聚二甲基聚硅氧烷的应用前景、应用领域及制备方法

背景技术:

聚二甲基聚硅氧烷Dimethyl silicone oil 为无色无味的透明液体,其表面张力低,接近24mN/m(20)具有高的表面活性,优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。聚二甲基聚硅氧烷与其他物质有良好的隔离性,润滑性能较优。在不影响透气的情况下,有阻隔潮湿的性能。具有导热性,导热系数为0.134-0.159W/M*K,透光性为透光率100%,聚二甲基聚硅氧烷在较宽的温度范围内粘度变化小。耐热性耐酸性优良,化学性质稳定,沸点高,凝固点低,作为液体存在的温度范围广。聚二甲基聚硅氧烷的电性能佳, 特别在各种频率范围内时率因素小,其表面张力小。抗剪切性能优良。基于以上优良的性质, 聚二甲基聚硅氧烷广泛应用于机械、 电子电气、 纺织、 涂料、 医学等国民经济各部门。在聚二甲基聚硅氧烷的生产过程中, 工业上普遍采用的是由低摩尔质量的二甲基环硅氧烷 (D4 或 DMC) 与三甲基硅氧基封端的低摩尔质量聚二甲基聚硅氧烷 (MDnM) 经平衡化反应制取。

但是现有的聚二甲基聚硅氧烷制备工艺存在技术要求高,工艺繁杂,生产成本高,催化活性低,稳定性低等缺陷。

 

聚二甲基聚硅氧烷的蒸气压低,有良好的抗氧化性和化学稳定性,可在-50℃―+280℃的高温范围内长期使用,隔绝空气或在惰性气体中,可在200℃下长期使用,并且有粘温系数小,表面张力小,压缩率大,抗切变性好,透光性好等优点,还具有优良的电绝缘性能,耐电弧、电晕、防潮性能好及生理惰性好,因而在工农业生产各部门、国防工业、科学研究及医疗卫生等部门都得到了极其广泛的应用。

应用前景


    其生产工艺独特,不含有残存的催化剂及其分解产物,不含金属离字,因而无毒、无味、无嗅的特点更为突出,对人体无刺激性,不会引起过敏反应,且能与常用的化妆品组份相配伍,这些性能使聚二甲基聚硅氧烷能很好的用于化妆品生产中,以改善化妆品的性能。
具有低
表面张力与粘度相结合,可使化妆品其它组份易于在皮肤上扩散成薄膜,且无粘稠感,聚二甲基聚硅氧烷的去粘性能,使它与凡士林、石腊、蜂腊、羊毛脂等配合而得到不粘腻的产品,挥发性聚二甲基聚硅氧烷可赋予化妆品以快干、光滑、防污的光泽好等性能,作为化妆品载体,它可以迅速消散而使其它化妆品组份成均匀分布的薄膜,这在眼部美容品中及指甲油中是很重要的,在护发品中,聚二甲基聚硅氧烷可使头发增加光泽,同时可起定型及防止头发粘在一起的作用,在洗发剂中,聚二甲基聚硅氧烷可使头发易于梳理,在护肤品中,聚二甲基聚硅氧烷形成的疏水薄膜,即可防止其它组份被水洗去,又可保持皮肤在正常透气,目前硅油己成为许多化妆品的重要成分或助剂,由于突出特点,将它作为化妆品、医用品和日化工产品的重要原料是当之无愧的。

主要用途:


    聚二甲基聚硅氧烷
是投入商业化生产较早,用途较广和较常用的有机聚合物之一,广泛地用于:涂料、油墨、日化、电子电气、航天军工、生物医药、纺织、皮革等;实际领域如:电气绝缘、润滑、防震防潮、消泡、阻尼、热载体、液压油、离型剂;涂料及油墨的添加剂。改善光泽度;也可作塑料加工的添加剂,以提高塑料的脱模性、耐磨性等;聚二甲基聚硅氧烷也是配制化妆品及某些药物的重要组分。

聚二甲基硅氧烷能与羊毛脂硬脂醇、鲸蜡醇、单硬脂酸甘油酯、吐温、司盘等表面活性剂混合用作乳剂型基质。在本品中加入薄膜形成剂如PVP、PVA及纤维素衍生物等,可增强其防护性。对药物的释放与穿透皮肤性能较豚脂、羊毛脂及凡士林为快。

应用领域

化妆品

聚二甲基硅氧烷除直接使用外,为了使甲基硅油分散好,便于浸渍,喷涂,提高效率。也可配成溶液型,脂类,乳液型三种类型使用。其与衍生物都是化妆品的优质原料,具有良好的护肤功能,属于化妆品原料中的合成油脂。本品无毒,对皮肤和粘膜无刺激性,但对眼睛有刺激性,一般公认是安全的。

