Polidimetilsiloxano - Polydimethylsiloxane
|
|
|
|
| Nomes | |
|---|---|
|
Nome IUPAC
poli (dimetilsiloxano)
|
|
| Outros nomes
PDMS
dimeticona dimetilpolisiloxano E900 |
|
| Identificadores | |
|
Modelo 3D ( JSmol )
|
|
| ChemSpider | |
| ECHA InfoCard |
100,126,442 
|
| Número E | E900 (agentes de envidraçamento, ...) |
| UNII | |
|
Painel CompTox ( EPA )
|
|
|
|
| Propriedades | |
| (C 2 H 6 OSi) n | |
| Densidade | 965 kg / m 3 |
| Ponto de fusão | N / A, vitrifica |
| Ponto de ebulição | N / A, vitrifica |
| Farmacologia | |
| P03AX05 ( OMS ) | |
| Perigos | |
| NFPA 704 (diamante de fogo) | |
|
Exceto onde indicado de outra forma, os dados são fornecidos para materiais em seu estado padrão (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). |
|
 verificar (o que é ?)
  |
|
| Referências da Infobox | |
O polidimetilsiloxano ( PDMS ), também conhecido como dimetilpolisiloxano ou dimeticona , pertence a um grupo de compostos de organossilício poliméricos que são comumente referidos como silicones . O PDMS é o polímero orgânico à base de silício mais utilizado , pois sua versatilidade e propriedades levam a muitas aplicações.
É particularmente conhecido por suas propriedades reológicas (ou de fluxo) incomuns . O PDMS é opticamente transparente e, em geral, inerte, não tóxico e não inflamável . É um dos vários tipos de óleo de silicone ( siloxano polimerizado ). Suas aplicações variam de lentes de contato e dispositivos médicos a elastômeros ; também está presente em xampus (pois deixa os cabelos brilhantes e escorregadios), alimentos (antiespumante), calafetantes , lubrificantes e ladrilhos resistentes ao calor.
Estrutura
A fórmula química para PDMS é CH 3 [Si (CH 3 ) 2 O] n Si (CH 3 ) 3 , onde n é o número de unidades de monômero de repetição [SiO (CH 3 ) 2 ]. A síntese industrial pode começar a partir de dimetildiclorosilano e água pela seguinte reação líquida:
![{\ displaystyle n {\ ce {Si (CH3) 2Cl2}} + (n + 1) {\ ce {H2O-> HO [-Si (CH3) 2O -] _ {\ mathit {n}} H}} + 2n {\ ce {HCl}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/10568ead2be7a0d6946bf52a9a42c033b9707047)
A reação de polimerização desenvolve ácido clorídrico . Para aplicações médicas e domésticas, foi desenvolvido um processo no qual os átomos de cloro no precursor de silano foram substituídos por grupos de acetato . Nesse caso, a polimerização produz ácido acético , que é menos agressivo quimicamente que o HCl. Como efeito colateral, o processo de cura também é muito mais lento neste caso. O acetato é usado em aplicações de consumo, como calafetagem de silicone e adesivos .
Ramificação e limitação
A hidrólise de Si (CH 3 ) 2 Cl 2 gera um polímero que é terminado com grupos silanol (−Si (CH 3 ) 2 OH]). Esses centros reativos são tipicamente "tampados" pela reação com cloreto de trimetilsilil :
- 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
Os precursores de silano com mais grupos formadores de ácido e menos grupos metil, como metiltriclorossilano , podem ser usados para introduzir ramificações ou ligações cruzadas na cadeia do polímero. Em condições ideais, cada molécula de tal composto torna-se um ponto de ramificação. Isso pode ser usado para produzir resinas de silicone duras . De maneira semelhante, precursores com três grupos metil podem ser usados para limitar o peso molecular, uma vez que cada uma dessas moléculas tem apenas um sítio reativo e, portanto, forma o final de uma cadeia de siloxano.
PDMS bem definido com baixo índice de polidispersidade e alta homogeneidade é produzido pela polimerização aniônica controlada de hexametilciclotrissiloxano . Usando esta metodologia, é possível sintetizar copolímeros em bloco linear, copolímeros em bloco em forma de estrela de heteroarme e muitas outras arquiteturas macromoleculares.
