氨基硅油合成及乳化工藝的研究

楊永利

（廣東傳化富聯(lián)精細(xì)化工有限公司，廣東佛山 528000）

氨基硅油即氨烴基聚硅氧烷，是有機(jī)硅的一種，可看成是二甲基硅油中部分甲基被氨烴基取代后的產(chǎn)物。因其具有強(qiáng)熱穩(wěn)定性和低表面張力特殊性質(zhì)，受到研究者的關(guān)注。目前該種材料已廣泛應(yīng)用于紡織業(yè)、醫(yī)藥業(yè)、化工業(yè)、精細(xì)化學(xué)品、汽車制造等行業(yè)[1]。

氨基硅油制備方法主要有本體聚合法、乳液聚合法、有環(huán)氧改性硅油與有機(jī)胺反應(yīng)和含氫硅油與不飽和胺催化加成反應(yīng)等。其中本體聚合法合成氨基硅油工藝簡單、易控制，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，因此該方法應(yīng)用較為廣泛。本體聚合法是制備氨基硅油最常用的一種反應(yīng)，即原料D4或線性體、氨基硅烷偶聯(lián)劑和封端劑（如六甲基二硅氧烷）在堿性催化劑（KOH，NaOH）存在下反應(yīng)可得到氨基硅油[2]。氨基硅油與水不相容，在應(yīng)用的過程中需要將其制備成乳液才能使用。氨基硅油乳化方法主要有水相乳化法[3]、逆向乳化法[4]和相轉(zhuǎn)變溫度法[5]等，其中逆向乳化法最常見的是微乳液制備方法。該方法是將氨基硅油與乳化劑先混合，加入水后進(jìn)行W/O 的轉(zhuǎn)變，然后加酸攪拌均勻后，再加水進(jìn)行O/W 轉(zhuǎn)變，并制備成微乳液。

本文以α，ω-二羥基聚二甲基硅氧烷（WS-62M）和N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷（DL-602）為原料，制備了氨基硅油，然后再用逆向乳化法對合成的氨基硅油進(jìn)行微乳化，并考察了微乳液的透光度、離心穩(wěn)定和熱穩(wěn)定性能。

1 實驗

1.1 主要原料及儀器設(shè)備

實驗過程中所使用的α，ω-二羥基聚二甲基硅氧烷（WS-62M）、氫氧化鉀、N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷（DL-602）、甲酸、AS 乳化劑和AF 乳化劑等藥品均為分析純或優(yōu)級純，實驗過程中的所用到的水均為超純水。

實驗過程使用的儀器為SHJ-2恒溫磁力攪拌水浴鍋（江蘇省宏華儀器），DZF-6090 真空干燥箱（蘇州三清儀器），721可見分光光度計（北京世紀(jì)科信儀器）。

1.2 氨基硅油的合成

將92%～97% WS-62M、2%～6% 偶聯(lián)劑DL-602 加入三口燒瓶，裝攪拌器、回流冷凝管裝置后攪拌，在磁力攪拌水浴鍋中升溫到95～100℃，到反應(yīng)溫度后加入KOH 溶液，恒溫反應(yīng)4～5h，抽真空（2 600～3 000Pa）除雜，即得到無色透明粘稠液體氨基硅原油。

1.3 氨基硅油微乳化

取適量的氨基硅油和一定量的乳化劑加入含有搪瓷內(nèi)襯的反應(yīng)釜中并進(jìn)行攪拌，然后加入少量的水進(jìn)行混合攪拌，再加入少量的酸再進(jìn)行攪拌，攪拌均勻后加入剩下的水，在室溫下攪拌40min 后過濾即得透明的氨基硅油微乳液。

1.4 乳液性能測定

離心穩(wěn)定測試：將微乳液置于50mL 離心機(jī)中，于3 000r/min 離心45min 后取出觀測外觀并記錄。

耐熱穩(wěn)定性測試：取微乳液置于稱量瓶中，加蓋后放到烘箱中，在120℃下干燥30min 后冷卻后觀察。

透光度測定：用721型分光光度儀，在λ=410nm 處測定固含量為30%的氨基硅油微乳液的透射率。

2 結(jié)果與討論

2.1 乳化劑HLB值對乳液性能的影響

乳化劑嚴(yán)重影響著氨基硅油乳化后的性質(zhì)，因此本文針對復(fù)合乳化劑不同HLB 值對乳液性能的影響進(jìn)行了研究。其復(fù)配比及HLB 值如表1所示。

表1 AF∶AS復(fù)配比及其HLB值

當(dāng)HLB 值為8或9時離心后均出現(xiàn)水層，因為此時的復(fù)配乳化劑更偏向于親油，所以會出現(xiàn)分層現(xiàn)象。在HLB 值為10或11時，乳液的穩(wěn)定性較好，在HLB 值為11時溶液呈弱藍(lán)光透明狀態(tài)，此時的透光度為95%。因此選擇AF ∶AS=1 ∶6時復(fù)合乳化劑作為最佳乳化劑。

2.2 乳化劑添加量對乳液性能的影響

將AF 和AS 乳化劑按照其質(zhì)量比1 ∶6進(jìn)行復(fù)配，制成復(fù)合乳化劑，在其他參數(shù)一定的情況下，僅改變復(fù)配乳化劑的添加量對氨基硅油進(jìn)行乳化，經(jīng)過測試得到如表2所示復(fù)配乳化劑添加量對微乳液性能的影響。隨著復(fù)合乳化劑用量的增加透光度先增大后減小，在添加量為45%時透光性能最好，此時的透光度為95%。當(dāng)復(fù)合乳化劑添加量小于45%時，由于乳化液添加量較少出現(xiàn)分層現(xiàn)象，導(dǎo)致其離心穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定較差。

2.3 乳液pH對乳液性能的影響

在乳化工藝中常常添加有機(jī)酸提高乳化劑的增溶作用，有機(jī)酸還可以調(diào)節(jié)乳液的pH，影響乳液的穩(wěn)定性。在復(fù)配乳化劑為AF ∶AS=1 ∶6，添加量45%時，考察乳液pH 的大小對乳液性能的影響。由表3可知，隨著pH 的增大，微乳液的透光度先增大后減小，在pH 為6時透光度最好，為95%，乳液在酸性條件下，離心穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性較好，在中性和弱堿性時乳液出現(xiàn)分層現(xiàn)象[5]。

表2 乳化劑添加量對乳液性能的影響

表3 乳液pH對乳液性能的影響

3 結(jié)論

通過逆向乳化的方法對制備的氨基硅油進(jìn)行了乳化，并探究了乳化工藝參數(shù)對微乳液的影響。在AF 乳化劑與AS 乳化劑質(zhì)量比1 ∶6，乳化劑添加量45%，溶液pH=6時獲得最佳乳化工藝參數(shù)，此時的透光度為95%，離心穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性測試，乳液并未出現(xiàn)分層現(xiàn)象。