專利名稱：一種有機硅乳液及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種有機硅乳液及制備方法，有機硅乳液是重要精細化學(xué)品添加劑， 因此，本發(fā)明隸屬于精細化工制劑技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
有機硅乳液是重要的有機硅產(chǎn)品之一，由于它的獨特性能和特點，在工業(yè)上得到 廣泛的應(yīng)用，被廣泛用于造紙、紡織、漿料、涂料、建筑、皮革、醫(yī)藥、化妝品等工業(yè)領(lǐng)域，并且 應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷拓展，應(yīng)用潛能很大。在上述應(yīng)用領(lǐng)域中，有機硅以水乳液的形式使用最 為經(jīng)濟、方便、安全，同時符合環(huán)保的要求。工業(yè)過程中使用的有機硅乳液主要是水包油型的，水包油型有機硅乳液主要有以 下兩種制備方法，第一種是通過聚合的方法形成的，將有機硅單體在催化劑和引發(fā)劑以及 表面活性劑等作用下聚合而成，如織物拒水劑等；第二種是通過機械的方法制備，將制備 乳液的各種組分，包括油相組分、乳化劑、水、穩(wěn)定劑等組成，通過加熱攪拌、機械剪切、膠體 磨、均質(zhì)機等方式分散制得，如消泡劑、脫模劑等等。根據(jù)有機硅乳液使用用途的不同，選擇不同粘度的聚硅氧烷、改性聚硅氧烷作為 活性物質(zhì)，這些聚硅氧烷有的是線性結(jié)構(gòu)，有的是空間三維結(jié)構(gòu)，要用現(xiàn)有的乳液制備方法 將活性物質(zhì)分散于水中是件非常困難的事，專利CN1807512和CN101298027則通過加入一 些輔助物質(zhì)將高粘度的有機硅混合物分散于水中，制備成有機硅乳液。評價一種有機硅乳液，通常將其功能與其余相關(guān)性質(zhì)緊密聯(lián)系在一起，例如，有 機硅消泡劑乳液在保證消泡性能的同時還必須要考慮到產(chǎn)品的稀釋穩(wěn)定性、抗剪切性、儲 存穩(wěn)定性和耐溫穩(wěn)定性等等，如果將穩(wěn)定性不好的有機硅乳液消泡劑應(yīng)用于紡織工業(yè)中的 棉、化纖等染色上消除有害泡沫的話，就很容易形成“硅斑”，嚴重影響到染色的效率和最終 產(chǎn)品的質(zhì)量，造成經(jīng)濟上的重大損失。因此，有機硅乳液的穩(wěn)定性相當(dāng)重要。有機硅乳液的關(guān)鍵組分乳化劑主要是用來分散活性物質(zhì)的。大量的實驗經(jīng)驗表 明，乳化劑過多，會影響到有機硅乳液的主要功能；乳化劑過少，得到的有機硅乳液則很不 穩(wěn)定，可能會造成損失。因此，很多有機硅乳液研究者都關(guān)注“在保證有機硅乳液的性能安 全性時，如何降低乳化劑和活性物質(zhì)之間的比例？ ”，以充分發(fā)揮活性物質(zhì)的功能，降低化 學(xué)耗氧量和生物耗氧量，實現(xiàn)低碳經(jīng)濟和環(huán)保經(jīng)濟。目前，通常采用硅聚醚、失水山梨醇聚醚衍生物、烷基酚聚醚衍生物等作為乳化劑 來分散有機硅混合物，但是這些乳化劑的乳化效率有待進一步提高。本發(fā)明的發(fā)明人通過大量實驗研究，優(yōu)選包括聚二甲基硅氧烷、聚二乙基硅氧烷、 聚甲基三氟丙基硅氧烷、聚甲基乙烯基硅氧烷等聚有機硅氧烷物質(zhì)，再將所述的聚有機硅 氧烷與疏水粒子在催化劑作用下的反應(yīng)產(chǎn)物作為活性物質(zhì)，結(jié)合乳化工藝研究，通過優(yōu)選 乳化劑，引入聚醚改性聚硅氧烷(俗稱硅聚醚)、高級脂肪醇聚醚等物質(zhì)，加工制備成穩(wěn)定 的有機硅乳液。試驗結(jié)果表明，在乳化有機硅混合物時向混合物中加入高級脂肪醇聚醚，能 大大提高乳化劑的乳化效率，得到更穩(wěn)定的有機硅乳液，這樣也就能大大提升活性物質(zhì)的功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種有機硅乳液及制備方法，應(yīng)用本發(fā)明制備的有機硅乳液 具有較好穩(wěn)定性，增加了其適用的范圍。