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有机硅表面活性剂性能及应用篇

来源: 石家庄市海森化工有限公司  日期:2019-06-11 09:15:38  属于:产品技术
文章摘要:

1、有机硅表面活性剂的界面性能

由于有机硅表面活性剂的主链是柔软的Si—O键,既不亲水,也不亲油,所以可用于水溶液和普通碳氢表面活性剂不能应用的非水介质。另一方面,有机硅表面活性剂以甲基排列在界面上,可使表面张力降至20mN/m左右,而普通碳氢表面活性剂以亚甲基排列在界面上,只能使表面张力降至30mN/m左右。

在有机硅表面活性剂中使用最多的是EO/PO改性有机硅表面活性剂,其性能与EO/PO的比值、表面活性剂的聚合度等多种因素有关。EO是表面活性剂改性基团中的亲水部分,PO是亲油部分。当EO/PO的比值发生变化时,有机硅表面活性剂的性能会发生变化。研究发现,若EO/PO比值变大,则表面活性剂的HLB值会升高,表明亲水性增强;EO/PO比值变小,则会使表面活性剂的亲水性减弱。当接枝型聚醚改性硅油的EO的长度一样时,其表面张力随聚硅氧烷聚合度的降低而增加。这是由于聚硅氧烷的分子链越短,在空/水界面的堆积越紧密,表面的甲基越多。当PO被引入时,增加了聚醚链的疏水性,从而增大了聚醚改性硅油的表面张力。

2、有机硅表面活性剂的超润湿性

三硅氧烷表面活性剂不但能降低油/水界面的界面张力,同时还可能在低能疏水表面润湿扩展,这一能力称为“超润湿性”或“超铺展性”。这种现象被认为是在溶液中存在特殊的表面活性剂聚集体。 

聚二甲基硅氧烷链易展布于极性表面(如水、金属、纤维等)的原因是硅氧链中的氧能与极性分子或原子团形成氧键,增加了硅氧链与极性表面分子之间的作用力,促使其展布成单分子层,从而使疏水性的硅氧烷横卧于极性表面,成特有的“伸展链”构型,而普通表面活性剂的疏水基是直立于极性表面的。当聚硅氧烷中的甲基被其他基团(如大的烷基、脂环基、芳基、硅官能团或碳官能团)取代时,由于改变了取代基的极性或空间位阻,势必会影响聚硅氧烷的疏水性和在极性表面的展布速度及状态。硅氧链上取代基的多少和分布状况也会产生同样的影响。例如,甲基被较大的烷基或芳基取代后,会显著减少聚硅氧烷的展布能力,同时减少其在极性表面的定向能力。

3、有机硅表面活性剂稳定乳液的能力

有些接枝状有机硅表面活性剂可使乳液在盐、乙醇及有机溶剂存在时保持定这种能力是传统碳氢表面活性剂不具备的。通过原子显微镜(AFM)检测发现硅表面活性剂在界面处存在相互作用力。非离子表面活性剂在25%乙醇溶液中就会失去表面活性,而有机硅表面活性剂在乙醇体积分数达80%时仍能降低表面张力。有机硅表面活性剂的这种性质反映出聚二甲基硅氧烷不仅是疏水的,随着聚二甲基硅氧烷含量的增加,有机硅表面活性剂在有机溶剂中也不溶。

4、有机硅表面活性剂与CO2的作用

Rocha等认为聚氧乙烯醚三硅氧烷表面活性剂可以使CO2和水形成乳液,通过调节EO数,改变表面活性剂的“亲水亲CO2平衡(HCB)值”,可以使乳液由CO2包水(W/C)转变为水包CO2(C/W)。Sarbu等认为聚硅氧烷表面活性剂的特性能使它在超临界CO2中得到应用。Fink等认为有机硅表面活性剂在超临界CO2中的相行为,发现相行为对疏CO2的基团很敏感,而对硅氧烷的大小不太敏感,并发现了无规则的液晶相。Folk等制得了一系列阳离子型有机硅表面活性剂,并研究了它们在高密度CO2中的行为。改变聚二甲基硅氧烷的链长和反离子都会强烈改变其在临界CO2中的表面活性。

