CN102718978A

CN102718978A - 一种降低有机硅乳液粘度的方法

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Publication number: CN102718978A
Application number: CN2012102401939A
Authority: CN
Inventors: 吴飞; 眭花兰; 曹添; 黄伟
Original assignee: Sixin Science & Technology Applied Inst Co Ltd Nanjing City
Current assignee: Jiangsu Sixin Scientific Technological Application Research Institute Co ltd
Priority date: 2012-07-12
Filing date: 2012-07-12
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2032-07-12
Also published as: CN102718978B

Abstract

一种降低有机硅乳液粘度的方法，通过以硅聚醚、有机溶剂和水先复配，再用作有机硅乳液制备过程中的稀释剂，由于硅聚醚具有乳化和消泡作用以及有机溶剂具有分散作用，使得到的有机硅乳液的粘度大大降低，在起泡体系中能快速分散，铺展在液面上，使与泡沫接触的乳液粒子分布均匀，提高了与泡沫的接触面积，从而提高了消抑泡性能；同时由于粘度低，在现场很容易稀释，减少了由于过度搅拌而破乳产生“硅斑”的问题，最终提高了其安全性能。

Description

一种降低有机硅乳液粘度的方法

技术领域

本发明涉及到将一种改性硅聚醚用作有机硅乳液制备过程中的稀释剂，以降低有机硅乳液粘度，提高有机硅乳液消抑泡性能。本发明涉及的有机硅乳液属于精细化学品添加剂。因此，它隶属于精细化工技术领域。

背景技术

有机硅产品的基本结构单元是由硅-氧链节构成的，侧链则通过硅原子与其他各种有机基团相连。因此，在有机硅产品的结构中既含有“有机基团”，又含有“无机结构”，这种特殊的组成和分子结构使它集有机物的特性与无机物的功能于一身。与其他高分子材料相比，有机硅产品的最突出性能是：耐温特性、耐候性、电气绝缘性能、生物特性、低表面张力和低表面能，因此它的应用范围非常广泛。

有机硅乳液是重要的有机硅产品之一，由有机硅、水和表面活性剂等组成，由于它的独特性能和特点，在工业上得到广泛的应用，其中，用于纺织工业的有机硅乳液约占总量的五分之一。有机硅乳液分为非活性有机硅乳液、活性有机硅乳液、改性有机硅乳液及有机硅复合乳液，又分为阳离子型有机硅乳液、阴离子型有机硅乳液、非离子型有机硅乳液及复合离子型有机硅乳液，还分为水包油型有机硅乳液及油包水型有机硅乳液。

制备有机硅乳液的方法很多，但要制备稳定的有机硅乳液，并使其在应用于相应领域时发挥作用，就要对乳液制备提出诸多要求。其中，乳液的稳定性要求是普遍存在的。所以针对有机硅物质选择合适的乳化剂及乳化方法是很重要的。有关制备有机硅乳液的文献有不少：专利CN1807512和CN101298027介绍了通过加入一些辅助物质将高粘度的有机硅混合物分散于水中，制备成较稳定的有机硅乳液；专利CN102002242A介绍了一种引入高级脂肪醇聚醚来提高乳液稳定性的方法；专利CN101003008介绍了通过对作为乳化剂的含有羟基的聚醚分子进行化学改性处理，生成新的封端聚醚，然后将之用于乳液制备中，从而制得稳定乳液。

有机硅消泡剂也属于有机硅乳液的范畴之一。当前市场上常见的消泡剂的种类很多，有机硅氧烷类、聚醚类、聚醚改性有机硅类、矿物油类等。有机硅类消泡剂主要由聚硅氧烷和疏水粒子组成，由于聚硅氧烷在其结构上的独特性，使它有较低的表面张力，且不易与起泡介质发生化学反应，因而可作为良好的消泡剂。由于它的独特性能和特点，在工业上得到广泛的应用，包括造纸、纺织、浆料、涂料、建筑、皮革、医药、化妆品等等，并且应用领域不断开阔，应用潜能很大。在上述应用领域中，有机硅以水乳液的形式使用最为经济、方便、安全，同时符合环保的要求。

