Polyether-gemodificeerde siliconenoliën combineren de lage oppervlaktespanning en weersbestendigheid van organosilicium met de hydrofiliciteit en emulgerende eigenschappen van polyethersegmenten, waardoor ze veel worden gebruikt in textielveredeling, ontschuimers en coatinghulpmiddelen. Hydrosilylering (toevoeging van Si-H en C=C dubbele bindingen) is het kernproces voor de bereiding van polyethersiliconenoliën, en het waterstofgehalte van de zij-waterstofsiliconenolie bepaalt direct de entdichtheid en productprestaties. 0.1% kant-waterstofsiliconenoliën zijn variëteiten met een ultra-laag waterstofgehalte, uniforme verdeling van de Si-H-binding en matige sterische hindering in de moleculaire keten. Dit vermijdt de problemen van gemakkelijke verknoping en hoge viscositeit die gepaard gaan met hoge-waterstofsiliconenoliën, waardoor ze geschikt worden voor het bereiden van lage-viscositeit, hoge-stroombaarheid en matig hydrofiele polyether-gemodificeerde siliconenoliën, en is de afgelopen jaren een onderzoekshotspot in de industrie geworden.
Structuur en reactiviteit van 0,1% zij-waterstofsiliconenolie
0,1% zij-waterstofsiliconenolie is een lineair polymeer van polydimethylsiloxaan met Si-H-bindingen gebonden aan de zijketens. Het waterstofgehalte is stabiel op 0,09–0,11 gew.%, en het -gemiddelde molecuulgewicht ligt doorgaans tussen 5000 en 8000 g/mol. Vergeleken met hoge-waterstofsiliconenoliën (0,5–1,2 gew.%) heeft het een lagere Si-H-bindingsdichtheid, betere moleculaire ketenflexibiliteit, mildere reactiviteit en is het minder gevoelig voor nevenreacties (zoals dehydrogenering en verknoping).
De hydrosilyleringsreactie volgt een platina-gekatalyseerd mechanisme. Onder de katalyse van chloorplatinazuur ondergaat de Si-H-binding van 0,1% hydrosiliconenolie een anti-Markovnikov-additie met de C=C dubbele binding van allylpolyether (zoals allyloxypolyoxyethyleenether) om een stabiele Si-C-binding te vormen, zoals weergegeven in de volgende reactievergelijking:
≡Si−H+CH2=CH−CH2−O−(EO/PO)n−RH2PtCl6≡Si−CH2−CH2−CH2−O−(EO/PO)n−R
Bij deze reactie komen geen kleine moleculen vrij, er worden producten met hoge{0}}zuiverheid geproduceerd en de stabiliteit van de Si-C-binding is veel beter dan die van de Si-O-C-binding, en vertoont een betere weerstand tegen hydrolyse en temperatuurvariaties.
0,1% Side-Waterstof-siliconenolie-toevoegingsreactieprocescontrole
3.1 Selectie en proportionering van grondstoffen
Allylpolyethers met een molecuulgewicht van 500-2000 en een gehalte aan dubbele bindingen groter dan of gelijk aan 98% hebben de voorkeur om deactivering van de katalysator veroorzaakt door peroxideverontreinigingen te voorkomen. De molaire verhouding van de grondstof wordt geregeld op n(C=C):n(Si-H)=1.1~1,2:1. Een kleine overmaat aan polyether zorgt voor een hoge conversiesnelheid van Si-H-bindingen, terwijl wordt voorkomen dat niet-gereageerd Si-H-residu de productstabiliteit beïnvloedt.
3.2 Katalysatorsysteem
De belangrijkste katalysator is chloorplatinazuur (H₂PtCl₆・6H₂O), in een dosering van 20~40 ug/g (gebaseerd op Pt). Een te lage dosering resulteert in een langzame reactiesnelheid, terwijl een te hoge dosering kan leiden tot een donkerdere productkleur. Een kleine hoeveelheid 2-methyl-3-butyn-2-ol wordt toegevoegd als remmer om nevenreacties bij hoge temperaturen te onderdrukken en de levensduur van de katalysator te verlengen.