O polímero é fabricado em viscosidades múltiplas , variando de um líquido fluido fino (quando n é muito baixo), a um semi-sólido espesso de borracha (quando n é muito alto). As moléculas de PDMS têm estruturas poliméricas (ou cadeias) bastante flexíveis devido às suas ligações de siloxano, que são análogas às ligações de éter usadas para conferir elasticidade aos poliuretanos . Essas cadeias flexíveis tornam-se frouxamente emaranhadas quando o peso molecular é alto, o que resulta em um nível invulgarmente alto de viscoelasticidade do PDMS .
Propriedades mecânicas
O PDMS é viscoelástico , o que significa que em longos tempos de fluxo (ou altas temperaturas), atua como um líquido viscoso , semelhante ao mel. No entanto, em tempos de fluxo curtos (ou baixas temperaturas), ele atua como um sólido elástico , semelhante à borracha. Viscoelasticidade é uma forma de elasticidade não linear comum entre polímeros não cristalinos. O carregamento e o descarregamento de uma curva de tensão-deformação para PDMS não coincidem; em vez disso, a quantidade de tensão irá variar com base no grau de tensão, e a regra geral é que aumentar a tensão resultará em maior rigidez. Quando a própria carga é removida, a tensão é lentamente recuperada (em vez de instantaneamente). Esta deformação elástica dependente do tempo resulta das cadeias longas do polímero. Mas o processo descrito acima só é relevante quando a reticulação está presente; quando não é, o polímero PDMS não pode voltar ao estado original, mesmo quando a carga é removida, resultando em uma deformação permanente. No entanto, a deformação permanente raramente é vista no PDMS, uma vez que quase sempre é curada com um agente de reticulação.
Se algum PDMS for deixado em uma superfície durante a noite (tempo de fluxo longo), ele irá fluir para cobrir a superfície e se moldar a quaisquer imperfeições da superfície. No entanto, se o mesmo PDMS for derramado em um molde esférico e curado (tempo de fluxo curto), ele irá ricochetear como uma bola de borracha. As propriedades mecânicas do PDMS permitem que este polímero se adapte a uma grande variedade de superfícies. Como essas propriedades são afetadas por uma variedade de fatores, esse polímero exclusivo é relativamente fácil de ajustar. Isso permite que o PDMS se torne um bom substrato que pode ser facilmente integrado em uma variedade de sistemas microfluídicos e microeletromecânicos. Especificamente, a determinação das propriedades mecânicas pode ser decidida antes que o PDMS seja curado; a versão não curada permite que o usuário capitalize uma infinidade de oportunidades para obter um elastômero desejável. Geralmente, a versão curada reticulada do PDMS se assemelha à borracha em uma forma solidificada. É amplamente conhecido por ser facilmente esticado, dobrado, comprimido em todas as direções. Dependendo da aplicação e do campo, o usuário pode ajustar as propriedades de acordo com a demanda.
Em geral, o PDMS tem um baixo módulo de elasticidade que permite que seja facilmente deformado e resulta no comportamento de uma borracha. As propriedades viscoelásticas do PDMS podem ser medidas com mais precisão usando a análise mecânica dinâmica . Este método requer a determinação das características de fluxo do material em uma ampla gama de temperaturas, taxas de fluxo e deformações. Por causa da estabilidade química do PDMS, é frequentemente usado como um fluido de calibração para este tipo de experimento.
O módulo de cisalhamento do PDMS varia com as condições de preparação e, conseqüentemente, varia dramaticamente na faixa de 100 kPa a 3 MPa. A perda tangente é muito baixa (tan δ ≪ 0,001) .
Compatibilidade química
PDMS é hidrofóbico . A oxidação do plasma pode ser usada para alterar a química da superfície, adicionando grupos silanol (SiOH) à superfície. O plasma de ar atmosférico e o plasma de argônio funcionarão para esta aplicação. Este tratamento torna a superfície do PDMS hidrofílica , permitindo que a água a umedeça. A superfície oxidada pode ser posteriormente funcionalizada por reação com triclorossilanos. Depois de um certo tempo, a recuperação da hidrofobicidade da superfície é inevitável, independentemente de o meio circundante ser vácuo, ar ou água; a superfície oxidada é estável ao ar por cerca de 30 minutos. Alternativamente, para aplicações onde a hidrofilicidade de longo prazo é um requisito, técnicas como enxerto de polímero hidrofílico, nanoestruturação de superfície e modificação de superfície dinâmica com surfactantes incorporados podem ser úteis.
