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硅氫加成接枝反應是該新型改性聚醚硅氧烷的關鍵合成步驟,對參與反應的不飽和聚醚及端氫基的含氫硅油的質(zhì)量要求十分嚴格,特別是聚醚的不飽和度和離子殘留量以及硅油的含氫量和水分指數(shù)。
2.1 不飽和聚醚的選擇
采用烯丙醇加入適量比例的EOPO進行聚合反應,需加入一定的堿催化劑,故反應完成后,嵌段聚醚產(chǎn)品中會有一定的鈉離子殘留,需迸一步除鈉以保障后續(xù)反應的進行。另外,要保證最終產(chǎn)物良好的入水和消泡性能必須調(diào)整合適的EO/PO比例和控制聚醚的分子量。
如表1所示,不同環(huán)氧乙烷環(huán)氧丙烷比例合成的烯丙醇聚醚對最終產(chǎn)品的人水及消泡性能影響很大,聚醚分子量宜控制在1000以內(nèi),否則接枝后分子鏈段太長,入水自乳化能力減弱,產(chǎn)品黏度也變大。為了滿足最終產(chǎn)品的強表面活性和入水性能,合成的系列特種烯丙醇聚醚應該能夠滿足以下要求:HLB值在14~18之間;弘>o.7,可供接枝;鈉離子殘留量須小于0.1%。
2.2含氫硅油分子質(zhì)量對接枝反應的影響
接枝反應過程中真空蒸餾進行除水,控制含水量在0.05%以下。除水合格后,停真空通氮,反應結束后,停止通氮,再抽真空減壓蒸餾,除去低沸物,即低聚合度的反應副產(chǎn)物,得到聚醚改性有機硅油。在硅氫加成反應中,水分的存在對反應結果影響很大,特別是在鉑催化劑作用下,微量的水分也會使Si—H基團發(fā)生水解,進一步縮合交聯(lián),甚至生成不溶性的凝膠。
接枝反應在油相溶劑中進行,反應更快更充分,交聯(lián)產(chǎn)物可控。
由表2可知,隨著硅油分子鏈段增加,接枝反應的轉(zhuǎn)化率變大,產(chǎn)物交聯(lián)程度也增大。含氫越低,會使接枝反應時受聚醚位阻效應的影響較小,越有利于接枝反應的進行,轉(zhuǎn)化率增大,同時低分子鏈段的聚硅氧烷基團表面活性更強,分子量2000以下含氫硅油合成的改性硅氧烷1%水溶液表面張力可達到在25 dyn/cm以下。
2.3反應溫度的控制
反應溫度對于控制接枝反應的進程至關重要,鉑催化劑的反應催化活性在80℃以上[7l,但過高的溫度會利于交聯(lián)物的形成,雖然氮氣的保護能大大避免交聯(lián)物形成導致體系黏度增大,但溫度的控制也很關鍵。
如圖1所示,105℃以上的高溫下反應聚醚的轉(zhuǎn)化率并沒有顯著增高,而體系黏度卻明顯增大。
溫度太高,烯丙基會發(fā)生異構化反應,生成不能進行硅氫加成的丙烯基聚醚,使反應率降低。故酯化溫度宜控制在85℃左右。
2.4聚醚改性硅油的結構袁征
通過聚醚接枝后的硅氧烷紅外圖譜可以看到,σ85000pxl~σ88625px-1出現(xiàn)羥基一0H的特征伸縮振動吸收峰,而不飽和C—C鍵的σ41050px_1和Si—H鍵在σ54250px-1處伸縮振動吸收峰和σ22750px叫處彎曲振動吸收峰已經(jīng)基本消失,σ25500px_1和σ27500px_1特有的伸縮振動雙強峰則是長鏈的Si一0基團的特征峰,σ36250px~、σ33750px-1和σ23750px叫為E0的特征吸收峰,初步檢測表明,合成的聚醚改性硅油分子達到預期結構。
2.5酯化聚合反應
聚醚改性有機硅油中分批加入有機脂肪酸,酯化溫度控制在125~130℃;加入質(zhì)量為總反應物0.3%左右的催化劑對甲苯磺酸。在吹氮環(huán)境下進行攪拌,通過酸值檢測反應進程。在反應結束后停止吹氮,真空下抽干苯類溶劑。
2.6消泡性能
本文合成的聚醚改性有機硅消泡劑無需添加乳化劑進行復配,常溫下消泡抑泡性能良好,高溫條件下亦能迅速在水中乳化,乳液穩(wěn)定性好,不漂油,與國內(nèi)外常見的有機硅產(chǎn)品比較結果如表3。
表3中,NCl0、NCll為按本文方法制作的新型的聚醚改性硅油消泡劑樣品,C850為有機硅復配乳液,KC300為傳統(tǒng)單一型二甲基硅油,有效含量都是100%。通過對比可知,聚醚改性有機硅的復配乳液雖然破泡抑泡性能都很好,但高溫性能較差,有破乳和漂油現(xiàn)象。而改性后的新型聚醚改性硅油入水后可形成穩(wěn)定的分散乳液,具有較好高溫穩(wěn)定性,且該乳液具有良好的消泡抑泡性能,操作性能較好,同等用量下優(yōu)于對比的國內(nèi)外有機硅消泡劑。