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| 名前 | |
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| IUPAC名
ポリジメチルシロキサン
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その他の名前
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| 識別子 | |
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3Dモデル（JSmol）
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| ケムスパイダー |
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| ECHA 情報カード | 100.126.442 |
| E番号 | E900 （艶出し剤、…） |
| ユニ |
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CompTox ダッシュボード ( EPA )
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| プロパティ | |
| CH 3 [Si(CH 3 ) 2 O] n Si(CH 3 ) 3 | |
| 密度 | 0.965グラム/ cm3 |
| 融点 | N/A、ガラス化する |
| 沸点 | N/A、ガラス化する |
| 薬理学 | |
| P03AX05 ( WHO ) | |
| 危険 | |
| NFPA 704 (ファイアダイヤモンド) | |
特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）の材料に関するものです。
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 インフォボックス参照
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ポリジメチルシロキサン（PDMS ）は、ジメチルポリシロキサンまたはジメチコンとも呼ばれ、化粧品から工業用潤滑剤、昼間の受動放射冷却まで、幅広い用途を持つシリコーン ポリマーです。[1] [2] [3]
特に、その独特なレオロジー特性（流動性）で知られています。PDMS は光学的に透明で、一般的に不活性、無毒、不燃性です。シリコーン オイル（重合 シロキサン）の 1 つです。用途は、コンタクト レンズ、医療機器、エラストマーにまで及びます。また、シャンプー（髪にツヤと滑りを与えるため）、食品（消泡剤）、コーキング、潤滑剤、耐熱 タイルにも使用されています。
構造
PDMSの化学式はCH 3 [Si(CH 3 ) 2 O] n Si(CH 3 ) 3で、nはモノマー[Si(CH 3 ) 2 O]単位の繰り返し数です。 [4]工業的合成は、ジメチルジクロロシランと水から次の反応によって 開始できます。
- n Si(CH 3 ) 2 Cl 2 + ( n +1) H 2 O → HO[Si(CH 3 ) 2 O] n H + 2 n HCl
重合反応により塩酸が発生します。医療および家庭用として、シラン前駆体の塩素原子を酢酸基に置き換えるプロセスが開発されました。この場合、重合により酢酸が生成されますが、これは HCl よりも化学的に攻撃性が低くなります。副作用として、硬化プロセスもこの場合ははるかに遅くなります。酢酸は、シリコンコーキングや接着剤などの消費者向けアプリケーションで使用されます。
分岐とキャッピング
Si(CH 3 ) 2 Cl 2の加水分解により、シラノール基 ( −Si(CH 3 ) 2 OH )で末端が覆われたポリマーが生成される。これらの反応中心は、通常、トリメチルシリルクロリドとの反応によって「キャップ」される。
- 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 OSi(CH 3 ) 3 ] 2 + 2 HCl
