表面活性剂是同时含有疏水基团和亲水基团的一类有机化合物。它可以是低分子物, 也可以是高聚物。表面活性剂按其亲水基的种类可分为阳离子型、阴离子型、非离子型和两性离子型。有机硅表面活性剂也可以这样分类。有机硅表面活性剂的疏水基团是由疏水性比碳链类更强的烷基硅氧烷组成, 具有比碳链类更强的表面活性,在同等浓度的溶液中, 具有更低的表面张力。
随着有机硅单体生产规模的扩大和对有机硅后续产品的深入研究, 人们对有机硅表面活性剂的认识进一步加深, 有机硅表面活性剂的品种不断增加, 应用领域不断扩大。
1、 阳离子型表面活性剂
氨基改性聚硅氧烷(简称氨基硅油)和氨基硅烷是最典型、用量最大、用途最广的有机硅阳离子型表面活性剂。氨基有伯、仲、叔氨基及季铵基之分。由于氨基具有亲水性, 所以, 氨基硅油容易做成微乳液, 氨基硅油乳液是纺织上应用最普遍的柔软剂;但氨基硅油存在高温易黄变和整理后的织物疏水的问题。黄变问题主要通过改变氨基种类解决, 如用环己氨基或哌嗪基代替伯氨基。用环己氨基替代后, 柔软性有所降低;用哌嗪基替代后柔软性不下降, 但价格较贵。另外, 还可用酸酐、卤代烷、丙烯酸等封闭伯氨基;根据笔者试验, 以环氧基封闭效果最好;这不但能改善黄变现象, 还提高了滑爽性。笔者试制了几种环氧改性剂, 都有很好的效果。提高氨基硅油亲水性的途径很多:一是在氨基硅油分子上同时接入亲水的聚醚、羧酸基、磺酸基;二是将亲水的聚醚硅烷偶联剂与有机硅单体共聚;三是将带反应性基团的聚醚接枝到氨基硅油上去。这些方法有的亲水性很好, 但柔软、滑爽性不够;有的柔软滑爽, 但亲水性又不够。要使氨基硅油既不降低柔软性、又具有良好亲水性, 有一定的难度。道康宁公司的DC 8600 就不错。
低分子的硅烷季铵盐如DC 5700 和国内许多单位研制的有机硅季铵盐抗菌剂都是三烷氧基硅烷的季铵盐。这三个烷氧基容易水解, 水解生成的硅羟基可在碱催化下、于100 ℃以上自交联或在更高的温度下与纤维上的羟基、酰胺基结合形成耐洗的抗菌膜。这类抗菌剂对革兰氏阳性菌、阴性菌, 白色念珠菌都有良好的抑菌性;但对某些真菌如脚气真菌的抗菌力差。我们在配方中加入抗真菌增效剂, 使其抗脚气真菌效果大大提高, 特别适合于处理鞋袜, 使其具有抑脚汗、去脚臭、防治脚气的作用。三烷氧基硅烷季铵盐抗菌剂处理后的织物存在疏水的缺点。克服此缺点的方法是在处理工作液中加入环氧水溶性硅油。这不但能提高处理织物的亲水性, 而且不影响其耐洗性;其原因是环氧基的活性大, 易与织物上的活性基团结合。还可采用二烷氧基硅烷季铵盐配合三烷氧基硅烷季铵盐的方法, 这样交联点减少了, 季铵基团多了, 抗菌性增强, 亲水抗静电性增强;因有适度交联, 耐洗性下降不多。
阳离子型有机硅表面活性剂在日化行业主要用于柔软液洗剂、护肤、护发和美发用品。将氨基硅油微乳加入到液体洗涤剂中, 由于氨基硅油带弱阳电荷, 织物带负电荷, 在洗涤过程中, 氨基硅油能自动吸附到织物上。十八烷基三甲基氯化铵季铵盐类柔软剂容易与阴离子型表面活性剂起絮凝作用, 只能在织物漂洗阶段加入;而氨基硅油微乳不存在这个问题, 可与阴离子型表面活性剂配伍。若使用阴离子型氨基硅微乳更合适。
阳离子型有机硅表面活性剂尤其是季铵化聚硅氧烷是护发美发的最佳调理。用聚硅氧烷季铵盐配制的洗发香波, 具有柔软、滑爽、抗静电、易梳理等优点。但要注意, 阳离子密度不宜太高、用量也不宜太多, 否则易产生累积现象。若要做成综合性能优良的调理剂, 还需配合亲水抗静电成分, 如能在聚硅氧烷季铵盐大分子上同时接入亲水、抗静电型聚醚、磷酸酯基就更理想了。本院研制的亲水、抗静电型聚醚、磷酸酯改性聚硅氧烷季铵盐香波调理剂已投入生产;随着产品质量的不断完善、提高, 市场占有率将越来越大。
氨基硅油也可用做香波调理剂。透明香波要求调理剂在香波中的溶解性相当好。具有一定氨值的氨基硅油可做成透明的微乳液, 配合适当的阴离子表面活性剂, 便可作成透明香波。
2、 非离子型表面活性剂
非离子型有机硅表面活性剂主要是指聚醚改性硅油。在纺织工业的用途主要是作为亲水整理剂和消泡剂, 如亲水型有机硅织物整理剂CGF和水溶性聚醚改性硅油消泡剂。亲水性聚醚改性硅油在日化行业的用途主要是作为亲水护肤、护发剂。
聚醚改性硅油的一个重要性能是能非常明显地降低水系或非水体系的表面张力;因而, 在液体洗涤剂中甚至在三次采油体系中很有应用前景。
非离子型有机硅表面活性剂的另一重要用途是作为硅油乳化剂。用1 %的聚醚改性硅油便可做成稳定的硅油乳液。
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