端环氧基硅油的制备
2023-12-27王红娜
王红娜
（唐山三友硅业有限责任公司，河北 唐山 063200）
目前端环氧基硅油的制备主要有3种合成路线：1）由端含氢硅油与烯丙基缩水甘油醚接枝而成；2）由端含氢硅油与烯丙基聚氧烷基环氧基醚接枝而成；3）用环氧双封头与八甲基环四硅氧烷在四甲基氢氧化铵的催化作用下，直接反应得到端环氧基硅油（称为一步法）[1-2]。采用上述3种方法合成的端环氧基硅油，经氨基改性后，均可以很好地定向吸附在织物表面，赋予整理后的织物以柔软、滑爽、美观、耐洗、穿着舒适的特点[3]。但这3种方法合成的产物也存在一定的缺陷。因阳离子催化剂的反应活性比阴离子催化剂小，采用方法1和方法2合成的产物，分子量不超过7000g·mol-1；采用方法3合成的产物，分子量可达到10000～35000g·mol-1。
本文在四甲基氢氧化铵碱胶的催化作用下，将环氧双封头与八甲基环四硅氧烷发生反应，一步生成端环氧基硅油，反应过程不加溶剂，产品纯度高，无黄变。
1 实验部分
1.1 主要原料和设备
八甲基环四硅氧烷（自产），环氧双封头（分析纯），四甲基氢氧化铵碱胶（自制）。
四口玻璃瓶，加热套，旋转黏度计，烘箱，真空泵。
1.2 端环氧基硅油的制备
将八甲基环四硅氧烷与环氧双封头加入四口瓶中，升温，加入四甲基氢氧化铵碱胶进行反应。反应结束后升温破媒、脱低。合成路线如下：
1.3 性能测试
黏度按GB/T 10247-2008进行测试。挥发分在105℃下挥发2h后，测定质量损失。
2 结果与讨论
2.1 聚合温度对端环氧基硅油的影响
制备黏度为1000 mm2·s-1的端环氧硅油，反应温度分别设定为60℃、70℃、80℃、90℃，考察反应温度对端环氧硅油聚合度的影响，结果见表1。由表1可知，随着温度升高，端环氧硅油的聚合度升高，温度达到90℃时，聚合度达到最高；反应温度继续升高，黏度无明显变化，因此确定最佳反应温度为90℃。
表1 反应温度对端环氧硅油聚合度的影响
2.2 聚合时间对端环氧基硅油的影响
为了使产品的链节均匀，使用性能稳定，就必须保证有足够的聚合时间，以使链节的断开平衡均匀，为此，考察了聚合时间对产品性能的影响，结果见表2。由表2可知，聚合时间越长，分子链节越均匀，黏度越稳定，低分子量越少，挥发分越小；但超过6h后，改善效果不明显。考虑到经济性，确定最佳聚合时间为5～6h。
2.3 催化剂加入量对端环氧基硅油的影响
制备黏度为1000 mm2·s-1的端环氧基硅油，考察催化剂的加入量对端环氧硅油聚合度的影响，结果见表3。由表3可知，四甲基氢氧化铵碱胶的加入量为3%时，端环氧基硅油的黏度稳定。
表3 催化剂加入量对端环氧基硅油的影响
2.4 环氧双封头的加入量对产品指标的影响
端环氧基硅油产品的主要指标有黏度、分子量、挥发分、环氧值等，本文考察了环氧双封头的加入量对产品各项指标的影响，结果见表4。由表4可以看出，环氧双封头的加入量越少，端环氧基硅油的环氧值越低，分子量和黏度越大。
表4 环氧双封头的加入量与黏度关系
2.5 环氧双封头的预处理对产品外观的影响
端环氧基硅油的环氧双封头中残留的金属杂质，会导致硅油产品颜色加深，透明度差，为此尝试用硅藻土来纯化环氧双封头原料，处理方法对端环氧基硅油的影响见表5。由表5可以看出，使用经硅藻土处理的环氧双封头来制备端环氧基硅油，产品的透明度和浊度有明显改善。
表5 硅藻土处理环氧双封头对产品外观的影响
硅藻土用量对端环氧基硅油外观的影响见表6。由表6可以看出，硅藻土用量达到5%以上时，用处理后的环氧双封头合成的端环氧基硅油，外观较好。考虑到经济性，硅藻土用量以5%为宜。
表6 硅藻土不同用量的处理效果
2.6 脱低时间对端环氧基硅油的影响
制备黏度为1000 mm2·s-1的端环氧基硅油，考察脱低时间对端环氧基硅油外观的影响，结果见表7。由表7可知，随着脱低时间增加，挥发分降低，脱低时间为3h时，挥发分降低至1%以下，由此确定最佳脱低时间为3h。
表7 脱低时间对挥发分及产品外观的影响
2.7 通氮气辅助脱低对产品外观的影响
在碱法催化制备端环氧基硅油的工艺中，四甲基氢氧化铵催化剂的少量残留会影响产品的外观。在脱低阶段通入氮气，可加速移除残留的催化剂，使产品的外观得到改善。考察了通氮气辅助脱低对产品外观的影响，结果见表8。由表8可知，进行通氮气脱低处理后，端环氧基硅油的外观有明显改善。
表8 通氮气脱低对产品外观的影响
3 结论
在四甲基氢氧化铵碱胶的催化作用下，不同比例的八甲基环四硅氧烷与环氧双封头发生反应，生成了不同分子量的端环氧基硅油。对聚合温度、聚合时间、催化剂的加入量、环氧双封头的加入量、环氧双封头的处理方式、脱低时间、脱低时通氮气的效果等工艺条件进行了研究，最终确定了最佳的反应条件，制备得到了性能稳定、分子量分布均匀的端环氧基硅油。