有机硅表面活性剂的应用

1、在日化用品中的应用

因为有机硅表面活性剂具有无毒、无皮肤刺激性、抗氧化作用、紫外线防护作用、生物相容性好、防水透气性能优异等许多优点,因而在化妆品、洗发护发类制品、膏霜类制品与产品中有一定程度的应用。有机硅表面活性剂因其低的表面张力和适宜的粘度,有利于化妆品在肌肤和毛发表面扩散,能提高化妆品在皮肤上的保湿性和滞留性,又可保持皮肤的正常透气,也能赋予头发光泽、易梳理、平滑利落、抗静电和柔软感。

2、在纺织行业的应用

有机硅表面活性剂具有抗静电性、柔软性以及良好的杀菌和消毒能力,并能赋予纤维很好的柔软效果。阳离子型有机硅表面活性剂在纺织工业中主要用作抗静电剂和柔软剂,季铵盐类阳离子型有机硅表面活性剂用于纤维制品的卫生整理,具有很好的杀菌、防霉作用,并且安全耐久。

3、在农药中的应用

在农药加工中,加入0.05% - 0.1%(质量分数)的有机硅表面活性剂作助剂,可优化制剂的物理性能及化学稳定性,增加制剂品种,扩大应用范围。植物的叶、茎表皮常常具有抗润湿性的成分或结构,而且往往带有负电荷,对农药液体具有排斥作用,而有机硅表面活性剂的添加可促进农药制剂在植物上顺利地附着、保持、铺展及渗透,对药效的提高起到关键作用。有机硅表面活性剂能降低其表面张力,使水渗透到昆虫气管内,使其致死,作为杀虫剂助剂。

4、在食品、医药方面的应用

有机硅消泡剂是以改性聚硅氧烷为主要成分,添加多种非离子型表面活性剂等配制而成的,具有优良的消泡性能,用量少,使用方便,无毒,无腐蚀性,对味精、豆制品以及抗生素生产中产生的泡沫均有良好的消泡和抑泡作用。

5、在皮革化学品中的应用

有机硅表面活性剂主要可以作为皮革中加脂剂和柔软剂,因为它具有良好的润滑性能和防水性能。它与油脂接枝共聚制备的有机硅加脂剂解决了含硅表面活性剂易向外迁移的问题且减少了加脂剂的用量,降低了成本。经过有机硅表面活性剂浸渍的革纤维分散、润滑性能好,成革柔软,尤其适于服装革和鞋面革,也可以用于毛皮制造。氨基聚醚共改性的有机硅表面活性剂用作加脂剂,可使柔软性和亲水性达到满意的程度,另外,也可以用作涂饰剂、防水剂、酶制剂,令皮革柔软、光亮、有油感。

6、机械加工中的应用

在金属制品的生产、使用和维修过程中,需要清洗附着在其表面上的各种污物(如加工过程中的金属屑、切削液、磨料和各种油脂,灰尘及酸、碱、盐等电解质和手汗等),以保证产品内在和表面质量,延长使用寿命。有机硅表面活性剂清洗剂具有清洗性能好,去污力强,不仅能消除金属表面的油污,同时也能清洗手汗、无机盐等污垢,此外它还有不易燃,无毒,使用安全,以及良好的缓蚀防腐能力,还可以节约能源,减少环境污染,适用于机械化自动清洗。

7、在塑料工业上的应用

有机硅表面活性剂在聚氨酯泡沫塑料生产过程中,如体系分散、气泡生长、气泡稳定及气室开放等起重要作用,是一种很好的聚氨酯泡沫塑料的稳泡匀泡剂。利用其表面活性,可以制造聚氨酯软泡、硬泡、半硬泡及高回弹性泡沫等。另外,作为阻燃性的有机硅泡沫稳定剂在聚氨酯泡沫中的应用也越来越广。 

结语

有机硅表面活性剂具有原料廉价易得、工艺温和易控、应用广泛、需求量大等优点,领域性能好、发展快、市场潜力大,是一种高附加值的精细化工产品。国内学者对有机硅表面活性剂的研究正在大踏步的追赶国际水平,其中结构双子化等方向已取得了一定的前沿研究成果,虽然尚未达到应用阶段,但也大大提高了该类表面活性剂的特种化研究程度。同时,工艺及产品的清洁、绿色化研究也有较多进展。


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