胶体与表面化学.doc

有机硅表面活性剂摘要:介绍了有机硅表面活性剂的类型、特性，综述了有机硅表面活性剂在工农业各个领域中的应用。详细介绍了有机硅表面活性剂在建筑材料（如涂料、塑料）、皮革(如加脂剂、柔软刺、涂饰刺等)、化妆品(如乳化、调理等)、纺织(如柔软剂、抗静电剂、消泡剂)、农药(如喷雾改良剂、叶面吸收助剂、活化剂)等领域的应用。并展望了有机硅表面活性剂的未来发展前景关键字：有机硅；表面活性剂；应用Silicone SurfactantsAbstract: Introduced silicone surfactant types, characteristics, review of silicone surfactant in various fields of industry and agriculture. Details of silicone surfactants in building materials (such as paint, plastic), Leather (such as soft spines, thorns finishing, etc.), cosmetics (such as emulsifying, conditioning, etc.), textiles (such as softeners, antistatic agents,), pesticides (such as spray conditioner, leaf absorption additive, activator), and other fields. And the prospect of silicone surfactants future prospectsKeywords: Silicone; surfactants; applications有机硅表面活性剂是一类在商业上有着重要用途的新型表面活性剂。它的分子结构与一般碳氢表面活性剂相似，都是由亲水基中间连接基和疏水基组成。所不同的是后者疏水基部分中的碳烃链被烷基硅氧烷主链取代，其疏水性能比碳链优异。在同等浓度的溶液中，具有更低的表面张力，具有比碳链烃类表面活性剂更强的表面活性。目前，随着对该类材料的深入开发及其应用领域不断扩大，在化妆品，涂料，纤维，机械，塑料等几乎所有的领域都有应用，其在表面活性材料中的地位也日益凸现。1 有机硅表面活性剂分类按照该类物质的分子量大小可将其划分为聚合物和低聚物两类有机硅表面活性剂：而按照其结构性质又可分为由二甲基硅氧烷或环甲基硅氧烷的衍生物和改性化合物以及硅氧烷一醇醚共聚物两大类。另外，有机硅表面活性剂按其亲水性基团的种类，与碳链烃基类表面活性剂一样，也可以分为阳离子型、阴离子型、非离子型以及两性离子型四大类。1.1 含硅氧烷表面活性剂1.1.1聚二甲基硅氧烷及其烷基改性聚合物聚二甲基硅氧烷常被称为甲基硅油，通过调节硅氧烷链节数m的大小可以得到各种粘度的硅油产品，分子量越大，粘度越高。最简单的烷基改性聚硅氧烷是聚甲基氢硅氧烷，俗称含氢硅油。该类硅油产品在粉末颜料、染料等表面具有很好的附着性能提高其疏水性能使这些物质更好分散在油性基料中。1.1.2聚环甲基硅氧烷最简单的环硅氧烷是六甲基环三硅氧烷环硅氧烷中重复链节数n=37，该类化合物具有一定挥发性其蒸发速度低于乙醇和水具有良好的分散性并且容易除掉而无残留物。1.2功能化改性表面活性剂1.2.1非离子型有机硅表面活性剂该类产品与乙醇、十八醇、脂肪酸等相容性好，与十二烷基硫酸钠（SDS）和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)等阴离子表而活性剂具有复配协同效应，能够降低阴离子表面活性剂对皮肤和眼睛的刺激性，广泛应用于织物整理、消泡、个人防护品等。1.2.2阳离子型有机硅表面活性剂该类有机硅表面活性剂是在硅氧烷中引入季铵盐结构，此类活性剂具有显著的抗菌、除臭功能，广泛用于织物抗菌整理，个人护理用品。1.2.3阴离子型有机硅表面活性剂聚硅氧烷接枝磷酸酯类化合物在溶液中可以生成游离磷酸基，该类产品具有磷酸基的乳化性、起泡性、温和的洗涤性；同时又具有醇醚的浊点等非离子性；还具有硅氧烷对皮肤和头发的亲和性。1.2.4两性有机硅表面活性剂类似于一般两性表面活性剂，典型的两性有机硅表面活性剂为聚硅氧烷接枝磷酸酯甜菜碱两性表面活性剂。