聚醚有機(jī)硅表面活性劑研究現(xiàn)狀

靳軍　吳洪特

【摘 要】有機(jī)硅表面活性劑作為一種新型表面活性劑，與其他表面活性劑相比，有更好的疏水性、耐熱耐寒性能、不易被紫外光和臭氧分解、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。其中聚醚改性的有機(jī)硅表面活性劑已經(jīng)引起關(guān)注和研究。

【關(guān)鍵詞】有機(jī)硅；聚醚；表面活性劑

一、表面活性劑及其性質(zhì)

能顯著降低水的表面張力的物質(zhì)稱之為表面活性劑。近些年來，表面活性劑發(fā)展迅速，其應(yīng)用涉及到很多領(lǐng)域，如油田開發(fā)、日化產(chǎn)品、涂料、食品、紡織、材料等，表面活性劑幾乎滲透到一切生產(chǎn)及技術(shù)領(lǐng)域。

表面活性劑有兩個(gè)重要的性質(zhì)，一是在各種界面上的定向吸附，另一個(gè)是在溶液內(nèi)部能形成膠團(tuán)。前一種性質(zhì)是許多表面活性劑用作乳化劑、起泡劑、潤(rùn)濕劑的原因，后一種性質(zhì)是表面活性劑常用增溶作用的原因。

二、有機(jī)硅表面活性劑

（一）有機(jī)硅表面活性劑特性

有機(jī)硅表面活性劑作為一種新型結(jié)構(gòu)的表面活性劑，自20世紀(jì)60年代開發(fā)以來得到了快速的發(fā)展。有機(jī)硅表面活性劑具有以下特性：（1）很高的表面活性，其表面活性僅次于氟表面活性劑，水溶液的最低表面張力可降至大約20 mN/m，而典型的碳?xì)浔砻婊钚詣?0mN/m 左右；（2）在水溶液和非水體系都有表面活性；（3）對(duì)低能表面有優(yōu)異的潤(rùn)濕能力；（4）具有優(yōu)異的消泡能力，是一類性能優(yōu)異的消泡劑；（5）通常有很高的熱穩(wěn)定性；（6）它們是無毒的，不會(huì)刺激皮膚；（7）可在一定條件下發(fā)生非生物降解，燃燒副產(chǎn)物少，對(duì)環(huán)境污染小；（8）根據(jù)制備方法不同，可以生產(chǎn)不同分子量、不同類型的結(jié)構(gòu)，而且通常分子量都很高，屬于高分子表面活性劑。

（二）有機(jī)硅表面活性劑的用途

由于有機(jī)硅表面活性劑的優(yōu)異特性，在很多領(lǐng)域都得到了應(yīng)用。早在20世紀(jì)50年代作為尿烷泡沫塑料的穩(wěn)泡劑，一直到1994年僅在此項(xiàng)應(yīng)用中的用量就達(dá)約300000t/a，促進(jìn)了有機(jī)硅表面活性劑工業(yè)的迅速發(fā)展。在近些年中，研究者們合成了更多種類的有機(jī)硅表面活性劑，這樣更多更系統(tǒng)地研究了其在水和非水體系中的表面活性、與各種添加劑間的相互作用以及有序組合體行為，建立了其在涂料、化妝品、纖維等工業(yè)上應(yīng)用的理論基礎(chǔ)。盡管有機(jī)硅表面活性劑也存在生物降解性能較差、價(jià)格相對(duì)較高的缺點(diǎn)，但其高效率可彌補(bǔ)其成本的不足。

三、聚醚有機(jī)硅表面活性劑

（一）概況

有機(jī)硅表面活性劑中的聚醚改性有機(jī)硅表面活性劑已經(jīng)引起廣泛關(guān)注，并可在工業(yè)生產(chǎn)和日化產(chǎn)品進(jìn)行應(yīng)用。它由有機(jī)硅鏈段和聚醚鏈段通過化學(xué)鍵連接而成。通過調(diào)節(jié)聚醚、有機(jī)硅的聚合度，便可以獲得不同性能、不同用途的有機(jī)硅表面活性劑，可應(yīng)用在涂料工業(yè)、聚氨酯、農(nóng)藥和日化工業(yè)等行業(yè)。

