改性聚硅氧烷在上光剂中的应用

改性聚硅氧烷在上光剂中的应用关键词：上光剂、聚硅氧烷、改性聚硅氧烷摘要：本文简单介绍了上光剂的发展背景、原理简介，重点介绍有机硅中改性聚硅氧烷在上光剂中的应用，分别介绍了氨基改性聚硅氧烷、烷基改性聚硅氧烷、聚醚改性聚硅氧烷的原理及方法。1上光剂简介1.1上光剂发展背景至今为止,去污上光剂已有数百年的发展历史了,早在12世纪末,欧洲人就将熔化蜂蜡涂抹在地板上,然后靠人力将地板擦亮。后来有人把蜂蜡熔化在松节油里,制成柔软的油膏体,使用时将膏体倒在地板上,再用布擦拭,将地板擦亮。到了16世纪末,人们发现了加洛巴蜡,即巴西棕搁蜡,该蜡硬度大,熔点高,将其涂于物体表面上,得到的蜡膜光亮度和耐靡性能好,蜡膜滑爽而无粘性,在上光剂中加进加洛巴蜡后.质量显著提高。直到今天,蜂蜡和巴西棕搁蜡仍是人们制造皮革上光剂、汽车上光剂及家俱上光剂的首选原料。随着科学技术的不断发展·各国相继开发出石蜡、蒙旦蜡、OP蜡、赫西斯特蜡等多种蜡原料,极大地推进了上光剂的进展。在石油化学工业高速发展的今天,人们在上光剂的开发研究中.可以任意选择上光剂的原料。在上光剂配方中,除把蜡作为主要原料外,还将二甲基硅油、白油等做为主要上光成分。此外,在上光剂中还加进石油溶剂、乳化剂、去污剂、抗氧化剂、防腐剂、防锈剂、抗紫外线吸收剂等成分,使上光剂的质量再上一个新台阶,使其用途更加广泛。去污上光剂系指用于车辆(汽车、摩托车、自行车等)和家用设备(如冰箱、洗衣机、各种家用电器及家具、地板等)的漆膜及电镀层表面去污、上光及保护的一种乳白色或透明状溶液。长期以来,人们一直采用传统的擦拭方法对物体表面进行去污上光,即首先对需要擦拭的物体表面进行去清水冲洗,用布擦拭,然后用上光蜡在其表面上打蜡,经日晒后抛光,整个擦拭工序需逐一进行。该方法不但消耗大量的清水,而且增加人们的劳动强度。去污上光剂的问世则改变了人们传统的擦拭方法。由于去污上光剂集清洁剂、上光剂、防锈剂、抗静电剂于一体,使清洁上光等工序一次完成,减轻了人们的劳动强度,节约了物质资源,适应现代化生活的需要。1.2去污上光原理去污是指洗涤剂去除固体表面的污垢。污垢分液体和固体两类。液体污垢包括动、植物油及矿物油。固体污垢主要为尘土、泥、灰、铁锈、炭等。汽车常年奔驰在公路,接触各种环境,其表面既有液体污垢,又有固体污垢,即形成所谓的混合污垢。此种混合污垢,往往是液体包住固体微粒粘附于汽车表面,所以与液体油类污垢的情况相似。去污过程可用下式表示:固体表面·污垢+洗涤剂→固体表面十污垢·洗涤剂。(1)固体表面被洗涤液润湿,即洗涤剂溶液充分浸入固体表面中去。(2)污垢被洗涤液润湿。原液体油污在固体表面是以铺开的油膜形式存在的,在洗涤液润湿作用下,逐渐卷缩成为油珠,使污垢与固体表面呈不润湿状态。在机械力的作用下,油珠离开固体表面。(3)洗涤液对污垢加溶,当溶液中表面活性剂的浓度达到临界胶团浓度时,即形成胶团。这时液体油污离开固体表面,被胶团裹夹在其分子层之间。(4)洗涤液的悬浮、分散、乳化使污垢不能再回到固体表面,即防止污垢再沉积。(5)在表面活性剂的作用下,当污垢与固体表面呈分离状态时,利用人工洗涤或其他机械作用,污垢即离开固体表面进入洗涤液中。同时通过机械作用促使泡沫的形成,进一步增强洗涤剂的携污能力。上光剂是将含有直链饱和烷烃混合物,在乳化剂的作用下,与水形成乳状液,喷涂在漆膜表面,乳化剂使乳状液在固体表面铺展,形成一层光亮而坚硬的涂膜。去污和上光是两个互相配合的过程。去污效果好,有利于乳状液在固体表面铺展,铺展后的涂膜显得洁净光亮。