CN105199395A - 一种有机硅水性乳液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种有机硅水性乳液及其制备方法，所述有机硅水性乳液由重量百分比为15～50％的有机聚硅氧烷油、10～25％的表面活性剂，以及余量的水组成，所述表面活性剂为异构醇聚氧乙烯醚，其比一般有机聚硅氧烷油使用的表面活性剂用量更少，乳化能力和渗透力更强。制备本发明揭示的有机硅水性乳液时，在普通高速机械搅拌中，以水为分散介质，依次加入计量的表面活性剂、有机聚硅氧烷油，在低于80℃的温度下，先低速搅拌混合均匀，然后在高转速搅拌下，即得到乳白色的有机硅水性乳液。该乳液的制备工艺简单、重复性好、且操作方便，制备的乳液生物降解率高，产物没有毒性，是属于环保型乳液。

Description

一种有机硅水性乳液及其制备方法

技术领域

本发明涉及乳液的技术领域，具体涉及一种环保型高稳定的有机硅水性乳液及其制备方法。

背景技术

有机聚硅氧烷油由于具有极好的化学稳定性、耐热性、耐寒性、耐侯性、润滑性、憎水性和表面张力低，以及无毒，对人体健康无害的特点，使得其得以广泛的应用。但是由于有机聚硅氧烷油的疏水性很强，难以分散在水体系中，所以限制了其在某些方面的使用。而有机硅乳液的出现解决了这一问题，所以有机聚硅氧烷油多以乳液的形式被使用，目前有机硅乳液广泛地应用于纺织工业、塑料加工、造纸、整理剂、消泡剂、脱模剂、建筑表面防水剂、化妆品和油墨配方等方面。

有机硅乳液是将有机聚硅氧烷油在强烈的机械作用下分散成细小的微粒作为分散相，在表面活性剂的作用下，于水与油的界面上形成一层具有一定机械强度的分子界面膜，表面活性剂分子的亲水基团朝向水，亲油基团朝向油，以使油相微粒能稳定地分散在水中，不易聚集变大而分层，从而得到油水均匀混合而形成的乳液，而表面活性剂则是制备性能优异的有机硅乳液的关键。由于非离子表面活性剂的毒性较其他离子型表面活性剂的毒性小，且在溶液中比较稳定，不易被无机盐类强电解质及酸碱所影响，因此得到了广泛的应用。研究表明：使用复配表面活性剂比使用单一表面活性剂的乳化效果更好，复配乳化能够形成致密稳定的界面膜，因而可使乳液稳定性更好。有机硅乳液的稳定性是乳液制备与应用中的最重要要求。由于硅油的表面张力低、粘度高，导致其较难被乳化，多年以来，一直采用高压均质机、胶体磨及高效均质真空乳化机使硅油在乳化剂的存在下与水均质化来制取有机硅乳液。

物质世界中，界面无处不在。表面活性剂具有表面活性，能在体系的界面或表面发生作用，并改变其界面或表面的性能。现己被广泛应用于工业、农业、人们生活的各个领域：大到矿物浮选和石油开采领域，小到细胞作用和酶效应领域，都离不开表面活性剂的参与，因而被誉为“工业味精”。表面活性剂分子由两部分组成，一部分是非极性的亲油基，另一部分是极性的亲水基，所以表面活性剂分子具有既亲水又亲油的两亲性质。当其溶于水后，亲水基受水分子的吸引，而亲油基受水分子的排斥，造成体系不稳定，为了克服不稳定状态，亲水基伸向水，亲油基伸向油。亲水基与亲油基的相对排列顺序是多种多样的，如分别位于分子两端、亲水基在亲油基中间、二者交替排列或者亲水基在亲油基上呈梳状排列等。这样的特殊结构赋予表面活性剂独特的性能——界面定向吸附性。表面活性剂在气/液、液/液、液/固界面的排列情况取决于分子中亲油基的性质、数目及位置，高效能的表面活性剂还与使用对象有关。表面活性剂只有溶解后才能发挥其独特的性质，因此，对其溶液而言，其性能有下述特点：

