聚醚改性有机硅表面活性剂的合成及性能研究

摘要

聚醚改性有机硅表面活性具有优良的润湿性和渗透性,因此广泛应用于聚氨酯泡沫塑料的匀泡剂、化妆品原料、纺织、防雾剂、塑料添加剂、柔软剂、农业生产等领域。但是我国的有机硅表面活性剂研究起步较晚,产品较单一,且尚未形成大的生产规模,使用的产品主要依赖进口。有机硅表面活性剂的开发成功将能减少同类产品的进口,降低国内企业技术的对外依赖,提高自身竞争力,并且更有利于有机硅表面活性剂在我国农业等各行业中的普及应用。因此本文通过硅氢加成反应合成了系列聚醚改性有机硅表面活性剂,探究了最佳反应条件以及原料结构对产物性状的影响,测定了2%产物水溶液的表面张力和在PMMA上的接触角,研究了聚醚分子量和硅油含氢量对产物性能的影响。同时对聚醚改性三/四硅氧烷表面活性剂的性能做了深入探究和比较,全面考察了产物结构对产物性能的影响。
　　 首先,以不同聚合度的烯丙基聚醚和不同含氢量的含氢硅油为原料,在氯铂酸催化下进行硅氢加成反应制备了系列聚醚改性有机硅表面活性剂,依次考察了反应温度、反应时间和催化剂用量的影响,以产物性状为考核标准探究了得到无色透明产物的最佳反应条件:在烯丙基聚醚和含氢硅油的量之比为n(C=C):n(Si-H)=1.2:1的前提下,反应温度为100℃,反应时间为6h,催化剂用量为20ppm(以铂原子计),在该条件下得到无色透明产物。同时研究了硅油含氢量和聚醚分子量对产物性状的影响。结果表明硅氢化过程中低含氢量的硅油和低分子量的聚醚易得到均相透明的产物。
　　 其次,在无溶剂条件下合成了系列聚醚改性有机硅表面活性剂。测定了2%产物水溶液的表面张力和在PMMA上的接触角。研究了聚醚分子量和硅油含氢量对产物性能的影响。结果表明聚醚分子量存在一个最佳的比例,使硅表面活性剂具有较好的表面活性和润湿性。但当聚醚分子量大于这一最佳值时,硅表面活性剂的表面活性和润湿性减弱。
　　 最后,以1,1,1,3,5,5,5-七甲基三硅氧烷和1,1,1,3,5,7,7,7-八甲基四硅氧烷分别与不同聚合度的烯丙基聚氧乙烯醚合成了系列聚醚改性三/四硅氧烷表面活性剂(TRSE/TESE)。通过表面张力和接触角测定,研究了其水溶液的表面活性以及在PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)和PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)基板上的润湿性能,同时探究了水溶液的溶解性以及疏水基结构(三、四硅氧烷)和亲水基结构(聚醚EO链长及EO链数目)对其表面活性和润湿性能的影响,并将TRSE和TESE做了比较。结果显示这两类表面活性剂具有优异的表面活性和润湿性能,TRSE的表面活性和润湿性能优于TESE。随着EO链长的增加,TRSE和TESE的表面活性呈现不同的变化规律:TRSE随EO链长的增加表面活性下降,而对应的TESE则存在最佳EO链长(EO=8)。其中,在较低EO数的一定范围内两者的ycmc变化幅度均较小、而EO数超出一定范围后(γ)cmc增大幅度更为显著。对于润湿性能,TRSE的润湿能力随EO数的增大呈现减弱趋势,而TESE则在EO链长较短时变化不大、当EO链长较长时才明显减弱。