CN114806407B - 一种抗菌抗静电汽车水蜡及其制备方法 - Google Patents

一种抗菌抗静电汽车水蜡及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种抗菌抗静电汽车水蜡及其制备方法，所述抗菌抗静电汽车水蜡，包括以下质量百分比的原料：复合蜡10‑20%、阳离子表面活性剂10‑20%和乳化剂0.5‑2%，余量为去离子水，所述阳离子表面活性剂中含有至少一种聚合型阳离子表面活性剂。本发明还提供了所述抗菌抗静电汽车水蜡的制备方法。本发明的抗菌抗静电汽车水蜡可以削弱汽车及其内部产生的静电，从源头上解决汽车易吸附灰尘的问题，制备方法简单，绿色环保无毒，具有优异的抗菌抗静电性能。

Description

一种抗菌抗静电汽车水蜡及其制备方法
技术领域
本发明涉及汽车洗护用品领域，特别涉及一种抗菌抗静电汽车水蜡及其制备方法。
背景技术
近年来，汽车工业作为我国新兴的支柱产业，已进入了以大众消费为基础的快速发展时期，车辆己经是人们生活必不可少的交通工具，汽车的定期清洁美容护理也成为汽车消费的重要内容。在我国北方城市存在浮尘环境，而东部空气湿润的城市，经常是多雨水季节，车辆极易落满灰尘。另外，由于汽车车身极易产生静电，导致很容易吸附灰尘。因此，洗车成为有车家庭中必不可少的一部分。
传统的洗车过程主要分为：冲水、清洗和打蜡三步进行。在洗车过程中，需要以水为介质，进行大面积冲洗，这种洗车方法会浪费大量水资源，而且洗车污水也会对环境造成污染。这不利于我国国民经济的可持续发展，节约用水已经到了刻不容缓的时刻。因此，为了改善洗车过程造成的水资源浪费及环境污染问题，有必要减少车主的洗车需求。车主之所以需要频繁地洗车是因为汽车极易产生静电，包括：汽车在行驶过程中，空气中的尘埃与车身金属表面相互摩擦产生的静电；汽车内饰纤维织物，如地毯、座椅垫、衣物等摩擦产生的静；车主在驾车过程中自身的动作、穿着的化纤衣服、汽车内饰纤维织物，它们相互间的接触、分离、滑动或感应等也会产生静电。这些静电反应会使车内极易吸附灰尘而产生污垢，导致洗车的需求量增大。因此，为了从根本上解决汽车易吸附灰尘的问题，急需研制出一种具有抗静电作用的车用水蜡。
为了使汽车水蜡具有抗静电作用，现有技术中大多采用在水蜡中添加抗静电剂的方法，诸如：CN106085247A公开了一种清洗和上光一体的抗静电汽车抛光蜡及其制备方法，该水蜡制备方法中使用磺化苯乙烯与马来酸聚合物或磺化聚苯乙烯聚合物作为一种抗静电剂，并与25％-35％的复配液(阳离子表面活性剂)共同作用，赋予水蜡以抗静电特性，表面电阻值可达到107-1010Ω，具有一定程度的抗静电效果。然而，一方面，磺化苯乙烯与马来酸聚合物或磺化聚苯乙烯聚合物属于一类水溶性聚电解质，在雨水天气下易被冲刷掉，导致水蜡的抗静电效果失效，车身极易变脏。另一方面，阳离子表面活性剂的用量较大，容易造成水体富营养化，破坏自然生态平衡。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明利用聚合型阳离子表面活性剂以削弱汽车及其内部产生的静电而从源头上解决汽车易吸附灰尘的问题，从而提供了一种具有优异抗菌抗静电性能的汽车水蜡及其制备方法。
为达此目的，本发明所采用的技术方案是：一种抗菌抗静电汽车水蜡，包括以下质量百分比的原料：复合蜡10-20％、阳离子表面活性剂10-20％和乳化剂0.5-2％，余量为去离子水，所述阳离子表面活性剂中含有至少一种聚合型阳离子表面活性剂。
在本发明的一些实施方案中，所述聚合型阳离子表面活性剂具有如下式I所示的结构：
Figure GDA0003869460820000021
其中，R表示含有1-15个碳原子的亚烷基，x表示100-200的整数，y表示10-20的整数。(注：*表示化学键另一端连接重复单元)