Amostras sólidas de PDMS (oxidadas ou não na superfície) não permitirão que solventes aquosos se infiltrem e inchem o material. Assim, as estruturas de PDMS podem ser usadas em combinação com solventes de água e álcool sem deformação do material. No entanto, a maioria dos solventes orgânicos se difundirá no material e fará com que ele inche. Apesar disso, alguns solventes orgânicos levam a um inchaço suficientemente pequeno que podem ser usados com PDMS, por exemplo, dentro dos canais de dispositivos de microfluidos PDMS . A razão de intumescimento é aproximadamente inversamente relacionada ao parâmetro de solubilidade do solvente. A diisopropilamina incha o PDMS ao máximo; solventes como clorofórmio , éter e THF dilatam o material em grande extensão. Solventes como acetona , 1-propanol e piridina aumentam um pouco o volume do material. Álcoois e solventes polares como metanol , glicerol e água não incham o material de maneira apreciável.
Formulários
Tensoativos e agentes antiespumantes
PDMS é um surfactante comum e é um componente de antiespumantes . O PDMS, em uma forma modificada, é usado como um penetrante de herbicida e é um ingrediente crítico em revestimentos repelentes de água, como Rain-X .
Dimeticona é usada no fluido de silicone ativo em diferenciais e acoplamentos de deslizamento limitado viscoso automotivo.
Litografia suave
O PDMS é comumente usado como uma resina de carimbo no procedimento de litografia suave , tornando-o um dos materiais mais comuns usados para distribuição de fluxo em chips microfluídicos . O processo de litografia suave consiste na criação de um selo elástico, que permite a transferência de padrões de apenas alguns nanômetros para superfícies de vidro, silicone ou polímero. Com esse tipo de técnica, é possível produzir dispositivos que podem ser utilizados nas áreas de telecomunicações ópticas ou pesquisas biomédicas. O selo é produzido a partir das técnicas normais de fotolitografia ou litografia de feixe de elétrons . A resolução depende da máscara utilizada e pode chegar a 6 nm.
A popularidade do PDMS na área de microfluídica se deve às suas excelentes propriedades mecânicas. Além disso, em comparação com outros materiais, possui propriedades ópticas superiores, permitindo fundo mínimo e autofluorescência durante a imagem fluorescente.
Em sistemas microeletromecânicos biomédicos (ou biológicos) (bio-MEMS), a litografia suave é amplamente utilizada para microfluídica em contextos orgânicos e inorgânicos. Wafers de silício são usados para projetar canais, e PDMS é então despejado sobre esses wafers e deixado para endurecer. Quando removido, mesmo o menor dos detalhes é deixado impresso no PDMS. Com este bloco PDMS particular, a modificação da superfície hidrofílica é conduzida usando técnicas de gravação de plasma . O tratamento com plasma interrompe as ligações de silicone-oxigênio da superfície e uma lâmina de vidro tratada com plasma é geralmente colocada no lado ativado do PDMS (o lado tratado com plasma, agora hidrofílico com impressões). Uma vez que a ativação passa e as ligações começam a se reformar, as ligações de silício-oxigênio são formadas entre os átomos da superfície do vidro e os átomos da superfície do PDMS, e a lâmina torna-se permanentemente selada ao PDMS, criando assim um canal à prova d'água. Com esses dispositivos, os pesquisadores podem utilizar várias técnicas de química de superfície para diferentes funções, criando dispositivos lab-on-a-chip exclusivos para testes paralelos rápidos. O PDMS pode ser reticulado em redes e é um sistema comumente usado para estudar a elasticidade de redes poliméricas. O PDMS pode ser padronizado diretamente por litografia de carga superficial.
O PDMS está sendo usado na fabricação de materiais adesivos secos de adesão de lagartixa sintética , até o momento apenas em quantidades de teste de laboratório.
Alguns pesquisadores de eletrônica flexível usam PDMS por causa de seu baixo custo, fácil fabricação, flexibilidade e transparência óptica. Ainda assim, para imagens de fluorescência em diferentes comprimentos de onda, o PDMS mostra menos autofluorescência e é comparável ao vidro BoroFloat.
Litografia estéreo
Na impressão 3D de estereolitografia (SLA), a luz é projetada na resina de fotocura para curá-la seletivamente. Alguns tipos de impressora SLA são curados do fundo do tanque de resina e, portanto, exigem que o modelo em crescimento seja retirado da base para que cada camada impressa seja fornecida com um novo filme de resina não curada. Uma camada de PDMS no fundo do tanque auxilia neste processo absorvendo oxigênio: a presença de oxigênio adjacente à resina impede que ele adira ao PDMS, e o PDMS opticamente transparente permite que a imagem projetada passe para a resina sem distorções.
