vegyület minőségétől függően 100 kPa és 3 MPa között mozog. A veszteségi tényezője nagyon alacsony (tg δ << 0,001).[1]

Felhasználása[szerkesztés]

Nagyon elterjedt anyag, szinte mindenki találkozott már vele. Olcsó és egyszerű előállítása és jó mechanikai jellemzői miatt sok hétköznapi, ipari és tudományos alkalmazása van.

Élelmiszer- és kozmetikai iparban, orvostudományban[szerkesztés]

  • Számos orvosi implantátum töltőanyaga, bár jelentősége egészségügyi okokból csökkenőben van.
  • Élelmiszerek és kozmetikumok esetén elsősorban csomósodást gátló anyagként, és habzásgátlóként és egyes esetekben antioxidánsként (zsírok és olajok felületén védelmet képez az oxigénnel szemben) alkalmazzák. Napi maximum beviteli mennyisége 1,5 mg/testsúlykg. Ilyen mennyiségben nincs ismert mellékhatása.[2]
  • Fejtetű elleni védekezés során is alkalmazható
  • Kozmetikumokban hidratálóként is előfordulhat, némely esetben akár 15 tömegszázalékos töménységben is. Bőrrel érintkezve nincs ismert mellékhatása.[3]

Gyártástechnológiában[szerkesztés]

  • Megtalálható számos szilícium alapú vegyületben, mint például szilikonspray, szilikonzsír, szilikongyűrű, stb.
  • Tűzálló anyagok, habok, hővezető paszták alkotóeleme.

Tudományos kutatásban[szerkesztés]

  • Jó alaktartásának köszönhetően lágy litográfiás eljárásokban alkalmazható mikrostruktúrák kialakítására.[4] A PDMS-alapú lágy litográfia pontossága elérheti a 6 nanométert is.[5]
  • Mikroelektromechanikai (MEMS) rendszerekben, a mikro- és nanofluidikai rendszerek egy lehetséges alapanyaga, a PDMS-ben lenyomatos litográfiával csatornákat, elzárókat, szivattyúkat alakítanak ki. A PDMS hidrofób felületű anyag, de a csatornák fala kémiai kezeléssel hidrofillá tehető, így az ilyen mikrofluidikai rendszerek kapilláris-viselkedése is szabályozható.[6]

Források[szerkesztés]

  1. Lotters, J. C.; Olthuis, W.; Veltink, P. H.; Bergveld, P. "The mechanical properties of the rubber elastic polymer polydimethylsiloxane for sensor applications" J Micromech Microeng 1997, 7, (3), 145-147.
  2. Food-Info.net : E-numbers : E900 : Dimethyl-polysiloxane
  3. http://www.pgbeautyscience.com/en_UK/glossary/dimethicone_en.html
  4. Xia, Y., & Whitesides, G. M. (1998). Soft lithography. (PDF) Annual review of materials science, 28(1), 153-184.
  5. Waldner, J. B. (2013). Nanocomputers and swarm intelligence. John Wiley & Sons.
  6. Unger, M. A., Chou, H. P., Thorsen, T., Scherer, A., & Quake, S. R. (2000). Monolithic microfabricated valves and pumps by multilayer soft lithography. (PDF) Science, 288(5463), 113-116.