پلی‌دی‌متیل‌سیلوکسان

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
Polydimethylsiloxane
PDMS
PDMS
شناساگرها
شماره ثبت سی‌ای‌اس ۶۳۱۴۸-۶۲-۹ ✔Y
UNII 92RU3N3Y1O ✔Y
کد اِی‌تی‌سی P03AX05
خصوصیات
فرمول مولکولی (C2H6OSi)n
چگالی 965 kg m-3
دمای ذوب N/A (دمای انتقال شیشه)
دمای جوش N/A (دمای انتقال شیشه)
به استثنای جایی که اشاره شده‌است در غیر این صورت، داده‌ها برای مواد به وضعیت استانداردشان داده شده‌اند (در 25 °C (۷۷ °F)، ۱۰۰ kPa)
 ✔Y (بررسی) (چیست: ✔Y/N؟)
Infobox references


پلی‌دی‌متیل‌سیلوکسان (PDMS) معمولترین پلی‌سیلوکسان بکار گرفته شده به عنوان بایندر است. در ساختار آن دو گروه متیل بر روی اتم سیلیسیم قرار گرفته‌است.

پلی دی متیل سیلوکسان(PDMS) که با نام‌های دی متیل پلی سیلوکسان و دایمتیکون نیز شناخته می‌شود، به گروهی از پلیمرهای آلی- سیلیکونی گفته می‌شود.[۱] PDMS به سبب خواص و تطبیق پذیری که منجر به کابردهای فراوان آن می‌شود، به عنوان پراستفاده‌ترین پلیمر آلی بر پایه سیلیکون شناخته می‌شود.[۲]

PDMS معمولاً بخاطر خواص رئولوژیکی بخصوص خود شناخته می‌شود. این ماده به لحاظ اپتیکی شفاف و به‌طور کلی خنثی، غیر سمی و غیرقابل اشتعال است. یکی از انواع روغن‌های سیلیکون بحساب می‌آید و طیف وسیعی از کاربردها را از لنزهای تماسی و تجهیزات پزشکی تا الاستومرها را دربرمی گیرد. همچنین در شامپوها، غذاها، به عنوان ماده درزگیر، روانکار و کاشی‌های مقاوم حرارتی کاربرد دارد.

ساختار[ویرایش]

فرمول شیمیایی پلی دی متیل سیلوکسان، CH3[Si(CH3)2O]nSi(CH3)3 است که در آن n تعداد دفعات تکرار مونومر [SiO(CH3)2] می‌باشد.[۳] سنتز صنعتی این ماده می‌تواند از دی متیل دی کلرو سالین و آب تحت واکنش زیر آغاز شود:

Formula.svg

خواص مکانیکی[ویرایش]

PDMS یک ماده ویسکوالاستیک است به این معنا که زمان جریان طولانی یا دمای بالا مانند یک مایع ویسکوز مثل عسل عمل می‌کند. اما در زمان جریان کوتاه یا دمای پایین مانند یک جامد الاستیک مانند لاستیک عمل می‌کند. ویسکوالاستسیسیته نوعی رفتار الاستیسیته غیر خطی است که در میان پلیمرهای با ساختار غیر کریستالی رایج است.[۴]

اگر PDMS برای مدت زمان طولانی ای روی سطحی باقی بماند (زمان جریان طولانی) جریان یافته و به مرور تمام سطح را پوشانده و منافذ آن را پر می‌کند. اگر همین ماده در قالب ریخته شود و تحت فرایند پخت قرار گیرد (زمان جریان کوتاه) مانند یک لایه لاستیکی خارج می‌شود.[۳] تعیین خواص مکانیکی مناسب باید قبل از فرایند پخت انجام گیرد. PDMS خام این امکان را به کاربر می‌دهد که با توجه به خواص مورد نیاز خود الاستومر مناسب را بدست آورد. عموماً PDMS پخت شده با کراس لینک‌ها، خواصی شبیه با لاستیک در حالت جامد خود را دارد. مدر این حالت ماده می‌تواند به سادگی کشیده شود، خم شود و در همه جهات فشره گردد.[۵]

