Polydiméthylsiloxane - Polydimethylsiloxane
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| Noms | |
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Nom IUPAC
poly(diméthylsiloxane)
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| Autres noms
PDMS
diméthicone diméthylpolysiloxane E900 |
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| Identifiants | |
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Modèle 3D ( JSmol )
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| ChemSpider | |
| Carte d'information de l'ECHA |
100.126.442 
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| numéro E | E900 (agents de glaçage, ...) |
| UNII | |
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Tableau de bord CompTox ( EPA )
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| Propriétés | |
| (C 2 H 6 OSi) n | |
| Densité | 965 kg/ m3 |
| Point de fusion | N/A, vitrifie |
| Point d'ébullition | N/A, vitrifie |
| Pharmacologie | |
| P03AX05 ( OMS ) | |
| Dangers | |
| NFPA 704 (diamant de feu) | |
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Sauf indication contraire, les données sont données pour les matériaux dans leur état standard (à 25 °C [77 °F], 100 kPa). |
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 vérifier ( qu'est-ce que c'est ?)
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| Références de l'infobox | |
Le polydiméthylsiloxane ( PDMS ), également connu sous le nom de diméthylpolysiloxane ou diméthicone , appartient à un groupe de composés organosiliciés polymères communément appelés silicones . Le PDMS est le polymère organique à base de silicium le plus largement utilisé , car sa polyvalence et ses propriétés conduisent à de nombreuses applications.
Il est particulièrement connu pour ses propriétés rhéologiques (ou d'écoulement) inhabituelles . Le PDMS est optiquement clair et, en général, inerte, non toxique et ininflammable . C'est l'un des nombreux types d' huile de silicone ( siloxane polymérisé ). Ses applications vont des lentilles de contact et dispositifs médicaux aux élastomères ; il est également présent dans les shampoings (car il rend les cheveux brillants et glissants), les aliments (agent antimousse), les produits de calfeutrage , les lubrifiants et les carreaux résistants à la chaleur.
Structure
La formule chimique du PDMS est CH 3 [Si(CH 3 ) 2 O] n Si(CH 3 ) 3 , où n est le nombre d' unités répétitives de monomère [SiO(CH 3 ) 2 ]. La synthèse industrielle peut commencer à partir du diméthyldichlorosilane et de l'eau par la réaction nette suivante :
![{\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)
La réaction de polymérisation dégage de l'acide chlorhydrique . Pour les applications médicales et domestiques, un procédé a été développé dans lequel les atomes de chlore dans le précurseur de silane ont été remplacés par des groupes acétate . Dans ce cas, la polymérisation produit de l'acide acétique , qui est moins agressif chimiquement que HCl. Comme effet secondaire, le processus de durcissement est également beaucoup plus lent dans ce cas. L'acétate est utilisé dans des applications grand public, telles que le mastic silicone et les adhésifs .
Branchement et coiffage
L'hydrolyse de Si(CH 3 ) 2 Cl 2 génère un polymère terminé par des groupements silanol (-Si(CH 3 ) 2 OH]). Ces centres réactifs sont typiquement « coiffés » par réaction avec du chlorure de triméthylsilyle :
- 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
Les précurseurs de silane avec plus de groupes formant des acides et moins de groupes méthyle, tels que le méthyltrichlorosilane , peuvent être utilisés pour introduire des ramifications ou des réticulations dans la chaîne polymère. Dans des conditions idéales, chaque molécule d'un tel composé devient un point de ramification. Cela peut être utilisé pour produire des résines de silicone dures . De manière similaire, des précurseurs à trois groupes méthyle peuvent être utilisés pour limiter le poids moléculaire, car chacune de ces molécules n'a qu'un seul site réactif et forme ainsi l'extrémité d'une chaîne siloxane.
Un PDMS bien défini avec un faible indice de polydispersité et une homogénéité élevée est produit par polymérisation anionique contrôlée par ouverture de cycle de l' hexaméthylcyclotrisiloxane . En utilisant cette méthodologie, il est possible de synthétiser des copolymères séquences linéaires, des copolymères séquences hétérobras en forme d'étoile et de nombreuses autres architectures macromoléculaires.
Le polymère est fabriqué dans de multiples viscosités , allant d'un liquide liquide fin (lorsque n est très faible), à un semi-solide caoutchouteux épais (lorsque n est très élevé). Les molécules de PDMS ont des squelettes (ou chaînes) polymères assez flexibles en raison de leurs liaisons siloxane, qui sont analogues aux liaisons éther utilisées pour conférer un caractère caoutchouteux aux polyuréthanes . De telles chaînes flexibles s'emmêlent de manière lâche lorsque le poids moléculaire est élevé, ce qui entraîne un niveau de viscoélasticité inhabituellement élevé du PDMS .