在本发明的一些实施方案中，所述复合蜡选自氧化微晶蜡、聚乙烯蜡、巴西棕榈蜡、石蜡、蜂蜡或费托蜡中的一种或更多种的组合。
在本发明的一些实施方案中，优选地，所述复合蜡为氧化微晶蜡与聚乙烯蜡按照质量比1:2～2:1组成的混合物。
在本发明的一些实施方案中，优选地，所述阳离子表面活性剂包含一种或更多种选自由十八烷基三甲基氯化铵(1831)、双十八烷基二甲基氯化铵(1821)、十六烷基三甲基氯化铵(1631)、十二烷基二甲基苄基氯化铵(1227)组成的组合。
在本发明的一些实施方案中，所述聚合型阳离子表面活性剂的制备方法包括以下步骤：
1)将化合物I-1
Figure GDA0003869460820000031
在有机溶剂中，于20-40℃的温度下，与溴代烷烃发生反应，得到化合物I-1'
Figure GDA0003869460820000032
其中，R表示含有1-15个碳原子的亚烷基；
2)将化合物I-2
Figure GDA0003869460820000033
在有机溶剂中，于0-20℃的温度下，与式I-3的化合物发生反应，
Figure GDA0003869460820000034
得到化合物I-2'
Figure GDA0003869460820000035
3)将化合物I-1'、I-2'和I-4在有机溶剂中混合溶解，
Figure GDA0003869460820000041
在催化剂的作用下，于60-80℃的温度下避光发生反应，得到化合物I-3'
Figure GDA0003869460820000042
其中，R表示含有1-15个碳原子的亚烷基，x表示100-200的整数，y表示10-20的整数。
4)将化合物I-5和I-3'在有机溶剂中溶解，
Figure GDA0003869460820000043
Figure GDA0003869460820000051
其中，R表示含有1-15个碳原子的亚烷基，x表示100-200的整数，y表示10-20的整数；
在催化剂的作用下，于25-50℃的温度下发生反应，反应完全后，除去反应溶剂，即制得式I的聚合型阳离子表面活性剂
Figure GDA0003869460820000052
其中，R表示含有1-15个碳原子的亚烷基，x表示100-200的整数，y表示10-20的整数。
在本发明所述式I的聚合型阳离子表面活性剂的制备方法中，优选地，步骤1)中所述反应时间为1-6h，式I-1和溴代烷烃反应摩尔用量比为1:2.5～2.5:1。
在本发明所述式I的聚合型阳离子表面活性剂的制备方法中，优选地，步骤2)中所述反应时间以NCO反应完全为反应终点，式I-2和所述式I-3的化合物反应摩尔用量比为1:2～2:1。
在本发明所述式I的聚合型阳离子表面活性剂的制备方法中，优选地，步骤3)中所述反应时间为1-6h。
在本发明所述式I的聚合型阳离子表面活性剂的制备方法中，优选地，步骤4)中所述反应时间为1-6h，式I-5和所述丙烯酸的反应摩尔用量比为1:2～2:1。
本发明中，所涉反应溶剂均可选自常规有机溶剂，例如二氯甲烷、乙酸乙酯、丙酮、甲苯等，不特别设限，能够溶解原料且能够提供达到反应势能的环境温度即可。
在本发明的一些实施方案中，所述乳化剂选自司盘80、吐温80、水溶性有机硅或改性有机硅乳化剂中的一种或更多种的组合。
在本发明的一些实施方案中，优选地，所述乳化剂包含至少一种改性有机硅乳化剂。
在本发明的一些实施方案中，所述改性有机硅乳化剂具有如下式II的结构：
Figure GDA0003869460820000061
其中，a表示10-30的整数，b表示10-15的整数，c表示2-8的整数，d表示0-5的整数。
在本发明的一些实施方案中，所述改性有机硅乳化剂的制备方法包括以下步骤：
1)将化合物II-1