(1)溶解性：表面活性剂至少溶解于体系中的某一相。

(2)界面定向：表面活性剂分子吸附在界面上并定向排列成单分子膜，覆盖界面。

(3)表面吸附：表面活性剂溶解后吸附在表面上，降低溶液的表面自由能，当体系达到平衡时，溶液界面上表面活性剂的浓度较溶液内部的大。

(4)生成胶束：表面活性剂在溶液中的浓度增大到一定程度时，其分子将凝聚成胶束，此时的浓度称为临界胶束浓度(简称CMC)。

以前生产有机硅水性乳液一般用非硅类表面活性剂难以乳化，而是需要采用高压均化器、胶体磨，或采取有机溶剂来强制乳化，并且表面活性剂添加量至少大于30％，目的是想把有机聚硅氧烷油做成水性乳液。即使用这些方法做出的水性乳液产品，它的稳定性也很难得到保证，在储存不到3个月时还常会出现漂油，分层现象。有时为了使有机硅乳液的稳定，还添加一些使乳液稳定的保护胶体，即水性增稠剂、其它助剂等。有机聚硅氧烷油的乳化一般选用非离子表面活性剂，而该表面活性剂是直链烷基化酚聚氧乙烯醚，因含有苯酚类基团，所以做成的乳化液也具有一定的毒性，其生物降解性也最差。随着工业化的进步和高科技的发展，对表面活性剂开发产品的要求也在向环保、可生物降解性方面努力发展。

发明内容

本发明的目的就是克服现有技术中存在的有机硅乳液的质量不稳定性及表面活性剂对环境污染性等不足之处，而提供一种环保型高稳定性有机硅水性乳液及其制备方法，所述有机硅水性乳液具有高稳定性，且安全环保，制备过程简洁方便。

为实现以上发明目的，本发明提出如下技术方案：一种有机硅水性乳液，由以下重量百分比的原料组成：

表面活性剂10～25％；

有机聚硅氧烷油15～50％；

水余量。

优选地，所述表面活性剂为异构醇聚氧乙烯醚。

优选地，所述异构醇聚氧乙烯醚选自异构C₈至C₁₃烷基化醇聚氧乙烯(2)醚、异构C₈至C₁₃烷基化醇聚氧乙烯(5)醚、异构C₈至C₁₃烷基化醇聚氧乙烯(10)醚、异构C₈至C₁₃烷基化醇聚氧乙烯(3)醚、异构C₈至C₁₃烷基化醇聚氧乙烯(7)醚、异构C₈至C₁₃烷基化醇聚氧乙烯(9)醚、异构C₈至C₁₃烷基化醇聚氧乙烯(4)醚、异构C₈至C₁₃烷基化醇聚氧乙烯(6)醚、异构C₈至C₁₃烷基化醇聚氧乙烯醚(8)、异构C₈至C₁₃烷基化醇聚氧乙烯(12)醚、异构C₈至C₁₃烷基化醇聚氧乙烯(20)醚中的一种或几种的复合物。

优选地，所述有机聚硅氧烷油选自α，ω-双-三甲基硅氧基聚二甲基硅氧烷、α，ω-双-三甲基硅氧基聚(二甲基硅氧烷-甲基长链烷基硅氧烷)、α，ω-双-三甲基硅氧基聚(二甲基硅氧烷-甲基乙烯基硅氧烷)、α，ω-双-三甲基硅氧基聚(二甲基硅氧烷-甲基苯基硅氧烷)、α，ω-双-三甲基硅氧基聚甲基苯基硅氧烷、α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷中的一种或二种的复配物。

优选地，所述水选自自来水或蒸馏水中的任一种。

本发明还揭示了一种有机硅水性乳液的制备方法，其按配方比例向乳化设备中依次加入表面活性剂、有机聚硅氧烷油，在低于80℃的温度下，先在100～400转/分钟的低速下搅拌混合均匀，然后在5000～10000转/分钟的高速搅拌下，于2小时内滴加入水，即得到乳白色的有机硅水性乳液。优选地，所述有机硅水性乳液的制备是在普通高速搅拌条件下，以水为分散介质，以有机聚硅氧烷油为分散相，制备出以水为连续相的水包油型环保型高稳定乳液。

优选地，所述制备得到的有机硅乳液可与任意比例的水稀释成不同有机硅油含量的乳液。

优选地，所述向乳化设备中加入的表面活性剂、有机聚硅氧烷油以及滴加的水的质量比为表面活性剂10～25％，有机聚硅氧烷油15～50％，以及余量的水。

优选地，所述乳化设备为高速搅拌器。

与现有技术相比，本发明选择的表面活性剂为环保型、可降解性的异构醇聚氧乙烯醚，它具有强乳化能力，生物降解率大于80％，无毒，是对环境没有污染的环保型表面活性剂。使用异构醇聚氧乙烯醚表面活性剂乳化有机聚硅氧烷油，具有以下显著特点：

