羟基硅油乳化工艺的研究——以OHX-4081为例

杜 颖，张碧莲，李万锋，李育强

（南京古田化工有限公司，江苏 南京 210000）

硅油通常是无色（或淡黄色）、无毒、无味、不易挥发的液体，按照化学结构及官能团的不同，可以分为甲基硅油、乙基硅油、苯基硅油、羟基硅油、氨基硅油、羧基改性硅油、聚醚改性硅油等［1］。

羟基硅油又被称为二甲基羟基硅油（结构式如下所示），可用于制造有机硅羟乳，作为织物［2］、纸张、假发［3］、皮革［4］等的处理剂以及合成各类聚硅氧烷的中间体等。

一般来说，硅油需制成乳液后使用，根据所用乳化剂的不同，羟基硅油乳液［5］可以分为阴离子、阳离子、非离子、两性等4种类型。

乳液按分散液滴粒径的大小可分为巨乳液（粒径1～100 μm）、乳液（粒径50～500 nm）和微乳液（粒径10～100 nm）3 类［6］。常用的乳化设备有高速分散机、均质机、胶体磨，相应的乳化工艺有剂在水中法、剂在油中法、交替加液法、初生皂法等。

107 胶属于有机硅产品，为羟基封端聚二甲基硅氧烷［7］，在纺织、塑料、印刷行业中常被用作橡胶辊筒材料，也可作为建筑行业的嵌缝密封材料。由于其具有非常好的脱模性，特别适用于制造精密模具和印模。OHX-4081 是道康宁的一款黏度为80 Pa·s 的100%有机硅聚合物，目前关于其乳化工艺鲜有人研究。本实验以OHX-4081 为例，筛选出适宜的乳化方案，以提升OHX-4081的使用性能。

1 实验

1.1 仪器

高速分散机（上海现代环境工程技术股份有限公司），电热鼓风干燥箱（上海朗高纺织设备有限公司），梅特勒ME 精密天平（南京科翔仪器设备有限公司），离心机（湖南津市市实验化工仪器有限公司），激光粒度分析仪（丹东市百特仪器有限公司）。

1.2 化学药品

OT-75［陶氏化学（上海）有限公司］，TO-5、TO-7、AEO9、AO11［巴斯夫（中国）有限公司］，Span80（江苏海安石化有限公司），氨基硅油OFX-8468、OHX-4081（道康宁），1307、1310（上海东大化学有限公司），乙二醇单丁醚（化学纯，国药集团化学试剂有限公司），冰乙酸（分析纯，南京化学试剂有限公司）。

1.3 羟基硅油的乳化

将不同HLB 值的表面活性剂按一定比例混合，得到复合乳化剂，向复合乳化剂中加入OHX-4081，用高速分散机剪切均匀，500 r/min 预搅拌5 min，向其中慢慢滴加去离子水，分5 次加完，每次1 000 r/min搅拌15 min，最后得到羟基硅油乳液。

1.4 测试

乳液外观：通过目测观察。

静置稳定性：乳液静置24 h后，观察是否有漂油、破乳、分层等现象；继续在室温下静置存放6 个月以上，期间每周一次观察乳液是否出现破乳、漂油、分层等现象。

离心稳定性：乳液在3 000 r/min 下离心30 min，静置后观察是否漂油、分层。

高温稳定性：取30 g 乳液于烧杯中，在45 ℃烘箱中放置24 h，并记录乳液状态。若未出现分层，说明乳液高温稳定性好；若出现分层，说明乳液的高温稳定性差。

2 结果与讨论

2.1 乳化剂的选择

鲍利红等［4］采用Span20 和Tween40 为复合乳化剂，成功乳化高黏度羟基硅油（黏度大于2 500 MPa·s），并赋予皮革光滑的手感。一般单种乳化剂对硅油的乳化效果并不理想，而复合乳化剂在乳化体系中能产生协同效应，如增加吸附量、降低cmc、使临界表面张力下降、提升水相和油相的亲和力等，从而有效提高乳液稳定性。本实验尝试使用多种乳化剂乳化羟基硅油OHX-4081，如OT-75、TO-5、TO-7、AEO9、AO11、Span80、1307、1310 等，静置稳定性测试结果如表1所示。

表1 乳化剂种类对OHX-4081乳液稳定性的影响

由表1 可以看出，单独使用1310、TO-5、TO-7、AO11，或使用AO11 与1307、1310、Span80、OT-75 复配的乳化剂，在乳化OHX-4081 时均不能得到乳白、稳定的羟基硅油乳液；而单独使用OT-75，或使用TO-5、TO-7 复合乳化剂，均可以得到稳定的硅油乳液，因此后续实验主要研究乳化剂OT-75以及TO-5、TO-7复合乳化剂乳化OHX-4081的性能。