（二）聚醚有機(jī)硅表面活性劑的類型

按聚醚鏈段與有機(jī)硅鏈段之間的連接方式，聚醚有機(jī)硅表面活性劑分為Si-O-C鍵連接型和 Si-C 鍵連接型。前者抗水性差，易被水解；后者對(duì)水穩(wěn)定。

（三）聚醚有機(jī)硅表面活性劑的研究進(jìn)展

聚醚有機(jī)硅表面活性劑最早出現(xiàn)在1954年，隨著研究的不斷深入，這使得聚醚有機(jī)硅表面活性劑取得了很大的發(fā)展。國(guó)外很多學(xué)者研究了聚醚有機(jī)硅表面活性劑的相行為。Kunieda和Harashima共同合作了一系列關(guān)于研究一組明確界定為AB型有機(jī)硅聚醚共聚物表面活性劑相行為的論文，并且發(fā)現(xiàn)這些共聚物自組裝形成微結(jié)構(gòu)材料，并在低重均分子量油和水的混合物中形成結(jié)晶相。Kunieda 等研究了一系列 11AB 型 PDMS-PEO 兩嵌段共聚物表面活性劑在水中的兩相行為。有機(jī)硅嵌段的體積分?jǐn)?shù)和總分子量的變化范圍很廣，足以找到正常和液晶相的轉(zhuǎn)變。

對(duì)聚醚有機(jī)硅共聚物合成方面的研究也越來越深入。唐瓊等以聚醚和含氫硅油為原料，制得兼有兩者性能的聚醚改性硅油。研究發(fā)現(xiàn)產(chǎn)物的粘度指數(shù)和表面張力都隨鏈節(jié)比的增加而增加；隨著聚合度的增加，產(chǎn)物粘度指數(shù)增加，表面張力變小；二元回歸方程很好地預(yù)測(cè)了聚醚改性硅油的粘溫系數(shù)和表面張力。

對(duì)于嵌段型的聚醚有機(jī)硅共聚物，很多學(xué)者同時(shí)研究了其在稀溶液中的自組裝行為。Meier研究發(fā)現(xiàn)在聚醚有機(jī)硅嵌段共聚物中形成了小囊泡。空的納米微粒如小囊泡由于有潛在的應(yīng)用在血管、藥物載體和酶或催化劑的保護(hù)殼方面而引起了廣泛關(guān)注。

在反應(yīng)溶劑方面。Austin等人十余年來一直致力于開發(fā)更好的、不用從反應(yīng)體系中除去溶劑以及無溶劑工藝技術(shù)。他們以一種不含羥基的酯類作為反應(yīng)溶劑進(jìn)行合成研究，反應(yīng)得到一種透明的粘滯溶液，無需對(duì)酯溶液進(jìn)行分離即可使用。

在后處理工藝方面，Ichinoh 通過在反應(yīng)結(jié)束時(shí)加入稀鹽酸進(jìn)行后處理，可得無味產(chǎn)物。Hino 和Kenichi采用加氫的方法來獲得無味產(chǎn)品。將反應(yīng)物溶解在甲苯中進(jìn)行加氫，經(jīng)過濾、蒸餾出甲苯后即可得到產(chǎn)品，產(chǎn)品的不飽和度約為0.0lmmol/g，沒有氣味且存貯穩(wěn)定性良好。

（四）聚醚有機(jī)硅表面活性劑的應(yīng)用

聚醚和有機(jī)硅具有極強(qiáng)的互補(bǔ)性，由于兩種結(jié)構(gòu)通過化學(xué)鍵結(jié)合在一起，使性能互補(bǔ)成為可能。

四、小結(jié)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，有機(jī)硅不斷出現(xiàn)新產(chǎn)品新用途。目前隨著研究的深入，很多技術(shù)已逐漸成形，這為我們進(jìn)一步開發(fā)聚醚有機(jī)硅提供了可行的條件。而且聚醚和硅油合成原料的價(jià)格逐漸降低，合成路線的不斷優(yōu)化，更使得新型的有機(jī)硅表面活性劑成為未來表面活性劑的發(fā)展方向。

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