Propriétés mécaniques
Le PDMS est viscoélastique , ce qui signifie qu'à de longs temps d'écoulement (ou à haute température), il agit comme un liquide visqueux , semblable au miel. Cependant, à des temps d'écoulement courts (ou à basse température), il agit comme un solide élastique , semblable au caoutchouc. La viscoélasticité est une forme d'élasticité non linéaire qui est courante parmi les polymères non cristallins. Le chargement et le déchargement d'une courbe contrainte-déformation pour le PDMS ne coïncident pas ; plutôt, la quantité de contrainte variera en fonction du degré de contrainte, et la règle générale est que l'augmentation de la contrainte entraînera une plus grande rigidité. Lorsque la charge elle-même est supprimée, la contrainte est récupérée lentement (plutôt qu'instantanément). Cette déformation élastique dépendante du temps résulte des longues chaînes du polymère. Mais le processus qui est décrit ci-dessus n'est pertinent que lorsque la réticulation est présente ; quand ce n'est pas le cas, le polymère PDMS ne peut pas revenir à l'état d'origine même lorsque la charge est supprimée, ce qui entraîne une déformation permanente. Cependant, une déformation permanente est rarement observée dans le PDMS, car il est presque toujours durci avec un agent de réticulation.
Si du PDMS est laissé sur une surface pendant la nuit (temps d'écoulement long), il coulera pour couvrir la surface et former des imperfections de surface. Cependant, si le même PDMS est versé dans un moule sphérique et laissé durcir (court temps d'écoulement), il rebondira comme une balle en caoutchouc. Les propriétés mécaniques du PDMS permettent à ce polymère de se conformer à une grande variété de surfaces. Étant donné que ces propriétés sont affectées par une variété de facteurs, ce polymère unique est relativement facile à régler. Cela permet au PDMS de devenir un bon substrat qui peut facilement être intégré dans une variété de systèmes microfluidiques et microélectromécaniques. Plus précisément, la détermination des propriétés mécaniques peut être décidée avant le durcissement du PDMS ; la version non durcie permet à l'utilisateur de capitaliser sur une myriade d'opportunités pour obtenir un élastomère souhaitable. Généralement, la version durcie réticulée du PDMS ressemble au caoutchouc sous une forme solidifiée. Il est largement connu pour être facilement étiré, plié, comprimé dans toutes les directions. En fonction de l'application et du domaine, l'utilisateur est en mesure de régler les propriétés en fonction de ce qui est demandé.
Globalement, le PDMS a un faible module d'élasticité qui lui permet de se déformer facilement et donne le comportement d'un caoutchouc. Les propriétés viscoélastiques du PDMS peuvent être mesurées plus précisément à l'aide d' une analyse mécanique dynamique . Cette méthode nécessite la détermination des caractéristiques d'écoulement du matériau sur une large plage de températures, de débits et de déformations. En raison de la stabilité chimique du PDMS, il est souvent utilisé comme fluide d'étalonnage pour ce type d'expérience.
Le module de cisaillement du PDMS varie avec les conditions de préparation, et par conséquent varie considérablement dans la gamme de 100 kPa à 3 MPa. La tangente de perte est très faible (tan δ ≪ 0,001) .
Compatibilité chimique
Le PDMS est hydrophobe . L' oxydation au plasma peut être utilisée pour modifier la chimie de surface, en ajoutant des groupes silanol (SiOH) à la surface. Le plasma d'air atmosphérique et le plasma d'argon fonctionneront pour cette application. Ce traitement rend la surface du PDMS hydrophile , permettant à l'eau de la mouiller. La surface oxydée peut être davantage fonctionnalisée par réaction avec des trichlorosilanes. Après un certain temps, la récupération de l'hydrophobie de la surface est inévitable, que le milieu environnant soit du vide, de l'air ou de l'eau ; la surface oxydée est stable à l'air pendant environ 30 minutes. Alternativement, pour les applications où l'hydrophilie à long terme est une exigence, des techniques telles que le greffage de polymère hydrophile, la nanostructuration de surface et la modification de surface dynamique avec des tensioactifs intégrés peuvent être utiles.
Les échantillons de PDMS solides (qu'ils soient oxydés en surface ou non) ne permettront pas aux solvants aqueux de s'infiltrer et de gonfler le matériau. Ainsi, les structures PDMS peuvent être utilisées en combinaison avec des solvants à base d'eau et d'alcool sans déformation du matériau. Cependant, la plupart des solvants organiques vont se diffuser dans le matériau et le faire gonfler. Malgré cela, certains solvants organiques conduisent à un gonflement suffisamment faible pour qu'ils puissent être utilisés avec du PDMS, par exemple dans les canaux des dispositifs microfluidiques PDMS . Le taux de gonflement est à peu près inversement lié au paramètre de solubilité du solvant. La diisopropylamine gonfle le plus le PDMS; des solvants tels que le chloroforme , l' éther et le THF gonflent le matériau dans une large mesure. Les solvants tels que l' acétone , le 1-propanol et la pyridine gonflent légèrement le matériau. Les alcools et les solvants polaires tels que le méthanol , le glycérol et l'eau ne gonflent pas sensiblement le matériau.
