Dimetil-polisziloxán
| Dimetil-polisziloxán | |
 Dimetil-polisziloxán | |
 PDMS | |
| IUPAC-név | poli(dimetilsziloxán) |
| 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 standardállapotára (100 kPa) és 25 °C-os hőmérsékletre vonatkoznak. | |
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 metilcsoportok 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 metilcsoport, 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 metilcsoport, 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.
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.
A szilikonzsírt szilikonolajból állítják elő dimetil-polisziloxzánba diszpergált sűrítőanyag felhasználásával.
Alkalmazása a laborban
[szerkesztés]Laborban az üvegeszközök csatlakozásainak kenésére használják, olyan anyagok esetén melyek érzékenyek a levegőre és/vagy nedvességre. Általában ez a szilikon zsír kémiailag inert, de a szakirodalomban megtalálhatók olyan reaktánsok, amelyekkel nemkívánt reakcióba lép és különböző szerves vegyületeket képez.[4]
Tudományos kutatásban
[szerkesztés]- Jó alaktartásának köszönhetően lágy litográfiás eljárásokban alkalmazható mikrostruktúrák kialakítására.[5] A PDMS-alapú lágy litográfia pontossága elérheti a 6 nanométert is.[6]
- 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.[7]
Források
[szerkesztés]- ↑ 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.
- ↑ Food-Info.net : E-numbers : E900 : Dimethyl-polysiloxane
- ↑ Archivált másolat. [2007. szeptember 9-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2008. február 25.)
- ↑ Lucian C. Pop and M. Saito (2015). „Serendipitous Reactions Involving a Silicone Grease”. Coordination Chemistry Reviews. DOI:10.1016/j.ccr.2015.07.005.
- ↑ Xia, Y., & Whitesides, G. M. (1998). Soft lithography. Archiválva 2014. július 7-i dátummal a Wayback Machine-ben (PDF Archiválva 2006. szeptember 17-i dátummal a Wayback Machine-ben) Annual review of materials science, 28(1), 153-184.
- ↑ Waldner, J. B. (2013). Nanocomputers and swarm intelligence. John Wiley & Sons.
- ↑ 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.