CN114920937A - 一种双端基型氟硅表面活性剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种双端基型氟硅表面活性剂及其制备方法，将氟硅单体与四甲基二氢二硅氧烷反应合成双端含氢聚氟硅氧烷，再与亲水性单体通过硅氢加成反应合成制得，本发明设计思路：以端二羟基含氟聚硅氧烷为亲油链段、聚氧乙烯醚为亲水链段，合成双端亲水性双子型非离子氟硅表面活性剂，以氟硅协同获得较低的表面张力，避免采用C6C8含氟化合物，具有环保性。

Description

一种双端基型氟硅表面活性剂及其制备方法
技术领域
本发明属于表面活性剂技术领域，具体涉及一种双端基型氟硅表面活性剂及其制备方法。
背景技术
含氟表面活性剂比碳氢表面活性剂具有更低的表面张力，广泛用于工业农业领域，尤其在水基灭火剂领域有极大的应用；
但是，含氟表面活性剂一般采用C6、C8的全氟化合物制备，目前C6C8的含氟化合物不满足环保要求；低含氟量化合物制备的表面活性剂不能达到低表面张力的要求；
专利CN102343235A公开了双子型有机硅表面活性剂及其制备方法和用途，以双烯丙基聚氧乙烯醚和含氢硅油制备了端亲油性的双子型有机硅表面活性剂，有良好的消泡作用，但无法应用于水基泡沫灭火剂；
专利CN107602866B公开了一种氟硅表面活性剂及其制备方法，以烯丙基聚乙二醇和全氟烯醚接枝在含氢硅油的侧链，制备了氟硅表面活性剂，与本发明结构不同。
发明内容
解决的技术问题：本申请主要是解决现有技术中存在的含氟表面活性剂一般采用C6、C8的全氟化合物制备，目前C6C8的含氟化合物不满足环保要求；低含氟量化合物制备的表面活性剂不能达到低表面张力的要求等技术问题，提供一种双端基型氟硅表面活性剂及其制备方法。
技术方案：
一种双端基型氟硅表面活性剂，将氟硅单体与四甲基二氢二硅氧烷反应合成双端含氢聚氟硅氧烷，再与亲水性单体通过硅氢加成反应合成双端基型氟硅表面活性剂；所述双端基型氟硅表面活性剂的结构如下。
Figure BDA0003623346620000021
其中：n＝2～10，m＝10～50。
作为本发明的一种优选技术方案：所述氟硅单体为二羟基含氟聚硅氧烷，分子结构如下：
Figure BDA0003623346620000022
其中：n＝2～10。
作为本发明的一种优选技术方案：所述亲水性单体为烯丙基聚氧乙烯醚，分子结构如下：
Figure BDA0003623346620000023
其中：m＝10～50。
本申请还公开了一种双端基型氟硅表面活性剂的制备方法，具体包括如下步骤：
第一步，以二羟基含氟聚硅氧烷与四甲基二氢二硅氧烷合成双端含氢聚氟硅氧烷，反应式：
Figure BDA0003623346620000024
，其中：n＝2～10；
第二步，双端含氢聚氟硅氧烷与烯丙基聚氧乙烯醚合成双端基型氟硅表面活性剂，产物结构如下：
Figure BDA0003623346620000031
其中：n＝2～10，m＝10～50。
作为本发明的一种优选技术方案：所述第一步中二羟基含氟聚硅氧烷与四甲基二氢二硅氧烷的摩尔比为1:2，溶剂为四氢呋喃，所用的催化剂为铂系催化剂、钯系催化剂、镍系催化剂、铑系催化剂、钴系催化剂、铁系催化剂、三氯化铝催化剂中的一种，催化剂用量为50～200ppm，反应温度50℃～65℃，反应时间4～8小时，反应结束后减压蒸馏脱除溶剂。
作为本发明的一种优选技术方案：所述第二步中双端含氢聚氟硅氧烷与烯丙基聚氧乙烯醚的摩尔比为1:2，反应温度40℃～70℃，反应时间2～4小时。
作为本发明的一种优选技术方案：所述催化剂为铂系催化剂。
作为本发明的一种优选技术方案：所述铂系催化剂为卡斯特(karstedt)催化剂。
有益效果：本申请所述双端基型氟硅表面活性剂及其制备方法采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1、本发明的双端基型氟硅表面活性剂为粘稠液体，具有良好的水溶性，表面张力低，可用于环保型水基灭火剂、乳化剂等领域。
2、本发明的双端基型氟硅表面活性剂可溶于水、乙醇、乙二醇等多种溶剂。
3、本发明的双端基型氟硅表面活性剂具有高表面活性，水溶液的表面张力可低至21.5mN/m。
4、本发明的双端基型氟硅表面活性剂具有高界面活性，水-环己烷的界面张力可降低至1.6mN/m。
附图说明：
图1为本申请双端基型氟硅表面活性剂的红外谱图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
实施例1
一种双端基型氟硅表面活性剂的制备方法，具体包括如下步骤：
第一步：将0.05mol(44g)的二羟基含氟聚硅氧烷(链节数n＝5)与0.12mol四甲基二氢二硅氧烷封头剂(16.1g)置于500mL烧瓶中；
第二步：加入50ml四氢呋喃溶剂，滴入50～200ppm卡斯特催化剂，在氮气保护和搅拌下50℃反应6小时；减压蒸馏除去溶剂和过量的四甲基二氢二硅氧烷，得到双端含氢氟硅氧烷；
第三步：在烧瓶中继续加入0.1mol(138g)的烯丙基聚氧乙烯醚(链节数m＝30)，在40℃下反应3小时，得到粘稠液体产物即双端基型氟硅表面活性剂。
实施例2
一种双端基型氟硅表面活性剂的制备方法，具体包括如下步骤：
