Hoe maak je siliconenolie water-oplosbaar?

Siliconenolie (polydimethylsiloxaan, PDMS) wordt veel gebruikt in cosmetica, farmaceutische producten, textiel en industriële toepassingen vanwege de unieke hydrofobiciteit, thermische stabiliteit en lage oppervlaktespanning. De inherente hydrofobiciteit ervan beperkt echter de toepassing ervan in systemen op water-basis. Dit artikel introduceert systematisch verschillende methoden en technische benaderingen voor het wateroplosbaar maken van siliconenolie-.

Siliconenoliemoleculen bestaan ​​uit een Si-O-Si-skelet en methylzijketens, waardoor ze extreem hydrofoob zijn. Om siliconenolie wateroplosbaar te maken- moeten de oppervlakte-eigenschappen ervan worden gewijzigd via chemische of fysische methoden:

Modificatie van de moleculaire structuur: Introductie van hydrofiele groepen om de moleculaire polariteit te veranderen

Wijziging van grensvlakeigenschappen: Vermindering van de grensvlakspanning tussen siliconenolie en water

Dispersiesysteemconstructie: Creëren van een stabiele dispersie door emulgering

Een. Enten van hydrofiele groepen
Het introduceren van hydrofiele functionele groepen op de moleculaire keten van siliconenolie via een chemische reactie:

Polyethermodificatie: Meestal geënt met ethyleenoxide (EO)/propyleenoxide (PO)-copolymeren

Reactiemechanisme: Hydrosilylering van gehydrogeneerde siliconenolie met allylpolyether

Product Characteristics: Water solubility is determined by EO content (typically >65%)

Voorbeeldstructuur: Si-O-[Si(CH₃)₂-O]ₙ-[Si(CH₃)(CH₂CH₂CH₂O(EO)ₘ(PO)ₙH)-O]ₚ-Si

Carboxyl-modificatie:

Introductie van carbonzuurgroepen zoals acrylzuur

Kan door neutralisatie water-oplosbare zouten vormen

Sulfonische modificatie:

Introductie van -SO₃H-groepen, resulterend in uitstekende wateroplosbaarheid na neutralisatie

Wordt vaak gebruikt in toepassingen die hoge-temperatuurstabiliteit vereisen

Aminomodificatie:

Introductie van -NH₂- of -NR₂-groepen

Kan door protonering water-oplosbare ammoniumzouten vormen

Twee. Groepswijziging beëindigen
Introductie van hydrofiele groepen aan de uiteinden van moleculaire ketens van siliconenolie:

Reactie van hydroxyl-getermineerde siliconenolie met polyethyleenglycol (PEG)

Reactie van isocyanaat-getermineerde siliconenolie met hydroxyl-bevattende hydrofiele verbindingen

Een. Emulgatietechnologie
Oppervlakteactieve stoffen gebruiken om olie-in-water-emulsies (O/W) te maken:

Selectie van oppervlakteactieve stoffen:

Niet-ionische oppervlakteactieve stoffen met een HLB-waarde van 10-18 (zoals de Tween-serie)

Anionische/niet-ionische combinaties kunnen de stabiliteit verbeteren

Emulgeringsprocesparameters:

Shear Rate: Typically >5000 tpm is vereist

Temperatuurregeling: 60-80 graden is gunstig voor emulgering

Faseverhouding: de oliefase bedraagt ​​over het algemeen niet meer dan 30%

Micro-emulsificatietechnologie:

Bereiding van micro-emulsies met deeltjesgroottes<100 nm

Vereist een co-oppervlakteactieve stof (zoals een alcohol met een korte- keten)

Twee. Polymeer composiet
Mede-opgelost met polyvinylpyrrolidon (PVP)

Synergetisch gedispergeerd met een polyacrylzuurverdikkingsmiddel

Een. Dendrimeer-modificatie
Het construeren van een hydrofiele schaal op het oppervlak van de siliconenolie met behulp van een dendrimeerstructuur:

Het enten van PAMAM-dendrimeren van hoge- generatie

Het produceren van waterige dispersies op nanoschaal

Twee. Amfifiele blokcopolymeren
Ontwerp en synthese van siliconenolie-hydrofiele polymeerblokcopolymeren:

PDMS-b-PEO amfifiele copolymeren

Zelf-assemblage om micellaire structuren te vormen

Drie. Klik op Chemiewijziging
Efficiënt introduceren van hydrofiele groepen met behulp van klikchemie:

Thiol-een klikreactie

Koper-gekatalyseerde azide-alkyncycloadditie

Stabiliteitsproblemen op de lange- termijn:

Oplossing: Gecombineerd antioxidant (bijv. BHT) + pH-buffersysteem

Slechte hoge-temperatuurstabiliteit:

Oplossing: het introduceren van sulfonzuurgroepen of het aannemen van een verknoopte-structuur

Schuimcontrole:

Oplossing: samengesteld ontschuimingsmiddel (bijv. polyether-gemodificeerde siliconenolie)

Viscositeitscontrole:

Oplossing: Aanpassen van de EO/PO-verhouding en de molecuulgewichtsverdeling

Groene chemie: ontwikkeling van milieuvriendelijke processen zoals enzym-gekatalyseerde modificatie

Slim reactievermogen: in water-oplosbare siliconenoliën met dubbele pH-/temperatuurreacties

Biologisch afbreekbaar: introductie van siliconenoliederivaten met hydrolyseerbare esterbindingen

Nanocomposiettechnologie: water-oplosbare siliconenolie/nanocellulosecomposietsystemen

Er is een verscheidenheid aan beproefde benaderingen ontwikkeld voor het in water-oplossen van siliconenvloeistoffen, variërend van traditionele chemische modificatie- en emulgeertechnieken tot opkomende methoden zoals dendrimeermodificatie en klikchemie. Het kiezen van de juiste methode voor het oplossen van water- vereist een uitgebreide afweging van het toepassingsscenario, de prestatievereisten en de kosten. Vooruitgang in de materiaalkunde zal leiden tot de opkomst van meer hoogwaardige, multifunctionele, water-siliconenvloeistoffen, waardoor hun toepassingsgebieden verder worden uitgebreid.