به‌طور کلی PDMS مدول الاستیک کمی دارد که منجر به تغییر شکل آسان و رفتار لاستیکی آن می‌گردد. مدول برشی PDMS وابسته به روش فرآوری آن است اما تغییرات مقدار آن در محدوده 100kPa تا 3MPa می‌باشد.[۶]

پارچه جاسازی شده در PDMS. این روش به کاربر این امکان را می‌دهد که یک لایه نازک از PDMS را به عنوان یک زیرلایه حفظ کند در حالی که از طریق قرار دادن تقویت کننده به سختی بیشتری دست می‌یابد.
رابطه خطی بین دمای پخت و مدول یانگ در Sylgard 184 PDMS

خواص شیمیایی[ویرایش]

PDMS ماده ای هیدروفوبیک است.[۷] با روش اکیداسیون پلاسما می‌توان خواص سطحی PDMS را تغییر داد. افزودن گروه عاملی سیلانول(SiOH) با روش پلاسما آرگون می‌تواند برای مدت زمانی حدود ۳۰ دقیقه خاصیت آب دوستی به سطح بدهد اما پس از این زمان خاصیت آب گریزی سطح مجدداً احیا می‌شود.[۸] برای کاربردهایی که نیاز به سطح آب دوست برای مدت زمان بیشتری دارند باید از تکنیک‌های دیگری نظیر می‌توان از روش‌هایی مانند پیوند پلیمر آب دوست، ساختار نانو سطح و اصلاح سطح پویا با سورفاکتانت‌های تعبیه شده استفاده کرد.[۹] نمونه‌های جامد PDMS (اکسید سطحی شده باشند یا نه) به محلول‌های آبی اجازه نفوذ نمی‌دهند؛ بنابراین می‌توان از ساختارهای حاوی PDMS جهت ترکیب محلول‌های آب و الکل استفاده کرد بدون اینکه ماده دچار تغییر شکل شود.[۷]

کاربردها[ویرایش]

لیتوگرافی نرم[ویرایش]

PDMS معمولاً به عنوان مهر رزین در پروسه لیتوگرافی نرم استفاده می‌شود و یکی از پرکاربردترین موادی است که در تراشه‌های میکروسیال جهت تحویل جریان مورد استفاده قرار می‌گیرد.[۱۰]پروسه لیتوگرافی نرم شامل ساخت یک مهر الاستیک، که قابلیت انتقال الگوهای در حد ناندمتر به شیشه را داراست، و یک سطح پلیمری یا سیلیکونی می‌شود. به کمک این روش می‌توان تجهیزاتی ساخت که در صنعت ارتباطات از راه دور اپتیکی و تحقیقات پزشکی کاربرد دارد. مهر با روش‌های معمول فوتولیتوگرافی یا لیتوگرافی پرتو الکترونی ساخته می‌شود. رزولوشن وابسته به ماسک مورد استفاده است و می‌تواند به مقدار ۶ نانومتر هم برسد.[۱۱]

در سیستم‌های میکرو الکترومکانیکی زیستی (بایوممز) لیتوگرافی نرم به‌طور گسترده برای میکروسیال‌ها در زمینه آلی یا غیرآلی استفاده می‌شود. بافت پنجره ای سیلیکونی جهت طراحی کانال‌ها بکار برده می‌شود سپس PDMS روی این پنجره ای‌ها ریخته می‌شود و اجازه داده می‌شود تا خشک شود. پس خشک شدن، حتی کوچکترین الگوها روی PDMS رد خود را بجا می‌گذارند. سپس سطح بلوک با روش اچ پلاسما یک لایه آبدوست روی سطح ایجاد می‌شود. این عملیات سطحی پیوندهای سیلیکون- اکسیژن را در سطح می‌شکند. سپس یک اسلاید شیشه ای که عملیات پلاسما روی آن انجام شده روی سطح فعال PDMS قرار می‌گیرد. اکنون الگوی ایجاد شده بین PDMS و شیشه با سطوح پلاسما شده قرار دارد. سپس تأثیر عملیات پلاسما از بین رفته و پیوند بین اکسیژن و سیلیکون بین سطح شیشه و سطح PDMS شروع به بازسازی می‌کند. PDMS تمام سطح اتصال خود با شیشه را می‌پوشاند و به این ترتیب یک کانال ضدآب در محل الگوها ایجاد می‌شود. به کمک این تجهیز محققان می‌توانند از روش‌های شیمی سطح متعددی برای ساخت تجهیزات منحصر به فرد آزمایشگاه روی تراشه برای تست‌های موازی استفاده کنند.[۱۲]

