聚二甲基聚硅氧烷的應用前景、應用領域及制備方法

背景技術:

聚二甲基聚硅氧烷Dimethyl silicone oil 為無色無味的透明液體,其表面張力低,接近24mN/m(20)具有高的表面活性,優良的消泡抗泡性和良好的成膜性。聚二甲基聚硅氧烷具有憎水性,不溶于水。聚二甲基聚硅氧烷與其他物質有良好的隔離性,潤滑性能較優。在不影響透氣的情況下,有阻隔潮濕的性能。具有導熱性,導熱系數為0.134-0.159W/M*K,透光性為透光率100%,聚二甲基聚硅氧烷在較寬的溫度范圍內粘度變化小。耐熱性耐酸性優良,化學性質穩定,沸點高,凝固點低,作為液體存在的溫度范圍廣。聚二甲基聚硅氧烷的電性能佳, 特別在各種頻率范圍內時率因素小,其表面張力小。抗剪切性能優良。基于以上優良的性質, 聚二甲基聚硅氧烷廣泛應用于機械、 電子電氣、 紡織、 涂料、 醫學等國民經濟各部門。在聚二甲基聚硅氧烷的生產過程中, 工業上普遍采用的是由低摩爾質量的二甲基環硅氧烷 (D4 或 DMC) 與三甲基硅氧基封端的低摩爾質量聚二甲基聚硅氧烷 (MDnM) 經平衡化反應制取。

但是現有的聚二甲基聚硅氧烷制備工藝存在技術要求高,工藝繁雜,生產成本高,催化活性低,穩定性低等缺陷。

 

聚二甲基聚硅氧烷的蒸氣壓低,有良好的抗氧化性和化學穩定性,可在-50℃―+280℃的高溫范圍內長期使用,隔絕空氣或在惰性氣體中,可在200℃下長期使用,并且有粘溫系數小,表面張力小,壓縮率大,抗切變性好,透光性好等優點,還具有優良的電絕緣性能,耐電弧、電暈、防潮性能好及生理惰性好,因而在工農業生產各部門、國防工業、科學研究及醫療衛生等部門都得到了極其廣泛的應用。

應用前景


    其生產工藝獨特,不含有殘存的催化劑及其分解產物,不含金屬離字,因而無毒、無味、無嗅的特點更為突出,對人體無刺激性,不會引起過敏反應,且能與常用的化妝品組份相配伍,這些性能使聚二甲基聚硅氧烷能很好的用于化妝品生產中,以改善化妝品的性能。
具有低
表面張力與粘度相結合,可使化妝品其它組份易于在皮膚上擴散成薄膜,且無粘稠感,聚二甲基聚硅氧烷的去粘性能,使它與凡士林、石臘、蜂臘、羊毛脂等配合而得到不粘膩的產品,揮發性聚二甲基聚硅氧烷可賦予化妝品以快干、光滑、防污的光澤好等性能,作為化妝品載體,它可以迅速消散而使其它化妝品組份成均勻分布的薄膜,這在眼部美容品中及指甲油中是很重要的,在護發品中,聚二甲基聚硅氧烷可使頭發增加光澤,同時可起定型及防止頭發粘在一起的作用,在洗發劑中,聚二甲基聚硅氧烷可使頭發易于梳理,在護膚品中,聚二甲基聚硅氧烷形成的疏水薄膜,即可防止其它組份被水洗去,又可保持皮膚在正常透氣,目前硅油己成為許多化妝品的重要成分或助劑,由于突出特點,將它作為化妝品、醫用品和日化工產品的重要原料是當之無愧的。

主要用途:


    聚二甲基聚硅氧烷
是投入商業化生產較早,用途較廣和較常用的有機聚合物之一,廣泛地用于:涂料、油墨、日化、電子電氣、航天軍工、生物醫藥、紡織、皮革等;實際領域如:電氣絕緣、潤滑、防震防潮、消泡、阻尼、熱載體、液壓油、離型劑;涂料及油墨的添加劑。改善光澤度;也可作塑料加工的添加劑,以提高塑料的脫模性、耐磨性等;聚二甲基聚硅氧烷也是配制化妝品及某些藥物的重要組分。

聚二甲基硅氧烷能與羊毛脂硬脂醇、鯨蠟醇、單硬脂酸甘油酯、吐溫、司盤等表面活性劑混合用作乳劑型基質。在本品中加入薄膜形成劑如PVP、PVA及纖維素衍生物等,可增強其防護性。對藥物的釋放與穿透皮膚性能較豚脂、羊毛脂及凡士林為快。