在纺织印染中使用过很多种类不同的消泡剂，然而大多数抗高温和剪切性较差。在专利CN1613537中介绍了一种使用在纺织印染当中的耐高温有机硅乳液型的消泡剂，在高温下消泡快且持久，加热时不易破乳，不易产生硅斑，且抗剪切性强，然而这种有机硅乳液的粘度大，在起泡介质中不容易分散，对生产操作过程造成一些不便。专利EP-A-163541也介绍了高粘度的聚硅氧烷的乳液制备比较困难，需要很高的成本，而且效果不佳。虽然专利CN101298027介绍了一种利用高粘度有机硅乳化剂来分散高粘度有机硅组合物的方法，但是高粘度有机硅乳化剂的生产比较困难。

针对上述问题，本发明通过以硅聚醚、有机溶剂和水先复配，然后再与高含量乳液复配，由于硅聚醚具有乳化和消泡作用以及有机溶剂具有分散作用，使得到的有机硅乳液的粘度大大降低，在起泡体系中能快速分散，铺展在液面上，使与泡沫接触的乳液粒子分布均匀，提高了与泡沫的接触面积，从而提高了消抑泡性能；同时由于粘度低，在现场很容易稀释，减少了由于过度搅拌而破乳产生“硅斑”的问题，最终提高了其安全性能。

发明内容

一种降低有机硅乳液粘度的方法提供一种通过硅聚醚、有机溶剂和水先复配后，再用作有机硅乳液制备过程中的稀释剂，得到的乳液粘度低，在起泡体系中能快速分散，铺展在液面上，使与泡沫接触的乳液粒子分布均匀，提高了与泡沫的接触面积，从而提高了消抑泡性能。

技术方案

一种降低有机硅乳液粘度的方法，所述的有机硅乳液由以下组分组成：

A.消泡活性物

所述消泡活性物由技术人员已知技术制备。包括聚硅氧烷，疏水二氧化硅，有机硅树脂，偶联剂，硅聚醚和催化剂，消泡活性物的用量为有机硅乳液总质量的10～20％。

B.乳化剂

所述乳化剂包括非离子表面活性剂和阴离子表面活性剂。非离子表面活性剂选自壬基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚、月桂酸聚氧乙烯醚、油酸聚氧乙烯醚、失水山梨醇单硬脂酸酯、失水山梨醇单油酸酯、失水山梨醇三硬脂酸酯、失水山梨醇三油酸酯、失水山梨醇单硬脂酸聚氧乙烯醚酯、失水山梨醇单油酸聚氧乙烯醚酯、失水山梨醇三硬脂酸聚氧乙烯醚酯、蓖麻油聚氧乙烯醚。阴离子表面活性剂选自十二烷基聚氧乙烯醚硫酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、十六烷基磺酸钠、十六烷基苯磺酸钠、十二烷基二苯醚二磺酸钠。所述乳化剂可单独使用，也可混合使用。乳化剂的用量为有机硅乳液总质量的10～20％。

C.去离子水

用量为有机硅乳液总质量的50～65％。

D.硅聚醚

本发明所述硅聚醚是通过含氢硅油和不饱和聚醚反应制得，制备过程中选用氯铂酸作为催化剂，反应温度为80～200℃，该反应选择在溶剂中进行，该溶剂包括苯、甲苯或二甲苯。所述硅聚醚在25℃下的平均粘度为10～30,000mPa·s，优选为100～3,000mPa·s。

硅聚醚的结构式如下：

MD_a(MeYSiO)_bM

其中：M为链节R₃SiO_1/2，D为链节R₂SiO_2/2，R相同或不同，选自氢原子、一价的取代或非取代的碳原子数为1～20的烃基；Me为甲基；Y的结构式为：-(CH₂)_zO(EO)_g(PO)_hK，K为封端基团，选自氢原子、甲基、乙基、丙基、丁基；下标a，b，z，g，h为聚合度，a为10～500的整数，b为1～50的整数，z为2～6的整数，g为1～36整数，h为0～20的整数。用量为有机硅乳液总量的2～15％。

E.有机溶剂

所述有机溶剂为醇醚类溶剂，结构式为：

H(CH₂)_nO(H(CH₂)_cCHCH₂O)_mH

式中：c为0或1，n为0～12的整数，m为1～5的整数。选自乙二醇、三丙二醇丁醚，二丙二醇丁醚，丙二醇丁醚，三丙二醇甲醚，二丙二醇甲醚，二丙二醇丙醚，乙二醇己醚，二乙二醇己醚，二乙二醇丁醚、乙二醇丁醚、1，4-丁二醇单甲醚。有机溶剂的用量为有机硅乳液总量的2～8％。