استریو لیتوگرافی[ویرایش]

در پرینت سه بعدی به روش استریولیتوگرافی(SLA) نور به یک رزین فتوکیورینگ تابیده می‌شود و نواحی مشخصی از رزین را به صورت انتخابی سخت می‌کند. بعضی از انواع پرینترهای SLA از زیر تانک رزین پخت می‌شوند بنابراین لازم است تا مدل ایجاد شده از سطح کنده شود تا لایه بعدی رزین بتواند آن را بپوشاند. وجود یک لایه PDMS در زیر تانک با مکانیزم جذب اکسیژن به این پروسه کمک می‌کند: وجود اکسیژن در مجاورت رزین مانع از چسبندگی رزین به PDMS می‌شود. همچنین شفافیت اپتیکی PDMS اجازه عبور بدون انحراف نور به رزین را می‌دهد.[۱۳]

کاربردهای آرایشی و پزشکی[ویرایش]

ایمپلنت‌های سینه از یک لایه الاستومر PDMS که با سیلیکا بخار داده شده و درون خود محلول سالین یا ژل PDMS دارد تشکیل شده‌است.[۱۳]

پوست[ویرایش]

از PDMS در صنایع آرایشی به‌طور گسترده استفاده می‌شود. برای مثال، می‌توان از PDMS در درمان شپش پوست سر استفاده نمود.[۱۴]

مو[ویرایش]

ترکیبات حاوی PDMS مانند آمودایمتیکون زمانی که بگونه ای فرمول بندی شده باشند که حاوی ذرات کوچک و انحلالی پذیر در آب یا الکل به عنوان سورفکنانت[۱۵][۱۶] به عنوان نرم‌کننده بخصوص برای موهای آسیب دیده[۱۷] کاربرد دارند.[۱۸]

لنز تماسی[ویرایش]

یکی از کاربردهای متصور برای PDMS در تمیز کردن لنزهای تماسی می‌باشد. خواص فیزیکی مانند مدول الاستیک کم و آبگریزی در پاکسازی لنزهای تماسی از ذرات آلاینده در حد میکرو و نانو کمک می‌کنند.[۱۹][۲۰]

کاربرد در پزشکی[ویرایش]

نوع فعال شده پلی‌دی‌متیل‌سیلوکسان به عنوان داروی ضد نفخ با نام دایمتیکون و همچنین سایمتیکون شناخته شده‌است. دایمتیکون به صورت قرص یا قطره مصرف می‌شود. همچنین این ماده در ترکیب با سایر داروها نیز تولید می‌شود مانند قرص و شربت آلومینیوم ام جی اس که حاوی هیدروکسید آلومینیم، هیدروکسید منیزیوم و سایمتیکون است.

این پلیمر دارای دانسیته ۰٫۹۷۱ است و در آب غیرقابل حل می‌باشد.

کاربردهای صنعتی[ویرایش]

«سیلوکسان‌ها ترکیب‌هایی سیلسیم‌دار با خواص صنعتی مهمی از جمله نفوذپذیری زیاد، مقاومت در برابر قلیاها و برخورداری از سطحی آب‌گریز هستند. این مواد در شکل پلیمری، خواص خود را در محدوده گسترده‌ای از تغییرات محیطی حفظ می‌کنند.

برخلاف پلیمرهای آلی، این ترکیب‌ها در برابر اکسایش، پایداری بیشتری از خود نشان می‌دهند و به‌عنوان عایق‌های الکتریکی، کارایی بیشتری دارند. کم بودن نقطه انجماد، کشش سطحی و نیروی جذب باعث کاربردهای گوناگون این مواد شده‌است.»