2有机硅在上光剂中的应用传统的上光剂以蜡为主要原料，为了满足多样性的需求，可以通过添加适量有机硅提高上光剂的性能。由于有机硅结构独特，能使抛光表面防潮防水、易于清洁并且表现出色的润滑性，因此，有机硅在上光剂配方中有着不可替代的作用。2.1聚二甲基硅氧烷的应用聚二甲基硅氧烷有非常好的疏水性，能够起到疏水防潮的作用。硅油的表面张力低，能增加抛光表面的湿润度，提高抛光表面的易清洗度，并且硅油在上光产品中也能帮助磨料和溶剂之间有更良好的结合。有数据表明，使用含硅的上光剂能使在汽车上光上花费时间缩短到硬蜡上光的1/2到1/4。线性的聚二甲基硅氧烷在非常宽的摩尔质量范围内都是能够流动的流体，从162g/mol-500000g/mol同时，其相应的黏度范围也很宽，市场上销售的产品，如WackerAkFliud系列的二甲基硅油有0.62mm2/s至100万mm2/s硅油的黏度会影响抛光产品在光泽和使用润滑性能方面的表现，一般来说，黏度越高，为产品提供的光亮度也越好，但使用时的滑爽性能越差因此，在抛光产品中，添加黏度50mm2/s-1000mm2/s的硅油可提供产品较好的润滑性，便于最终产品使用，黏度$1000mm2/s-6000mm2/s的硅油能提高抛光材料表面的光泽度和深度少量高黏度硅油与低黏度硅油复配使用有一定的协同作用，在获得满意的光泽度和深度的同时，又易于抛光擦拭经研究硅油黏度范围在100mm2/s-1000mm2/s时适用于O/W型的家具抛光剂，黏度为5000mm2/s到30000mm2/s则可用于膏状物抛光剂。聚二甲基硅氧烷有非常好的疏水性，这是由于经过硅油处理后，硅氧烷偶极指向界面，材料表面被甲基以紧密堆积方式遮盖住，起到了疏水防潮的作用此外，由于硅油的整个分子呈螺旋结构，硅氧键的极性相互抵消，分子间力小，所以表面张力低这决定了硅油产品即使用量较小也有很高的铺展性硅油的低表面张力能增加抛光表面的湿润度，提高抛光表面的易清洗度，并且硅油在抛光产品中也能帮助磨料和溶剂之间有更良好的结合数据表明，由于硅油有润滑作用，使用含硅的抛光剂能使在汽车抛光上花费时间缩短到硬蜡抛光的1/2-1/4。3.改性聚硅氧烷改性的聚二甲基硅氧烷，是在硅油的支链或主链上通过化学反应，引入不同的官能团，由于各种特殊官能团的引入，赋予改性的聚二甲基硅氧烷更多特殊的优异性能。在上光剂和抛光剂上，使用较多的有氨基改性的聚硅氧烷、烷基改性的聚硅氧烷、特殊改性的聚硅氧烷和硅树脂。3.1氨基改性聚硅氧烷3.1.1氨基改性聚硅氧烷的优点氨基改性的硅油具有良好的耐久性，主要是由于氨基具有强极性，使得氨基改性的硅油能够与材料表面羟基、羧基等相互作用，硅油能够牢固地吸附于材料表面，形成一层附在表面上的薄膜。具有反应性的氨基改性硅油能够发生自交联，或者与上光剂中的原料发生反应，交联固化，应用于软表面的材料和汽车抛光上。氨基改性的聚硅氧烷能与硬脂酸或与聚二甲基硅氧烷混合使用，能够提高上光产品的耐候性，耐久性以及耐水性。3.1.2氨基改性聚硅氧烷的方法氨基改性聚硅氧烷包括氨基改性硅油和氨基改性有机硅弹性体。氨基改性聚硅氧烷的合成路线主要有3条:一是以氨基硅烷偶联剂、八甲基环四硅氧烷(D4)或DMC、或羟基封端的低摩尔质量聚硅氧烷(低聚体)为原料,在催化剂存在下进行开环聚合反应;二是以含氢硅油与含不饱和键的胺基化合物在铂催化剂存在下进行加成反应;三是以环氧改性硅油与有机胺反应。以氨基硅烷偶联剂与D4(或DMC)或低聚体为原料合成氨基改性聚硅氧烷的方法分为本体聚合法和乳液聚合法[1]。