聚醚改性硅油的合成與應用

羅艷 楊昌勤

摘要：本論文主要探討了聚醚改性硅油的合成與應用，包括聚醚改性硅油的合成原料、聚醚改性硅油的合成方法以及聚醚改性硅油合成與應用的研究進展，以及這些研究中對聚醚改性硅油性能的測試方法。

關鍵詞：聚醚改性硅油；合成；應用；測試

聚醚改性硅油是當前改性硅油中應用和產量最多的一種，它是通過在線性二甲基硅油的主鏈或者側鏈進行聚醚鏈段和化學鍵連接的一種油狀聚合物。在聚醚改性硅油的分子中，聚醚鏈段含有強極性氧原子并和碳相連，能夠跟水生成氫鍵，因此具有親水性而能溶于水；聚硅氧烷鏈段中硅氧有比較高的鍵能，且其上的烴基也沒有親水性，因此聚硅氧烷鏈段不親油不親水；這二個鏈段連接能夠降低水的表面張力，因此是一種性能良好的表面活性劑。聚醚改性硅油在工業上和日用化工品中有著廣泛應用，比如可以用作織物柔軟劑使織物柔軟、平整、提高吸水性、防靜電；可以作為化妝品擴散劑增加化妝品在人體肌膚的擴散性；此外，還可以用作消泡劑、玻璃防霧劑、水溶性潤滑劑等。

聚醚改性硅油的合成一般包括兩步，一是合成含硅疏水基團中間體，一是引入聚醚基團。在合成聚醚改性硅油的過程中，引入聚醚基團是更加重要的步驟。引入的方式因聚醚種類不同而有所不同，因此聚醚改性硅油有著許多功能不同的品種，用途相當廣泛。

1.聚醚改性硅油的合成原料

1.1合成聚醚改性硅油的溶劑。溶劑的加入，是因為聚醚與硅油有著比較大的分子量，會形成更大分子量的產物。烯丙基聚醚包括了封端和未封端聚醚，未封端聚醚的末端是羥基，封端聚醚一般用甲基、乙基、丁基等封端，而封端聚醚因為另一端由烯丙基封端，在失去活潑氫的情況下使得接枝加成的主反應可以順利進行，提高了聚醚改性硅油的有效含量和產品的質量；雖然封端烯丙基聚醚改性硅油的性能比未分端的好（消泡劑產品），然而封端工藝的使用導致價格較高。而甲苯、異丙醇等惰性溶劑的加入還可以減少合成過程的副反應，降低交聯。這些溶劑的加入可以增加不同物質之間的接觸面積，加劇了烯丙基聚醚和低含氫硅油之間的反應。不過溶劑加入量要合適，因為溶劑加入太少不利于加快產物之間的相互反應，溶劑加入太多也會造成催化劑稀釋。

1.2合成聚醚改性硅油的催化劑。聚醚改性硅油的合成過程中應用最普遍的催化劑是水合氯鉑酸（H2Pt C16）。四價鉑在硅氫鍵與碳碳雙鍵加成反應的催化過程中，鉑經歷了從被還原到零價、到二價，再到四價的過程，其中過渡態的二價鉑有著比較強的催化能力。催化劑的使用降低了反應的活化能，使得硅氫加成反應能夠在在更寬的條件下發生。值得注意的是，在合成聚醚改性硅油的過程中，催化劑應用在加速了主反應的同時也會增加副反應的發生。其中主反應是硅氫加成反應，加快主反應速率可以提高有效成分的含量；而副反應則包括了含氫硅油自聚及改性基團雙鍵熱聚合，加快副反應速率則會增加雜質含量，并影響產品的性能。因此在合成聚醚改性硅油的過程中，催化劑的使用量也是重要因素之一。

1.3合成聚醚改性硅油的官能性硅油。合成聚醚改性硅油的聚硅氧烷為官能性硅油，如含氫硅油、烷氧基硅油、含氨基硅油、含環氧基和羧酸基的碳官能性硅油等，其中主要是含氫硅油。