メチルトリクロロシランなどの、酸形成基が多くメチル基が少ないシラン前駆体は、ポリマー鎖に分岐または架橋を導入するために使用できます。理想的な条件下では、このような化合物の各分子が分岐点になります。これを使用して、硬質シリコーン樹脂を製造できます。同様に、3 つのメチル基を持つ前駆体を使用して分子量を制限できます。これは、このような分子には反応部位が 1 つしかなく、シロキサン鎖の末端を形成するためです。
ヘキサメチルシクロトリシロキサンの制御されたアニオン開環重合により、低多分散度と高均質性を備えた明確な PDMS が生成されます。この方法論を使用すると、線状ブロック共重合体、ヘテロアーム星型ブロック共重合体、その他多くの高分子構造を合成できます。
ポリマーは、薄い注ぎやすい液体（nが非常に低い場合）から、濃いゴム状の半固体（nが非常に高い場合）まで、複数の粘度で製造されます。PDMS分子は、ポリウレタンにゴム質を与えるために使用されるエーテル結合に類似したシロキサン結合により、非常に柔軟なポリマー骨格（または鎖）を持っています。このような柔軟な鎖は、分子量が高いと緩く絡み合い、PDMSの異常に高いレベルの粘弾性をもたらします。
機械的性質
PDMSは粘弾性があり、長い流動時間（または高温）では蜂蜜に似た粘性液体のように機能します。ただし、短い流動時間（または低温）ではゴムに似た弾性 固体のように機能します。粘弾性は、非結晶性ポリマーに共通する非線形弾性の一種です。[5] PDMSの応力-ひずみ曲線の負荷と除荷は一致しません。むしろ、応力の量はひずみの程度に基づいて変化し、一般的な規則として、ひずみが増加すると剛性が高くなります。負荷自体が除去されると、ひずみはゆっくりと回復します（瞬時ではありません）。この時間依存の弾性変形は、ポリマーの長鎖によって発生します。ただし、上記のプロセスは架橋が存在する場合にのみ関連します。架橋が存在しない場合、ポリマーPDMSは負荷が除去されても元の状態に戻ることができず、永久変形が発生します。しかし、PDMS はほとんどの場合架橋剤で硬化されるため、永久変形はほとんど見られません。
一部のPDMSを一晩表面に放置すると（流動時間が長い）、表面を覆うように流動し、表面の欠陥に合わせて成形されます。ただし、同じPDMSを球形の型に注いで硬化させると（流動時間が短い）、ゴムボールのように跳ねます。[4] PDMSの機械的特性により、このポリマーはさまざまな表面に適合できます。これらの特性はさまざまな要因によって影響を受けるため、このユニークなポリマーは比較的簡単に調整できます。[6]これにより、PDMSは、さまざまなマイクロ流体システムやマイクロエレクトロメカニカルシステムに簡単に統合できる優れた基板になります。[7] [8]具体的には、PDMSが硬化する前に機械的特性を決定できます。未硬化バージョンを使用すると、ユーザーは望ましいエラストマーを実現するための無数の機会を活用できます。一般に、PDMSの架橋硬化バージョンは、固化したゴムに似ています。あらゆる方向に簡単に伸ばしたり、曲げたり、圧縮したりできることが広く知られています。[9]アプリケーションや分野に応じて、ユーザーは要求に応じて特性を調整することができます。
PDMSは全体的に弾性率が低いため、変形しやすくゴムのような挙動を示します。[10] [11] [12] PDMSの粘弾性特性は、動的機械分析を使用してより正確に測定できます。この方法では、広範囲の温度、流量、変形にわたって材料の流動特性を決定する必要があります。PDMSは化学的に安定しているため、この種の実験の校正液としてよく使用されます。
PDMSのせん断弾性率は製造条件によって変化し、100kPaから3MPaの範囲で劇的に変化します。損失正接は非常に低いです（tanδ ≪ 0.001）。[12]
化学的適合性
