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改性硅油及硅表面活性劑的應用

來源:印染在線 發布時間:2015年02月10日

概述

()、改性硅油

改性硅油是指甲基硅油分子中的部分甲基被各種有機基取代,具有有機基與二甲基硅油相互影響性能的特種硅油。。實際上,根據不同的應用需要,而由兩種或兩種以上基團同在一硅氧主鏈上組成的共聚物的產品還有更多。反應性硅油非反應性硅油之間也并非由著明確的界限。反應性硅油的活性基團如果被封端,也就失去了反應性。反之,非活性硅油,如聚醚硅油,如果含有不封端的羥基,也就有了反應活性。

(二)表面活性劑

1、表面活性劑的概念

一定條件下的任何純液體都具有表面張力,20℃時,水的表面張力為72.75mN·-1。當溶劑中溶入溶質時,溶液的表面張力因溶質的加入而發生變化,水溶液表面張力的大小因溶質不同而改變,如一些無機鹽可以使水的表面張力略有增加,一些低級醇則使水的表面張力略有下降,而肥皂和洗衣粉可使水的表面張力顯著下降。使液體表面張力降低的性質即為表面活性。表面活性劑是指那些具有很強表面活性、能使液體的表面張力顯著下降的物質。此外,作為表面活性劑還應具有增溶、乳化、潤濕、去污、殺菌、消泡和起泡等應用性質,這是與一般表面活性物質的重要區別。

2、表面活性劑的結構特征

表面活性劑分子一般由非極性烴鏈和一個以上的極性基團組成,烴鏈長度一般在8個碳原子以上。極性基團可以是解離的離子,也可以是不解離的親水基團。極性基團可以是羧酸及其鹽、磺酸及其鹽、硫酸酯及其可溶性鹽﹑磷酸酯基﹑氨基或胺基及它們的鹽,也可以是羥基、酰胺基、醚鍵﹑羧酸酯基等。如肥皂是脂肪酸類(R-COO-)表面活性劑,其結構中的脂肪酸碳鏈(R-)為親油基團,解離的脂肪酸根(COO-)為親水基團。

3、表面活性劑的吸附性

1)、表面活性劑分子在溶液中的正吸附

表面活性劑在水中溶解時,當水中表面活性劑的濃度很低時,表面活性劑分子在水-空氣界面產生定向排列,親水基團朝向水而親油基團朝向空氣。當溶液較稀時,表面活性劑幾乎完全集中在

表面形成單分子層,溶液表面層的表面活性劑濃度大大高于溶液中的濃度,并將溶液的表面張力降低到純水表面張力以下。表面活性劑在溶液表面層聚集的現象稱為正吸附。正吸附改變了溶液表面的性質,最外層呈現出碳氫鏈性質,從而表現出較低的表面張力,隨之產生較好的潤濕性、乳化性、起泡性等。如果表面活性劑濃度越低,而降低表面張力越顯著,則表面活性越強,越容易形成正吸附。因此,表面活性劑的表面活性大小,對于其實際應用有著重要的意義。

2)、表面活性劑在固體表面的吸附

表面活性劑溶液與固體接觸時,表面活性劑分子可能在固體表面發生吸附,使固體表面性質發生改變。極性固體物質對離子表面活性劑的吸附在低濃度下其吸附曲線為S形,形成單分子層,表面活性劑分子的疏水鏈伸向空氣。在表面活性劑溶液濃度達臨界膠束濃度時,吸附達到飽和,此時的吸附為雙層吸附,表面活性劑分子的排列方向與第一層相反,親水基團指向空氣。提高溶液溫度,吸附量將隨之減少。對于非極性固體,一般只發生單分子層吸附,疏水基吸附在固體表面而親水基指向空氣,當表面活性劑濃度增加時,吸附量并不隨之增加甚至有減少的趨勢。固體表面對非離子表面活性劑的吸附與前相似,但其吸附量隨溫度升高而增大,且可以從單分子層吸附向多分子層吸附轉變。

(三)、有機硅表面活性劑

反應性表面活性是兩個不同的概念。通俗講,所謂反應性是指這一材料具有與其他材料產品產生分子鍵結合的性能。而表面活性,是指該材料具有親水、親油特性。

按化學物表面活性特征來看,凡聚二甲基硅氧烷(PDMS)中一部分甲基為碳官能團化合物所取代,如聚醚、氨基、環氧基、羧基、季銨基、磷酸酯基或由兩種基團同在一硅氧主鏈上組成的共聚物,都可看成有機硅表面活性劑。

有機硅表面活性劑是近十幾年來活躍于國內材料工業市場的新型助劑。有機硅表面活性劑產品開發、生產和應用發展較快的原因,是迅速發育的市場需求,以及進口產

品已經達到的優良性能和應用配方技術在國內的普遍使用。

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其中,聚醚接枝的聚二甲基硅氧烷(PDMSOPE),簡稱聚醚硅油是比較典型的一種。本公司從1998起研制有機硅表面活性劑,并實現商品化。到目前,已經開發成系列配套產品。

聚醚系列包括:BD-3032、BD-3033、BD-3034、BD-3055BD-3056、BD-3071BD-3078、BD-3091BD-3231、BD-3307、BD-3141。

氨基系列包括:BD-1007、BD-10076、BD-10077、BD-10079BD-1007M。

配套的非活性硅油:BD-1206、BD-1806BD-1206H、BD-3388BD-3200。

二、有機硅表面活性劑的特性

1、表面活性和易展布性(低表面張力)

有機硅SAA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。聚二甲基硅氧烷鏈易展布與極性表面(如水、金屬、纖維等)的另一個原因是由于硅氧鏈中的氧能與極性分子或原子團形成氫鍵,增加了硅氧鏈與極性表面之間分子的作用力,促使其展布成單分子層;從而使疏水性的硅氧烷橫臥極性表面,呈特有的伸展鏈的構型。而普通的SAA的疏水基是直立于極性表面的。

有機硅SAA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、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SAA一定要將疏水基和親水基通過隔離基連接。按疏水基與親水基連接基團的不同,聚醚硅油可分為:硅碳鏈親水基型,硅親水基型兩種。前者通常做聚苯乙烯發泡工藝中的勻泡劑,也叫親水硅油。硅碳鏈親水基型的聚醚硅油通常不宜在水存在下使用,因SI—O—C鍵易水解、縮合,導致有機硅表面活性劑結構破壞和性能消失,且不耐高溫。硅親水基型的有機硅表面活性劑,在水中分散穩定,不會水解??稍?/span>150℃以下長時間使用;短時間內,也可到達200℃。

3、親水性

有機硅SAA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。也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。

三、有機硅表面活性劑的應用

有機硅SAA除具有普通SAA潤濕、分散、起泡、消泡、抗靜電、乳化、滲透、柔軟、潤滑、增溶等性能外,還具有較高的表面活性、易展布性、生理惰性、耐候性、耐高溫性等特點,這些特點使其在塑料、橡膠.



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