Figure GDA0003869460820000062
Figure GDA0003869460820000071
在浓硫酸的催化下，于40-100℃的温度下，与式II-2的化合物发生反应，
Figure GDA0003869460820000072
得到化合物II-1'
Figure GDA0003869460820000073
其中，a表示10-30的整数，b表示10-15的整数；
2)在步骤1)中的溶液中加入碳酸氢钠中和多余的浓硫酸，将生成的硫酸钠以及过量的碳酸氢钠过滤除去；
3)将所述化合物II-1'和化合物II-3在有机溶剂中混合溶解，
Figure GDA0003869460820000074
其中，c表示2-8的整数，d表示0-5的整数；
在催化剂的作用下，于50-80℃的温度下发生硅氢加成反应，得到式II的改性有机硅乳化剂
Figure GDA0003869460820000075
其中，a表示10-30的整数，b表示10-15的整数，c表示2-8的整数，d表示0-5的整数。
在本发明所述式II的改性有机硅乳化剂的制备方法中，优选地，步骤1)中所述反应时间为10-20h，式II-1和所述II-2的化合物反应摩尔用量比为1:1.2～1.2:1，优选地，所述反应中有机硅封端剂为MM(六甲基二硅氧烷)或MDM(八甲基三硅氧烷)中的一种或两种的组合。
在本发明所述式II的改性有机硅乳化剂的制备方法中，优选地，步骤3)中所述反应时间以滴定硅氢键完全消失为反应终点，式II-1'和所述式II-3的化合物反应摩尔用量比为1:1～1.3:1。
优选地，在本发明的一些实施方案中，所述抗菌抗静电汽车水蜡中还可含有一种或多种低碳醇类化合物，以起到降低溶剂水的冰点，避免在低温环境中因水分结冰而导致水蜡低温稳定性较差问题的作用。进一步优选地，所述低碳醇类化合物选自甲醇、乙醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇中的一种或更多种的组合。更进一步优选地，所述低碳醇类化合物为丙二醇。
本发明另一方面还提供了上述技术方案所述的抗菌抗静电水蜡的制备方法，包括以下步骤：
(1)先将去离子水升温至70-95℃，恒温待用，将复合蜡切割成1～2cm左右的小块，而后分别按比例称量切块后的复合蜡、阳离子表面活性剂和乳化剂，备用；
(2)将步骤(1)中备用的复合蜡放入到70-95℃的恒温水浴中，待复合蜡完全融化后，启动搅拌，转速为1000-1200r/min，加入称量好的乳化剂和阳离子表面活性剂溶解。再缓慢加入步骤(1)中称量好的去离子水，继续搅拌40-60min；充分混合后，将混合溶液从恒温水浴中取出，冷却至室温即制得抗菌抗静电水蜡。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)一方面，本发明的汽车水蜡中含有的聚合型阳离子表面活性剂可自引发聚合，无需额外添加小分子引发剂，绿色环保无毒。另外，聚合物结构中的双键在太阳照射下可自发缓慢交联，形成一层致密的蜡保护膜，使得水蜡在汽车表面的存留时间更长，保护效果更持久。并且，在阳离子表面活性剂的用添加量(10-20％)较少时，便可实现优异的抗静电效果。本发明中的阳离子表面活性剂可与汽车车身及内部表面所产生的负电荷发生正负电荷中和现象，使得制得的汽车水蜡具有更优异的抗静电性能，这可从源头上解决汽车易吸尘而频繁洗车的问题。
(2)另一方面，本发明的优选方案中还含有一种改性有机硅乳化剂，是一种多官能团、多支链结构的乳化剂，可使聚合型阳离子表面活性剂更好的发挥其作用，两者之间具有一定的协同作用。
因此，本发明所制备的汽车水蜡具有抗菌抗静电等多种作用，可广泛应用于汽车、火车及机械设备等表面的清洁养护。
具体实施方式