2.2 乳化剂用量的影响

表2 是不同乳化剂用量所得羟基硅油乳液的稳定性。

表2 乳化剂用量对OHX-4081乳液稳定性的影响

采用激光粒度分析仪对表2 中未分层的乳液进行粒径测试，结果如表3和图1所示。

表3 OHX-4081稳定乳液的粒径

乳化剂用量对羟基硅油乳液的稳定性有较大影响，当乳化剂用量较少时，乳化剂分子不足以将体系中的硅油液滴包住，导致乳液稳定性差；而当乳化剂用量提升时，乳化剂分子增多，体系的界面能大大降低，有利于阻碍液滴凝聚，形成稳定的乳液；乳化剂用量过大时，一部分乳化剂以胶束的形式存在，经历高速剪切的过程后，乳化剂和水分子的共同作用使乳液粒径变大，稳定性变差［4］。根据表2、表3 中乳液静置稳定性、离心稳定性和乳液粒径可知，OT-75 与OHX-4081 的最佳质量比控制在25∶100～30∶100 较合适，TO-5+TO-7 与OHX-4081 的最佳质量比控制在25∶100 左右比较合适。其中，OT-75 为磺基琥珀酸二异辛酯钠，含固量在75%左右，是无色或浅黄色透明黏性液体，为阴离子表面活性剂，具有出色的渗透、润湿和乳化性，不含有机硅、壬基酚、VOC，对环境的污染和对人的危害小。巴斯夫TO-5 是无色或淡黄色液体，易溶于水，具有优良的乳化、净洗性能，可作为油包水乳化剂。巴斯夫TO-7 为无色液体，有很高的渗透能力、去污能力和分散能力，是非常有效的乳化剂和润湿剂。TO-5和TO-7均属于非离子表面活性剂，都是由饱和的十三碳异构醇加工而成，在较宽的pH 范围内化学稳定性和环境相容性好。

2.3 HLB 值的影响

在O/W 硅油乳液体系中，一般适宜的HLB 值在10.5 左右，HLB 值小的乳化剂与HLB 值大的乳化剂混合使用，形成的混合分子膜与油相、水相的亲和力均较强，因而使用混合乳化剂的乳化效果比单一乳化剂更好。表4给出了不同HLB 值时羟基硅油乳液的稳定性。

表4 HLB 值对OHX-4081乳液稳定性的影响

由表4 可以看出，适宜的羟基硅油OHX-4081 乳液HLB 值在10.8 左右，为TO-5+TO-7，乳化剂、硅油质量比为25∶100。TO-5 的HLB 值为10.5，TO-7 的HLB 值为12.1，单独作为乳化剂制得的乳液均有分层现象，但是复配后乳化剂的HLB 值为10.8，制得的乳液稳定性良好。由于HLB 值太高（或太低），乳化剂的亲水性（或亲油性）增强，乳化剂进入水相（或油相），导致乳化剂油/水界面的吸附能力降低，加强了液滴的聚集和絮凝，乳液发生分层、破乳等不稳定现象［8］。

2.4 其他因素的影响

将氨基硅油OFX-8468 与羟基硅油OHX-4081等量复配，乳化剂为TO-5+TO-7，在乳化剂、硅油质量比为1.0∶2.5、1.0∶3.0、1.0∶3.5、1.0∶4.0 的条件下均能得到乳白色稳定的乳液，其中乳化剂、硅油质量比为1.0∶2.5 得到的乳液粒径为11.19 μm。将氨基硅油与羟基硅油按手感要求进行复配后乳化，不仅简化了操作，得到的乳液稳定性更好，作为一款平滑剂在纺织上有着广泛的应用。

另外，体系中助乳化剂的添加、乳化温度、乳化时间、乳液pH、剪切机转速等均对体系有不同的影响。本实验在室温下，分散机转速不超过1 000 r/min，乳化时间不长于90 min，未调节体系pH，同时不引入其他助乳化剂的情况下，均能得到稳定的羟基硅油OHX-4081 乳液。将乳化剂配方用于羟基硅油OHX-4061 和1 000 Pa·s 二甲基硅油，亦能得到稳定的硅油乳液。

3 结论

研究羟基硅油OHX-4081 的乳化工艺发现，乳化剂种类及用量、HLB 值等对羟基硅油乳液的稳定性有重要影响。在室温，HLB 值为10.8，TO-5 和TO-7 复配作为乳化剂，乳化剂、硅油质量比为25∶100，分散机转速为1 000 r/min、乳化时间为90 min 的条件下，得到的硅油乳液有较好的静置稳定性、高温稳定性和离心稳定性，乳液粒径为4.98 μm。OT-75为阴离子乳化剂，总体乳化性能和乳液的各项稳定性均与TO-5 和TO-7 的组合相当，只是乳液粒径略大，为11.13 μm。氨基硅油OFX-8468 的加入有利于羟基硅油乳液的稳定。结合乳液的使用环境，在非离子体系中，OHX-4081 的乳化剂推荐TO-5 和TO-7 复配乳化剂；在阴离子体系中，推荐OT-75；在纺织上作为手感改善助剂，如羊毛平滑剂使用时，可加入氨基硅油OFX-8468进一步提升织物的平滑性。