第一步：将0.05mol(18.1g)的二羟基含氟聚硅氧烷(链节数n＝2)与0.12mol四甲基二氢二硅氧烷封头剂(16.1g)置于250mL烧瓶中；
第二步：加入30ml四氢呋喃溶剂，滴入50～200ppm卡斯特催化剂，在氮气保护和搅拌下65℃反应4小时；减压蒸馏除去溶剂和过量的四甲基二氢二硅氧烷，得到双端含氢氟硅氧烷；
第三步：在烧瓶中继续加入0.1mol(50g)的烯丙基聚氧乙烯醚(链节数m＝10)，在40℃下反应2小时，得到液体产物即双端基型氟硅表面活性剂。
实施例3
一种双端基型氟硅表面活性剂的制备方法，具体包括如下步骤：
第一步：将0.05mol(87g)的二羟基含氟聚硅氧烷(链节数n＝10)与0.12mol四甲基二氢二硅氧烷封头剂(16.1g)置于500mL烧瓶中；
第二步：加入100ml四氢呋喃溶剂，滴入50～200ppm卡斯特催化剂，在氮气保护和搅拌下50℃反应8小时；减压蒸馏除去溶剂和过量的四甲基二氢二硅氧烷，得到双端含氢氟硅氧烷；
第三步：在烧瓶中继续加入0.1mol(226g)的烯丙基聚氧乙烯醚(链节数m＝50)，在70℃下反应2小时，得到粘稠液体产物即双端基型氟硅表面活性剂。
对比例1
以泡沫灭火剂中常用的成膜剂科慕Capstone 1470作为对照，与本专利产品进行对比。
性能参数：
Figure BDA0003623346620000051
粘度检测：取100mL待测样品，通过恒温水浴控制样品温度为(25±0.5℃)。使用旋转粘度计测量样品的粘度，粘度计转子使用2号转子，转速为100rpm，将转子浸没入样品一定深度，待数值稳定后，读取样品的粘度。
pH检测：取30ml待测样品放入干净干燥的烧杯，控制温度在(25±0.5)℃，使用pH计测量样品的pH值。将电极浸入泡沫液中，等待1分钟，数值稳定后，读取样品的pH值。
表面张力检测：将待测样品用去离子水按一定比例配制成稀释液，置于干燥洁净的表面皿中。控制稀释液温度为(25±0.5)℃，使用表面张力仪测定表面张力。重复测试两次，取两次试验平均值为测定结果。
界面张力检测：将一定量稀释液加入小烧杯中，稀释液厚度为(5～7)mm。在稀释液上加(5～7)mm厚的(25±0.5)℃的环己烷，等待(6±1)min后，测定界面张力。重复测试两次，取两次试验平均值为测定结果。
扩散系数检测：扩散系数按以下公式计算：
S＝γc-γf-γi
式中：
S——扩散系数，单位为毫牛每米(mN/m)；
γc——环己烷的表面张力，单位为毫牛每米(mN/m)；
γf——泡沫溶液的表面张力，单位为毫牛每米(mN/m)；
γi——泡沫溶液与环己烷之间的界面张力，单位为毫牛每米(mN/m)。
以上所述仅为本发明专利的较佳实施例而已，并不用以限制本发明专利，凡在本发明专利的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明专利的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种双端基型氟硅表面活性剂，其特征在于：将氟硅单体与四甲基二氢二硅氧烷反应合成双端含氢聚氟硅氧烷，再与亲水性单体通过硅氢加成反应合成双端基型氟硅表面活性剂；所述双端基型氟硅表面活性剂的结构如下：
Figure FDA0003623346610000011
其中：n＝2～10，m＝10～50。
2.根据权利要求1所述双端基型氟硅表面活性剂，其特征在于，所述氟硅单体为二羟基含氟聚硅氧烷，分子结构如下：
Figure FDA0003623346610000012
其中：n＝2～10。
3.根据权利要求1所述双端基型氟硅表面活性剂，其特征在于：所述亲水性单体为烯丙基聚氧乙烯醚，分子结构如下：
Figure FDA0003623346610000013
其中：m＝10～50。
4.一种权利要求1-3任一所述双端基型氟硅表面活性剂的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
第一步，以二羟基含氟聚硅氧烷与四甲基二氢二硅氧烷合成双端含氢聚氟硅氧烷，反应式：
Figure FDA0003623346610000014
其中：n＝2～10；
第二步，双端含氢聚氟硅氧烷与烯丙基聚氧乙烯醚合成双端基型氟硅表面活性剂，产物结构如下：
Figure FDA0003623346610000021
其中：n＝2～10，m＝10～50。
5.根据权利要求4所述双端基型氟硅表面活性剂的制备方法，其特征在于：所述第一步中二羟基含氟聚硅氧烷与四甲基二氢二硅氧烷的摩尔比为1:2，溶剂为四氢呋喃，所用的催化剂为铂系催化剂、钯系催化剂、镍系催化剂、铑系催化剂、钴系催化剂、铁系催化剂、三氯化铝催化剂中的一种，催化剂用量为50～200ppm，反应温度50℃～65℃，反应时间4～8小时，反应结束后减压蒸馏脱除溶剂。
6.根据权利要求4所述双端基型氟硅表面活性剂的制备方法，其特征在于：所述第二步中双端含氢聚氟硅氧烷与烯丙基聚氧乙烯醚的摩尔比为1:2，反应温度40℃～70℃，反应时间2～4小时。
7.根据权利要求5所述双端基型氟硅表面活性剂的制备方法，其特征在于：所述催化剂为铂系催化剂。
8.根据权利要求7所述双端基型氟硅表面活性剂的制备方法，其特征在于：所述铂系催化剂为卡斯特(karstedt)催化剂。
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