CN102492146B - 一种含烷基和糖酰胺基的聚硅氧烷的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种含烷基和糖酰胺基的聚硅氧烷的制备方法，属于有机化合物合成技术领域。该物质是在分子中形成含硅和氮、氧或碳键合反应得到的化合物。其制备方法是由六甲基二硅氧烷、环硅氧烷、氨基硅烷、烷基硅烷在碱性催化剂作用下制得含烷基和氨基的聚硅氧烷，再与糖内酯或糖酸在低碳醇作溶剂下反应即可得到含烷基和糖酰胺基的聚硅氧烷，其表面张力为21～24mN/m，应用于化妆品配方中作为化妆品保湿剂、乳化剂使用。
Description
技术领域
本发明涉及在分子中形成含硅键合，有或没有氮、氧或碳键合反应得到的化合物，尤其是涉及一种含烷基和糖酰胺基的聚硅氧烷及其制备方法。
背景技术
聚硅氧烷表面活性剂除具有普通表面活性剂的性质外，还具有比普通表面活性剂更多的优越性，可以应用于非水体系、具有更低的表面张力、良好的润湿和铺展性、低温不沉淀、极低的生理毒性、耐高低温性能等。
Wagner R.(Applied Organometallic Chemistry，1996，10，437)报道了一种制备糖酰胺基改性聚硅氧烷的方法，通过乙二胺将环氧改性聚硅氧烷与葡萄糖连接起来，得到糖酰胺基改性聚硅氧烷。
von Braunmühl V(Polymer，1998，39，1617)报道了一种制备葡糖酰胺基改性聚硅氧烷的方法，通过含氢聚硅氧烷与烯丙基葡糖酰胺的硅氢加成反应得到葡糖酰胺基改性聚硅氧烷。
韩富(Journal of Surfactants and Detergents，2004，7，175)报道了一种制备葡糖酰胺基改性三硅氧烷双子表面活性剂的方法，通过氨基三硅氧烷与葡萄糖酸内酯反应，生成葡糖酰胺基三硅氧烷，再用二元醇缩水甘油醚将其连接起来即得葡糖酰胺基改性三硅氧烷双子表面活性剂。
这些含糖酰胺基的聚硅氧烷表面活性剂乳化硅油/水体系比较好，但对烷烃/水体系则较差。
发明内容
本发明的目的是将有机硅表面活性剂的低表面张力和糖类表面活性剂的高生物降解性结合起来，并在分子中引入长链烷基，提供一种表面张力低、生物降解性好、对烷烃和硅油乳化能力均较好的含烷基和糖酰胺基的聚硅氧烷表面活性剂的制备方法。
本发明的含烷基和糖酰胺基的聚硅氧烷表面活性剂的分子结构式如下：
其中，R1为碳数4～20的烷基，最好为碳数8～16的烷基。
R2为
R3为
-(CH2)3-或-(CH2)3-NH-(CH2)2-
R4为
-H或
x，y为0～100的整数，最好为0～20；z为1～100的整数，最好为1～20。
本发明的含烷基和糖酰胺基的聚硅氧烷的制备方法包括以下步骤：
1.由六甲基二硅氧烷、环硅氧烷、氨基硅烷、烷基硅烷和碱性催化剂，在反应温度为50～200℃，最好是60～120℃的情况下反应；其中六甲基二硅氧烷、环硅氧烷、氨基硅烷和烷基硅烷的摩尔配比为1∶(1～6)∶(0.6～2)∶(0.4～2)，最好是1∶(2～4)∶(0.6～1)∶(0.4～1)，碱性催化剂的摩尔用量为六甲基二硅氧烷、环硅氧烷、氨基硅烷和烷基硅烷摩尔之和的0.1％～10％；反应完成后，使碱性催化剂失活，减压蒸馏，脱除低沸物，得到含烷基和氨基的聚硅氧烷；