以下将结合具体实施方案来说明本发明。需要说明的是，下面的实施例为本发明的示例，仅用来说明本发明，而不用来限制本发明。在不偏离本发明主旨或范围的情况下，可进行本发明构思内的其他组合和各种改良。
以下实施例中，除化合物I-A和II-A外，其余所使用的化合物单体及相关试剂均可从市场购得。
以下示例性地提供本发明实施例所用到的聚合型阳离子表面活性剂和改性有机硅乳化剂的制备方法。需要说明的是，本领域技术人员应当了解，前述式I、II及水蜡的制备方法，并不是实现本发明技术方案的唯一方式。本领域技术人员可以在不脱离本发明宗旨的基础上，按照实际需要对所述反应条件进行更改而实现本发明的技术方案。
聚合型阳离子表面活性剂的制备例：
1)化合物I-a'的制备
Figure GDA0003869460820000091
将化合物I-1和1-溴丙烷按摩尔比1:1分别称重后放入玻璃容器中，在丙酮溶剂(溶剂质量百分比为50％)中，于25℃下发生反应，反应3h，得到化合物I-a'。
2)化合物I-2'的制备
Figure GDA0003869460820000092
将化合物I-2和I-3按摩尔比1:1分别称重后放入玻璃容器中，在无水四氢呋喃溶剂(溶剂质量百分比为30％)中，于15℃下发生反应，NCO反应完全时为反应终点，得到化合物I-2'。
3)化合物I-3”的制备
Figure GDA0003869460820000093
Figure GDA0003869460820000101
将上述化合物I-a'、I-2'和丙烯酸溶解于乙酸乙酯溶剂(溶剂质量百分比为40％)中，引发剂及用量为0.5％质量比的偶氮二异丁腈(AIBN)，于70℃下发生反应，反应过程需注意避光。
4)化合物I-A的制备
Figure GDA0003869460820000102
将化合物I-5和丙烯酸按摩尔比1:1分别称重后加入到步骤3)中所得溶液中，与化合物I-3”于30℃下发生反应，反应完全后，于55℃下真空蒸馏除去溶剂乙酸乙酯，即制得式I-A的化合物(红外吸收光谱证实为酯基季铵盐类聚合物)。
改性有机硅乳化剂的制备例：
1)化合物II-1'的制备：
Figure GDA0003869460820000111
将化合物II-1和II-2按摩尔比1:1分别称重后放入玻璃容器中，在1％质量比浓硫酸的催化下，于70℃下发生反应，反应15h后加入封端剂MM 2g，得到化合物II-a'。
2)向步骤1)中溶液中加入碳酸氢钠中和多余的浓硫酸，将生成的硫酸钠以及过量的碳酸氢钠过滤除去；
3)化合物II-A的制备
Figure GDA0003869460820000112
将化合物II-a'和II-b按摩尔比1:1分别称重后放入玻璃容器中，在0.03％质量比氯铂酸的催化下，于60℃下发生硅氢加成反应，硅氢键完全消失时为反应终点，即制得式II-A的化合物(红外吸收光谱证实为羟基有机硅)。
在下面的实施例中，聚合型阳离子表面活性剂和改性有机硅乳化剂两组分均为采用上述方法制备的I-A和II-A，十八烷基三甲基氯化铵用1831表示、双十八烷基二甲基氯化铵用1821表示、十六烷基三甲基氯化铵用1631表示、十二烷基二甲基苄基氯化铵用1227表示。
对比例1
一种汽车水蜡，包括以下质量百分比的原料：氧化微晶蜡5％，聚乙烯蜡10％，12277％，1831 7％，吐温-80 2％，余量为去离子水。
实施例1
一种抗菌抗静电汽车水蜡，包括以下质量百分比的原料：氧化微晶蜡5％，聚乙烯蜡10％，I-A12％，水溶性有机硅1％，甲醇2％，余量为去离子水。
实施例2
一种抗菌抗静电汽车水蜡，包括以下质量百分比的原料：氧化微晶蜡5％，聚乙烯蜡10％，I-A 14％，II-A 2％，乙二醇2％，余量为去离子水。
实施例3
一种抗菌抗静电汽车水蜡，包括以下质量百分比的原料：氧化微晶蜡10％，聚乙烯蜡5％，I-A 10％，1831 4％，II-A 1.5％，丙二醇2％，余量为去离子水。