1.对有机聚硅氧烷油乳化能力强，乳化效果好，不需要特殊乳化设备和乳化工艺，也不需要添加水性增稠剂，而采用一般常规高速搅拌器就可以较好的乳化，其乳液粒度细，乳液质量稳定。

2.该表面活性剂非常容易乳化各种粘度的硅油及各种硅油产品，都具有极强的乳化能力，形成稳定的水包油型乳液，并可以储存大于6个月不分层、不漂油现象。

3.其生产设备投资小，周期短，产量大，无污染。用异构醇聚氧乙烯醚生产的乳化硅油，产品粒径均匀，质量稳定性好，是一种新型环保型高稳定有机硅水性乳液。

本发明制备有机硅水性乳液的工艺稳定，重复性好，制备生产周期短、效率高、能耗小，设备选择普通高速搅拌器即可。制备得到的有机硅水性乳液具有生物降解率高、产物没有毒性的优点，是属于环保型乳液，其应用也非常广泛，主要应用于纺织、皮革、日化、造纸等多个行业。有机硅乳液可作为脱模剂、消泡剂、起毛剂、疏水剂、上光剂、润滑剂等。

具体实施方式

下面将对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。

本发明所揭示的有机硅水性乳液，其原料中的表面活性剂为异构醇聚氧乙烯醚，具体来说，所述异构醇聚氧乙烯醚选自异构C₈至C₁₃的烷基化醇聚氧乙烯醚，包括异构C₈、C₉、C₁₀、C₁₁、C₁₂、C₁₃烷基化醇聚氧乙烯醚。异构C₈烷基化醇聚氧乙烯醚也称为异构八醇聚氧乙烯醚，其他亦相同。

所述有机聚硅氧烷油选自α，ω-双-三甲基硅氧基聚二甲基硅氧烷、α，ω-双-三甲基硅氧基聚(二甲基硅氧烷-甲基长链烷基硅氧烷)、α，ω-双-三甲基硅氧基聚(二甲基硅氧烷-甲基乙烯基硅氧烷)、α，ω-双-三甲基硅氧基聚(二甲基硅氧烷-甲基苯基硅氧烷)、α，ω-双-三甲基硅氧基聚甲基苯基硅氧烷、α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷中的一种或二种的复配物。

具体的有机硅水性乳液及其制备方法的实施例如下所示。

实施例1

将含15％的α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷、12％的异构C₁₀烷基化醇聚氧乙烯(10)醚投入高速搅拌器中，在50℃的温度下，先低速搅拌混合均匀，然后在高转速搅拌下，于2小时内滴加完73％的水，即得到乳白色有机硅水性乳液。实验结果如表1.

实施例2

将含40％的α，ω-双-三甲基硅氧基聚二甲基硅氧烷、20％的异构C₁₃烷基化醇聚氧乙烯(8)醚投入高速搅拌器中，在25℃的温度条件下，先低速搅拌混合均匀，然后在高转速搅拌下，于2小时内滴加完40％的水，即得到乳白色有机硅水性乳液。实验结果如表1.

实施例3

将含18％的α，ω-双-三甲基硅氧基聚(二甲基硅氧烷-甲基长链烷基硅氧烷)、12％α，ω-双-三甲基硅氧基聚(二甲基硅氧烷-甲基苯基硅氧烷)、5％的异构C₈烷基化醇聚氧乙烯(3)醚、5％的异构C₁₀烷基化醇聚氧乙烯(10)醚投入高速搅拌器中，在70℃的温度条件下，先低速搅拌混合均匀，然后在高转速搅拌下，于2小时内滴加完60％的水，即得到乳白色有机硅水性乳液。实验结果如表1.

实施例4

将含30％的α，ω-双-三甲基硅氧基聚(二甲基硅氧烷-甲基苯基硅氧烷)、8％的异构C₈烷基化醇聚氧乙烯(5)醚、5％的异构C₁₀烷基化醇聚氧乙烯(12)醚投入高速搅拌器中，在35℃的温度条件下，先低速搅拌混合均匀，然后在高转速搅拌下，于2小时内滴加完57％的水，即得到乳白色有机硅水性乳液。实验结果如表1.