所述的一种降低有机硅乳液粘度的方法如下：

(1)将硅聚醚、有机溶剂和去离子水在常温下混合均匀，得到无色透明溶液；

(2)将消泡活性物和乳化剂在60～80℃混合0.1～2h；然后在60～80℃向其中加入去离子水，得到搅拌均匀的混合物；

(3)将上述混合物通过均质设备均质化后，用(1)所得到的溶液稀释至所需含固量的有机硅乳液，以30％为宜。

具体实施方式

1、本发明方法制备的不同消泡剂所用的硅聚醚F1、F2、F3如表1所示：

表1硅聚醚F1、F2、F3

硅聚醚	F1	F2	F3
				K	-H	-CH₃	-CH₃
a	15	260	450
				b	2	45	23
z	3	5	4
				g	15	32	2
h	2	15	9

2、本发明方法制备的消泡剂所用的有机溶剂W1、W2、和W3如表2所示：

表2有机溶剂W1、W2、和W3

有机溶剂	W1	W2	W3
				c	0	1	1
m	2	3	4
				n	1	6	11

3、本发明所用的消泡活性物按照专利号为200910184385.0的“一种消泡剂组合物的制备”中实施例5制备。

实施例1～5

表3硅聚醚、有机溶剂和去离子水比例

实施例1	硅聚醚F1	有机溶剂W1	去离子水
				AF1	30g	10g	60g
实施例2	硅聚醚F1	有机溶剂W2	去离子水
				AF2	10g	10g	80g
实施例3	硅聚醚F2	有机溶剂W2	去离子水
				AF3	20g	15g	65g
实施例4	硅聚醚F2	有机溶剂W3	去离子水
				AF4	25g	10g	65g
实施例5	硅聚醚F3	有机溶剂W1	去离子水
				AF5	10g	10g	80g

实施例6

将40g消泡活性物、8g失水山梨醇三油酸酯和12g油酸聚氧乙烯(4)醚加入到反应容器中，升温至60℃，搅拌充分混合1.5h，完成后将上述体系的温度升高至80℃，缓慢地加入40g水，提高搅拌速度使其由油包水型乳液变为水包油型乳液，继续加20g水，得到搅拌均匀的混合物；然后将上述混合物通过胶体磨进一步乳化，最后用80g AF1稀释到含固量为30％的有机硅乳液S1。

实施例7

将30g消泡活性物、15g失水山梨醇三油酸酯和15g辛基酚聚氧乙烯(9)醚加入到反应容器中，升温至70℃，搅拌充分混合0.5h，完成后将上述体系的温度升高至80℃，缓慢地加入40g水，提高搅拌速度使其由油包水型乳液变为水包油型乳液，继续加20g水得到搅拌均匀的混合物；然后将上述混合物通过胶体磨进一步乳化，最后用80g AF2稀释到含固量为30％的有机硅乳液S2。

实施例8

将20g消泡活性物、25g辛基酚聚氧乙烯(9)醚和15g十二烷基磺酸钠加入到反应容器中，升温至70℃，搅拌充分混合0.5h，完成后在此温度下，缓慢地加入40g水，提高搅拌速度使其由油包水型乳液变为水包油型乳液，继续加20g水得到搅拌均匀的混合物；然后将上述混合物通过胶体磨进一步乳化，最后用80g AF3稀释到含固量为30％的有机硅乳液S3。

实施例9

将30g消泡活性物、8g失水山梨醇三油酸酯和22g辛基酚聚氧乙烯(9)醚加入到反应容器中，升温至60℃，搅拌充分混合1h，完成后将上述体系的温度升高至80℃，缓慢地加入40g水，提高搅拌速度使其由油包水型乳液变为水包油型乳液，继续加20g水得到搅拌均匀的混合物；然后将上述混合物通过胶体磨进一步乳化，最后用80g AF4稀释到含固量为30％的有机硅乳液S4。