2.含烷基和氨基的聚硅氧烷与糖酸或糖酸内酯，在低碳醇作溶剂，反应温度为60～150℃，最好是60～100℃反应；其中含烷基和氨基的聚硅氧烷与糖酸或糖酸内酯的摩尔配比为1～2∶1，最好是1∶1；反应完成后，蒸除溶剂，得到含烷基和糖酰胺基的聚硅氧烷。
如上所述的环硅氧烷，包括六甲基环三硅氧烷、八甲基环四硅氧烷、十甲基环五硅氧烷及其混合物等。
如上所述的氨基硅烷，包括氨丙基二甲氧基甲基硅烷、氨丙基二乙氧基甲基硅烷、氨乙基氨丙基二甲氧基甲基硅烷、氨乙基氨丙基二乙氧基甲基硅烷等。
如上所述的烷基硅烷，包括丁基二甲氧基甲基硅烷、丁基二乙氧基甲基硅烷、己基二甲氧基甲基硅烷、己基二乙氧基甲基硅烷、辛基二甲氧基甲基硅烷、辛基二乙氧基甲基硅烷、癸基二甲氧基甲基硅烷、癸基二乙氧基甲基硅烷、月桂基二甲氧基甲基硅烷、月桂基二乙氧基甲基硅烷、十四烷基二甲氧基甲基硅烷、十四烷基二乙氧基甲基硅烷、十六烷基二甲氧基甲基硅烷、十六烷基二乙氧基甲基硅烷等。
如上所述的碱性催化剂可以包括：碱金属氢氧化物如氢氧化钠、氢氧化钾等，硅醇盐如硅醇钠、硅醇钾等，季铵碱如四甲基氢氧化铵等，季鏻碱如四丁基氢氧化鏻等。
如上所述的使碱性催化剂失活是当碱性催化剂为碱金属氢氧化物、硅醇盐时，加入酸中和催化剂，使之失活；当碱性催化剂为季铵碱、季鏻碱时，加热分解，使之失活。
如上所述的糖酸或糖酸内酯可以包括：葡糖糖酸或葡糖糖酸内酯、乳糖酸或乳糖酸内酯、甘露糖酸或甘露糖酸内酯等。
如上所述的低碳醇可以包括：甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇等。
本发明所制备的含烷基和糖酰胺基的聚硅氧烷表面活性剂，其优点是将有机硅表面活性剂的低表面张力和糖类表面活性剂的高生物降解性结合起来，并在分子中引入长链烷基，对烷烃和硅油的乳化能力均较好。可作为化妆品保湿剂、乳化剂用于化妆品配方中。其使用方法与其它化妆品原料相类似。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作出说明。
实施例1
在反应釜中加入六甲基二硅氧烷1.62kg，氨乙基氨丙基二甲氧基甲基硅烷2.06kg，十六烷基二甲氧基甲基硅烷2.74kg，六甲基环三硅氧烷4.44kg，四甲基氢氧化铵22.75g，加热溶解，温度控制在100℃，反应4小时后，升温加热至130℃，使催化剂失活，减压蒸除低沸物。加入1.78kg葡萄糖酸内酯，用甲醇作溶剂，加热至回流，反应8小时。蒸除溶剂甲醇，即得产品。测得其最低表面张力为21.5mN/m。
实施例2
在反应釜中加入六甲基二硅氧烷1.62kg，氨乙基氨丙基二乙氧基甲基硅烷1.17kg，辛烷基二甲氧基甲基硅烷1.09kg，八甲基环四硅氧烷5.92kg，氢氧化钾11.2g，加热溶解，温度控制在120℃，反应5小时后，加醋酸中和催化剂，使之失活，减压蒸除低沸物。加入1.70kg乳糖酸内酯，用乙醇作溶剂，加热至回流，反应10小时。蒸除溶剂乙醇，即得产品。测得其最低表面张力为21.8mN/m。
