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概述有機硅表面活性劑

作者:admin 更新時間:2019年05月24日 09:13:19

  【摘要】本文主要論述了有機硅表面活性劑的分類、特性及應用等方面的內容。該篇通過查閱大量的參考文獻及最新的研發信息得出:有機硅表面活性劑作為一種新型的特種表面活性劑,由于其獨特的分子結構,使它具有許多特殊的性質,因此可廣泛應用在涂料工業、農藥和日化工業等行業。隨著研究的進展,有機硅表面活性劑必將開拓更多的應用領域,其前景必將十分開闊。


  【關鍵詞】有機硅表面活性劑;分類;特性;應用


  有機硅表面活性劑主要是指以聚二甲基硅氧烷為疏水主鏈,在其中間位或端位連接一個或多個有機極性基團而構成的一類表面活性劑。它具有非常的表面活性,可以顯著降低水的表面張力至約21N/m,是一類高效的表面活性劑。由于分子中含有很多支鏈結構,不易結晶,在低溫時不沉淀;同時分子結構特殊,界面膜上各分子間的黏附力很小,因而是很好的潤濕劑、潤滑劑;其極低的生理毒性,被廣泛應用于化妝品中。


  有機硅表面活性劑作為有機硅化合物中的一類,從20世紀60年代就開始用于工業領域,但大規模快速全面的發展開始于20世紀80年代。由于這類表面活性劑具有獨特的優點,如表面張力低、潤濕和鋪展性好、乳化作用大、配伍性能好,并具發泡、穩泡和抑泡作用,且無毒,已大量應用于各行各業。目前,在紡織、化妝品、塑料、涂料、農業化學品、醫藥、機械加工等領域廣泛使用。


  1.有機硅表面活性劑的分類


  按照表面活性劑中親水基的離子類型,有機硅表面活性劑和常規表面活性劑一樣,可以分為四類,即陰離子型有機硅表面活性劑、陽離子型有機硅表面活性劑、兩性有機硅表面活性劑和非離子型有機硅表面活性劑。


  1.1陰離子型有機硅表面活性劑


  陰離子型有機硅表面活性劑是指疏水鏈中含有硅原子,親水基團為陰離子的表面活性劑,如羧酸鹽類有機硅表面活性劑。其分子結構為:R3―Si―CnH2nCOOH(R表示烷基)。


  1.2陽離子型有機硅表面活性劑


  陽離子型有機硅表面活性劑是指疏水鏈中含有硅原子,親水基團為陽離子的表面活性劑,如季銨鹽類有機硅表面活性劑。


  1.3兩性有機硅表面活性劑


  兩性有機硅表面活性劑是指疏水鏈中含有硅原子,親水基團既含有陽離子,又含有陰離子的表面活性劑,如甜菜堿類有機硅表面活性劑。


  在水溶液中,該產品分子含有陰、陽兩種離子。分子上的電荷取決于溶液的pH值,這種分子既具有磷酸酯甜菜堿的結構和特性,又具有硅氧烷的結構和特性。


  1.4非離子型有機硅表面活性劑


  非離子型有機硅表面活性劑是指疏水鏈中含有硅原子,但親水基團既不含有陽離子,也不含有陰離子的表面活性劑。


  2.有機硅表面活性劑的特性


  2.1表面活性和易展布性(低表面張力)


  有機硅表面活性劑的重要特性是它優良的表面活性和易展布性。這一特性來源于聚二甲基硅氧烷的低表面張力和弱分子間作用力。硅原子在化合物中處于四面體中心。根據四面體結構,兩個甲基垂直于硅與兩相鄰氧原子連接的平面上;由于Si―C鍵鍵長較大,以至兩個非極性的甲基上的三個氫就像撐開的傘,從而使它具有很好的疏水性。甲基上的三個氫原子由于甲基的旋轉占有較大空間,從而增加了相鄰硅氧烷分子之間的距離;分子間作用力與分子間距離的六次方成反比,故聚二甲基硅氧烷分子間作用力比碳氫化合物要弱得多。因此它的表面張力比相近摩爾質量的碳氫化合物小,從而使硅氧烷在界面上易展布。