实施例10

将35g消泡活性物、10g失水山梨醇三硬脂酸酯和15g油酸聚氧乙烯(4)醚加入到反应容器中，升温至60℃，搅拌充分混合0.5h，完成后将上述体系的温度升高至80℃，缓慢地加入40g水，提高搅拌速度使其由油包水型乳液变为水包油型乳液，继续加20g水得到搅拌均匀的混合物；然后将上述混合物通过胶体磨进一步乳化，最后用80g AF5稀释到含固量为30％的有机硅乳液S5。

对比例6～10

直接用含有2％的聚丙烯酸增稠剂的去离子水稀释实施例6～10中搅拌均匀的混合物至含固量为30％，得含固量为30％的有机硅乳液为ES1、ES2、ES3、ES4、ES5。

消泡剂的测试方法

测试设备：温度计，SHP NDJ-5S粘度计，100mL具塞量筒，电子天平(精度0.001g)，秒表，玻璃烧杯，电炉，玻璃棒。

测试方法：

a)摇瓶测试

用具塞量筒量取50mL的规定标准起泡介质(0.5％十二烷基苯磺酸钠水溶液)，在规定温度下，加入消泡剂样品0.05g，盖上瓶塞，以2次/s的频率、(30～35)cm的摆幅上下摇动量筒数次，静置并开始计时，记录泡沫消至液面出现所用时间，即得本次摇瓶的消泡时间，测试结果如下表4：

表4消泡剂的消抑泡性测试结果

b)高温稳定性测试

在1000mL的烧杯中，加入495mL水和5g稀释至固含量为10％的消泡剂，在电炉上缓慢升温，观察刚漂油时的温度，继续升温煮沸5min后冷却到室温，再观察液面状况，测试结果见表5。

c)粘度测试

将消泡剂置于25℃的环境下，用SHP NDJ-5S粘度计，4#转子30r/min测试，结果见表5：

表5消泡剂的粘度与稳定性

由表4和表5可以看出用硅聚醚、有机溶剂和去离子水稀释得到的有机硅乳液粘度小，稳定性好，而且消抑泡性能比直接用聚丙烯酸增稠剂去离子水稀释的乳液好很多。这是由于有机溶剂和硅聚醚有利于其在起泡介质中的分散性提高，提高了乳液分散性，使其不易聚集，导致析出；而且硅聚醚也具有消泡作用。

Claims

1.一种降低有机硅乳液粘度的方法，其特征在于：将硅聚醚、有机溶剂和水先复配后，用作有机硅乳液制备过程中的稀释剂，制备的有机硅乳液由以下组分组成：

A.消泡活性物，组分为聚硅氧烷、疏水二氧化硅、有机硅树脂、偶联剂、硅聚醚和催化剂，用量为有机硅乳液总质量的10～20％；

B.乳化剂，为非离子表面活性剂和阴离子表面活性剂，单独使用或混合使用，乳化剂的用量为有机硅乳液总质量的10～20％；

C.去离子水，用量为有机硅乳液总质量的50～65％；

D.硅聚醚，用量为有机硅乳液总量的2～15％；

E.有机溶剂，为醇醚类溶剂，结构式如下：

H(CH₂)_nO(H(CH₂)_cCHCH₂O)_mH

式中：c为0或1，n为0～12的整数，m为1～5的整数；有机溶剂的用量为有机硅乳液总量的2～8％；

所述的一种降低有机硅乳液粘度的方法如下：

(2)将消泡活性物和乳化剂在60～80℃混合0.1～2h，然后在60～80℃向其中加入去离子水，得到搅拌均匀的混合物；

(3)将混合物通过均质设备均质化后，用(1)所得到的溶液稀释至所需含固量的有机硅乳液。

2.权利要求1所述的一种降低有机硅乳液粘度的方法，其中硅聚醚的结构通式为：

MD_a(MeYSiO)_bM

式中：M为链节R₃SiO_1/2，D为链节R₂SiO_2/2，R相同或不同，选自氢原子、一价的取代或非取代的碳原子数为1～20的烃基；Me为甲基；Y的结构式为：-(CH₂)_zO(EO)_g(PO)_hK，K为封端基团，选自氢原子、甲基、乙基、丙基、丁基；下标a，b，z，g，h为聚合度，a为10～500的整数，b为1～50的整数，z为2～6的整数，g为1～36整数，h为0～20的整数。