该类物质在水溶液中其分子可离解产生阴、阳两种离子。该化合物分子中既存在着磷酸酯甜菜碱的结构和特性，又具有硅氧烷结构和特性。2表面活性剂性质及其影响因素有机硅表面活性剂具有独特的优点。如：优良的降低表面张力的性能、优良的润湿性能、高的消泡性和稳泡性、生理惰性、无毒副作用、乳化作用及良好的配伍性能等等。2.1溶液的低表面张力由于聚二甲基硅氧烷的特殊分子结构，决定了其分子间的弱相互作用，加之硅氧主链中的氧原子，易于材料表面的极性分子或原子团形成氢键作用，因而决定了有机硅表面活性剂比普通的表面活性剂具有更好的表面活性和易布展性。2.2高效润湿、扩散性能由于含硅表面活性荆水溶液的表面张力较低，所以一般憎水的表面能低的材料也能被其水溶液所浸润。当硅氧烷表面活性剂分子量相对低时它们除了体现突出的润湿性外还具有高的扩散速度。2.3生理情性、环境友好硅氧烷表面活性剂在生理上是非常惰性的它们的生物降解比较困难但是在土壤环境下的硝酸根等离子、紫外照射均能促使其化学降解，无环境污染。2.4两亲基团间隔离基团的影响由于直接与硅氧主链相连接的亲水性基团易水解生成SiOH键并可进一步缩合、交联，而导致其化学结构彻底破坏因而有机硅表面活性剂分子中的亲水基团不能直接与主链上的硅原子相连这有别于普通的表面活性剂。3有机硅表面活性剂的应用3.1在建材领域中的应用有机硅表面活性剂在碳氢表面活性剂应用效果不好的领域可找到一些特殊用途，如涂料行业中做乳化剂、润滑剂，聚氨酯发泡塑料中做弹性泡沫的稳定剂3.1.1涂料工业有机硅高分子表面活性剂可以作为主体组分用作表面处理，提高被处理材料的光泽及防水抗污性能，保护材料免受破坏；也叮作涂料添加剂，改善涂料的各项性能，具有多功能性。1) 表面处理剂有机硅高分子表面活性剂在亮漆工业中有着良好的应用效果。阴离子硅酮的氨基硅氧烷表面活性剂在漆皮金属、木皮以及塑胶等工业中有着广泛的用途，新近用作玻璃陶瓷的保护剂，欧洲的许多国家用的微晶陶瓷，一般都会用到氨基聚硅氧烷表面活性剂。2）乳化剂与润湿剂与低分子乳化剂相比，高分子表面活性剂乳化力较好，且泡沫少，干燥后聚合物的耐水性、与基材的黏接性、密实性提高等，使聚合物乳液的各种稳定性提高、流变性能改变，常被用作乳化剂，特别是在高聚物乳液聚合中使用。3)消泡剂与流平剂含硅高分子消泡剂表面张力低、溶解度小、分散性好、作用持久、用量少，具有强大的破泡、抑泡能力。3.1.2塑料建材有机硅表面活性剂在聚氨酯泡沫塑料生产过程如体系分散、气泡生长、气泡稳定及气室开放等中起重要作用，是一种很好的聚氨酯泡沫塑料的稳泡、匀泡剂。3.2在皮革中的应用3.2.1加脂剂和柔软剂有机硅表面活性剂作为加脂剂和柔软剂主要是因为它良好的润滑性能和防水性能。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。3.2.2 涂饰剂丙烯酸树脂是皮革工业中应用工艺最为成熟、使用量最大的涂饰材料。除丙烯酸树脂外，有机硅表面活性剂改性的聚氨酯在皮革中也得到了广泛的应用，与其他涂饰材料相比，聚氨酯类涂饰材料具有分子结构可调性强、手感好、黏附力强、耐磨、不热黏和不冷脆等优点。3.2.3其他功能助剂皮革功能助剂特指防水剂、光亮剂、滑爽剂和手感剂等。有机硅表面活性剂与皮革纤维结合之后，能大大降低皮革的表面张力，结合后有机硅的疏水基团向外，使皮革具有很好的防水性能，而且不影响皮革的“呼吸”性能，成为首选的皮革防水剂；有机硅皮革滑爽剂主要有溶剂型和乳液型两种；手感剂中以有机硅手感剂效果最好，品种最多，应用最广，发展也最快。3.3在化妆品工业中的应用有机硅表面活性剂在日化行业中为一种用量很大的表面活性剂，可用于各种化妆品。聚二甲基硅氧烷与聚醚接枝共聚物是化妆品工业中重要的表面活性剂当用量达O15一5(质量分数)时，能使化妆品表面张力下降，有利于化妆品在肌肤和毛发表面扩散。作为乳化剂在香精、洗发香波中使用，具有乳化、起泡、分散、增溶的作用，能使香波泡沫丰富，细微稳定，并有抗静电效果，能赋予头发光泽、易梳理性、平滑利落和柔软感。有机硅表面活性剂对人体无副作用，能在皮肤表面形成脂肪层的保护膜，防止皮肤干燥，是优良的皮肤润滑剂和保湿剂，可提高化妆品在皮肤上的保湿性和滞留性，但又不妨碍皮肤正常的发汗，对皮肤、眼睛没有任何刺激性。作为乳化剂和乳化稳定剂，特别适合配制面部、眼部化妆品。此外，在化妆品配制时，有机硅表面活性剂町改善各组分的相容性，有时还可起消泡或稳泡(用于香波)作用。