PDMSは疎水性である。[8] プラズマ 酸化は表面化学を変化させ、表面にシラノール（SiOH）基を加えるのに使用できる。大気圧プラズマとアルゴンプラズマはこの用途に有効である。この処理によりPDMS表面は親水性となり、水で濡れるようになる。酸化された表面はトリクロロシランとの反応によりさらに機能化することができる。一定時間が経過すると、周囲の媒体が真空、空気、水のいずれであっても、表面の疎水性は回復することが避けられず、酸化された表面は空気中で約30分間安定している。[13]あるいは、長期的な親水性が求められる用途では、親水性ポリマーグラフト、表面ナノ構造化、埋め込まれた界面活性剤による動的表面改質などの技術が使用できる。[14]
固体 PDMS サンプル (表面酸化の有無にかかわらず) は、水性溶媒が浸透して材料を膨張させることはありません。したがって、PDMS 構造は、材料を変形させることなく、水やアルコール溶媒と組み合わせて使用できます。ただし、ほとんどの有機溶媒は材料に拡散して膨張します。[8]それにもかかわらず、一部の有機溶媒は、PDMSマイクロ流体デバイスのチャネル内など、PDMS と一緒に使用できるほど十分に小さい膨張を引き起こします。膨張率は、溶媒の溶解度パラメータとほぼ反比例します。ジイソプロピルアミンはPDMS を最大限に膨張させます。クロロホルム、エーテル、THFなどの溶媒は、材料を大幅に膨張させます。アセトン、1-プロパノール、ピリジンなどの溶媒は、材料をわずかに膨張させます。アルコールや、メタノール、グリセロール、水などの極性溶媒は、材料をそれほど膨張させません。[15]
アプリケーション
界面活性剤および消泡剤
PDMS誘導体は一般的な界面活性剤であり、消泡剤の成分です。[16] PDMSは、改変された形で除草剤 浸透剤として使用され、 [17] Rain-Xなどの撥水コーティングの重要な成分です。[18]
油圧流体および関連アプリケーション
ジメチコンは、自動車の粘性リミテッドスリップデファレンシャルおよびカップリングの活性シリコーン流体に使用されます。
日中の放射冷却
PDMSは、太陽光反射率と熱放射率が高い広帯域放射体として、パッシブ昼間放射冷却に使用される一般的な表面材料です。低コストのポリマーとして潜在的な拡張性があるため、多くのテスト済みの表面でPDMSが使用されています。 [19] [20] [21]昼間の放射冷却表面として、PDMSは太陽電池の効率を向上させるためにもテストされています。[22]
ソフトリソグラフィー
PDMSは、ソフトリソグラフィーの手順でスタンプ樹脂として一般的に使用されており、マイクロ流体チップでの流体供給に使用される最も一般的な材料の1つとなっています。 [23]ソフトリソグラフィーのプロセスは、弾性スタンプを作成することで構成されており、これにより、ガラス、シリコン、またはポリマー表面にわずか数ナノメートルのサイズのパターンを転写できます。このタイプの技術を使用すると、光通信や生物医学研究の分野で使用できるデバイスを製造することができます。スタンプは、通常のフォトリソグラフィーまたは電子ビームリソグラフィーの技術から作成されます。解像度は使用するマスクに依存し、6 nmに達することがあります。[24]
PDMSがマイクロ流体分野で人気があるのは、その優れた機械的特性によるものです。さらに、他の材料と比較して優れた光学特性を持ち、蛍光イメージング中の背景と自己蛍光を最小限に抑えることができます。[25]
バイオメディカル（または生物学）マイクロエレクトロメカニカルシステム（バイオ MEMS）では、有機および無機の両方のコンテキストで、ソフトリソグラフィーがマイクロ流体に広く使用されています。シリコンウェーハを使用してチャネルを設計し、次に PDMS をこれらのウェーハの上に注ぎ、硬化させます。取り外すと、PDMS には最も小さな詳細も刻印されたままになります。この特定の PDMS ブロックでは、プラズマエッチング技術を使用して親水性表面改質が行われます。プラズマ処理により表面のシリコン-酸素結合が破壊され、プラズマ処理されたガラススライドは通常、PDMS の活性化面（プラズマ処理され、刻印された親水性面）に配置されます。活性化が消えて結合が再形成され始めると、ガラスの表面原子と PDMS の表面原子の間にシリコン-酸素結合が形成され、スライドは PDMS に永久的に密封され、防水チャネルが作成されます。これらのデバイスにより、研究者はさまざまな機能にさまざまな表面化学技術を利用して、迅速な並列テストのためのユニークなラボオンチップデバイスを作成することができます。[7] PDMSはネットワークに架橋する ことができ、ポリマーネットワークの弾性を研究するために一般的に使用されるシステムです。[引用が必要] PDMSは表面電荷リソグラフィーによって直接パターン化できます。[26]
