Polydimethylsiloxan

Vorlage:Infobox Polymer

Polydimethylsiloxan (PDMS) ist ein Polymer auf Siliciumbasis und zählt als einfachstes Silikonöl zu den Siloxanen. Es ist farblos, durchsichtig und gilt als ungiftig und chemisch weitgehend inert. PDMS hat vielfältige technische Anwendungen. Angelehnt an die englische Bezeichnung Dimethicone wird es auch als Arzneistoff unter der Bezeichnung Dimeticon (INN) gegen Gasansammlungen im Magen-Darm-Trakt und als Entschäumer bei Tensidvergiftungen verwendet. Weitere Anwendungen umfassen den Einsatz als Pedikulozid (d. h. gegen Kopfläuse), zur Gleitbeschichtung beim Großteil aller verkauften Kondome<ref>Tiernan Coyle, Naveed Anwar: A novel approach to condom lubricant analysis: In-situ analysis of swabs by FT-Raman Spectroscopy and its effects on DNA analysis. In: Science & Justice. 49, 2009, S. 32–40, doi:10.1016/j.scijus.2008.04.003.</ref><ref>R. D. Blackledge, M. Vincenti: Identification of polydimethylsiloxane lubricant traces from latex condoms in cases of sexual assault. In: Journal - Forensic Science Society. Band 34, Nummer 4, 1994 Oct-Dec, S. 245–256, PMID 7844517.</ref> und für Kosmetikprodukte.

Herstellung

Die Herstellung durch anionische (durch Alkali katalysierte) Ringöffnungspolymerisation von Cyclosiloxanen ist eine Möglichkeit<ref>Vorlage:Literatur</ref>. Als Katalysatoren für die anionischen Ringöffnungspolymerisation werden z. B. Alkalimetallhydroxide oder -silanolate komplexiert mit niedermolekularen Ethylenoxidpolymeren,<ref>Vorlage:Patent</ref> Lithiumsilanolat<ref>Vorlage:Patent</ref> und Tetramethyammoniumhydroxid<ref>Vorlage:Patent</ref> vorgeschlagen.

Kationische (durch Säuren) initiierte Ringöffnungspolymerisationen sind ebenfalls möglich<ref>Vorlage:Literatur</ref><ref>Vorlage:Literatur</ref>.

Die Kondensation von Oligomeren mit Silanolendgruppen unter verminderten Druck ist eine weitere Möglichkeit zur Herstellung von hochmolekularen Polydiorganosiloxanen. Als saure Kondensationskatalysatoren können z. B. Alkylbenzolsulfonsäure,<ref>Vorlage:Patent</ref> saure Tonerde,<ref>Vorlage:Patent</ref> Trifluormethansulfonsäure (wobei die Polykondensation in Gegenwart von Füllstoffen erfolgen kann)<ref>Vorlage:Patent</ref> eingesetzt werden. Phosphazene erwiesen sich ebenfalls als geeignete Kondensationskatalysatoren.<ref>Vorlage:Patent</ref> Der Einsatz der Phosphazen-Katalysatoren hat die Lineartechnologie zur Herstellung von hochmolekularen Polysiloxanen ermöglicht. Dabei erweisen sich insbesondere Phosphazene mit Sauerstoffgruppen als vorteilhaft.<ref>Vorlage:Literatur</ref>

Als alkalischer Katalysator sind z. B. Phosphate und Borate von Kalium und Natrium geeignet, die eine bessere Ausbeute an nichtflüchtigen Siloxanen im Vergleich zu KOH als Katalysator ermöglichen.<ref>Vorlage:Patent</ref><ref>Vorlage:Patent</ref>

Die Anwendung von Silikonen bei der Herstellung von Bedarfsgegenständen mit Kontakt zu Lebens- und Futtermitteln ist durch das Bundesinstitut für Risikobewertung reguliert (XV Silicone). Die Rückstände folgender Kondensationskatalysatoren sind mit der Grenze von 0,01 % zugelassen: NaOH, KOH, Salzsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure, Essigsäure. Umsetzungsprodukte von Phosphornitrilchlorid sind auf 0,001% begrenzt.<ref>Vorlage:Internetquelle</ref>

Eigenschaften

Der Siedepunkt niedermolekularem PDMS beträgt etwa 200 °C (hochmolekulares PDMS zersetzen sich bei > 200 °C). Der Viskositätsbereich reicht von 0,65 mm²/s bis über 1000000 mm²/s<ref>Vorlage:Internetquelle</ref>.