應用領域

化妝品

聚二甲基硅氧烷除直接使用外,為了使甲基硅油分散好,便于浸漬,噴涂,提高效率。也可配成溶液型,脂類,乳液型三種類型使用。其與衍生物都是化妝品的優質原料,具有良好的護膚功能,屬于化妝品原料中的合成油脂。本品無毒,對皮膚和粘膜無刺激性,但對眼睛有刺激性,一般公認是安全的。

聚二甲基硅氧烷的保濕性:聚硅氧烷是這類物質的總稱,也稱為硅酮或硅油,都是這一類的物質。在化妝品中,具有潤滑性能、抗紫外線的作用,透氣性好,具有明顯的防塵功能,在化妝品中也用來取代傳統的油脂原料,這是根據聚二甲基硅氧烷具有較好柔軟性的特性,護膚品中通常都會用于保濕性制品中,一些高檔護膚品也都會加以應用。

聚二甲基硅氧烷的滲透性:聚二甲基硅氧烷對皮膚的滲透性非常好,護膚品涂抹在皮膚上的順滑清爽感受,通常都是因為添加該原料的緣故,原料本身對于增加皮膚的柔軟性也有不錯的效果。在護發洗發產品中,可以加深頭發的顏色,幫助頭發保持自然光澤,基本上,能夠使頭發順滑的洗發水中,都能夠找到該原料。

在化妝品中,要求聚二甲基硅氧烷的黏度低,揮發性好,容易清洗,使用比例最高可達到15%以上,化妝品成分審查的專家小組的結論是,二甲基硅氧烷和相關衍生物“配方安全化妝品中所用的”。

對皮膚及粘膜沒有刺激,但對眼睛有一定的刺激性。一般公認是安全的,以FDA為首的各國相關部門均批準可以在化妝品中使用聚二甲基硅氧烷,而美國化妝品成分審查委員會(CIR ,Cosmetic Ingredient Review)承認它有潛在的健康風險。 [1] 

電器品

聚二甲基硅氧烷,可用于電器電子工業的電子插接件等。

皮革品

聚二甲基硅氧烷,可用于纖維、皮革:憎水劑柔軟劑、手感改進劑、染色工業的消泡劑、縫制線的潤滑。該乳液可以應用于皮革的加脂,從而增強皮革的疏水性、柔軟性以及舒適性。用它處理皮革表面,可以增強耐磨性、防水性以及脫模性。

光亮劑

聚二甲基硅氧烷,適合用作汽車、家具、鞋類、水泥制品等的光亮劑成份,包括汽車光亮劑、泡沫家具清潔劑、乙烯類車頂清潔劑、建筑材料光亮配方中,以最少的用量就能達到最佳的效果。

脫模劑

聚二甲基硅氧烷,可以用做橡膠或塑料制品(剎板、螺頭、塞等)、EVA鞋材的脫模劑,直接或用低硬度水稀釋10-200倍使用,產品高效、穩定、用途極為廣泛。

潤滑劑

聚二甲基硅氧烷,可用在擠出橡膠制品如輸送帶的潤滑劑。可用作以下紡織過程的潤滑劑:織紗、縫線的潤滑、襪子及內衣的生產、縫線針的潤滑、玻璃纖維濾網。

其他領域

聚二甲基硅氧烷是食品級消泡劑,可用于醫藥、食品的釀造、發酵時間的消泡。 由于它無毒,在人體內不會引起生理反應,故亦被用作醫用消泡劑,用于急性肺水腫和腸胃脹氣的治療。藥劑學專著上稱為硅酮(Silicones,或稱硅油)的物質是一類有機硅氧化聚合物的總稱。聚二甲基硅氧烷僅是其在藥劑中常用的一種。此外還有乙基硅油、甲基苯基硅油、含臘硅油等等。在片劑拋光劑蟲蠟中,常加人少量本品以增強片面的光亮程度及抗潮性。在軟膏劑中,本品由于具有良好的潤滑性,易于涂布,不沾污衣物,不妨礙皮膚的正常功能等,而為一種較理想的疏水性基質。常與油脂性基質合用制成防護性軟膏,用于防止水溶性物質及酸、堿液等的刺激或腐蝕。


聚二甲基聚硅氧烷特點

 

聚二甲基聚硅氧烷為無色無味的透明液體,其表面張力低,具有高的表面活性,優良的消泡、抗泡性,良好的成膜性。聚二甲基聚硅氧烷具有憎水性,不溶于水。聚二甲基聚硅氧烷與其他物質有良好的隔離性,潤滑性能較優。在不影響透氣的情況下,有阻隔潮濕的性能。聚二甲基聚硅氧烷在寬的溫度范圍內粘度變化小。耐熱性耐酸性優良。化學性質穩定,沸點高,凝固點低,作為液體存在的溫度范圍廣。聚二甲基聚硅氧烷的電性能佳,特別在各種頻率范圍內時率因素小,其表面張力小。抗剪切性能優良。基于以上優良的性質,聚二甲基聚硅氧烷廣泛應用于機械、 電氣、 紡織、 涂料、 醫學等國民經濟各部門。在聚二甲基聚硅氧烷的生產過程中, 工業上普遍采用的是由低摩爾質量的二甲基環硅氧烷 (D4 或 DMC) 與三甲基硅氧基封端的低摩爾質量二甲基聚硅氧烷 (MDnM) 經平衡化反應制取。