PDMSは合成ヤモリ接着乾燥接着剤の製造に使用されていますが、これまでのところ実験室での試験量のみです。 [27]
フレキシブルエレクトロニクスの研究者の中には、低コスト、製造の容易さ、柔軟性、光学的透明性などの理由からPDMSを使用している人もいます。 [28]しかし、さまざまな波長での蛍光イメージングでは、PDMSは自己蛍光が最も少なく、BoroFloatガラスに匹敵します。[29]
ステレオリソグラフィー
ステレオリソグラフィー (SLA) 3D 印刷では、光硬化樹脂に光を投影して選択的に硬化させます。一部のタイプの SLA プリンターは樹脂タンクの底から硬化するため、印刷された各層に未硬化樹脂の新しいフィルムを供給するために、成長中のモデルをベースから剥がす必要があります。タンクの底にある PDMS 層は酸素を吸収することでこのプロセスを支援します。樹脂に隣接する酸素が存在すると、樹脂が PDMS に付着するのを防ぎ、光学的に透明な PDMS により、投影された画像が歪みなく樹脂を通過します。
医薬品・化粧品
活性ジメチコンは、ポリジメチルシロキサンと二酸化ケイ素（シメチコンと呼ばれることもある）の混合物で、市販薬では消泡剤や駆風剤としてよく使用されます。[30] [31] PDMSは、一般的なオイルよりも軽くて通気性に優れた保湿剤としても機能します。
シリコン製乳房インプラントはPDMSエラストマーシェルで作られており、これにフュームドアモルファスシリカを加え、PDMSゲルまたは生理食塩水を包み込んでいます。[32] PDMSをコンタクトレンズの製造に使用することは特許を取得しました（後に放棄されました）。[33]
肌
PDMS は、化粧品や消費者製品業界でもさまざまな用途に使用されています。たとえば、ジメチコンは、皮膚の保湿ローションに広く使用されており、その有効成分として「皮膚保護」が目的とされています。一部の化粧品処方では、ジメチコンと関連シロキサンポリマーが最大 15% の濃度で使用されています。化粧品成分レビュー(CIR) の専門家パネルは、ジメチコンと関連ポリマーは「化粧品処方に使用される限り安全」であると結論付けています。[34]
髪
アモジメチコンなどのPDMS化合物は、小さな粒子で構成され、水やアルコールに溶け、界面活性剤として機能するように配合された場合、効果的なコンディショナーとなり[35] [36]（特に傷んだ髪に[37]）、一般的なジメチコンやジメチコンコポリオールよりも髪へのコンディショニング効果が高い。[38]
コンタクトレンズ
PDMSの提案された用途はコンタクトレンズの洗浄です。低弾性率と疎水性というPDMSの物理的特性は、多目的溶液や指でこするよりも効果的にコンタクトレンズ表面からマイクロおよびナノ汚染物質を除去するために使用されています。研究者はこの技術をPoPPR（ポリマーオンポリマー汚染除去）と呼び、レンズに付着したナノプラスチックの除去に非常に効果的であると指摘しています。[39]
抗寄生虫薬として
PDMSは人間のシラミの治療に効果的です。これは窒息（または中毒）によるものではなく、水分の排出を阻害し、昆虫を長時間の不動状態または腸などの内臓の破壊による生理的ストレスで死滅させるためだと考えられています。[40]
ジメチコンは猫にスプレーするノミ駆除剤の有効成分で、広く使用されているより毒性の高いピリプロキシフェン/ペルメトリンスプレーと同等の効果があることがわかっています。寄生虫は物質に閉じ込められ、動けなくなり、3週間以上成虫のノミの出現を抑制します。[41]
食品
PDMSは、調理中に油が飛び散るのを防ぐために、多くの食用油に消泡剤として添加されています。その結果、PDMSはマクドナルドの チキンマックナゲット、フライドポテト、ハッシュブラウン、ミルクシェイク、スムージー[42]やウェンディーズのフライドポテト[43]など、多くのファーストフード商品に微量に含まれています。
欧州の食品添加物規制ではE900として記載されています。