Applications
Tensioactifs et agents antimoussants
Le PDMS est un tensioactif courant et fait partie des agents antimousse . Le PDMS, sous une forme modifiée, est utilisé comme pénétrant herbicide et est un ingrédient essentiel dans les revêtements hydrofuges, tels que Rain-X .
La diméthicone est utilisée dans le fluide silicone actif des différentiels et accouplements à glissement limité visqueux automobiles.
Lithographie douce
Le PDMS est couramment utilisé comme résine de tampon dans la procédure de lithographie douce , ce qui en fait l'un des matériaux les plus couramment utilisés pour la distribution de flux dans les puces microfluidiques . Le procédé de la lithographie douce consiste à créer un tampon élastique, qui permet le transfert de motifs de quelques nanomètres seulement sur des surfaces de verre, de silicium ou de polymère. Avec ce type de technique, il est possible de réaliser des dispositifs utilisables dans les domaines des télécommunications optiques ou de la recherche biomédicale. Le timbre est produit à partir des techniques habituelles de photolithographie ou de lithographie par faisceau d'électrons . La résolution dépend du masque utilisé et peut atteindre 6 nm.
La popularité du PDMS dans le domaine de la microfluidique est due à ses excellentes propriétés mécaniques. De plus, par rapport à d'autres matériaux, il possède des propriétés optiques supérieures, permettant un bruit de fond et une autofluorescence minimes pendant l'imagerie fluorescente.
Dans les systèmes microélectromécaniques biomédicaux (ou biologiques) (bio-MEMS), la lithographie douce est largement utilisée pour la microfluidique dans des contextes organiques et inorganiques. Des plaquettes de silicium sont utilisées pour concevoir des canaux, et le PDMS est ensuite versé sur ces plaquettes et laissé à durcir. Une fois supprimé, même le plus petit des détails reste imprimé dans le PDMS. Avec ce bloc PDMS particulier, la modification de surface hydrophile est réalisée à l'aide de techniques de gravure au plasma . Le traitement au plasma perturbe les liaisons surface silicium-oxygène, et une lame de verre traitée au plasma est généralement placée sur le côté activé du PDMS (le côté traité au plasma, maintenant hydrophile avec des empreintes). Une fois que l'activation s'estompe et que les liaisons commencent à se reformer, des liaisons silicium-oxygène se forment entre les atomes de surface du verre et les atomes de surface du PDMS, et la lame devient définitivement scellée au PDMS, créant ainsi un canal étanche. Avec ces dispositifs, les chercheurs peuvent utiliser diverses techniques de chimie de surface pour différentes fonctions, créant ainsi des dispositifs de laboratoire sur puce uniques pour des tests parallèles rapides. Le PDMS peut être réticulé en réseaux et est un système couramment utilisé pour étudier l'élasticité des réseaux polymères. Le PDMS peut être directement modelé par lithographie à charge de surface.
Le PDMS est utilisé dans la fabrication de matériaux adhésifs secs synthétiques à adhérence gecko , à ce jour uniquement en quantités de test en laboratoire.
Certains chercheurs en électronique flexible utilisent le PDMS en raison de son faible coût, de sa facilité de fabrication, de sa flexibilité et de sa transparence optique. Pourtant, pour l'imagerie par fluorescence à différentes longueurs d'onde, le PDMS présente le moins d'autofluorescence et est comparable au verre BoroFloat.
Stéréo lithographie
Dans l'impression 3D par stéréolithographie (SLA), la lumière est projetée sur la résine photopolymérisable pour la polymériser de manière sélective. Certains types d'imprimantes SLA sont polymérisés à partir du fond du réservoir de résine et nécessitent donc que le modèle en croissance soit décollé de la base afin que chaque couche imprimée soit alimentée avec un nouveau film de résine non polymérisée. Une couche de PDMS au fond du réservoir assiste ce processus en absorbant l'oxygène : la présence d'oxygène à côté de la résine l'empêche d'adhérer au PDMS, et le PDMS optiquement clair permet à l'image projetée de passer à travers la résine sans distorsion.