表1有机硅水性乳液的测试结果

本发明对制备得到的有机硅水性乳液的各项理化性能的测试方法为：

沉降稳定性：在10mL离心管中加入2mL乳液，放入离心机中，以3000rpm速度运转30min后，样品不分层，属质量稳定。

热稳定性：将乳化液放入玻璃杯中，盖上玻璃片，放入40℃恒温烘箱中，24h后，样品无分层、破乳现象，属质量稳定。

耐电解质稳定性：在烧杯中放入3g乳液，然后加入97mL2％Na₂SO₄溶液；静置24h后，样品无分层、破乳现象，属质量稳定。

储存稳定性：将乳液在室温下放置6个月后，不破乳、不分层现象，属质量稳定。

本发明的技术内容及技术特征已揭示如上，然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰，因此，本发明保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为本专利申请权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种有机硅水性乳液，其特征在于，由以下重量百分比的原料组成：

表面活性剂10～25％；

有机聚硅氧烷油15～50％；

水余量。

2.根据权利要求1所述的有机硅水性乳液，其特征在于，所述表面活性剂为异构醇聚氧乙烯醚。

3.根据权利要求2所述的有机硅水性乳液，其特征在于，所述异构醇聚氧乙烯醚选自异构C₈至C₁₃烷基化醇聚氧乙烯(2)醚、异构C₈至C₁₃烷基化醇聚氧乙烯(5)醚、异构C₈至C₁₃烷基化醇聚氧乙烯(10)醚、异构C₈至C₁₃烷基化醇聚氧乙烯(3)醚、异构C₈至C₁₃烷基化醇聚氧乙烯(7)醚、异构C₈至C₁₃烷基化醇聚氧乙烯(9)醚、异构C₈至C₁₃烷基化醇聚氧乙烯(4)醚、异构C₈至C₁₃烷基化醇聚氧乙烯(6)醚、异构C₈至C₁₃烷基化醇聚氧乙烯醚(8)、异构C₈至C₁₃烷基化醇聚氧乙烯(12)醚、异构C₈至C₁₃烷基化醇聚氧乙烯(20)醚中的一种或几种的复合物。

4.根据权利要求1所述的有机硅水性乳液，其特征在于，所述有机聚硅氧烷油选自α，ω-双-三甲基硅氧基聚二甲基硅氧烷、α，ω-双-三甲基硅氧基聚(二甲基硅氧烷-甲基长链烷基硅氧烷)、α，ω-双-三甲基硅氧基聚(二甲基硅氧烷-甲基乙烯基硅氧烷)、α，ω-双-三甲基硅氧基聚(二甲基硅氧烷-甲基苯基硅氧烷)、α，ω-双-三甲基硅氧基聚甲基苯基硅氧烷、α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷中的一种或二种的复配物。

5.根据权利要求1所述的有机硅水性乳液，其特征在于，所述水选自自来水或蒸馏水中的任一种。

6.一种制备权利要求1-5任意一项所述的有机硅水性乳液的方法，其特征在于：按配方比例向乳化设备中依次加入表面活性剂、有机聚硅氧烷油，在低于80℃的温度下，先在100～400转/分钟的低速下搅拌混合均匀，然后在5000～10000转/分钟的高速搅拌下，于2小时内滴加入水，即得到乳白色的有机硅水性乳液。

7.根据权利要求6所述的有机硅水性乳液的制备方法，其特征在于：所述有机硅水性乳液的制备是在普通高速搅拌条件下，以水为分散介质，以有机聚硅氧烷油为分散相，制备出以水为连续相的水包油型环保型高稳定乳液。

8.根据权利要求6所述的有机硅水性乳液的制备方法，其特征在于：所述制备得到的有机硅乳液可与任意比例的水稀释成不同有机硅油含量的乳液。

9.根据权利要求6所述的有机硅水性乳液的制备方法，其特征在于：所述向乳化设备中加入的表面活性剂、有机聚硅氧烷油以及滴加的水的质量比为表面活性剂10～25％，有机聚硅氧烷油15～50％，以及余量的水。

10.根据权利要求6所述的有机硅水性乳液的制备方法，其特征在于：所述乳化设备为普通高速搅拌器。