  有機硅表面活性劑的上述特性,決定了這類物質具有易乳化、優良的滲透性、與極性基材結合牢固、表面鋪展性好、成膜薄等特點。如果未作親水基的改性,則仍具有疏水性的特點。


  2.2耐溫性和耐水解性


  有機硅表面活性劑中的親水基不能直接連接在硅氧鏈的硅原子上。直接連接在硅上的親水基易水解生成硅醇基,硅醇基能進一步縮合或交聯,從而導致有機硅表面活性劑化學結構的徹底破壞。所以,合成有機硅表面活性劑一定要將疏水基和親水基通過隔離基連接。


  2.3親水性


  有機硅表面活性劑的典型類型,當屬聚醚硅油。由于在其分子鏈(側鏈或主鏈)上懸掛或嵌段聚醚基團,使之具有即親油又親水的特性。即該油品不僅能與烷烴類油性物質互溶,而且極易在水中分散。這是一種極有應用價值的特性。


  3.有機硅表面活性劑的應用


  有機硅表面活性劑作為一種新型結構的表面活性劑,自20世紀60年代開發以來得到了快速的發展。大部分有機硅表面活性劑其活性成分為聚醚改性硅油,由于獨特的分子結構含有聚硅氧烷和聚醚,其中聚硅氧烷部分賦予表面活性劑以低表面張力、抗靜電和生理惰性等特點,通過調節聚醚的環氧乙烷(EO)、環氧丙烷(PO)的聚合度及其比值,以及聚醚與聚硅氧烷的比例,便可以獲得不同性能、不同用途的有機硅表面活性劑,可廣泛應用在涂料工業、聚氨酯、農藥和日化工業等行業。


  3.1在農藥中的應用


  有機硅氧烷具有能極大降低物質表面張力的能力、超強的延展性能,它作為農藥表面活性劑使用具有良好的濕潤性,較強的粘附力,優良的氣孔滲透率和抗雨沖刷性等,它廣泛地應用于農藥的噴霧改良劑、農藥活化劑[1]等。有機硅表面活性劑能夠提高農藥的有效利用率,降低農藥投放量,減少農藥使用量,提高使用農藥的安全性,在短短的幾十年里得到飛速發展,已作為一種新型農藥助劑而正在逐步取代老的助劑,是新的一類令人振奮、具有挑戰性的農藥助劑,應用前景十分廣闊。


  3.2在紡織業中的應用


  由于有機硅表面活性劑所具有的特性,使其成為當代織物后整理劑首選材料之一。其中的聚醚改性硅油可改善織物的親水性、抗靜電性和防污性,且乳化方便,不易漂油,工藝上有時還可與染色同浴,是目前紡織工業中使用最多的一類。


  (1)陽離子型表面活性劑


  (2)陰離子型表面活性劑


  (3)非離子型表面活性劑


  (4)兩性離子型表面活性劑


  3.3在涂料工業中的應用


  把硅氧烷SMA加入涂料中,能提高物體表面的拋光、上釉、防滑、防刻痕、防水以及抗化學腐蝕等性能。


  (1)作為流動改善劑應用


  (2)作為潤濕劑的應用


  (3)作為潤滑劑的應用


  4.有機硅表面活性劑的發展


  隨著研究的進展,有機硅表面活性劑必將開拓更多的應用領域。隨著有機硅結構特性及作用機理的研究越來越多,各種不同特色的有機硅表面活性劑會陸續涌出,從而可以不斷適應不同的工藝要求。


  總之,有機硅表面活性劑的前景十分廣闊,其研究工作會越來越深,應用范圍將越來越廣,產量和數量必然越來越大。

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