Polidimetilsiloksan
Polidimetilsiloksan (PDMS), poznan tudi kot dimetilpolisiloksan ali dimetikon, spada v skupino polimernih organosilicijevih spojin, ki jih običajno imenujemo silikoni in siloksani.[1] PDMS je najbolj razširjen organski polimer na osnovi silicija, saj njegova uporabnost in lastnosti omogočajo različne aplikacije.[2] Znan je predvsem po svojih nenavadnih reoloških (pretočnih) lastnostih. PDMS je optično transparenten ter na splošno inerten, nestrupen in nevnetljiv. Je en od več vrst silikonskega olja (polimeriziranega siloksana). Uporablja se pri proizvodnji kontaktnih leč, medicinskih pripomočkov in elastomerov; prisoten je tudi v šamponih (lase naredi sijoče in gladke), hrani (sredstvo proti penjenju), tesnilnih masah, mazivih in toplotno odpornih ploščicah. Struktura Kemijska formula PDSM je CH3 [Si(CH3)2O]nSi(CH3)3 , v kateri n predstavlja število ponavljajočih se monomernih [Si(CH3)2O] enot.[3] Industrijska sinteza se lahko začne iz dimetil dikloro silana in vode s sledečo enačbo: n Si(CH3)2Cl2 + (n+1)H2O ------> HO(-[Si(CH3)2O-]nH +2nHCl Polimerizacijska reakcija proizvede klorovodikovo kislino. Za medicinsko in gospodinjsko uporabo, se je razvil proces, v katerem atoma klora v monomeru silana, zamenjata acetatni skupini. V tem primeru polimerizacija proizvede ocetno kislino, ki je manj kemično agresivna kot HCl. Posledično je postopek sušenja veliko počasnejši. Acetat se uporablja za potrošniške aplikacije, kot so silikonska tesnila in lepila. Razvejanje in zapiranje Hidroliza Si(CH3)2Cl2 proizvede polimer, ki se končuje s silanolnimi skupinami ( -Si(CH3)2OH). Te reaktivne centre se ponavadi zapre z reakcijo z trimetilsililkloridom: 2 Si(CH3)3Cl + [Si(CH3)2O]n−2[Si(CH3)2OH]2 → [Si(CH3)2O]n−2[Si(CH3)2OSi(CH3)3]2 + 2 HCl
Predhodniki silana z večjimi skupinami, ki tvorijo kisline, in manj metilnimi skupinami, kot je na primer metiltriklorosilan, se lahko uporabi za razvejanje ali prečno povezovanje v verigi polimerov. V idealnih pogojih lahko vsaka molekula take spojine postane razvejitvena točka. To lahko uporabimo za proizvodnjo trdih silikonskih smol. Na podoben način se predhodnike s tremi metilnimi skupinami uporablja za omejevanje molekulske teže, saj ima vsaka taka molekula samo eno reaktivno točko in se zato tvori samo na koncu verige siloksana. Dobro definiran PDMS z nizkim polidisperznim indeksom in visoko stopnjo homogenosti je sintetiziran s kontrolirano anionsko polimerizacijo heksametilciklotrisiloksana, kateremu razdremo obroč. Z uporabo te metodologije je mogoče sintetizirati linearne zložene (»block«) kopolimere, mnogokrake zvezdaste zložene kopolimere in veliko drugih makromolekularnih oblik. Polimer je proizveden z različnimi viskoznostmi, od tekočine z 1mPas (ko je n zelo nizek) do zelo viskozne gumijaste poltrdnine (ko je n zelo visok). PDSM molekule imajo zelo fleksibilne polimerne verige zaradi siloksanskih povezav, ki so analogne eternim povezavam, ki jih v proizvodnji poliuretanov dodajajo za povečevanje gumijastosti. Take fleksibilne verige so zelo redko prepletene, ko je molekulska masa visoka, kar povzroči nenavadno visoko viskoelastičnosti pri PDSM-ju. Mehanske lastnosti PDMS je viskoelastičen, kar pomeni, da se pri visokih temperaturah obnaša kot visoko viskozna tekočina (npr. med), v nasprotnem primeru, pa se pri nizkih temperaturah obnaša kot elastična trdnina, podobno kot guma. Viskoelastičnost je oblika nelinearne elatičnosti, ki je pogosta pri nekristaliničnih polimerih.[4] Obremenitev in razbremenitev krivulje napetosti in deformacije za PDMS ne sovpadata; nasprotno, razpon raztega se razlikuje v odvisnosti od količine obremenitve, osnovno pravilo pa pravi, da večja obremenitev pomeni višjo togost. Ko je obremenitev odstranjena se raztegnjen material počasi vrne v začetno stanje (vrnitev ni takojšnja). Ta časovno odvisna elastična deformacija je posledica dolgih verig polimerov. Opisani proces se zgodi samo v primeru, ko imamo prisotne prečne povezave, ko teh ni, se polimer PDMS-ja ne vrne v začetno stanje, tudi potem ko je obremenitev odstranjena, posledica je plastična deforamcija. Kakorkoli, plastične deformacije so v leporedkoma videne v PDSM-ju, ker je v večini primerov reagiran z agentom za prečne povezave.
Če se PDMS pusti na kakršni koli površini dlje časa, se bo razlil oziroma oblikoval tako, da bo pokril celotno površino in zakril vse nepravilnosti, ki so na na njej. Če se ta isti PDMS vlije v okroglo posodo in pusti, da se posuši, se bo dobljena krogla obnašala kot gumijasta žogica.[3] Mehanske lastnosti PDMS-ov omogočajo temu polimeru, da se prilagodi mnogim tipom površin. Ker se na te lastnosti lahko vpliva z veliko različnimi dejavniki, je ta unikaten polimer relativno enostavno spreminjati po lastni potrebi.[5] To PDSM-ju omogoča, da postane substrat, ki ga je enostavno integrirati v veliko različnih mikrofluidnih in mikroelektromehanskih sistemov.[6][7] Specifično se lahko določi mehanske lastnosti že preden je PDMS posušen; neposušeni PDSM omogoča uporabniku neskončno možnosti za dosego željenega elastomera. Na splošno posušeni PDSM s prečnimi povezavami spominja na gumo v trdi obliki. Splošno znano je, da se PDSM enostavno razteza, ukrivlja in stiska v vse smeri.[8] Odvisno od uporabe, lahko uporabnik, sam določi lastnosti. Na splošno ima PDSM zelo nizek elastičen modul, kar mu omogoča enostavno deformacijo.[9][10][11] Viskoelastične lastnosti PDSM-ja se natančneje meri z uporabo dinamične mehanske analize. Ta metoda potrebuje določitev fluidne dinamike tekočine na širokem spektru temperatur, pretokov in obremenitev. Zaradi kemične stabilnosti PDSM-ja, se ga velikokrat uporablja kot kalibracijsko tekočino za omenjeno analizo. Strižni modul PDSM-ja se razlikuje, glede na to kako je elastomer pripravljen. Njegove vrednosti so med 100 kPa do 3 MPa. Izgubna tangenta je zelo nizka (tan δ << 0.001).[11]