聚二甲基硅氧烷的保湿性:聚硅氧烷是这类物质的总称,也称为硅酮或硅油,都是这一类的物质。在化妆品中,具有润滑性能、抗紫外线的作用,透气性好,具有明显的防尘功能,在化妆品中也用来取代传统的油脂原料,这是根据聚二甲基硅氧烷具有较好柔软性的特性,护肤品中通常都会用于保湿性制品中,一些高档护肤品也都会加以应用。

聚二甲基硅氧烷的渗透性:聚二甲基硅氧烷对皮肤的渗透性非常好,护肤品涂抹在皮肤上的顺滑清爽感受,通常都是因为添加该原料的缘故,原料本身对于增加皮肤的柔软性也有不错的效果。在护发洗发产品中,可以加深头发的颜色,帮助头发保持自然光泽,基本上,能够使头发顺滑的洗发水中,都能够找到该原料。

在化妆品中,要求聚二甲基硅氧烷的黏度低,挥发性好,容易清洗,使用比例最高可达到15%以上,化妆品成分审查的专家小组的结论是,二甲基硅氧烷和相关衍生物“配方安全化妆品中所用的”。

对皮肤及粘膜没有刺激,但对眼睛有一定的刺激性。一般公认是安全的,以FDA为首的各国相关部门均批准可以在化妆品中使用聚二甲基硅氧烷,而美国化妆品成分审查委员会(CIR ,Cosmetic Ingredient Review)承认它有潜在的健康风险。 [1] 

电器品

聚二甲基硅氧烷,可用于电器电子工业的电子插接件等。

皮革品

聚二甲基硅氧烷,可用于纤维、皮革:憎水剂柔软剂、手感改进剂、染色工业的消泡剂、缝制线的润滑。该乳液可以应用于皮革的加脂,从而增强皮革的疏水性、柔软性以及舒适性。用它处理皮革表面,可以增强耐磨性、防水性以及脱模性。

光亮剂

聚二甲基硅氧烷,适合用作汽车、家具、鞋类、水泥制品等的光亮剂成份,包括汽车光亮剂、泡沫家具清洁剂、乙烯类车顶清洁剂、建筑材料光亮配方中,以最少的用量就能达到最佳的效果。

脱模剂

聚二甲基硅氧烷,可以用做橡胶或塑料制品(刹板、螺头、塞等)、EVA鞋材的脱模剂,直接或用低硬度水稀释10-200倍使用,产品高效、稳定、用途极为广泛。

润滑剂

聚二甲基硅氧烷,可用在挤出橡胶制品如输送带的润滑剂。可用作以下纺织过程的润滑剂:织纱、缝线的润滑、袜子及内衣的生产、缝线针的润滑、玻璃纤维滤网。

其他领域

聚二甲基硅氧烷是食品级消泡剂,可用于医药、食品的酿造、发酵时间的消泡。 由于它无毒,在人体内不会引起生理反应,故亦被用作医用消泡剂,用于急性肺水肿和肠胃胀气的治疗。药剂学专著上称为硅酮(Silicones,或称硅油)的物质是一类有机硅氧化聚合物的总称。聚二甲基硅氧烷仅是其在药剂中常用的一种。此外还有乙基硅油、甲基苯基硅油、含腊硅油等等。在片剂抛光剂虫蜡中,常加人少量本品以增强片面的光亮程度及抗潮性。在软膏剂中,本品由于具有良好的润滑性,易于涂布,不沾污衣物,不妨碍皮肤的正常功能等,而为一种较理想的疏水性基质。常与油脂性基质合用制成防护性软膏,用于防止水溶性物质及酸、碱液等的刺激或腐蚀。


聚二甲基聚硅氧烷特点

 

聚二甲基聚硅氧烷为无色无味的透明液体,其表面张力低,具有高的表面活性,优良的消泡、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。聚二甲基聚硅氧烷与其他物质有良好的隔离性,润滑性能较优。在不影响透气的情况下,有阻隔潮湿的性能。聚二甲基聚硅氧烷在宽的温度范围内粘度变化小。耐热性耐酸性优良。化学性质稳定,沸点高,凝固点低,作为液体存在的温度范围广。聚二甲基聚硅氧烷的电性能佳,特别在各种频率范围内时率因素小,其表面张力小。抗剪切性能优良。基于以上优良的性质,聚二甲基聚硅氧烷广泛应用于机械、 电气、 纺织、 涂料、 医学等国民经济各部门。在聚二甲基聚硅氧烷的生产过程中, 工业上普遍采用的是由低摩尔质量的二甲基环硅氧烷 (D4 或 DMC) 与三甲基硅氧基封端的低摩尔质量二甲基聚硅氧烷 (MDnM) 经平衡化反应制取。