3.3 Temperatuur en tijd
De reactietemperatuur werd geregeld op 90-110 graden. De 0,1% waterstof-gemodificeerde siliconenolie vertoont milde activiteit; onder de 80 graden is het conversiepercentage minder dan 70%, en boven de 120 graden treden gemakkelijk polyetherafbraak en verknoping van siliconenolie op. De reactietijd bedroeg 5-7 uur. Het verloop van de reactie werd gevolgd met behulp van infraroodspectroscopie (karakteristieke Si-H-piek bij 2166 cm-¹); de reactie was voltooid toen de piekintensiteit verdween.
3.4 Oplosmiddel en na-behandeling
Tolueen of isopropanol werd gebruikt als oplosmiddel (20% ~ 30% van de massa van de reactanten) om de systeemviscositeit te verlagen en een uniforme reactie te bevorderen. Na de reactie werden het oplosmiddel en de niet-gereageerde monomeren verwijderd door vacuümdestillatie en werd het katalysatorresidu verwijderd door filtratie om een transparante en homogene polyether-gemodificeerde siliconenolie te verkrijgen.
Productprestaties en toepassingsvoordelen
4.1 Prestatiekenmerken
De polyether-siliconenolie bereid uit 0,1% zij-waterstof-siliconenolie heeft de kenmerken van een lage viscositeit (50~200 mPa・s), hoge transparantie en instelbare hydrofiliteit. De polyether-entdichtheid is laag, de intermoleculaire ketenkrachten zijn zwak, het product is niet gevoelig voor gelering en de opslagstabiliteit ervan kan meer dan 12 maanden bedragen. De oppervlaktespanning kan worden verlaagd tot 22 ~ 25 mN/m en heeft ook goede bevochtigende, verspreidende en emulgerende eigenschappen.
4.2 Toepassingsscenario's
In de textielindustrie verleent het als hydrofiele verzachter zachtheid, gladheid en antistatische eigenschappen aan stoffen zonder hun ademend vermogen te beïnvloeden; op het gebied van ontschuiming wordt het gebruikt als ontschuimer in systemen op water-basis; de lage viscositeit maakt het gemakkelijk te dispergeren, met een hoge ontschuimingssnelheid en langdurige- duurzame schuimonderdrukking; in de coatingindustrie verbetert het als egaliseermiddel de bevochtigbaarheid van coatings en vermijdt het defecten zoals gaatjes en sinaasappelschillen.
Conclusies en vooruitzichten
0,1% zij-waterstofsiliconenolie bezit onvervangbare voordelen bij de bereiding van polyether-gemodificeerde siliconenoliën vanwege de milde reactiviteit en uniforme verdeling van de Si-H-binding. Door de grondstofverhouding (C=C:Si-H=1.1~1,2:1), de hoeveelheid chloorplatinazuur (20~40ug/g), de reactietemperatuur (90~110 graden) en de reactietijd (5~7 uur) te regelen, kan een conversiepercentage van Si-H-bindingen groter dan of gelijk aan 95% worden bereikt, wat resulteert in hoge-prestaties, polyether-siliconenoliën met lage-viscositeit.
Toekomstig onderzoek kan zich richten op complexe katalysatorsystemen (zoals platina-fosfinecomplexen) om de reactietemperatuur verder te verlagen en de reactietijd te verkorten; Tegelijkertijd kan het de entreacties van verschillende polyethers (zoals blokpolyethers en gefluoreerde polyethers) onderzoeken met 0,1% zij-waterstofsiliconenolie om multifunctionele polyether-gemodificeerde siliconenoliën te ontwikkelen en hun toepassingen uit te breiden op- hoogwaardige gebieden zoals nieuwe energie en biogeneeskunde.
