Polidimetilsiloxano

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Polidimetilsiloxano
PmdsStructure.png
Silicone-3D-vdW.png
Nombre (IUPAC) sistemático
Poli(dimetilsiloxano)
General
Otros nombres PDMS
dimeticona
E900o
Fórmula estructural Imagen de la estructura
Fórmula molecular (C2H6OSi)n
Identificadores
Número CAS 63148-62-9[1]
Propiedades físicas
Densidad 965 kg/m3; 0,965 g/cm3
Peligrosidad
NFPA 704

NFPA 704.svg

1
2
0
Valores en el SI y en condiciones estándar
(25 °C y 1 atm), salvo que se indique lo contrario.
Fórmula estructural del polidimetilsiloxano

El polidimetilsiloxano o PDMS o dimeticona es el polímero lineal del dimetilsiloxano. Pertenece al grupo de los compuestos de organosilicio, sustancias comúnmente conocidas como siliconas.[2] El PDMS es el polímero orgánico basado en silicio más extensamente usado y particularmente conocido por sus propiedades reológicas inusuales. El polidimetilsiloxano es transparente y,generalmente inerte, inocuo y no inflamable. Sus aplicaciones varian desde lentes de contacto y artilugios médicos hasta elastómeros. También lo podemos encontrar en champús, como aditivo en alimentos, lubricantes y recubrimientos resisitentes al calor.

Estructura[editar]

La fórmula química para el PDMS es CH3[Si(CH3)2O]nSi(CH3)3,donde n es el número de unidades monoméricas [SiO(CH3)2]. La síntesis industrial puede emplear dimetildiclorosilano y agua según la siguiente reacción:

n Si(CH3)2Cl2 + n+1 H2O → HO[-Si(CH3)2O-]n H + 2n HCl

La reacción de polimerización implica cloruro de hidrógeno. Para usos médicos y domésticos se utiliza un proceso en el que los átomos de cloro en el dimetilclorosilano se reemplazan grupos acetato. En este caso la polimerización produce ácido acético, que es menos agresivo químicamente que el HCl.

Ramificación y terminaciones[editar]

La hidrólisis de Si(CH3)2Cl2 genera un polímero teminado en dos grupos silanol (-Si(CH3)2OH]). Estos centros reactivos normalemnte se cierran con cloruro de trimetilsililo:

2 Si(CH3)3Cl + [Si(CH3)2O]n-2[Si(CH3)2OH]2 → [Si(CH3)2O]n-2[Si(CH3)2O Si(CH3)3]2 + 2 HCl

Los precursores silánicos con grupos más ácidos y menos grupos metilo, como el metiltriclorosilano se pueden utilizar para añadir ramificaciones en la cadena polimérica. En condiciones ideales cada unidad monomérica es un punto de ramificación. Los precursores con tres grupos metilo se pueden utilizar para reducir la masa molecular, dado que cada molécula sólo tiene un sitio reactivo.

El PDMS con una bajo índice de polidispersión y gran gran homogeneidad se produce por una polimerización de apertura anular aniónica controlada del hexamethilciclotrisiloxano. Con está metodología se puede sintetizar bloques lineales de copolímeros y muchas otras estructuras macromoleculares.[3]

El polímero se produce en una gran variedad de viscosidades, variando desde un líquido hasta un semisólido gomoso. La molécula del PDMS tiene cadenas poliméricas flexibles debido a sus enlaces siloxano, que son análogos a los enlaces éter en el poliuretano para dotarlo de elasticidad. Las cadenas flexibles se enmarañan líbremente cuando la masa molecular es alta, lo que le otorga al PDMS un alto nivel de viscoelasticidad.

Propiedades[editar]

Propiedades mecánicas[editar]

Cilindro de PDMS en una lupa binocular

El PDMS es viscoelástico, lo que significa que a temperaturas altas o a tiempos de flujo altos, actúa como un líquido viscoso, parecido a la miel. Sin embargo, a bajas temepraturas o tiempos de flujo bajos, se comporta como un sólido elástico, como la goma. En otras palabras, si el se deja PDMS sobre una superficie una noche, este se extenderá por toda la superficie y se amoldará todas las imperfecciones de esta. Sin embargo, si dejamos caer una bolita de PDMS sobre una superficie, la bolita rebotará. El módulo de cizalladura del PDMS depende de la forma de prepararlo, pero normalmente varía entre 100kPa y 3Mpa. La pérdida dieléctrica es muy pequeña.[4]

Compatibilidad química[editar]