实施例3
在反应釜中加入六甲基二硅氧烷1.62kg，氨丙基二甲氧基甲基硅烷1.63kg，月桂基二甲氧基甲基硅烷1.37kg，六甲基环三硅氧烷4.44kg，四丁基氢氧化鏻62.1g，加热溶解，温度控制在80℃，反应4小时后，升温加热至110℃，使催化剂失活，减压蒸除低沸物。加入1.78kg葡萄糖酸内酯，用异丙醇作溶剂，加热至回流，反应12小时。蒸除溶剂异丙醇，即得产品。测得其最低表面张力为22.1mN/m。
实施例4
在反应釜中加入六甲基二硅氧烷1.62kg，氨丙基二乙氧基甲基硅烷1.91kg，月桂基二乙氧基甲基硅烷1.51kg，八甲基环四硅氧烷5.92kg，硅醇钾28.8g，加热溶解，温度控制在90℃，反应5小时后，加醋酸中和催化剂，使之失活，减压蒸除低沸物。加入3.40kg乳糖酸内酯，用甲醇作溶剂，加热至回流，反应10小时。蒸除溶剂甲醇，即得产品。测得其最低表面张力为21.2mN/m。
实施例5
在反应釜中加入六甲基二硅氧烷1.62kg，氨乙基氨丙基二甲氧基甲基硅烷2.06kg，癸烷基二甲氧基甲基硅烷1.23kg，六甲基环三硅氧烷6.66kg，四甲基氢氧化铵25.02g，加热溶解，温度控制在60℃，反应5小时后，升温加热至135℃，使催化剂失活，减压蒸除低沸物。加入1.78kg葡萄糖酸内酯，用甲醇作溶剂，加热至回流，反应8小时。蒸除溶剂甲醇，即得产品。测得其最低表面张力为22.5mN/m。
实施例6
在反应釜中加入六甲基二硅氧烷1.62kg，氨乙基氨丙基二乙氧基甲基硅烷2.34kg，辛烷基二甲氧基甲基硅烷1.09kg，八甲基环四硅氧烷8.88kg，氢氧化钾15.4g，加热溶解，温度控制在80℃，反应4小时后，加醋酸中和催化剂，使之失活，减压蒸除低沸物。加入3.40kg乳糖酸内酯，用乙醇作溶剂，加热至回流，反应10小时。蒸除溶剂乙醇，即得产品。测得其最低表面张力为23.4mN/m。
实施例7
在反应釜中加入六甲基二硅氧烷1.62kg，氨丙基二甲氧基甲基硅烷1.63kg，月桂基二甲氧基甲基硅烷1.37kg，六甲基环三硅氧烷4.44kg，四甲基氢氧化铵20.48g，加热溶解，温度控制在120℃，反应4小时后，升温加热至130℃，使催化剂失活，减压蒸除低沸物。加入1.78kg葡萄糖酸内酯，用乙醇作溶剂，加热至回流，反应10小时。蒸除溶剂乙醇，即得产品。测得其最低表面张力为22.6mN/m。
实施例8
在反应釜中加入六甲基二硅氧烷1.62kg，氨丙基二乙氧基甲基硅烷1.91kg，癸烷基二甲氧基甲基硅烷1.23kg，八甲基环四硅氧烷5.92kg，氢氧化钾12.6g，加热溶解，温度控制在100℃，反应5小时后，加醋酸中和催化剂，使之失活，减压蒸除低沸物。加入3.40kg乳糖酸内酯，用甲醇作溶剂，加热至回流，反应8小时。蒸除溶剂甲醇，即得产品。测得其最低表面张力为21.4mN/m。
Claims (10)
1.一种含烷基和糖酰胺基的聚硅氧烷，其特征在于含烷基和糖酰胺基的聚硅氧烷的分子结构式如下：
其中，R1为碳数4～20的烷基；
R2为
R3为
