CN110423349B - 一种稳定的非离子型有机硅乳液及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种稳定的非离子型有机硅乳液，其原料包括以下质量百分含量的组分：有机硅单体D420‑50％；双子型表面活性剂1‑40％；余量为去离子水，其中双子型表面活性剂既能起到常规乳化作用，又能起到催化作用；制备方法包括以下步骤：按照原料配比备料，将有机硅单体D4和双子型表面活性剂加入去离子水中获得反应液，反应液在50‑100℃温度下反应3‑20h，再在20‑45℃温度下反应2‑8h，反应结束后调节反应液pH值为中性，得到所述非离子型有机硅乳液。与现有技术相比，本发明制备得到的非离子型有机硅乳液能够保持不分层、不漂油、不破乳，具有稳定性高、制备方法简单等优点。

Description

一种稳定的非离子型有机硅乳液及其制备方法
技术领域
本发明涉及有机硅乳液制备技术领域，尤其是涉及一种稳定的非离子型有机硅乳液及其制备方法。
背景技术
有机硅乳液作为一种新型绿色材料，因其独特的性能和特点，在纺织助剂、个人护理、皮革涂饰及涂料等领域应用广泛，一般以D4、乳化剂、催化剂作为原料通过乳液聚合的聚合方法制备而成。按照所用乳化剂的种类，有机硅乳液可分为离子型有机硅乳液和非离子型有机硅乳液。目前，在工业上和市场中比较常见的一般为阴离子型有机硅乳液和阳离子型有机硅乳液。但是离子型有机硅乳液受强电解质和pH值的影响较大，在使用过程中易发生破乳、相容性差等问题，局限性较大。由于非离子型有机硅乳液的研究鲜见报道，如何更好地利用表面活性剂制备得到稳定的非离子型有机硅乳液，拓宽有机硅乳液的使用范围，一直是近年来研究的热点。
中国专利CN 108084440A公布了一种高稳定阳离子型羟基硅油乳液的制备方法，将有机硅单体D4、功能单体、阳离子有机硅表面活性剂和常规阳离子表面活性剂加入到去离子水中制成乳液，然后升温至60-90℃的温度，加入催化剂反应2-10h，再在20-50℃的温度下继续反应2-10h，反应结束后调节体系pH值为中性，即得到高稳定阳离子型羟基硅油乳液，但是该专利技术中的离子型有机硅乳液容易受到电解质和pH值的影响，因而限制了其使用范围。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种稳定的非离子型有机硅乳液及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种稳定的非离子型有机硅乳液，其原料包括以下质量百分含量的组分：
有机硅单体D4 20-50％；
双子型表面活性剂 1-40％；
余量为去离子水。
优选地，所述有机硅单体D4的质量分数为25-45％。
所述双子型表面活性剂的质量分数为10-35％。
所述双子型表面活性剂的分子结构式为：
Figure BDA0002177512050000021
式中，R1为CnH2n+1，n为3-18之间的整数；R2的通式为(CH2CH2O)a-(CH2CH2CH2O)b-(CH2CH2O)c，a为0-10之间的整数；b为0-10之间的整数；c为0-10之间的整数。
具体地，将CH2CH2O记为EO或CH2CH2CH2O记为PO，R2为EO或PO或(EO)a-(PO)b-(EO)c的一种，a为0-10之间的整数；b为0-10之间的整数；c为0-10之间的整数。
本发明方法简单，在乳液聚合时加入双子型表面活性剂，双子型表面活性剂不仅含有阴离子结构，同时也含有非离子的结构，因为这种特殊结构，双子型表面活性剂既能起到常规乳化作用，又能起到催化作用，使用一种双子型表面活性剂就能代替常规乳化剂和催化剂，并且有效提高反应速率，成功制备得到一种稳定非离子型有机硅乳液。
双子型表面活性剂的非离子型结构，可大大提高乳液的耐电解质稳定性，防止由于电解质而引起的乳液离子凝聚，从而提高乳液稳定性。