但是現有的聚二甲基聚硅氧烷制備工藝存在技術要求高,工藝繁雜,生產成本高,催化活性低,穩定性低等缺陷。

 

制備方法

1)甲基硅氧烷30-35%、八甲基環四硅氧烷15-25%、氫氧化鉀5-8%、二甲基環硅氧烷6-9% 六甲基二硅氧烷4-7%,加到反應釜,通入氮氣,攪拌均勻。

加入95%濃硫酸為甲基硅氧烷投料質量的7% 。

2) 繼續通入氮氣,并加入濃硫酸,升溫至反應釜內溫度為86℃, 保溫反應2.8h ;

3)反應結束后, 靜置分層, 從反應釜底閥放出反應后的濃硫酸;

4)向反應釜中加入氫氧化鈉水溶液攪拌,調節pH至7.2;

5)加水過濾水洗,得到中性的上層油粗產物

6)靜置除水,將油粗產物脫除低沸物,即得聚二甲基聚硅氧烷。

作為本方案的優選方案,本方案的步驟2)中加入濃硫酸質量為甲基硅氧烷投料質量的7% 。

 

制備方法的探討研究

 

聚二甲基聚硅氧烷生產方法有酸平衡法和堿平衡法兩種。酸平衡法適合生產粘度在500mm2/s以下的低粘度硅油.該法一般采用濃硫酸作催化劑,在50~60℃反應,然后再水洗除酸,脫低沸物,加活性碳脫色,過濾得成品。該工藝為工業生產帶來很多問題:

 

(1)反應為脫除殘留的濃硫酸催化劑,需采用中和、水洗的方法,這不僅給分離過程帶來困難,而且還產生大量的工業廢水,污染環境

 

(2)硫酸嚴重腐蝕管道設備,需定期更新設備,生產成本提高。堿平衡法適合于生產粘度在100mm2/s以上的中、高粘度有機硅油,一般采用四甲基氫氧化銨、NaOH、KOH為催化劑.以四甲基氫氧化銨為催化劑,采用加熱分解法除去催化劑,導致產品具有異味,而且催化劑不能循環使用,使生產成本提高.以NaOH、KOH為催化劑,出現催化劑分離困難。為克服工業生產中存在的問題,研制和開發一種新型的環境友好型的生產工藝迫在眉睫.固體超強堿Na2KOH3/r2Al2O3應用于該反應,催化活性高.反應結束后,只需要過濾就可以實現催化劑的分離,無污染。催化劑具有耐高溫,制備方便等優點。

 

  在催化劑確定的情況下,將一定量的八甲基環四硅氧烷加入到燒瓶中,在一定的溫度下減壓脫水,降至常溫,加入一定量催化劑,緩慢升溫至一定溫度,開環聚合一定時間,加入封頭劑MM,并繼續平衡化反應一定時間,降溫過濾,除去催化劑,將反應產物在一定溫度和真空度下脫低沸物即得到產品,產品用粘度儀和閃點儀分別測定產品粘度和閃點指標

 

脫出低沸物工藝條件粘度和閃點是聚二甲基聚硅氧烷產品的兩個重要指標,而這兩個指標和脫低沸物條件有直接關系,因此有必要對脫低沸物的工藝條件進行摸索.根據文獻[7],選擇在300℃,1.0113KPa條件下,對減壓脫低沸物的時間進行優化確定,每次取等量的硅油[工藝條件為:n(D4)∶n(MM)=18∶1,反應溫度170℃,反應時間5h,催化劑用量為總反應物的1%]進行脫低沸物實驗,出脫低沸物3h后產品粘度和閃點基本沒有變化,產品粘度基本上穩定在58mm2/s,閃點穩定在260℃,可以滿足二甲基硅油有關行業標準

生產商:美國美利肯化工集團有限公司

        中山美利肯助劑有限公司

產品:BNK-7V500抗油劑

涂料及油墨體系   

·良好的熱穩定性、絕緣性

·良好的抗氧化性

·低表面張力              

·高壓縮性                 

·在大氣中抗老化      

·流平、平滑、防硅酮污染

·解決底材有硅油污染,如針孔、火山口、縮孔、附著力差等漆病

·低凝固點:與非硅油相比,粘度隨溫度變化更小

·耐高溫至360℃

 

 

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2020年06月02日

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