本發(fā)明制備的有機硅乳液，其特征在于包括以下幾種組分1、活性物質(zhì)本發(fā)明所述的活性物質(zhì)為聚有機硅氧烷、疏水粒子在催化劑作用下的反應(yīng)產(chǎn)物。(1)所述的聚有機硅氧烷的結(jié)構(gòu)通式如下RaSiO(4_a)/2其中R為取代或非取代的一價烴基，碳原子數(shù)為1 20，這些基團包括烷基(如甲 基、乙基、丙基、異丙基、丁基、異丁基)、芳基(苯基、甲苯基、苯甲基)和烯烴基(包括乙烯 基、丙烯基)，這些基團中的氫原子可以部分被鹵原子取代，例如3，3，3-三氟丙基，a的取值 為 1. 9 2. 2。滿足以上條件的聚有機硅氧烷很多，本發(fā)明中優(yōu)選聚二甲基硅氧烷、聚二乙基硅 氧烷、聚甲基三氟丙基硅氧烷、聚甲基乙烯基硅氧烷。所述的聚有機硅氧烷的粘度為10 100, OOOmPa · s，優(yōu)選為100 10，OOOmPa · s，用量為活性物質(zhì)總質(zhì)量的80 98%，優(yōu)選 90 95%。(2)所述的疏水粒子包括二氧化硅、氧化鎂、氧化鋅、三氧化二鋁。本發(fā)明選擇的是 疏水二氧化硅，比表面積至少50m2/g，優(yōu)選150 250m2/g。用量占活性物質(zhì)的1 18%， 優(yōu)選3 8%。(3)所述的催化劑是使得聚硅氧烷和二氧化硅之間發(fā)生反應(yīng)，以提高疏水二氧化 硅的疏水性。常用的催化劑包括LiOH、CsOH, NaOH, KOH、Me4NOH, H2SO4, H3PO4，本發(fā)明優(yōu)選 NaOH。催化劑的用量為活性物質(zhì)的0. 5 3%，優(yōu)選1 2%。所述的活性物質(zhì)的制備工藝如下先將聚有機硅氧烷和疏水粒子室溫下混合均 勻，以保持充分接觸。然后升溫至50 300°C，優(yōu)選100 200°C，加入催化劑反應(yīng)2 8h， 優(yōu)選4 6h。反應(yīng)完畢降溫至室溫即得活性物質(zhì)。以整個有機硅乳液為100質(zhì)量份計，活 性物的用量為10-30份。2、高級脂肪醇聚醚本發(fā)明所用的高級脂肪醇聚醚是以高級脂肪醇為起始劑，在催化劑的作用下和環(huán) 氧乙烷(EO)、環(huán)氧丙烷(PO)發(fā)生聚合反應(yīng)得到的聚合物，其制備方法在專業(yè)技術(shù)資料上可 以查詢得知，形成的高級脂肪醇聚醚的通式如下R1O(EO)m(PO)nH式中，R1為碳原子數(shù)為12 24的直鏈或支鏈烷基，包括十二烷基、十四烷基、十六 烷基、十八烷基和二十二烷基。R1優(yōu)選碳原子數(shù)為16 20的直鏈烷基。式中m、η為聚合 度，m為5 50的整數(shù)，優(yōu)選10 25，η為10 80的整數(shù)，優(yōu)選20 50。以整個有機硅乳液為100質(zhì)量份計，高級脂肪醇聚醚的用量為1-3份。3、乳化劑本發(fā)明中的乳化劑，其包括非離子表面活性劑、陰離子表面活性劑、陽離子表面活性劑和兩性表面活性劑。非離子表面活性劑的例子是壬基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚、月桂酸聚氧 乙烯醚、油酸聚氧乙烯醚、失水山梨醇單硬脂酸酯、失水山梨醇單油酸酯、失水山梨醇三硬 脂酸酯、失水山梨醇三油酸酯、失水山梨醇單硬脂酸聚氧乙烯醚酯、失水山梨醇單油酸聚氧 乙烯醚酯、失水山梨醇三硬脂酸聚氧乙烯醚酯、蓖麻油聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚以及 諸如此類。陰離子表面活性劑的例子為壬基酚聚氧乙烯醚硫酸鹽、辛基酚聚氧乙烯醚硫酸 鹽、烷基磷酸鹽以及諸如此類的表面活性劑。陽離子表面活性劑的例子為烷基芐基銨鹽、月桂酸咪唑啉、油?；溥蜻⑹?基胺的鹽以及諸如此類的表面活性劑。兩性表面活性劑的例子為烷基三甲銨己內(nèi)脂類型、磷酸酯類型的兩性表面活性 劑。優(yōu)選非離子表面活性劑，使用的非離子表面活性劑為一種或多種的混合物，優(yōu)選 多種的混合物。以整個有機硅乳液為100質(zhì)量份計，乳化劑的用量為0. 5-5份。4、聚醚改性聚硅氧烷聚醚改性聚硅氧烷，俗稱硅聚醚，是由含氫聚硅氧烷與不飽和聚醚在催化劑的作 用下發(fā)生加成反應(yīng)制備得到的。所述硅聚醚在25°C時的動力粘度為10 30，OOOmPa · s, 優(yōu)選為在25°C下60 5，OOOmPa · S。硅聚醚的結(jié)構(gòu)式如下