3.4在纺织工业中的应用3.4.1柔软剂有机硅柔软剂按其结构可分为3大类：即非活性有机硅柔软剂、活性有机硅柔软剂和改性有机硅柔软剂3.4.2洗涤用品在洗涤剂中使用有机硅表面活性剂衣物经过洗涤后可赋予柔软滑爽的手感提高弹性而且变得挺括耐皱折。有机硅表面活性剂还能使衣物具有吸湿透湿性抗静电性等洗后穿若美观舒适可达到风格化高档化及功能化的质量效果以满足人们不同的需求。季铵盐类离子型有机硅面活性剂用于纤维制品的卫生整理具有很好的荣菌防霉作用并且安全耐久。3.4.3油污洗净剂由于有机硅表面活性剂的表面张力低，对油类物质具有很好的湿润分散、乳化、增溶作用，所以广泛用于油类乳化及重油污硬表面的清洗。在配方中加入质量浓度为O51的有机硅表面活性剂，清洗剂的油污清除率即可由60提高至90；有机硅表面活性剂不仅可加入液体洗涤剂中，还可以加碱性较强的洗衣粉中：同样能明显降低体系水溶液的表面张力，增强除油污的效果。35在农用工业中的应用应用特性：良好的润湿性；超延展性；气孔渗透率及抗雨冲刷性3.5.1 喷雾改良剂一般来说，有机硅表面活性剂主要属于喷雾改良剂。由于它们的活性很强，有时也可用作活化剂。有机硅表面活性剂能大大降低溶液的表面张力，减少液滴与叶面之间的接触角，增强药液在植物体表或害虫体表的湿润、粘附及展着能力从而提高药效。3.5.2叶面吸收助剂除草剂、植物生长调节剂和营养物质的最终作用点是在植物组织内，而有机硅表面活性剂能增强叶面吸收农药的功能，这对于提高农药功效，减少其用量有着重要意义。3.5.3活化剂在杀虫剂中，作为配制农药的重要表面活性剂组分，甲基化的硅氧烷通常被认为是惰性的，但其优秀的表面活性使它能浸湿螨虫和昆虫，使其窒息或干扰其重要的生理过程。昆虫的气孔和叶面的气孔极相似，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致其死亡。有机硅表面活性剂的施用对某些生长调节剂、某些作物有一定作用。3.6在发酵工业中的应用有机硅消泡剂是以改性聚硅氧烷为主要成分，添加多种非离子表面活性剂等配制而成的，具有优良的消泡性能，用黄少，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。3.7在灭火剂和阻燃制品中的应用非离子型有机硅表面活性剂常用来处理阻燃添加剂，以增加其分散性和相容性，使阻燃剂用量减少3050(质量分数)仍能达到相同阻燃性能；同时，由于降低了阻燃剂用量，还可改善其加工性能又不影响制品的物理机械性能。3.8在原油破乳和脱水中的应用在石油的开采和生产过程中，使用有机硅表面活性剂对原油进行破乳和脱水，用量少，效率高，具有破乳、脱水、防蜡降黏作用。3.9在其他方面的应用3.9.1防粘剂表面张力较小的物质都具有防粘性，最好的防粘剂是有机氟化合物(如聚四氟乙烯)，但价格昂贵。有机硅化合物防粘性也非常好，但价格相对便宜很多，因此，目前防粘纸主要使用有机硅化合物作防粘剂。3.9.2制雪添加剂在制雪工艺中添加有机硅表面活性剂，可以不进行预混合，即使在软管或管线中长期停留，也不妨碍液体流过雪枪的喷嘴或喷射器，从而可以改进制雪的效率和质量。4有机硅表面活性剂未来发展前景寻求具有高效、绿色的表面活性剂新品种一直是有机硅表面活性剂发展的主导方向，而从其分子结构出发，合成高效、易生物降解的新型有机硅表面活性剂更具有重要的理论和实际意义。在我国开展特种表面活性剂研究过程中，应不失时机地开展特种表面活性剂与一般表面活性剂、特种表面活性剂之间的复配技术的研究，在提高一般表面活性剂性能中求得生存和发展。这在特种表面活性剂的研究阶段同样具有现实意义。参考文献1 崔孟忠有机硅表面活性剂及其应用J精细与专用化学品，2008，16(17)：11172 韩富,刘志妍,周雅文,徐宝财特种表面活性剂和功能性表面活性剂()有机硅表面活性剂的应用J日用化学工业，2009，39(3)：2002063赵陈超有机硅表面活性剂的结构及其特性J甘肃轻纺科技，194924野田功著，秦宝常译，有机硅表面活性剂的结构及其特性译文选登5杨阳,赵成英,王利民,赵国生,方标,童吉庆,顾伟娣.有机硅表面活性剂的性能及应用J6王燕,王吉星有机硅表面活性剂及在柔软剂中的应用J日用化学品科学，2007，30(12)：19237张博,吴桐,赵富华,刘军海有机硅表面活性剂在洗涤用品中的应用及其热点J中国洗涤