实施例4
一种抗菌抗静电汽车水蜡，包括以下质量百分比的原料：氧化微晶蜡9％，聚乙烯蜡6％，I-A 10％，II-A 1％，司盘-80 1％，1821 5％，丙二醇2％，余量为去离子水。
实施例5
一种抗菌抗静电汽车水蜡，包括以下质量百分比的原料：氧化微晶蜡7.5％，聚乙烯蜡7.5％，I-A 10％，II-A 0.5％，吐温-80 1％，1227 5％，丙二醇2％，余量为去离子水。
实施例6
一种抗菌抗静电汽车水蜡，包括以下质量百分比的原料：氧化微晶蜡12％，聚乙烯蜡3％，I-A 8％，II-A 1％，水溶性有机硅1％，1227 5％，丙三醇2％，余量为去离子水。
实施例7
一种抗菌抗静电汽车水蜡，包括以下质量百分比的原料：氧化微晶蜡8％，聚乙烯蜡7％，I-A 10％，II-A 1％，水溶性有机硅1％，1631 5％，丙二醇2％，余量为去离子水。
实施例8
一种抗菌抗静电汽车水蜡，包括以下质量百分比的原料：氧化微晶蜡7.5％，聚乙烯蜡7.5％，I-A 10％，II-A 1％，水溶性有机硅1％，1227 5％，1831 3％，丙二醇2％，余量为去离子水。
实施例9
一种抗菌抗静电汽车水蜡，包括以下质量百分比的原料：巴西棕榈蜡8％，费托蜡7％，I-A 10％，II-A 1％，水溶性有机硅1％，1631 5％，丙二醇2％，余量为去离子水。
实施例10
一种抗菌抗静电汽车水蜡，包括以下质量百分比的原料：石蜡10％，费托蜡5％，I-A 10％，II-A 1％，水溶性有机硅1％，1631 5％，丙二醇2％，余量为去离子水。
实施例11
一种抗菌抗静电汽车水蜡，包括以下质量百分比的原料：石蜡5％，蜂蜡10％，I-A14％，II-A 1％，丙二醇2％，余量为去离子水。
按照以上对比例及实施例规定的各组分的配比，制备抗菌抗静电水蜡。所述抗菌抗静电汽车水蜡的制备方法包括如下步骤：
(1)先将一定量的去离子水升温达到90℃，恒温待用，将复合蜡切割成1cm的小块，而后分别按比例称量切块后的复合蜡、阳离子表面活性剂和乳化剂，放入反应容器中备用；
(2)将步骤(1)中反应容器放入到90℃的恒温水浴槽中，待复合蜡完全融化后，启动搅拌，转速为1100r/min，加入称量好的乳化剂和阳离子表面活性剂溶解。再缓慢加入步骤(1)中称量好的去离子水，继续搅拌50min；(3)加入其它添加剂，继续搅拌20min，1000r/min，将反应容器从恒温水浴槽中取出，冷却至25℃即制得抗菌抗静电水蜡；
对以上所有对比例及实施例产品参照洗涤大类进行性能测试：
1.稳定性测试：
(1)常温稳定性：将产品于室温(20℃)静置10d后，取出观察是否分层；
(2)高温稳定性：将自制的水蜡放置于50℃恒温箱里，观察是否分层；
(3)低温稳定性：将将自制的水蜡放置于-20℃恒温冷藏箱里，观察是否分层。
2.pH值的测定：按GB/T 6368的规定对水蜡产品的pH值进行测定。
3.耐腐蚀性测试：将质量分数为20％的盐酸和氢氧化钠溶液分别均匀喷涂在涂抹了水蜡的车身上，30d后观察漆面是否失去光泽。
4.抗静电性测试：按照GB/T1410-1989测定打蜡后汽车车身的表面电阻率，用高阻计，表面电阻率由下式计算：
Figure GDA0003869460820000131
其中，Rs为高阻计读得的表面电阻值，d1为测量电极直径，d2为保护电极直径，充电电压500V，充电时间15min，测试温度(20±2)℃，湿度(65±5)％。
5.抗菌性测试：按照日本J1S Z 2801:2006标准对清洗后第10天汽车表面的抗菌性进行测试。
以上各对比例及实施例的性能参数测试结果见下表：
Figure GDA0003869460820000132
Figure GDA0003869460820000141
Figure GDA0003869460820000151