并且本发明对双子型表面活性剂的添加量进行了优化，如果该双子表面活性剂用量少，催化作用和乳化作用不能得到有效发挥，用量过大反应速率过快，对乳液的稳定性也会带来不好的效果。因此，其有最佳的使用范围。
本发明制备得到的非离子型有机硅乳液于室温静置，70h不分层；以3000r/min的速度旋转25min，乳液稳定；稀释有机硅含量至5％时与等体积含量为5％的CaCl2水溶液和MgSO4水溶液混合，乳液稳定。
本发明还提供一种稳定的非离子型有机硅乳液的制备方法，包括以下步骤：按照原料配比备料；将有机硅单体D4(八甲基环四硅氧烷)和双子型表面活性剂加入去离子水中获得反应液，反应液在50-100℃温度下反应3-20h，再在20-45℃温度下反应2-8h，反应结束后调节反应液pH值为中性，得到所述非离子型有机硅乳液。
本发明优选了反应温度和反应时间，
优选地，制备原料的添加顺序为先将双子型表面活性剂加入去离子水中获得活性剂溶液，再将有机硅单体D4加入活性剂溶液中。
优选地，所述有机硅单体D4在搅拌的条件下滴加到所述活性剂溶液中。
优选地，调节反应液pH调节剂为碳酸氢钠。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)制备得到的非离子型有机硅乳液产品具有质量好、稳定性高、使用过程中不分层、不破乳，应用范围广；
(2)制备方法简单，便于控制，容易扩大生产和工业应用，通过选择合适的反应温度和反应时间，进一步提高了有机硅乳液的稳定性。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
将22.5g的十二烷基二苯醚二磺酸聚氧乙烯(4)醚加入到187.5g的去离子水中搅拌溶解后制成乳化剂的水溶液，然后在搅拌的情况下将90g的有机硅单体D4在2小时内滴加到上述的乳化剂的水溶液中，然后升温至80℃反应15小时，然后降温至40℃，再继续反应3小时，反应结束后用碳酸氢钠中和至乳液pH接近中性，即可得到稳定非离子型有机硅乳液。
实施例2
将22.5g的十二烷基二苯醚二磺酸聚氧乙烯(6)醚加入到187.5g的去离子水中搅拌溶解后制成乳化剂的水溶液，然后在搅拌的情况下将90g的有机硅单体D4在2小时内滴加到上述的乳化剂的水溶液中，然后升温至80℃反应15小时，然后降温至40℃，再继续反应3小时，反应结束后用碳酸氢钠中和乳液至pH接近中性，即可得到稳定非离子型有机硅乳液。
实施例3
将22.5g的辛烷二苯醚二磺酸聚氧丙烯(3)醚加入到187.5g的去离子水中搅拌溶解后制成乳化剂的水溶液，然后在搅拌的情况下将90g的有机硅单体D4在2小时内滴加到上述的乳化剂的水溶液中，然后升温至80℃反应15小时，然后后降温至40℃，再继续反应3小时，反应结束后用碳酸氢钠中和至乳液pH接近中性，即可得到稳定非离子型有机硅乳液。
实施例4
将22.5g的十二烷基二苯醚二磺酸嵌段聚氧乙烯(2)醚-聚氧丙烯(2)醚-聚氧乙烯(2)醚加入到187.5g的去离子水中搅拌溶解后制成乳化剂的水溶液，然后在搅拌的情况下将90g的有机硅单体D4在2小时内滴加到上述的乳化剂的水溶液中，然后升温至80℃反应15小时，然后降温至40℃，再继续反应3小时，反应结束后用碳酸氢钠中和至乳液pH接近中性，即可得到稳定非离子型有机硅乳液。
实施例5
本实施例为实施例1～4合成的定非离子型有机硅乳液的羟乳稳定性评价。
乳液稳定性是乳液的最重要的性能指标之一，本发明专利主要考察有机硅乳液的静置稳定性、离心稳定性和耐电解质稳定性，静置稳定性将乳液于室温静置，观察分层情况，记录分层时间。离心稳定性将乳液以3000r/min的速度旋转25min后，观察乳液的外观，样品不分层、不漂油，说明该乳液的离心稳定性好。耐电解质稳定性将乳液稀释到有机硅含量至5％时与含量为5％的CaCl2水溶液和MgSO4水溶液混合，观察是否破乳。实施例1～实施例4得到有机硅乳液的稳定性评价结果如表1所示。
表1有机硅乳液的稳定性评价结果
Figure BDA0002177512050000041