دربارهٔ کاربرد این ماده می‌خوانیم: «نوع فعال شده دی‌متیل سیلوکسان‌ها به‌عنوان داروی ضد نفخ به نام دایمتیکون و سایمتیکون شناخته شده‌است. این ماده در ترکیب با داروها در شکل قرص و شربت نیز استفاده می‌شود. نمونه‌ای از این داروها شربت آلومینیوم ام. جی است که حاوی آلومینیوم هیدروکسید، منیزیم هیدروکسید و سایمتیکون است.

در کارخانه‌های تهیه قند، مربا، نوشابه و آدامس از این ماده استفاده می‌شود و به‌عنوان افزودنی در تهیه غذاهای فراوری شده کاربرد دارد. از جمله کاربردهای صنعتی آن باید به استفاده از آن به‌عنوان عامل ضد کف در حفاری چاه‌های نفت یا فرایند سیمان‌کاری دیواره چاه‌ها و صنایع چوب و کاغذ اشاره کرد. در صنایع تولید رنگ و رنگرزی نیز از این ماده استفاده می‌شود.»

در ادامه آمده‌است: «از پلیمر این ترکیب، PDMS، به دلیل برخورداری از پایه سیلیکونی، به‌عنوان نرم‌کننده در فراورده‌های بهداشتی و آرایشی استفاده می‌شود. غشاهای PDMS پر شده با نانوذره‌های زئولیتی در جداسازی گازهای پروپان، متان، هیدروژن و کربن‌دی‌اکسید مناسب شناخته شده‌است. این ترکیب در استخراج پروتیین‌ها به روش کروماتوگرافی سودمند بوده‌است.»

جستارهای وابسته[ویرایش]

منابع[ویرایش]

