一种新型发用氨端基硅油的合成与表征
发布时间:2024-11-25
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纺织助剂新型氨基硅油产品
第41卷第8期
2012年8月
应用化工
AppliedChemicalIndustry
V01.41No。8Aug.2012
一种新型发用氨端基硅油的合成与表征
浊文杰,曹光群,杨成,孙培冬
(江南大学化学与树料工程学院,江苏无锡214122)
摘要:以八甲基环四硅氧烷(D。)为反应单体,以1,3.双(3.氨丙基).1,1,3,3一四甲基二硅氧烷为封端剂,邶一氨乙
基.y.氨丙基甲基二甲氧基硅烷(DL-602)为氨基硅烷偶联剂,氢氧化钾(KOH)为催化剂,二甲基亚砜(DMSO)为促进剂,采用本体聚合法合成了氨丙基封端的新型氨端基硅油,研究了反应温度、反应时间及KOH、DMSO用量对反应体系粘度及转化率的影响。结果表明,最适宜的工艺条件是:反应温度t00℃,反应时间10h,KOH、DMSO用量分别为D。单体用量的0.03%,0.75%。关键词:氨端基硅油;粘度;合成;表征中图分类号:TQ
264.1
文献标识码:A文章编号:1671—3206(2012)08—1392一04
Synthesisandcharacterizationofnewamino.terminated
polysiloxaneusedinhair
care
products
QuWen-fie,CAO
Guang—qun,YANGCheng,SUNPei—dong
(SchoolofChemistryandMaterialEngineering,JiangnanUniversity,Wuxi214122,China)
Abstract:The
amino—terminatedpolysiloxane
preparedbythebulkpolymerization,withoctam—
newwas
ethylcyclotetrasiloxane(D4)undery1)一1,1,3,3-tetramethyldisiloxanelane(DL-602)as
thecatalysisofpotassium
as
hydroxide(KOH),1,3一bis一(3-aminoprop—
capping
agent,,v够一aminoethyl—y—aminopropyl—methyldimethoxysi—
sulfoxide(DMSO)as
on
aminosilanecouplingagent,anddimethyl
promotingagent.The
effectsofreactiontemperatureandtime,theamountofKOHandDMSO
rate
theviscosityandconversion
as
ofamino-siliconeoil
were
discussed.The
resultsshowedtheoptimumconditionswere
content
follows:reac—
tiontemperature100℃,reactiontime10h,themassofD4.
ofKOHandDMSOis0.03%and0.75%ofthe
Keywords:amino—terminatedpolysiloxane;viscosity;synthesize;characterization
洗发水是生活中必不可少的日用品。随着生活
的头发调理剂进行了研究,并申请了多项专利M引。所以研究制备性能较好、成本较低的新型氨基硅油有一定的市场前景。
双一氨丙基聚二甲基硅氧烷(即氨端基硅油)广泛应用于护发素中,改善头发顺滑性、柔软性和光泽性。但氨端基硅油的合成及改性研究文献鲜有报道。作者以八甲基环四硅氧烷为反应单体,以1,3双(3一氨丙基)一1,1,3,3一四甲基二硅氧烷为封端剂,Ⅳ田一氨乙基一Y.氨丙基甲基二甲氧基硅烷(DL-602)为氨基硅烷偶联剂,进行阴离子开环聚合得到了氨端侧链改性硅油。硅氧链两端氨基的加入可使氨基
硅油更加牢固的定向吸附在头发上,有利于提高头
水平的不断提高,人们对洗发水的要求越来越高,要求洗发水不仅洗涤效果好,而且具有护理调理功能,从而促进了硅油类调理剂的发展。
氨基硅油具有吸附性、成膜性以及取向性好的特点,广泛用于洗发水、护发素当中,为洗发、护发产品带来良好的滋润滑爽效果,并能有效改善头发的梳理性能¨’5J。目前,大多数洗发水及护发素中加人的硅油类调理剂为二甲基硅油,性能较好的氨端基硅油一般用在中高档洗发用品中。也正是基于氨基