Pharmazeutische Qualitäten (Dimeticon (Ph. Eur.)) sind klare, farblose Flüssigkeiten, deren kinematische Viskositäten je nach Polymerisationsgrad (etwa 20 bis 400) nominell 20 bis 1300 mm²·s⁻¹ betragen. Sie sind praktisch unlöslich in Wasser, praktisch unlöslich bis sehr schwer löslich in wasserfreiem Ethanol, mischbar mit Ethylacetat, mit Methylethylketon und mit Toluol.<ref>European Pharmacopoeia 9.0, S. 2281 f., Dimeticone.</ref>

Verwendungen

Technische Anwendungen

PDMS wird z. B. eingesetzt als:<ref>Vorlage:Internetquelle</ref>

Bestandteil von Trennmittelformulierungen z. B. für Reifen<ref>Patent US5738813A, Release agent for tire molding, Prioritätsanmeldung 26.07.1994, Veröffentlichung 14.4.1998, Anmelder: Dow Corning Toray Co. Ltd, Erfinder; T. Naganawa, I. Ona</ref><ref>Patentanmeldung EP1000989A2, Formtrennmittel, Anmeldung: 11.11.1998, Veröffentlichung: 17.05.2000, Anmelder Rhein Chamie Rheinau GmbH, Erfinder: F.-R. Zillmer, H. Wagner, K.-H. Schumacher, B. Scholand</ref>
Bestandteil von Polituren, z. B. für Automobile<ref>Vorlage:Internetquelle</ref>
Trennmittel für Hochleistungsdruck
Hydrophobierung von mineralischen Dämmstoffen<ref>Vorlage:Patent</ref><ref>Vorlage:Internetquelle</ref>
Temperaturbeständiger Schmierstoff
Gleitbeschichtung bei Kondomen
Wärmeträgeröl
Adsorptionsmittel in der analytischen Chemie, z. B. bei der Festphasenmikroextraktion oder der Stir Bar Sorptive Extraction
Stempel in der Polymerelektronik
Dämpfungsmedium<ref>Vorlage:Internetquelle</ref><ref>Patentanmeldung DE19507519A1, Viskositäts-Drehschwingungsdämpfer, Anmeldung 03.02.1995, Veröffentlichung: 26.09.1996, Anmelder: Hasse&Wrede GmbH, Erfinder: P. Specht</ref>
Diffusionspumpenöle
Hydraulik-<ref>Patent US2398187A, Hydraulic Fluid, Anmeldung 11.06.1943, Veröffentlichung 09.04.1946, Anmelder: Corning Glass Works, Erfinder: R. R. McGregor, E. L. Warrick</ref> und Transformatorenöle<ref>Vorlage:Internetquelle</ref>
Diverse Anwendungen in der Mikrofluidik: Lab-On-a-Chip, Fluidkanäle, Bioreaktoren etc.
Trägeröl für Antischaummittel<ref>Vorlage:Literatur</ref>
Höhermolekulare Typen (> ~ 4000 g/mol) werden als Schmiermittel für Vakuumanwendungen eingesetzt.

Kosmetische Anwendungen

Manche Haarwaschmittel enthalten Silicone. Auf der Inhaltsstoffliste sind diese z. B. als Dimethicone, Dimethiconol, Amdimethicone gekennzeichnet. Silicone bilden einen dünnen Film auf der Oberfläche des Haares. Dieser Film reduziert die Nass- und Trockenkämmkraft, hält Feuchtigkeit und erhöht den Glanz<ref>Vorlage:Literatur</ref><ref>https://www.dow.com/documents/27/27-1/27-1550-01-the-beauty-of-silicone-in-hair-care-application.pdf?iframe=true</ref>. Die Polydimethylsiloxane werden meist in Form von Siliconemulsionen eingesetzt.

Medizinische Verwendungen

Entschäumer

Dimeticon, auch als Polydimethylsiloxanöl (PDMS) bezeichnet, wird als antiflatulentes (entblähendes) Mittel bei Gasansammlungen im Magen-Darm-Kanal (Blähbauch, Tympanien, Meteorismus, Roemheld-Syndrom), zur Reduzierung störender Gasansammlungen bei Röntgen, Endoskopie- und Ultraschalluntersuchungen sowie als Entschäumer bei Vergiftungen mit Tensiden angewendet. Mit festen SiO₂-Partikeln angereichert wird es als Simeticon bezeichnet.