  1. "Linear Polydimethylsiloxanes" Joint Assessment of Commodity Chemicals, September 1994 (Report No. 26) ISSN 0773-6339-26.
  2. "PDMS with designer functionalities—Properties, modifications strategies, and applications". Progress in Polymer Science (به انگلیسی). 83: 97–134. 2018-08-01. doi:10.1016/j.progpolymsci.2018.06.001. ISSN 0079-6700.
  3. ۳٫۰ ۳٫۱ Mark, J. E. ; Allcock, H. R. ; West, R. “Inorganic Polymers” Prentice Hall, Englewood, NJ: 1992. ISBN 0-13-465881-7.
  4. Courtney, Thomas H. (2013). Mechanical Behavior of Materials. McGraw Hill Education (India). ISBN 978-1259027512. OCLC 929663641.
  5. Wang, Zhixin (2011). Polydimethylsiloxane Mechanical Properties Measured by Macroscopic Compression and Nanoindentation Techniques. OCLC 778367553.
  6. Lotters, J. C. ; Olthuis, W. ; Veltink, P. H. ; Bergveld, P. (1997). "The mechanical properties of the rubber elastic polymer polydimethylsiloxane for sensor applications". J. Micromech. Microeng. 7 (3): 145–147. Bibcode:1997JMiMi...7..145L. doi:10.1088/0960-1317/7/3/017.
  7. ۷٫۰ ۷٫۱ McDonald, J. C. ; Duffy, D. C. ; Anderson, J. R. ; Chiu, D. T. ; Wu, H. ; Schueller, O. J. A. ; Whitesides, G. M. (2000). "Fabrication of microfluidic systems in poly(dimethylsiloxane)". Electrophoresis. 21 (1): 27–40. doi:10.1002/(SICI)1522-2683(20000101)21:1<27::AID-ELPS27>3.0.CO;2-C. PMID 10634468.
  8. H. Hillborg; J. F. Ankner; U. W. Gedde; G. D. Smith; H. K. Yasuda; K. Wikstrom (2000). "Crosslinked polydimethylsiloxane exposed to oxygen plasma studied by neutron reflectometry and other surface specific techniques". Polymer. 41 (18): 6851–6863. doi:10.1016/S0032-3861(00)00039-2.
  9. O'Brien, Daniel Joseph; Sedlack, Andrew J. H. ; Bhatia, Pia; Jensen, Christopher J. ; Quintana-Puebla, Alberto; Paranjape, Makarand (2020). "Systematic Characterization of Hydrophilized Polydimethylsiloxane". Journal of Microelectromechanical Systems: 1–9. arXiv:2007.09138. doi:10.1109/JMEMS.2020.3010087. ISSN 1057-7157. S2CID 220633559.
  10. PDMS in microfluidics: a review and tutorial. elveflow.com
  11. Waldner, Jean-Baptiste (2008). Nanocomputers and Swarm Intelligence. London: John Wiley & Sons. pp. 92–93. ISBN 978-1-84704-002-2.
  12. Rogers, J. A. ; Nuzzo, R. G. (2005). "Recent progress in Soft Lithography. In". Materials Today. 8 (2): 50–56. doi:10.1016/S1369-7021(05)00702-9.
  13. ۱۳٫۰ ۱۳٫۱ Evaluation of sustained release of antisense oligonucleotide from poly DL (lactide-co-glycolide) microspheres targeting fibrotic growth factors CTGF and TGF-β1 (PDF).
  14. Burgess, Ian F. (2009). "The mode of action of dimeticone 4% lotion against head lice,Pediculus capitis". BMC Pharmacology. 9: 3. doi:10.1186/1471-2210-9-3. PMC 2652450. PMID 19232080.
  15. Schueller, Randy; Romanowski, Perry (1999). Conditioning Agents for Hair and Skin. CRC Press. p. 273. ISBN 978-0-8247-1921-0. Amodimethicone is recognized for its extremely robust conditioning and for its ability to form clear products when used in high-surfactant shampoos. Amodimethicone is a useful ingredient in conditioners, gels, mousses, and permanents, but its use in shampoos has proved troublesome due to interactions between the cationic and the anionic surfactants, which can result in compatibility problems. However, the amodimethicone emulsion can be made compatible in high-surfactant-level shampoos
  16. Goddard, E. Desmond; Gruber, James V. (1999). Principles of Polymer Science and Technology in Cosmetics and Personal Care. CRC Press. p. 299. ISBN 978-0-8247-1923-4. Amodimethicone is typically an emulsion-polymerized polymer; however, utilizing linear processing technology amodimethicone fluids may be prepared as neat fluids, and then emulsified by a mechanical process as desired. The most widely utilized amodimethicone emulsions contain as the surfactant pair either (1) tallowtrimonium chloride (and) nonoxy- nol-10, or (2) cetrimonium chloride (and) trideceth-10 or -12. These "uncapped" amino- functional silicone compounds may be characterized by a linear or branched structure. In either case, amodimethicone polymers will undergo a condensation cure reaction during drying to form a somewhat durable elastomeric film on the hair, providing wet- and dry- combing benefits, lowering triboelectric charging effects, and increasing softness of the dry hair. They are excellent conditioning agents, often found in conditioners, mousses, setting lotions, and less frequently in 2-in-1 shampoos
  17. Iwata, Hiroshi (2012). Formulas, Ingredients and Production of Cosmetics: Technology of Skin- and Hair-Care Products in Japan. Springer Science & Business Media. p. 144. ISBN 978-4-431-54060-1. Amodimethicone is the most widely used amino-modified silicone. It has an aminopropyl group attached to the methyl group of Dimethicone. Amodimethicone of various degrees of amino modification are available as well as those that have POP, POE, or an alkyl group attached. Amino-modified silicones are cationic and affinitive to hair keratin. They are particularly highly affinitive to damaged hair, which is anionic due to the presence of cysteic acid
  18. Barel, André O. ; Paye, Marc; Maibach, Howard I. (2014). Handbook of Cosmetic Science and Technology, Fourth Edition. CRC Press. p. 567. ISBN 978-1-84214-564-7. ...and amodimethicone, which is an amino-substituted silicone and silicone quats, which contain permanently quaternized ammonium groups. In general, amodimethicones and silicone quats condition better than dimethicones, which condition better than dimethicone copolyols
  19. Burgener, Katherine; Bhamla, M. Saad (2020-05-19). "A polymer-based technique to remove pollutants from soft contact lenses". Contact Lens and Anterior Eye. arXiv:2005.08732. doi:10.1016/j.clae.2020.05.004. ISSN 1367-0484.
  20. https://en.wikipedia.org/wiki/Polydimethylsiloxane#cite_note-pdms_mechanical-11