聚醚改性硅氧烷磷酸酯加脂剂的合成及性能研究

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聚醚改性硅氧烷磷酸酯是一种新型阴离子表面活性剂,同时兼具非离子表面活性剂的特性,具有显著的低刺激性和低毒性,出色的可生物降解性和抗静电性以及优异的表面活性,应用前景广阔。本论文以含氢硅油和端基不饱和聚醚为原料合成出聚醚改性硅氧烷中间体,通过对该中间体进行磷酸酯化反应制备了聚醚改性硅氧烷磷酸酯。利用红外光谱、核磁共振谱等现代仪器分析手段对聚醚改性硅氧烷磷酸酯的分子结构进行了表征,利用化学分析手段对产物中各成分及其含量进行了综合测定。在应用试验中,将其作为皮革加脂剂使用,通过对加脂后革样感观效果和物理一机械性能的检测对聚醚改性硅氧烷磷酸酯的应用性能进行了研究。用最大气泡法测定了磷酸酯产物的表面张力和临界胶束浓度,并对其润湿渗透能力、起泡能力、乳化能力等表面性能进行了测定分析。 试验表明,合成聚醚改性硅氧烷的主要影响因素分别为反应物投料比、反应时间、反应温度和催化剂用量,得出较优硅氢加成反应条件为:n(Si-H):n(C=C)为1.0:1.1,反应温度为110℃,催化剂用量为20mg/kg,反应时间为3.5h。据此较优条件进行硅氢加成试验,中间产物已不含有活泼氢,羟值为52.5 mgKOH/g。合成聚醚改性硅氧烷磷酸酯的主要影响因素分别为反应物投料比、酯化温度、酯化时间、水解量、水解时间和水解温度,得出较优酯化反应条件为:n(-OH):n(P<,2>O<,5>)为2.0:1.0,酯化时间为3.5h,酯化温度为80℃,水解时水的用量为聚醚改性硅氧烷磷酸酯的4%(质量分数),水解温度为50℃,水解时间为1.5h。据此较优条件进行试验,得出反应物-OH转化率为70.20%。对聚醚改性硅氧烷磷酸酯分别进行红外光谱分析和<31>P核磁共振分析,证实了预期磷酸酯产物的生成,结合混合指示剂-pH计化学分析方法,测定出产物具备较为理想的单、双酯比例,其中单、双酯含量分别67%和20%,二者比值为3.35。 表面性能分析结果显示,聚醚改性硅氧烷磷酸酯的表面张力值较小,为29.13m·Nm<-1>,说明其改变水溶液界面的性质和状态的能力较强,临界胶束浓度CMC为0.71×10<-3>g/mL,润湿时间为84.12s,具有较好的抑泡性和消泡性,其在乳化力试验中分出10mL水所需时间为205.27s,具有较好的乳化能力。以传统加脂剂L-3为参比样,对聚醚改性硅氧烷磷酸酯进行了加脂应用试验。发现处理后的皮革在柔软度、润滑感和丝光感方面要优于L-3加脂剂,在断裂伸长率、规定复合下的伸长率和抗张强度方面也好于后者。经二者处理过的皮革弹性相当。而在色深和增厚方面,L-3加脂剂的性能要好些。此外,在撕裂强度方面,经过聚醚改性硅氧烷磷酸酯加脂后的革样比L-3加脂剂略小。应用试验结果表明,本论文制备的聚醚改性硅氧烷磷酸酯可以作为皮革加脂剂使用。
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