硅油优异的调理性能,全球两大日用消费品公
司——宝洁与联合利华均对氨基硅油及含氨基硅油
收稿日期:2012-05.10
修改稿日期:2012-05.30
作者简介:曲文杰(1988一),女,山东肥城人,江南大学在读硕士研究生,师从曹光群高级工程师,主要从事日用化学品研
究。电话:13861749476,E—mall:wen_jie88@126.corn
通讯联系人:曹光群(1959一),男,江苏宜兴人,高级工程师,主要从事日用化学品研究。电话:13706182565,E—mall:gq-
ca059@126.con
纺织助剂新型氨基硅油产品
第8期曲文杰等:一种新型发用氨端基硅油的合成与表征
发的顺滑性。
1
砜(DMSO)、氢氧化钾、盐酸、乙醇均为分析纯。
RVDV.11I型brookfield流变仪;FTLA2000型傅
实验部分
1,3.双(3.氨丙基)一1,1,3,3一四甲基二硅氧烷,
1.1试剂与仪器
里叶红外光谱仪;AVANCEⅢ400MHz核磁共振仪。
1.2实验方法
化学纯;邮一氨乙基.7一氨丙基甲基二甲氧基硅烷
(DL-602)、八甲基环四硅氧烷(D。),工业级;二甲亚
C.H3
反应方程式如下:
CHa
l
rI,NCH2CH:CHtSi—O—SiC耳CHzCHtNH2+m/4D4+
CH3
CH3
OCHs
n
H2N(cH卫)2NH(cH)。cH,一:i—cH。—』!!兰一
l
OCH。
3
3
,
1
P等量CH寸量CH竹CfioHf毒CH惯2
1.2.1碱胶的制备将原料D。和KOH按m(D。):m(KOH)=100:1的比例加入到三口烧瓶中。在
135
于培养皿中,然后置于180oC烘箱中烘2h,干燥器中冷却15rain,冷却后称重(m:)。
oC、减压、N:气保护的条件下反应8h,得到透
明状碱胶催化剂,放置干燥器中备用。
转化率:—/'//,2-—/7"/,0×100%
,n1
1.2.2氨基硅油的合成按配比称取1,3一双(3一氨
丙基)。1,1,3,3.四甲基二硅氧烷、碱胶、DMSO、DL一
式中m。——空培养皿质量,g;
m,——样品质量,g;
m:——培养皿与难挥发物总质量,g。
1.3.5氨值的测定称取适量(精确到0.000
1
602、D。于装有回流冷凝管、搅拌器的三口烧瓶中,放人油浴锅中反应一定时间,反应结束时加入盐酸乙醇溶液进行等摩尔中和,再减压除去低沸物,即可得产物。
1.3产物的表征
1.3.1
g)
氨基硅油溶解在20mL甲苯中,再加25mL异丙醇,摇匀后加入5d溴酚蓝指示剂(即溴酚蓝的乙醇溶液),用标定好的1.03
X
10。mol/L的盐酸乙醇溶
IR表征取少量合成的氨端基改性硅油溶
于石油醚中,采用KBr涂膜法制样,对产品进行红外光谱测定。
1.3.2
1H
液来滴定,由蓝色变为亮黄色时即为终点,记下滴定用溶液体积,平行测定3次。依据如下公式计算氨
值‘9|:
NMR表征以氘代氯仿(CDCl3)为溶
剂,TMS为内标,常温下测定氨端基改性硅油的核
磁(1HNMR)谱图。
氨值(mmol/g)=掣
口——滴定用盐酸乙醇溶液体积,mL;%——空白用盐酸乙醇溶液体积,mL;m——氨基硅油的质量,g。
IR产物的IR图,见图1。
1.3.3粘度的测定采用RVDV.111型数字流变仪通过连续采集数据方法测定产物的动力粘度(p),并记录扭矩值达到设定值(50%)时的数值,即产物
的粘度。
1.3.4
式中c——盐酸乙醇溶液的浓度,mol/L;
单体转化率的测定取干净培养皿于
2结果与讨论
2.1产物的结构表征
2.1.1
180℃烘箱中烘2h,之后干燥器中冷却15min后称重(m。)。称取一定量(m,)的氨基硅油产品,平铺
纺织助剂新型氨基硅油产品
1394
应用化工第41卷
图1产物的IR谱图
Fig.1
IRspectrumoftheproduct
由图1可知,2963.3,2905.8em“处为CH,伸
缩振动峰;1412.7
em’1处为C—H面内弯曲振动
峰;1
260.8,864.6,799.5
cm。1处为Si(CH3)的CH3
对称变形振动和平面摇摆振动,及Si~C伸缩振动
峰;1
093.3,1019.9
cm。1为Si一0一Si伸缩振动
峰。产物氨基硅油的红外谱图中没出现明显的N—H特征吸收峰,这是因为当氨基硅油中的氨基含量低于5%时,氨基在红外检测限¨叫外,故不能在红外谱图中得到NH:的特征吸收峰信息。这需要结合核磁谱图来共同表征氨基硅油的结构。
2.1.2
1
H
NMR产物的1
H
NMR分析,见图2。
化学位移
图2产物的’HNMR谱图
1
Fig.2
