氨基硅油合成及乳化工艺的研究

2020-05-15杨永利

化工设计通讯 2020年4期

杨永利

（广东传化富联精细化工有限公司，广东佛山 528000）

氨基硅油即氨烃基聚硅氧烷，是有机硅的一种，可看成是二甲基硅油中部分甲基被氨烃基取代后的产物。因其具有强热稳定性和低表面张力特殊性质，受到研究者的关注。目前该种材料已广泛应用于纺织业、医药业、化工业、精细化学品、汽车制造等行业[1]。

氨基硅油制备方法主要有本体聚合法、乳液聚合法、有环氧改性硅油与有机胺反应和含氢硅油与不饱和胺催化加成反应等。其中本体聚合法合成氨基硅油工艺简单、易控制，适合大规模工业化生产，因此该方法应用较为广泛。本体聚合法是制备氨基硅油最常用的一种反应，即原料D4或线性体、氨基硅烷偶联剂和封端剂（如六甲基二硅氧烷）在碱性催化剂（KOH，NaOH）存在下反应可得到氨基硅油[2]。氨基硅油与水不相容，在应用的过程中需要将其制备成乳液才能使用。氨基硅油乳化方法主要有水相乳化法[3]、逆向乳化法[4]和相转变温度法[5]等，其中逆向乳化法最常见的是微乳液制备方法。该方法是将氨基硅油与乳化剂先混合，加入水后进行W/O 的转变，然后加酸搅拌均匀后，再加水进行O/W 转变，并制备成微乳液。

本文以α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷（WS-62M）和N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷（DL-602）为原料，制备了氨基硅油，然后再用逆向乳化法对合成的氨基硅油进行微乳化，并考察了微乳液的透光度、离心稳定和热稳定性能。

1 实验

1.1 主要原料及仪器设备

实验过程中所使用的α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷（WS-62M）、氢氧化钾、N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷（DL-602）、甲酸、AS 乳化剂和AF 乳化剂等药品均为分析纯或优级纯，实验过程中的所用到的水均为超纯水。

实验过程使用的仪器为SHJ-2恒温磁力搅拌水浴锅（江苏省宏华仪器），DZF-6090 真空干燥箱（苏州三清仪器），721可见分光光度计（北京世纪科信仪器）。

1.2 氨基硅油的合成

将92%～97% WS-62M、2%～6% 偶联剂DL-602 加入三口烧瓶，装搅拌器、回流冷凝管装置后搅拌，在磁力搅拌水浴锅中升温到95～100℃，到反应温度后加入KOH 溶液，恒温反应4～5h，抽真空（2 600～3 000Pa）除杂，即得到无色透明粘稠液体氨基硅原油。

1.3 氨基硅油微乳化

取适量的氨基硅油和一定量的乳化剂加入含有搪瓷内衬的反应釜中并进行搅拌，然后加入少量的水进行混合搅拌，再加入少量的酸再进行搅拌，搅拌均匀后加入剩下的水，在室温下搅拌40min 后过滤即得透明的氨基硅油微乳液。

1.4 乳液性能测定

离心稳定测试：将微乳液置于50mL 离心机中，于3 000r/min 离心45min 后取出观测外观并记录。

耐热稳定性测试：取微乳液置于称量瓶中，加盖后放到烘箱中，在120℃下干燥30min 后冷却后观察。

透光度测定：用721型分光光度仪，在λ=410nm 处测定固含量为30%的氨基硅油微乳液的透射率。

2 结果与讨论

2.1 乳化剂HLB值对乳液性能的影响

乳化剂严重影响着氨基硅油乳化后的性质，因此本文针对复合乳化剂不同HLB 值对乳液性能的影响进行了研究。其复配比及HLB 值如表1所示。

表1 AF∶AS复配比及其HLB值

当HLB 值为8或9时离心后均出现水层，因为此时的复配乳化剂更偏向于亲油，所以会出现分层现象。在HLB 值为10或11时，乳液的稳定性较好，在HLB 值为11时溶液呈弱蓝光透明状态，此时的透光度为95%。因此选择AF ∶AS=1 ∶6时复合乳化剂作为最佳乳化剂。

2.2 乳化剂添加量对乳液性能的影响

将AF 和AS 乳化剂按照其质量比1 ∶6进行复配，制成复合乳化剂，在其他参数一定的情况下，仅改变复配乳化剂的添加量对氨基硅油进行乳化，经过测试得到如表2所示复配乳化剂添加量对微乳液性能的影响。随着复合乳化剂用量的增加透光度先增大后减小，在添加量为45%时透光性能最好，此时的透光度为95%。当复合乳化剂添加量小于45%时，由于乳化液添加量较少出现分层现象，导致其离心稳定性及热稳定较差。

2.3 乳液pH对乳液性能的影响

在乳化工艺中常常添加有机酸提高乳化剂的增溶作用，有机酸还可以调节乳液的pH，影响乳液的稳定性。在复配乳化剂为AF ∶AS=1 ∶6，添加量45%时，考察乳液pH 的大小对乳液性能的影响。由表3可知，随着pH 的增大，微乳液的透光度先增大后减小，在pH 为6时透光度最好，为95%，乳液在酸性条件下，离心稳定性和热稳定性较好，在中性和弱碱性时乳液出现分层现象[5]。