Tras la polimerización y la reticulación, los ejemplares sólidos del PDMS presentarán una superficie fuertemente hidrofóba.[5] Esta superficie presentará brillo metálico, aunque la sustancia sea clara y transparente. La química de la superficie complica que los disolventes polares, como el agua, puedan "mojar" la superficie del PDMS,y puede ayudar a la adsorción de contaminantes hidrofóbos. La oxidación por plasma se puede usar para alterar las propiedades químicas de la superficie del PDMS, añadiendo grupos silanol, SiOH. El plasma de aire y el plasma de argon servirán para esta aplicación. Este tratamiento provee a la superficie de zonas hidrofílas, permitiendo al agua u otros disolventes polares "mojar" el PDMS, lo que frecuentemente se precisa en los microfluídos basados en agua. La superficie oxidada resiste la adsorción de las especies hidrofóbas o negativamente cargadas. Las superficies oxidadas son estables durante 30 minutos expuestas al aire, tras un cierto tiempo la recuperación de las propiedades hidrofóbicas es inevitable, independientemente del medio en el que se encuentre el PDMS, inluyendo el vacío.[6]

Los ejemplares sólidos, independientemente de si la superficie está oxidada o no, no permitirán a los disolventes acuosos infiltrarse e hinchar el material. En consecuencia, las estructuras de PDMS pueden ser empleadas en combinación con disolventes a base de agua y alcohol sin deformación del material. Sin embargo, muchos disolventes orgánicos difundirán hacia el interior del material aumentando su tamaño,[5] haciéndolos incompatibles con los objetos de PDMS. A pesar de esto algunos disolventes orgáncios modifican tan poco el tamaño que se pueden utilizar con el PDMS. El ratio de aumento de tamaño es aproximadamente inversamente proporcional a la solubilidad del disolvente. La Diisopropilamina hincha el PDMS al máximo;los disolventes como el cloroformo, el éter, y el THF hinchan el material bastante. La acetona, el 1-propanol, y lapiridina modifican poco el tamaño. Los alcoholes y los disolventes polares como el metanol, el glicerol y el agua no afectan al material de forma apreciable.[7]

Aplicaciones[editar]

El PDMS se utiliza como

  • Aditivo alimentario E-900[8]
  • En la producción de lubricantes termorresistentes.
  • En la producción de agentes antiespumantes y tensioactivos[9] y en una forma modificada, como un vehículo para herbicidas[10]
  • En líquidos hidráulicos.
  • Como resina en litografía.[11]
  • La mezcla de PDMS con dióxido de silicio sirve en medicamentos y cosméticos como carminativo y agente antiespumante[12] [13]
  • Para la fabricación de condensadores y otras piezas electrónicas.
  • En cromatografia gas-líquido (GLC).

Referencias[editar]

  1. Número CAS
  2. "Linear Polydimethylsiloxanes" Joint Assessment of Commodity Chemicals, September 1994 (Report No. 26) ISSN 0773-6339-26.
  3. http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ma000635i
  4. 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):  pp. 145–147. doi:10.1088/0960-1317/7/3/017. 
  5. a b McDonald, J. C.et al. (2000). «Fabrication of microfluidic systems in poly(dimethylsiloxane)». Electrophoresis 21 (1):  pp. 27–40. doi:10.1002/(SICI)1522-2683(20000101)21:1<27::AID-ELPS27>3.0.CO;2-C. PMID 10634468. 
  6. H. Hillborg, J.F. Ankner, U.W. Gedde, G.D. Smith, H.K. Yasuda and K. Wikstrom (2000). «Crosslinked polydimethylsiloxane exposed to oxygen plasma studied by neutron reflectometry and other surface specific techniques». Polymer 41 (18):  pp. 6851–6863. doi:10.1016/S0032-3861(00)00039-2. 
  7. Lee, J. N.; Park, C.; Whitesides, G. M. (2003). «Solvent Compatibility of Poly(dimethylsiloxane)-Based Microfluidic Devices». Anal. Chem. 75 (23):  pp. 6544–6554. doi:10.1021/ac0346712. PMID 14640726. 
  8. EFSA (ed.): «[http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:2011:295:0178:0204:EN:PDF COMMISSION REGULATION (EU) No 1130/2011 of 11 November 2011 amending Annex III to Regulation (EC) No 1333/2008 of the European Parliament and of the Council on food additives by establishing a Union list of food additives approved for use in food additives, food enzymes, food flavourings and nutrients (Text with EEA relevance)]» (en en). Official Journal of the European Union. Official Journal of the European Union (12.11.2011). Consultado el 22.03.2014.
  9. Rainer Höfer, Franz Jost, Milan J. Schwuger, Rolf Scharf, Jürgen Geke, Josef Kresse, Herbert Lingmann, Rudolf Veitenhansl and Werner Erwied "Foams and Foam Control" Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2000, Wiley-VCH, Weinheim. doi 10.1002/14356007.a11_465
  10. «Pulse Penetrant». Consultado el 3 de marzo de 2009.Uso incorrecto de la plantilla enlace roto (enlace roto disponible en Internet Archive; véase el historial y la última versión).
  11. PDMS in microfluidics : a review and tutorial
  12. William E. Prentice, Michael L. Voight (2001). Techniques in musculoskeletal rehabilitation. McGraw-Hill Professional. p. 369. ISBN 0-07-135498-0. 
  13. Richard H. Hunt, G. N. J. Tytgat, Axcan Pharma (1998). Helicobacter Pylori: Basic Mechanisms to Clinical Cure 1998. Springer. p. 447. ISBN 0-7923-8739-2.