Dimeticon ist eine langkettige organische Siliciumverbindung, die rein physikalisch im Magen-Darm-Kanal die Oberflächenspannung eingeschlossener Gasblasen senkt und diese so auflöst. Die Gase können dadurch im Darm resorbiert werden oder natürlich abgehen. Eine Resorption oder chemische Reaktion des Mittels im Körper findet nicht statt, es ist inert und wird nach der Darmpassage unverändert ausgeschieden.

Nebenwirkungen sind bislang nicht beobachtet worden.

Pedikulozid

Nach randomisierten klinischen Studien wirkt eine Dimeticon-Lösung auch gegen Kopfläuse.<ref>Burgess, I.F. et al. (2005): Treatment of head louse infestation with 4 % dimeticone lotion: randomised controlled equivalence trial. In: B.M.J. Band 330, Seite 1423. doi:10.1136/bmj.38497.506481.8F, PMID 15951310.</ref><ref>Burgess IF et al. (2007): Randomised, controlled, assessor blind trial comparing 4 % dimeticone lotion with 0.5% malathion liquid for head louse infestation. In: PLoS ONE. Band 2, Seite 1127. PMID 17987114, Vorlage:PMC.</ref><ref>Feldmeier H. (2006): Pediculosis capitis, Die wichtigste Parasitose des Kindesalters. In: Kinder- und Jugendmedizin. Nummer 4, Seiten 249–259. Vorlage:Webarchiv.</ref><ref>Dimeticon-Präparate gegen Kopflausbefall. In: DAZ Nr. 6/Februar 2009.</ref>

Es werden zwei pedikulozide Wirkungsweisen diskutiert:

Erstickungstod durch Eindringen des Dimeticon in die Tracheen der Läuse und
Herzstillstand, denn durch das Aufweichen des Chitinpanzers kann das Herz nicht mehr kontrahieren, da es an dem Chitinpanzer befestigt ist.

Nebenwirkungen sind bislang nicht beobachtet worden. Allerdings ist das Haar nach der Anwendung von 4-%-Dimeticon-96-%-Cyclometicon-Kombinationsmitteln kurzzeitig leicht entflammbar, was in Einzelfällen zu schweren Verbrennungen führen kann.<ref>Bundesinstitut für Arzneimittel und Medizinprodukte: Entflammbarkeitsrisiko von Dimethicon- und Cyclomethicon-haltigen Antiläusemitteln. (BfArM-Pressemitteilung vom 12. Januar 2009).</ref>

Verwendung als Lebensmittelzusatzstoff

Polydimethylsiloxan ist als Lebensmittelzusatzstoff in der Gruppe der Schaumverhüter zugelassen (E 900). Es wird in der Lebensmittelindustrie bei der Herstellung von Konfitüren, Marmeladen, Obst- und Gemüsekonserven sowie (Frittier-)Fetten eingesetzt.<ref>Eintrag zu Dimethylpolysiloxan bei zusatzstoffe-online.de</ref> Als Prozesshilfe in der Lebensmittelverarbeitung sind Formulierungen mit Polydimethylsiloxan ebenfalls geeignet<ref>Vorlage:Internetquelle</ref>.

Sonstiges

PDMS ist neben Siliziumdioxid der Hauptbestandteil von hüpfender Knete (Silly Putty).<ref>Dr. Sc. Manuel Kretzer: Der Charakter der Materialien (PDF; 4,4 MB), Abschnitt Silly Putty, S. 11, Kurs Grundlagen Material und Technologie im Design, Fachbereich Design | Hochschule Anhalt | Dessau, Sommersemester 2018</ref>

Markennamen

Substanz

Baysilon, Koralison, Elbesil, Xiameter, Wacker AK

Arzneimittel und Medizinprodukte

Monopräparate

Ceolat (D), Ilio-Funktion (D), EtoPril, Hedrin, Itax, Jacutin Pedicul Fluid, Nyda, Paramitex, Espumisan, Lefax

Kombinationspräparate

Hevert Enzym comp. (D), Pankreoflat (D)

Einzelnachweise

Literatur

W. Noll: Chemistry and Technology of Silicones, Academic Press Inc, 1968, ISBN 978-0-12-520750-8.
A. Tomanek: Silicone und Technik. Ein Kompendium für Praxis, Lehre und Selbststudium, Carl Hanser, 1990, ISBN 978-3-446-16032-3.
H. Reuther: Silikone. Ihre Eigenschaften und ihre Anwendungsmöglichkeiten. Eine Einführung, Verlag Theodor Steinkopff, Dresden 1969.

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