聚醚改性硅油的合成与应用
来源:用户上传
作者:
摘要：本论文主要探讨了聚醚改性硅油的合成与应用，包括聚醚改性硅油的合成原料、聚醚改性硅油的合成方法以及聚醚改性硅油合成与应用的研究进展，以及这些研究中对聚醚改性硅油性能的测试方法。
关键词：聚醚改性硅油；合成；应用；测试
聚醚改性硅油是当前改性硅油中应用和产量最多的一种，它是通过在线性二甲基硅油的主链或者侧链进行聚醚链段和化学键连接的一种油状聚合物。在聚醚改性硅油的分子中，聚醚链段含有强极性氧原子并和碳相连，能够跟水生成氢键，因此具有亲水性而能溶于水；聚硅氧烷链段中硅氧有比较高的键能，且其上的烃基也没有亲水性，因此聚硅氧烷链段不亲油不亲水；这二个链段连接能够降低水的表面张力，因此是一种性能良好的表面活性剂。聚醚改性硅油在工业上和日用化工品中有着广泛应用，比如可以用作织物柔软剂使织物柔软、平整、提高吸水性、防静电；可以作为化妆品扩散剂增加化妆品在人体肌肤的扩散性；此外，还可以用作消泡剂、玻璃防雾剂、水溶性润滑剂等。
聚醚改性硅油的合成一般包括两步，一是合成含硅疏水基团中间体，一是引入聚醚基团。在合成聚醚改性硅油的过程中，引入聚醚基团是更加重要的步骤。引入的方式因聚醚种类不同而有所不同，因此聚醚改性硅油有着许多功能不同的品种，用途相当广泛。
1.聚醚改性硅油的合成原料
1.1合成聚醚改性硅油的溶剂。溶剂的加入，是因为聚醚与硅油有着比较大的分子量，会形成更大分子量的产物。烯丙基聚醚包括了封端和未封端聚醚，未封端聚醚的末端是羟基，封端聚醚一般用甲基、乙基、丁基等封端，而封端聚醚因为另一端由烯丙基封端，在失去活泼氢的情况下使得接枝加成的主反应可以顺利进行，提高了聚醚改性硅油的有效含量和产品的质量；虽然封端烯丙基聚醚改性硅油的性能比未分端的好（消泡剂产品），然而封端工艺的使用导致价格较高。而甲苯、异丙醇等惰性溶剂的加入还可以减少合成过程的副反应，降低交联。这些溶剂的加入可以增加不同物质之间的接触面积，加剧了烯丙基聚醚和低含氢硅油之间的反应。不过溶剂加入量要合适，因为溶剂加入太少不利于加快产物之间的相互反应，溶剂加入太多也会造成催化剂稀释。
1.2合成聚醚改性硅油的催化劑。聚醚改性硅油的合成过程中应用最普遍的催化剂是水合氯铂酸（H2Pt C16）。四价铂在硅氢键与碳碳双键加成反应的催化过程中，铂经历了从被还原到零价、到二价，再到四价的过程，其中过渡态的二价铂有着比较强的催化能力。催化剂的使用降低了反应的活化能，使得硅氢加成反应能够在在更宽的条件下发生。值得注意的是，在合成聚醚改性硅油的过程中，催化剂应用在加速了主反应的同时也会增加副反应的发生。其中主反应是硅氢加成反应，加快主反应速率可以提高有效成分的含量；而副反应则包括了含氢硅油自聚及改性基团双键热聚合，加快副反应速率则会增加杂质含量，并影响产品的性能。因此在合成聚醚改性硅油的过程中，催化剂的使用量也是重要因素之一。
1.3合成聚醚改性硅油的官能性硅油。合成聚醚改性硅油的聚硅氧烷为官能性硅油，如含氢硅油、烷氧基硅油、含氨基硅油、含环氧基和羧酸基的碳官能性硅油等，其中主要是含氢硅油。
1.4合成聚醚改性硅油的聚醚。合成聚醚改性硅油的聚醚一般使用环氧乙烷与环氧丙烷的共聚物：RO（C2H4O）x（C3H6O）yR'。R'通常是H，或者CH3和Et，其中制备水解型的聚醚改性硅油R通常是H、CH3、Et、C3H7或C4H9等；制备非水解型的聚醚改性硅油R通常是CH2CHCH2，CH2CH等不饱和基。当R是H2=CH3CH2时，R'为CH3的聚醚比R'为H、Et的聚醚更加稳定。环氧乙烷和环氧丙烷之间的比列及其含量都会影响产物的性能。聚醚链中不一样的聚氧乙烯与聚氧丙烯比例，产品性能差别较大，比如有的产品可以作为乳化剂，有的则起破乳作用；有的产品可以作为消泡剂，有的则起稳泡作用；增加环氧乙烷含量可以提高聚醚改性硅油的水溶性；而增加环氧丙烷的含量，则会降低聚醚改性硅油的水溶性。
2. 聚醚改性硅油的制备方法
2.1水解型聚醚改性硅油的制备有两种方法
（1）置换反应：
（2）缩合反应：
2.2非水解型聚醚改性硅油的制备：非水解型聚醚改性硅油因为耐水解性较好，更加稳定，所以有着更加广泛的应用。其合成方法根据官能性硅油和聚醚的种类不同可以分为下面三种。
（1）Si-H加成反应：
（2）酯化反应：
（2）开环加成反应：
另外，也可以通过甲基硅油与不饱和聚醚在过氧化物催化下进行接枝聚合反应来制备聚醚改性硅油。
3. 聚醚改性硅油的合成与应用研究进展
浙江理工大学任新华等[1]以甲基含氢硅油、烯丙基聚醚为原料，通过硅氢加成反应制备聚醚改性硅油。该研究过程中通过量气法测定硅氢键转化率，以硅氢键转化率表征产物产率；通过傅立叶红外光谱仪测试产品的结构；按照GB5549《表面活性剂 用拉起液膜法测定表面张力》，采用白金板法测定聚醚改性硅油溶液的表面张力；按照GB11278《阴离子和非离子表面活性剂临界胶束浓度的测定》测定产品的表面活性剂临界胶束浓度（cmc）。研究表明，当催化剂氯铂酸用量为25 mg/ kg，nC=C：nSiH为1.20：1，溶剂为异丙醇，反应温度93℃，反应时间3.25 小时条件下，所合成的聚醚改性硅油有着不错的表面活性，整理后可以显著改善棉织物的柔软性、亲水性和抗静电。
河北科技大学李春静等[2]以含氢硅油、聚醚为原料，三氟乙酸为催化剂制备了聚醚改性硅油消泡剂。该研究通过转化率=（反应前的含氢量-反应后的含氢量）反应前的含氢量×100%的方法测试出产品转化率，其中含氢量的测定采用化学法，其原理是硅氢键与溴在酸性条件下反应生成溴化氢，过量溴与碘化钾反应，析出的碘以硫代硫酸钠滴定。并且对产品的消泡、抑泡效果进行研究。得出合成聚醚改性硅油的优化条件是100℃下反应10小时，聚醚和含氢硅油的质量比为15：1，催化剂三氟乙酸为使用量为0.2%。
参考文献
[1]任新华，吴明华.聚醚改性硅油的制备及其在棉织物舒适性整理中的应用[J].浙江理工大学学报.2009，26（2）：189-193.
[2]李春静，卢义和，宫素芝等.聚醚改性硅油消泡剂的合成[J].日用化学工 业.200636（5）：284-286.
（作者单位：杭州崇耀科技发展有限公司）
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-14735221.htm