Remédios e cosméticos
A dimeticona ativada, uma mistura de polidimetilsiloxanos e dióxido de silício (às vezes chamada de simeticona ), é freqüentemente usada em medicamentos de venda livre como agente antiespumante e carminativo . Também foi proposto pelo menos para uso em lentes de contato.
Os implantes mamários de silicone são feitos de um invólucro de elastômero PDMS, ao qual é adicionada sílica amorfa pirogênica , envolvendo o gel de PDMS ou solução salina .
Além disso, o PDMS é útil como tratamento para piolhos ou pulgas devido à sua capacidade de capturar insetos. Ele também funciona como um hidratante mais leve e mais respirável do que os óleos típicos.
Pele
O PDMS é usado de várias maneiras na indústria de cosméticos e de produtos de consumo. Por exemplo, o PDMS pode ser usado no tratamento de piolhos no couro cabeludo e a dimeticona é amplamente usada em loções hidratantes para a pele, onde é listada como um ingrediente ativo cujo propósito é "proteção da pele". Algumas formulações cosméticas usam dimeticona e polímeros de siloxano relacionados em concentrações de uso de até 15%. O Painel de Especialistas da Cosmetic Ingredient Review (CIR) concluiu que a dimeticona e polímeros relacionados são "seguros quando usados em formulações cosméticas".
Cabelo
Compostos de PDMS, como amodimeticona, são condicionadores eficazes quando formulados para consistir em pequenas partículas e serem solúveis em água ou álcool / atuam como surfactantes (especialmente para cabelos danificados) e são ainda mais condicionantes para o cabelo do que dimeticona comum e / ou copolióis de dimeticona .
Lentes de contato
Um uso proposto do PDMS é a limpeza de lentes de contato. Suas propriedades físicas de baixo módulo de elasticidade e hidrofobicidade têm sido usadas para limpar micro e nano poluentes de superfícies de lentes de contato de forma mais eficaz do que solução multiuso e fricção com os dedos; os pesquisadores envolvidos chamam a técnica de PoPPR (polímero na remoção de poluição por polímero) e observam que é altamente eficaz na remoção de nanoplásticos que aderiram às lentes.
Tratamento contra pulgas para animais de estimação
Dimeticona é o ingrediente ativo em um líquido aplicado na nuca de um gato ou cachorro a partir de uma pequena pipeta descartável de uso único. O parasita fica preso e imobilizado na substância e, portanto, interrompe o ciclo de vida do inseto.
Alimentos
O PDMS é adicionado a muitos óleos de cozinha (como um agente antiespumante) para evitar respingos de óleo durante o processo de cozimento. Como resultado disso, o PDMS pode ser encontrado em pequenas quantidades em muitos itens de fast food, como McDonald's Chicken McNuggets , batatas fritas, batatas fritas, milkshakes e smoothies e batatas fritas Wendy's.
De acordo com os regulamentos europeus de aditivos alimentares, é listado como E900 .
Lubrificante de preservativo
PDMS é amplamente utilizado como lubrificante de preservativos .
Usos domésticos e de nicho
Muitas pessoas estão indiretamente familiarizadas com o PDMS porque ele é um componente importante da Silly Putty , ao qual o PDMS confere suas propriedades viscoelásticas características. Outro brinquedo usado no PDMS é a areia cinética . As calafetagens de silicone com cheiro de vinagre e borracha, adesivos e selantes de aquário também são bem conhecidos. PDMS também é usado como um componente em graxa de silicone e outros lubrificantes à base de silicone , bem como em agentes antiespumantes , agentes desmoldantes , fluidos de amortecimento, fluidos de transferência de calor , esmaltes, cosméticos , condicionadores de cabelo e outras aplicações.
Ele pode ser usado como um sorvente para a análise de headspace ( análise de gás dissolvido ) de alimentos.
Considerações de segurança e ambientais
De acordo com a Enciclopédia de Ullmann , nenhum "efeito nocivo marcante sobre os organismos no meio ambiente" foi observado para os siloxanos. O PDMS não é biodegradável, mas é absorvido nas estações de tratamento de águas residuais. Sua degradação é catalisada por várias argilas .
Veja também
- Silicone
- Ciclometicona
- Siloxanos e outros compostos de organossilício
- Polimetilhidrossiloxano (PMHS)
- Borracha de silicone
Referências
links externos
- Amodimeticona Estrutura e propriedades da amodimeticona