综合上述实施例和对比例可以看出，采用本发明所述抗菌抗静电水蜡制备方法所制备的实施例1-11的水蜡产品，在低温、常温及高温条件下均未产生分层现象，尤其在低温环境中仍具有优异的稳定性；另外，实施例1-11的水蜡产品的pH值均在7.1-7.9中性范围，且在30天内均无酸碱腐蚀现象，具有优异的耐腐蚀性；相对于对比例1，本发明实施例1-11的汽车水蜡，在10天内对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率均在97.51-99.78％之间，说明具有优异的抗菌性；并且，本发明实施例1-11的汽车水蜡的表面电阻率均在1.2×106Ω-5×107Ω之间，具有较低的表面电阻，说明本发明方案中所述水蜡可将汽车车身及内部表面所产生的静电及时地释放出去，从而具有优异的抗静电效果。
以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种抗菌抗静电汽车水蜡，其特征在于，所述汽车水蜡包括以下质量百分比的原料：复合蜡10-20％、阳离子表面活性剂10-20％和乳化剂0.5-2％，余量为去离子水，所述乳化剂选自司盘80、吐温80、水溶性有机硅或改性有机硅乳化剂中的一种或更多种的组合；所述阳离子表面活性剂中含有至少一种聚合型阳离子表面活性剂,所述聚合型阳离子表面活性剂具有如下式I所示的结构：
Figure FDA0003882907290000011
其中，R表示含有1-15个碳原子的亚烷基，x表示100-200的整数，y表示10-20的整数。
2.根据权利要求1所述的抗菌抗静电汽车水蜡，其特征在于，所述复合蜡选自氧化微晶蜡、聚乙烯蜡、巴西棕榈蜡、石蜡、蜂蜡或费托蜡中的一种或更多种的组合。
3.根据权利要求2所述的抗菌抗静电汽车水蜡，其特征在于，所述复合蜡为氧化微晶蜡与聚乙烯蜡按照质量比1:2～2:1组成的混合物。
4.根据权利要求1所述的抗菌抗静电汽车水蜡，其特征在于，所述阳离子表面活性剂包含一种或更多种选自由十八烷基三甲基氯化铵、双十八烷基二甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵组成的组合。
5.根据权利要求1所述的抗菌抗静电汽车水蜡，其特征在于，所述乳化剂包含至少一种改性有机硅乳化剂。
6.根据权利要求5所述的抗菌抗静电汽车水蜡，其特征在于，所述改性有机硅乳化剂具有如下式II所示的结构：
Figure FDA0003882907290000021
其中，a表示10-30的整数，b表示10-15的整数，c表示2-8的整数，d表示0-5的整数。
7.根据权利要求1所述的抗菌抗静电汽车水蜡，其特征在于，所述汽车水蜡还包含一种或多种低碳醇类化合物，所述低碳醇类化合物选自甲醇、乙醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇中的一种或更多种的组合。
8.一种如权利要求1-7中任一项所述的抗菌抗静电汽车水蜡的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：
(1)先将去离子水升温至70-95℃，恒温待用，将复合蜡切割成1～2cm的小块，而后分别按比例称量切块后的复合蜡、阳离子表面活性剂和乳化剂，备用；
(2)将步骤(1)中备用的复合蜡放入到70-95℃的恒温水浴中，待复合蜡完全融化后，启动搅拌，转速为1000-1200r/min，加入称量好的乳化剂和阳离子表面活性剂溶解，再缓慢加入步骤(1)中称量好的去离子水，继续搅拌40-60min；充分混合后，将混合溶液从恒温水浴中取出，冷却至室温即制得抗菌抗静电水蜡。
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