本体聚合法是环体或低聚体直接在催化剂作用下开环聚合成氨基改性聚硅氧烷;该法的特点是反应釜利用系数高,生产效率高,但摩尔质量很大的产品乳化较困难。乳液聚合法以水为分散介质,以表面活性剂为乳化剂,在催化剂存在下,使环体在乳化剂形成的胶束中聚合成乳液型氨基改性聚硅氧烷;该法的特点是低温安全,聚硅氧烷的摩尔质量可以达到几十万以上,而乳液粘度并不高,使用方便。3.2烷基改性聚硅氧烷3.2.1烷基改性聚硅氧烷优点烷基改性的聚硅氧烷简称为硅蜡，能有效防止水解，同时与多种不同表面具有极强的亲和能力。并且由于硅蜡本身具有优异的成膜特性，能够用于汽车抛光产品和涂料护理产品中，赋予材料表面长期的抗洗涤和气候侵蚀能力。随着长链烷基的增加，会使二甲基硅油的耐热性和耐寒性下降，但能够增加有机基特性，如润滑性和涂饰性以及与有机树脂的相容性，更适用于作为上光剂的原料。烷基取代的硅蜡能够满足不同上光品质和层次的需求，持久保护上光材料表面，并提供高光泽度，且不会再材料表面有沉积等负面影响。3.2.2烷基改性聚硅氧烷方法一是由甲基氢氯硅烷或甲基氢烷氧基硅烷与丙烯酸长链烷基酯通过硅氢加成反应,制得甲基长链烷基酯硅烷或烷氧基硅烷,再经水解缩合,得到相应的硅氧烷中间体,然后再经过与环硅氧烷、六甲基二硅氧烷等催化平衡,得到共聚型长链烷基酯改性硅油;二是由甲基含氢硅油出发,直接与丙烯酸长链烷基酯进行硅氢加成反应得到目标产物。前者经过的反应步骤较多,反应不易控制,后者反应可一步完成,但因为反应物都是大分子,反应可能难进行。3.3聚醚改性聚硅氧烷3.3.1聚醚改性聚硅氧烷优点由聚醚改性的聚烷基硅油的分子结构中同时含有亲水和疏水基团，因此具有表面活性剂的特性，是一类特殊的改性聚硅氧烷。经聚醚改性的硅油能提高硅油在水中的溶解性，如德国瓦克L053是一种100%水溶性聚醚改性的聚二甲基硅氧烷。此类改性硅油具有润滑性和抗静电性，适用于在特殊要求的材料上光剂中的使用。3.3.2聚醚改性聚硅氧烷方法聚醚聚硅氧烷的合成方法主要有以下几种：含氢硅油与烯丙基聚醚的硅氢加成反应；含环氧基硅油与单烷氧基聚醚的开环加成反应；含羧酸基硅油与单烷氧基聚醚反应。按照聚醚链段在聚醚聚硅氧烷分子中的位置分类，聚醚改性聚硅氧烷可以分为侧链型和直链型。侧链型聚醚聚硅氧烷也被称为是梳型聚醚聚硅氧烷；直链型聚醚聚硅氧烷是多为AB型，ABA型和(AB)n型，即聚醚链段和聚硅氧烷链段交替出现。4.结语有机硅添加在上光剂中主要起到了疏水、增加光泽感和上光持久性等作用；有机硅上光剂在防水防潮方面，能延长木质地板和皮革类产品的使用寿命；各种改性有机硅还能够提高上光后的光泽度和颜色深度，并且耐污作用持久，使用后不在材料表面沉积。不同类型的有机硅产品，能通过2种或多种复配使用，能满足各类家居品不同的上光要求。参考文献[1]宋立军,汽车清洗上光剂,化工产品市场及趋势,1997年第6期[2]陈贻阶,去污上光剂的研制,天津轻工业学院学报,1994年第2期[3]陈献新,聚硅氧烷的研究进展,绝缘材料,2006年第1期[4]许伟,羧基/十二烷基改性聚硅氧烷的合成及在皮革防水中的应用,陕西科技大学学报,2013年4月第31卷第2期[5]陈洪瑞,长链烷基酯改性硅油的合成研究,浙江理工大学学报,第26卷,第2期,2009年3月[6]黄良仙,功能型氨基聚硅氧烷的制备及其应用,应用技术,2005年6月[7]王绪荣,氨基改性聚硅氧烷及其微乳液的研制,有机硅材料,2001,15(4):22～26[8]徐涛,含氟聚硅氧烷应用进展,化工进展,2014年第33卷第1期