Langfristige natürliche Alterung verändert PDMS-Mechanik und Wärmereaktion, die Stabilität von Mikrofluidgeräten wird berücksichtigt

Eine online veröffentlichte Studie von Nicolás Soto, Francisco González Varela, Alexander Córdoba, Constanza Maulén, Enzo Brito, Esteban Zamora, Fabián Álvarez-Carrasco, Paula A. Zapata, Claudio García-Herrera, Diego A. Vasco, María Luisa Cordero und Aldo Abarca-Ortega untersuchte die mechanischen und thermischen Veränderungen der Reaktion von Polydimethylsiloxan (PDMS) nach einer langen natürlichen Alterung im Rahmen von Mikrofluidanwendungen. Die Studie zeigte, dass die natürliche Alterung nicht nur eine Veränderung des Oberflächenaussehen verursacht, sondern auch das mechanische Verhalten und die thermischen Eigenschaften des Materials beeinflusst, was bedeutet, dass die funktionelle Zuverlässigkeit von flexiblen Polymeren, die durch PDMS repräsentiert werden, im langfristigen Gebrauch neu bewertet werden muss. Der Wert der Studie besteht darin, das “Altern” von den beschleunigten Laborbedingungen zurück zu realen natürlichen Expositionsszenarien zu ziehen. Für die Polymeralterungsforschung umfasst die natürliche Alterung die Synergie verschiedener Faktoren wie UV-Strahlung, Temperaturzyklus, Feuchtigkeit und Sauerstoff, deren Wirkungsweg nicht vollständig mit einem einzelnen Beschleunigungstest übereinstimmt, so dass die erhaltenen mechanischen und thermischen Reaktionsdaten von Bedeutung sind, um die tatsächlichen Ausfallmuster zu verstehen.

Bedeutung für die Polymerhilfsmittelindustrie

PDMS gehört zu speziellen Elastomeren mit Silikonbindungen in der Hauptkette, deren Abbau-Mechanismus sich von Kohlenstoffkettenpolymeren unterscheidet, aber der Alterungsprozess beinhaltet auch Probleme wie die Oxidation freier Radikale, die Umordnung der Kettensegmente und Veränderungen der Vernetzungsdichte. Die in der Studie beobachteten Veränderungen in der Mechanik und der Wärmereaktion deuten darauf hin, dass sich die Vernetzung des Materials und die Bewegungsfähigkeit der Molekülkette bei langfristigen Einsatzszenarien ändern, was direkt mit dem Ziel des Antioxidationssystems verbunden ist, den oxidativen Abbau zu unterdrücken und die Stabilität der Netzwerkstruktur aufrechtzuerhalten. Bei Microfluidic-Chips, Flexible-Sensoren und biomedizinischen Geräten, die im Freien oder über eine lange Dauer laufen müssen, sollte die Formulierung die Witterungsbeständigkeit berücksichtigen und nicht nur die ursprünglichen mechanischen Indikatoren berücksichtigen. Aus der Sicht der Stabilisierungstechnik unterscheidet sich die Empfindlichkeit des Silikosäuresystems gegenüber UV- und Oxidationswirkungen von Kohlenstoffkettenpolymeren, und die Anwendbarkeit von HALS (blockiertem Amin-Lichtstabilisator) und UVA (UV-Absorbent) erfordert die Beurteilung der chemischen Struktur des Matrix. Die Studie gibt keine spezifischen Hilfsmittel, aber die Ergebnisse zeigen, dass es nur auf ein einziges Stabilisierungsmittel schwierig ist, die Leistungsdrift durch die mehrfaktorische Kopplung im natürlichen Altern zu decken, und dass die Idee des Komplexsystems – die gemeinsame Konstruktion für die beiden Wege der Oxidation und der Lichtalterung – für die langfristige Stabilitätssicherung realistischer ist. Bei der Entwicklung von Formeln mit PDMS als Matrix kann die Übereinstimmung des Antioxidationssystems mit den optisch stabilen Komponenten als Schwerpunkt geprüft werden und die Stabilitätseffekte gemeinsam durch die mechanische und thermische Charakterisierung vor und nach der Alterung bewertet werden.

Erkennung und Charakterisierung der Enthüllung

Die Forschung verwendet die mechanische und thermische Reaktion als Indikator für die Beurteilung der Alterung, eine Idee, die einen Lehrwert für die Erkennung der Alterung von Polymeren hat. Regelmäßige Alterungsbewertungen konzentrieren sich häufig auf Aussehen, Farbe oder eine einzelne mechanische Stärke, während Änderungen in der thermischen Reaktion die Veränderungen in der Kettenbewegung und der Aggregationsstruktur widerspiegeln und mit mechanischen Daten eine vollständigere Darstellung des Alterungsgrades ermöglichen. Für Zulieferer von Hilfsmitteln und Produktunternehmen hilft die Einführung mehrdimensionaler Charakterisierungen während der Screening-Phase für wetterbeständige Formeln bei der Identifizierung von Synergien oder Antagonismen in komplexen Systemen und der Vermeidung von Fehlerurteilen auf der Grundlage eines einzigen Indikators. Es ist wichtig zu bemerken, dass die Studie sich auf das natürliche Alterungsverhalten von PDMS in Mikrofluidik-Anwendungen konzentrierte und keine zusätzlichen Effekte von spezifischen Antioxidantien, HALS oder UVA-Sorten berücksichtigte und keine Vergleichsdaten für stabilisierende Rezepte gab. Daher sollten ihre Schlussfolgerungen als Hinweise auf das Altern und die Beurteilungsmethoden verstanden werden und nicht als direkte Validierung eines bestimmten Hilfssystems. Die Polymerhilfsmittelindustrie kann sich daher auf die langfristige Leistungsentwicklung von Silizium-basierten Elastomeren unter realen Expositionsbedingungen konzentrieren und gezielte Alterungsprüfungen in Verbindung mit ihren eigenen Formulierungssystemen durchführen.

Quelle der Informationen: Long-term natural aging alters the mechanical and thermal response of PDMS for microfluidic applications， Durch befeuchtete Chemiker aufgeräumt.