Médecine et cosmétique
La diméthicone activée, un mélange de polydiméthylsiloxanes et de dioxyde de silicium (parfois appelé siméthicone ), est souvent utilisée dans les médicaments en vente libre comme agent antimousse et carminatif . Il a également été au moins proposé pour une utilisation dans des lentilles de contact.
Les implants mammaires en silicone sont fabriqués à partir d'une coque en élastomère PDMS, à laquelle est ajoutée de la silice amorphe fumée , renfermant du gel PDMS ou une solution saline .
De plus, le PDMS est utile comme traitement contre les poux ou les puces en raison de sa capacité à piéger les insectes. Il fonctionne également comme un hydratant plus léger et plus respirant que les huiles typiques.
Peau
Le PDMS est également utilisé de diverses manières dans l'industrie des produits cosmétiques et de consommation. Par exemple, le PDMS peut être utilisé dans le traitement des poux de tête sur le cuir chevelu et le diméthicone est largement utilisé dans les lotions hydratantes pour la peau où il est répertorié comme un ingrédient actif dont le but est la « protection de la peau ». Certaines formulations cosmétiques utilisent de la diméthicone et des polymères de siloxane apparentés à des concentrations d'utilisation allant jusqu'à 15 %. Le groupe d'experts du Cosmetic Ingredient Review (CIR) a conclu que la diméthicone et les polymères apparentés sont « sûrs lorsqu'ils sont utilisés dans les formulations cosmétiques ».
Cheveux
Les composés PDMS tels que l'amodiméthicone sont des revitalisants efficaces lorsqu'ils sont formulés pour être constitués de petites particules et être solubles dans l'eau ou l'alcool/agir comme des tensioactifs (en particulier pour les cheveux abîmés), et sont encore plus revitalisants pour les cheveux que la diméthicone et/ou les copolyols de diméthicone courants .
Lentilles de contact
Une utilisation proposée du PDMS est le nettoyage des lentilles de contact. Ses propriétés physiques de faible module d'élasticité et d'hydrophobie ont été utilisées pour nettoyer les micro et nano polluants des surfaces des lentilles de contact plus efficacement que la solution polyvalente et le frottement des doigts ; les chercheurs impliqués appellent la technique PoPPR (polymère sur polymère élimination de la pollution) et notent qu'il est très efficace pour éliminer le nanoplastique qui a adhéré aux lentilles.
Traitement anti-puces pour animaux de compagnie
La diméthicone est l'ingrédient actif d'un liquide appliqué sur la nuque d'un chat ou d'un chien à partir d'une petite pipette jetable à usage unique. Le parasite se retrouve piégé et immobilisé dans la substance et rompt ainsi le cycle de vie de l'insecte.
nourriture
Le PDMS est ajouté à de nombreuses huiles de cuisson (en tant qu'agent antimousse) pour éviter les éclaboussures d'huile pendant le processus de cuisson. En conséquence, le PDMS peut être trouvé en quantités infimes dans de nombreux produits de restauration rapide tels que les McNuggets de poulet McDonald's , les frites, les pommes de terre rissolées, les laits frappés et les smoothies et les frites Wendy's.
En vertu de la réglementation européenne sur les additifs alimentaires, il est répertorié comme E900 .
Lubrifiant pour préservatifs
Le PDMS est largement utilisé comme lubrifiant pour préservatifs .
Usages domestiques et de niche
De nombreuses personnes connaissent indirectement le PDMS car il s'agit d'un composant important de Silly Putty , auquel le PDMS confère ses propriétés viscoélastiques caractéristiques. Un autre jouet PDMS est utilisé dans Kinetic Sand . Les produits de calfeutrage en silicone caoutchouteux et à l'odeur de vinaigre, les adhésifs et les produits d'étanchéité pour aquarium sont également bien connus. PDMS est également utilisé comme composant dans la graisse de silicone et d' autres à base de silicone lubrifiants , ainsi que dans des agents anti - mousse , des agents de démoulage , les fluides d' amortissement, transfert de chaleur fluides, polit, cosmétiques , revitalisants capillaires et d' autres applications.
Il peut être utilisé comme sorbant pour l'analyse de l'espace de tête ( analyse des gaz dissous ) des aliments.
Considérations relatives à la sécurité et à l'environnement
Selon l'Encyclopédie Ullmann , aucun « effet nocif marqué sur les organismes de l'environnement » n'a été noté pour les siloxanes. Le PDMS est non biodégradable, mais est absorbé dans les installations de traitement des eaux usées. Sa dégradation est catalysée par diverses argiles .
Voir également
- Silicone
- Cyclométhicone
- Siloxanes et autres composés organosiliciés
- Polyméthylhydrosiloxane (PMHS)
- Caoutchouc en silicone
Les références
Liens externes
- Amodiméthicone Structure et propriétés de l'amodiméthicone