Figure BDA0002177512050000051
注：常规乳液就是在聚合时不使用自制表面活性剂得到的有机硅乳液。
实施例6
将15g的十二烷基二苯醚二磺酸嵌段聚氧乙烯(2)醚-聚氧丙烯(2)醚-聚氧乙烯(2)醚加入到125g的去离子水中搅拌溶解后制成乳化剂的水溶液，然后在搅拌的情况下将60g的有机硅单体D4在2小时内滴加到上述的乳化剂的水溶液中，然后升温至75℃反应20小时，然后降温至40℃，再继续反应8小时，反应结束后用碳酸氢钠中和至乳液pH接近中性，即可得到稳定非离子型有机硅乳液。
实施例7
将30g的十二烷基二苯醚二磺酸嵌段聚氧乙烯(2)醚-聚氧丙烯(2)醚-聚氧乙烯(2)醚加入到200g的去离子水中搅拌溶解后制成乳化剂的水溶液，然后在搅拌的情况下将150g的有机硅单体D4在4小时内滴加到上述的乳化剂的水溶液中，然后升温至90℃反应6小时，然后降温至45℃，再继续反应6小时，反应结束后用碳酸氢钠中和至乳液pH接近中性，即可得到稳定非离子型有机硅乳液。
实施例8
将8g的十二烷基二苯醚二磺酸嵌段聚氧乙烯(2)醚-聚氧丙烯(2)醚-聚氧乙烯(2)醚加入到80g的去离子水中搅拌溶解后制成乳化剂的水溶液，然后在搅拌的情况下将75g的有机硅单体D4在2小时内滴加到上述的乳化剂的水溶液中，然后升温至80℃反应15小时，然后降温至40℃，再继续反应6小时，反应结束后用碳酸氢钠中和至乳液pH接近中性，即可得到稳定非离子型有机硅乳液。
实施例9
将20g的十二烷基二苯醚二磺酸嵌段聚氧乙烯(2)醚-聚氧丙烯(2)醚-聚氧乙烯(2)醚加入到140g的去离子水中搅拌溶解后制成乳化剂的水溶液，然后在搅拌的情况下将100g的有机硅单体D4在4小时内滴加到上述的乳化剂的水溶液中，然后升温至80℃反应15小时，然后降温至40℃，再继续反应6小时，反应结束后用碳酸氢钠中和至乳液pH接近中性，即可得到稳定非离子型有机硅乳液。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (7)

1.一种稳定的非离子型有机硅乳液，其特征在于，其原料包括以下质量百分含量的组分：
有机硅单体D4 20-50%；
双子型表面活性剂 1-40%；
余量为去离子水；
所述双子型表面活性剂的分子结构式为：
Figure DEST_PATH_FDA0002177512040000011
式中，R1为CnH2n+1，n为3-18之间的整数；R2的通式为（CH2CH2O）a-（CH2CH2CH2O）b-（CH2CH2O）c，a为0-10之间的整数；b为0-10之间的整数；c为0-10之间的整数。
2.根据权利要求1所述的一种稳定的非离子型有机硅乳液，其特征在于，所述有机硅单体D4的质量分数为25-45%。
3.根据权利要求1所述的一种稳定的非离子型有机硅乳液，其特征在于，所述双子型表面活性剂的质量分数为10-35%。
4.一种如权利要求1所述的稳定的非离子型有机硅乳液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按照原料配比备料；将有机硅单体D4和双子型表面活性剂加入去离子水中获得反应液，反应液在50-100℃温度下反应3-20h，再在20-45℃温度下反应2-8h，反应结束后调节反应液pH值为中性，得到所述非离子型有机硅乳液。
5.根据权利要求4所述的一种稳定的非离子型有机硅乳液的制备方法，其特征在于，制备原料的添加顺序为先将双子型表面活性剂加入去离子水中获得活性剂溶液，再将有机硅单体D4加入活性剂溶液中。
6.根据权利要求5所述的一种稳定的非离子型有机硅乳液的制备方法，其特征在于，所述有机硅单体D4在搅拌的条件下滴加到所述活性剂溶液中。
7.根据权利要求4所述的一种稳定的非离子型有机硅乳液的制备方法，其特征在于，调节反应液pH的pH调节剂为碳酸氢钠。
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