コンドーム潤滑剤
PDMSはコンドームの潤滑剤として広く使用されています。[44] [45]
家庭用およびニッチ用途
PDMSはシリーパティの重要な成分であるため、間接的によく知られている人は多い。PDMSはシリーパティに特徴的な粘弾性を与える。[46] PDMSが使用されている別のおもちゃはキネティックサンドである。ゴムのような酢のような匂いのするシリコンコーキング剤、接着剤、水槽用シーラントもよく知られている。PDMSは、シリコングリースやその他のシリコンベースの潤滑剤の成分として、また消泡剤、離型剤、減衰液、伝熱液、磨き剤、化粧品、ヘアコンディショナーなどの用途にも使用されている。
食品のヘッドスペース分析（溶存ガス分析）用の吸着剤として使用できます。 [47]
安全性と環境への配慮
ウルマン工業化学百科事典によれば、シロキサンは「環境中の生物に著しい有害な影響」を及ぼすことはないとされている。PDMSは非生分解性だが、廃水処理施設で吸収される。その分解はさまざまな粘土によって触媒される。[48]
参照
- (3-アミノプロピル)トリエトキシシラン
- シクロメチコン
- ポリメチルヒドロシロキサン(PMHS)
- シリコンゴム
- シリコーン
- シロキサンおよびその他の有機ケイ素化合物
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アモジメチコンは、非常に強力なコンディショニング効果と、高界面活性剤シャンプーに使用すると透明な製品を形成する能力で知られています。アモジメチコンは、コンディショナー、ジェル、ムース、パーマに有用な成分ですが、カチオン系界面活性剤とアニオン系界面活性剤の相互作用により、シャンプーに使用すると相性の問題が生じるため、問題が判明しています。ただし、アモジメチコン乳剤は、高界面活性剤レベルのシャンプーに適合させることができます
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は、通常、乳化重合ポリマーですが、線形処理技術を利用すると、アモジメチコン流体を純粋な流体として調製し、必要に応じて機械的プロセスで乳化することができます。最も広く使用されているアモジメチコン乳化物には、界面活性剤のペアとして、(1) タロートリモニウムクロリド (および) ノノキシノール-10、または (2) セトリモニウムクロリド (および) トリデセス-10 または -12 が含まれています。これらの「キャップされていない」アミノ官能性シリコーン化合物は、線形または分岐構造を特徴とします。いずれの場合も、アモジメチコンポリマーは乾燥中に縮合硬化反応を起こし、髪にやや耐久性のあるエラストマーフィルムを形成します。これにより、濡れた髪と乾いた髪の両方で櫛通りが良くなり、摩擦電気の帯電効果が低下し、乾燥した髪の柔らかさが増します。これらは優れたコンディショニング剤で、コンディショナー、ムース、セットローションによく含まれ、2-in-1 シャンプーにもまれに含まれています。
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、最も広く使用されているアミノ変性シリコーンです。ジメチコンのメチル基にアミノプロピル基が結合しています。POP、POE、またはアルキル基が結合したアモジメチコンだけでなく、さまざまな程度のアミノ変性のアモジメチコンが利用可能です。アミノ変性シリコーンはカチオン性で、毛髪ケラチンに親和性があります。特に、システイン酸の存在によりアニオン性である傷んだ髪に非常に親和性があります。
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そしてアミノ置換シリコーンであるアモジメチコンとシリコーンクワットは、永久的に四級化されたアンモニウム基を含みます。一般的に、アモジメチコンとシリコーンクワットはジメチコンよりもコンディショニング効果が高く、ジメチコンはジメチコンコポリオールよりもコンディショニング効果が高いです。
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外部リンク
- アモジメチコン アモジメチコンの構造と特性