但是现有的聚二甲基聚硅氧烷制备工艺存在技术要求高,工艺繁杂,生产成本高,催化活性低,稳定性低等缺陷。

 

制备方法

1)甲基硅氧烷30-35%、八甲基环四硅氧烷15-25%、氢氧化钾5-8%、二甲基环硅氧烷6-9% 六甲基二硅氧烷4-7%,加到反应釜,通入氮气,搅拌均匀。

加入95%浓硫酸为甲基硅氧烷投料质量的7% 。

2) 继续通入氮气,并加入浓硫酸,升温至反应釜内温度为86℃, 保温反应2.8h ;

3)反应结束后, 静置分层, 从反应釜底阀放出反应后的浓硫酸;

4)向反应釜中加入氢氧化钠水溶液搅拌,调节pH至7.2;

5)加水过滤水洗,得到中性的上层油粗产物

6)静置除水,将油粗产物脱除低沸物,即得聚二甲基聚硅氧烷。

作为本方案的优选方案,本方案的步骤2)中加入浓硫酸质量为甲基硅氧烷投料质量的7% 。

 

制备方法的探讨研究

 

聚二甲基聚硅氧烷生产方法有酸平衡法和碱平衡法两种。酸平衡法适合生产粘度在500mm2/s以下的低粘度硅油.该法一般采用浓硫酸作催化剂,在50~60℃反应,然后再水洗除酸,脱低沸物,加活性碳脱色,过滤得成品。该工艺为工业生产带来很多问题:

 

(1)反应为脱除残留的浓硫酸催化剂,需采用中和、水洗的方法,这不仅给分离过程带来困难,而且还产生大量的工业废水,污染环境

 

(2)硫酸严重腐蚀管道设备,需定期更新设备,生产成本提高。碱平衡法适合于生产粘度在100mm2/s以上的中、高粘度有机硅油,一般采用四甲基氢氧化铵、NaOH、KOH为催化剂.以四甲基氢氧化铵为催化剂,采用加热分解法除去催化剂,导致产品具有异味,而且催化剂不能循环使用,使生产成本提高.以NaOH、KOH为催化剂,出现催化剂分离困难。为克服工业生产中存在的问题,研制和开发一种新型的环境友好型的生产工艺迫在眉睫.固体超强碱Na2KOH3/r2Al2O3应用于该反应,催化活性高.反应结束后,只需要过滤就可以实现催化剂的分离,无污染。催化剂具有耐高温,制备方便等优点。

 

  在催化剂确定的情况下,将一定量的八甲基环四硅氧烷加入到烧瓶中,在一定的温度下减压脱水,降至常温,加入一定量催化剂,缓慢升温至一定温度,开环聚合一定时间,加入封头剂MM,并继续平衡化反应一定时间,降温过滤,除去催化剂,将反应产物在一定温度和真空度下脱低沸物即得到产品,产品用粘度仪和闪点仪分别测定产品粘度和闪点指标

 

脱出低沸物工艺条件粘度和闪点是聚二甲基聚硅氧烷产品的两个重要指标,而这两个指标和脱低沸物条件有直接关系,因此有必要对脱低沸物的工艺条件进行摸索.根据文献[7],选择在300℃,1.0113KPa条件下,对减压脱低沸物的时间进行优化确定,每次取等量的硅油[工艺条件为:n(D4)∶n(MM)=18∶1,反应温度170℃,反应时间5h,催化剂用量为总反应物的1%]进行脱低沸物实验,出脱低沸物3h后产品粘度和闪点基本没有变化,产品粘度基本上稳定在58mm2/s,闪点稳定在260℃,可以满足二甲基硅油有关行业标准

生产商:美国美利肯化工集团有限公司

        中山美利肯助剂有限公司

产品:BNK-7V500抗油剂

涂料及油墨体系   

·良好的热稳定性、绝缘性

·良好的抗氧化性

·低表面张力              

·高压缩性                 

·在大气中抗老化      

·流平、平滑、防硅酮污染

·解决底材有硅油污染,如针孔、火山口、缩孔、附着力差等漆病

·低凝固点:与非硅油相比,粘度随温度变化更小

·耐高温至360℃

 

 

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2020年06月02日

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