權(quán)利要求
1. 一種有機硅乳液，其特征在于組成成分為(1)10-30份的活性物質(zhì)由聚有機硅氧烷、疏水粒子在催化劑作用下制備獲得，即將 聚有機硅氧烷、疏水粒子在室溫下混合均勻；升溫到50 300°C，加入催化劑反應(yīng)2 8h ； 降溫至室溫即得活性物質(zhì)；其中所述的聚有機硅氧烷選自聚二甲基硅氧烷、聚二乙基硅氧烷、聚甲基三氟丙基硅氧烷、 聚甲基乙烯基硅氧烷，其在25°C時的動力粘度為10 100，OOOmPa · s，其用量占活性物質(zhì) 質(zhì)量的80 98% ；所述的疏水粒子為比表面積至少50m2/g的二氧化硅，其用量占活性物質(zhì)質(zhì)量的1 18% ；所述的催化劑為NaOH，其用量占活性物質(zhì)質(zhì)量的0. 5 3% ；(2)1-3份的高級脂肪醇聚醚其通式為R1O (EO)m (PO)nH,式中R1為碳原子數(shù)為12 24 的直鏈或支鏈的烷基；下標m、η為聚合度，m為5 50的整數(shù)，η為10 80的整數(shù)；(3)0.5-5份的乳化劑為非離子表面活性劑，選自下列一種物質(zhì)或多種物質(zhì)的混合 物，包括壬基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚、月桂酸聚氧乙烯醚、油酸聚氧乙烯醚、失 水山梨醇單硬脂酸酯、失水山梨醇單油酸酯、失水山梨醇三硬脂酸酯、失水山梨醇三油酸 酯、失水山梨醇單硬脂酸聚氧乙烯醚酯、失水山梨醇單油酸聚氧乙烯醚酯、失水山梨醇三硬 脂酸聚氧乙烯醚酯、蓖麻油聚氧乙烯醚或烷基酚聚氧乙烯醚；(4)5-15份的聚醚改性聚硅氧烷其在25°C時的動力粘度為10 30，OOOmPa· s，其結(jié) 構(gòu)式為
2.權(quán)利要求1所述的一種有機硅乳液，其特征在于(2)所述的高級脂肪醇聚醚，其通式 中的R1為碳原子數(shù)為16 20的烷基；下標m為10 25的整數(shù)，η為20 50的整數(shù)。
3.制備權(quán)利要求1所述的一種有機硅乳液，其特征步驟為Α、將活性物質(zhì)、高級脂肪醇聚醚、乳化劑、聚醚改性聚硅氧烷在攪拌下充分混合10 50min ；B、將上述體系的溫度升高至55°C 85°C；C、保持體系溫度，緩慢地加入水，提高攪拌速度使其由油包水型乳液變?yōu)樗托腿橐?；D、將粗乳液通過膠體磨進一步乳化，最后用增稠水稀釋到所需要的乳液濃度。
全文摘要
本發(fā)明的有機硅乳液由活性物質(zhì)、高級脂肪醇聚醚、乳化劑、聚醚改性聚硅氧烷及水組成，其中所述的活性物質(zhì)由聚有機硅氧烷、疏水粒子在催化劑作用下制備獲得。所述的有機硅乳液的制備方法包括以下步驟A、將活性物質(zhì)、高級脂肪醇聚醚、乳化劑、聚醚改性聚硅氧烷在攪拌下充分混合10～50min；B、將上述體系的溫度升高至55℃～85℃；C、保持體系溫度，緩慢地加入水，提高攪拌速度使其由油包水型乳液變?yōu)樗托腿橐?，繼續(xù)加水至質(zhì)量濃度為40％～70％；D、將粗乳液通過膠體磨進一步乳化，最后用增稠水稀釋到所需要的乳液濃度。本方法制備的有機硅乳液，性能穩(wěn)定，能廣泛用于造紙、紡織、涂料、皮革、醫(yī)藥、化妝品等行業(yè)。
文檔編號C08L83/10GK102002242SQ201010513349
公開日2011年4月6日 申請日期2010年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月21日
發(fā)明者吳飛, 曹添, 許勇, 鐘翔 申請人:南京四新科技應(yīng)用研究所有限公司