1.4合成聚醚改性硅油的聚醚。合成聚醚改性硅油的聚醚一般使用環氧乙烷與環氧丙烷的共聚物：RO（C2H4O）x（C3H6O）yR'。R'通常是H，或者CH3和Et，其中制備水解型的聚醚改性硅油R通常是H、CH3、Et、C3H7或C4H9等；制備非水解型的聚醚改性硅油R通常是CH2CHCH2，CH2CH等不飽和基。當R是H2=CH3CH2時，R'為CH3的聚醚比R'為H、Et的聚醚更加穩定。環氧乙烷和環氧丙烷之間的比列及其含量都會影響產物的性能。聚醚鏈中不一樣的聚氧乙烯與聚氧丙烯比例，產品性能差別較大，比如有的產品可以作為乳化劑，有的則起破乳作用；有的產品可以作為消泡劑，有的則起穩泡作用；增加環氧乙烷含量可以提高聚醚改性硅油的水溶性；而增加環氧丙烷的含量，則會降低聚醚改性硅油的水溶性。

2. 聚醚改性硅油的制備方法

2.1水解型聚醚改性硅油的制備有兩種方法

（1）置換反應：

（2）縮合反應：

2.2非水解型聚醚改性硅油的制備：非水解型聚醚改性硅油因為耐水解性較好，更加穩定，所以有著更加廣泛的應用。其合成方法根據官能性硅油和聚醚的種類不同可以分為下面三種。

（1）Si-H加成反應：

（2）酯化反應：

（2）開環加成反應：

另外，也可以通過甲基硅油與不飽和聚醚在過氧化物催化下進行接枝聚合反應來制備聚醚改性硅油。

3. 聚醚改性硅油的合成與應用研究進展

浙江理工大學任新華等[1]以甲基含氫硅油、烯丙基聚醚為原料，通過硅氫加成反應制備聚醚改性硅油。該研究過程中通過量氣法測定硅氫鍵轉化率，以硅氫鍵轉化率表征產物產率；通過傅立葉紅外光譜儀測試產品的結構；按照GB5549《表面活性劑 用拉起液膜法測定表面張力》，采用白金板法測定聚醚改性硅油溶液的表面張力；按照GB11278《陰離子和非離子表面活性劑臨界膠束濃度的測定》測定產品的表面活性劑臨界膠束濃度（cmc）。研究表明，當催化劑氯鉑酸用量為25 mg/ kg，nC=C：nSiH為1.20：1，溶劑為異丙醇，反應溫度93℃，反應時間3.25 小時條件下，所合成的聚醚改性硅油有著不錯的表面活性，整理后可以顯著改善棉織物的柔軟性、親水性和抗靜電。

河北科技大學李春靜等[2]以含氫硅油、聚醚為原料，三氟乙酸為催化劑制備了聚醚改性硅油消泡劑。該研究通過轉化率=（反應前的含氫量-反應后的含氫量）反應前的含氫量×100%的方法測試出產品轉化率，其中含氫量的測定采用化學法，其原理是硅氫鍵與溴在酸性條件下反應生成溴化氫，過量溴與碘化鉀反應，析出的碘以硫代硫酸鈉滴定。并且對產品的消泡、抑泡效果進行研究。得出合成聚醚改性硅油的優化條件是100℃下反應10小時，聚醚和含氫硅油的質量比為15：1，催化劑三氟乙酸為使用量為0.2%。

參考文獻

[1]任新華，吳明華.聚醚改性硅油的制備及其在棉織物舒適性整理中的應用[J].浙江理工大學學報.2009，26（2）：189-193.

[2]李春靜，盧義和，宮素芝等.聚醚改性硅油消泡劑的合成[J].日用化學工 業.200636（5）：284-286.

（作者單位：杭州崇耀科技發展有限公司）