-(CH2)3-或-(CH2)3-NH-(CH2)2-
R4为
-H或
x，y为20～100的整数；z为1～100的整数。
2.一种含烷基和糖酰胺基的聚硅氧烷的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)由六甲基二硅氧烷、环硅氧烷、氨基硅烷、烷基硅烷和碱性催化剂，在反应温度为50～200℃的情况下反应；其中六甲基二硅氧烷、环硅氧烷、氨基硅烷和烷基硅烷的摩尔配比为1∶(1～6)∶(0.6～2)∶(0.4～2)，碱性催化剂的摩尔用量为六甲基二硅氧烷、环硅氧烷、氨基硅烷和烷基硅烷摩尔之和的0.1％～10％；反应完成后，使碱性催化剂失活，减压蒸馏，脱除低沸物，得到含烷基和氨基的聚硅氧烷；
(2)含烷基和氨基的聚硅氧烷与糖酸或糖酸内酯，在低碳醇作溶剂，反应温度为60～150℃；其中含烷基和氨基的聚硅氧烷与糖酸或糖酸内酯的摩尔配比为1～2∶1；反应完成后，蒸除溶剂，得到含烷基和糖酰胺基的聚硅氧烷。
3.如权利要求2所述的一种含烷基和糖酰胺基的聚硅氧烷的制备方法，其特征在于所述的环硅氧烷为六甲基环三硅氧烷、八甲基环四硅氧烷、十甲基环五硅氧烷及其混合物。
4.如权利要求2所述的一种含烷基和糖酰胺基的聚硅氧烷的制备方法，其特征在于所述的氨基硅烷为氨丙基二甲氧基甲基硅烷、氨丙基二乙氧基甲基硅烷、氨乙基氨丙基二甲氧基甲基硅烷、氨乙基氨丙基二乙氧基甲基硅烷。
5.如权利要求2所述的一种含烷基和糖酰胺基的聚硅氧烷的制备方法，其特征在于所述的烷基硅烷为丁基二甲氧基甲基硅烷、丁基二乙氧基甲基硅烷、己基二甲氧基甲基硅烷、己基二乙氧基甲基硅烷、辛基二甲氧基甲基硅烷、辛基二乙氧基甲基硅烷、癸基二甲氧基甲基硅烷、癸基二乙氧基甲基硅烷、月桂基二甲氧基甲基硅烷、月桂基二乙氧基甲基硅烷、十四烷基二甲氧基甲基硅烷、十四烷基二乙氧基甲基硅烷、十六烷基二甲氧基甲基硅烷、十六烷基二乙氧基甲基硅烷。
6.如权利要求2所述的一种含烷基和糖酰胺基的聚硅氧烷的制备方法，其特征在于所述的碱性催化剂为碱金属氢氧化物、硅醇盐、季铵碱、季鏻碱。
7.如权利要求6所述的一种含烷基和糖酰胺基的聚硅氧烷的制备方法，其特征在于所述的碱金属氢氧化物为氢氧化钠、氢氧化钾，硅醇盐为硅醇钠、硅醇钾，季铵碱为四甲基氢氧化铵，季鏻碱为四丁基氢氧化鏻。
8.如权利要求2所述的一种含烷基和糖酰胺基的聚硅氧烷的制备方法，其特征在于所述的使碱性催化剂失活是当碱性催化剂为碱金属氢氧化物、硅醇盐时，加入酸中和催化剂，使之失活；当碱性催化剂为季铵碱、季鏻碱时，加热分解，使之失活。
9.如权利要求2所述的一种含烷基和糖酰胺基的聚硅氧烷的制备方法，其特征在于所述的糖酸或糖酸内酯为葡糖糖酸或葡糖糖酸内酯、乳糖酸或乳糖酸内酯、甘露糖酸或甘露糖酸内酯。
10.如权利要求2所述的一种含烷基和糖酰胺基的聚硅氧烷的制备方法，其特征在于所述的低碳醇为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇。
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