HNMRspectrumoftheproduct
由图2可知,化学位移0.04—0.20处的多重峰
是氨端基改性硅油中si—CH,上的H原子引起,分子量的大小会影响峰裂分;o.49处的多重峰为si~CH:上质子峰;1.49处多重峰为CH2一cH:中q和dH;3.45处为NH2、NH中质子峰;7.24处为CDCl3溶剂峰;2.57,2.63和2.76处三重峰分别为CH:NHCH:CH2NH:中c、a和b的质子峰,且峰面积比值为1:1:1,说明DL-602已接枝上去,综上表明得到了预期目标产物。
2.2催化剂用量对产物粘度及转化率影响
催化剂用量对产物粘度及转化率影响,见图3
(封端剂、DL-602、DMSO用量分别为D。量的
0.075%,1.0%,0.5%,反应时间4h,反应温度
100
oC,反应结束后抽真空30min,压力0.1MPa)。
由于KOH加人量比较少,且为了得到分子量分布较
窄的氨端基硅油,本实验KOH以碱胶的形式加入。
KoH用嚣(以D.计),%
图3催化剂用量对产物粘度和转化率的影响
Fig.3
Effectofthecatalyst011
theviscosityand
collver¥ion
late
oftheproduct
由图3可知,随着催化剂用量的增加,产物的粘度先增大后减小,而转化率逐渐增大,最后达到平
衡。这是由于催化剂用量较少时,活性中心数量少,
参加反应的D。数量就少,聚合度低,粘度就小,且转化率较低,催化剂用量增加后,产生的活性中心就增多,从而粘度增大,转化率提高,再增加用量,粘度则会降低,这一现象符合环硅氧烷进行阴离子聚合的一般规律:聚合物的相对分子质量随着rt(碱金属原子):n(Si)的比值的增加而减小【11|。所以,选择催
化剂的量为0.03%D。。
2.3温度对产物粘度及转化率影响
温度对产物粘度及转化率影响见图4(封端剂、DL-602、DMSO、催化剂用量分别为D。量的0.075%,
1.0%,0.5%,0.03%,反应时间4h,反应结束后抽真空30min,压力0.1MPa)。
由图4可知,产物的粘度和转化率随着温度的升高逐渐变大。这是由于温度升高,催化剂的活性增大,分子活化需要的时间变短,聚合速度加快,产物的分子量变大。由于温度过高,副产物就增加,且
容易出现黄变,所以,选择温度为100℃。
纺织助剂新型氨基硅油产品
第8期曲文杰等:一种新型发用氨端基硅油的合成与表征
温度/℃
图4温度对产物粘度和转化率的影响
Fig.4
Effectofthetemperature
on
theviscosityand
conversion
rate
oftheproduct
2.4
时间对产物粘度及转化率影响
时间对产物粘度及转化率影响见图5(封端剂、
DL-602、DMSO、催化剂用量分别为D。量的0.075%,1.O%,0.5%,0.03%,反应温度100℃,反应结束后抽真空30min,压力O.1MPa)。
时l目,h
图5时间对产物粘度和转化率的影响
Fig.5
Effectofthetime
on
theviscosityand
conversiop
rate
oftheproduct
由图5可知,产物的粘度在8h之后出现突变,急剧增大,而转化率变化不大,这说明2h之后,D。基本上已全部参加反应。随着反应时间的增长,反应平衡不断右移,分子量逐渐增大。综合考虑,选择
时间为10
h。
2.5促进剂用量对产物粘度及转化率影响
促进剂(DMSO)用量对产物粘度及转化率影响见图6(封端剂、DL-602、催化剂用量分别为D。量的0.075%,1.0%,0.03%,反应温度100oC,反应时间
4
h,反应结束后抽真空30rain,压力0.1MPa)。由图6可知,产物的粘度和转化率随DMSO用
量的增大,先增大后减小。DMSO作为非质子极性溶剂,氧原子上的孤对电子包围在活性中心硅醇钾
中钾离子周围,使得硅氧离子的自由度增大¨2|,活
性增大,因此反应加快,粘度和转化率增大,但是DMSO用量过多会带来更多的副反应,使产物的粘度和转化率有所降低,因此选择DMSO用量为D。量
的0.5%。
眯辞誉辛聿
DMSO(以D.计),%
图6
DMSO用量对产物粘度和转化率的影响
Fig.6
Effect
oftheDMSO
on
theviscosityand
conversion
rate
oftheproduct
2.6氨值的测定
经3次测定取平均值得最佳工艺下所得产物的
氨值为0.10
mmol/g。
3
结论
以八甲基环四硅氧烷、1,3一双(3一氨丙基)一1,1,
3,3.四甲基二硅氧烷、邮一氨乙基一y一氨丙基甲基二
甲氧基硅烷(DL-602)为原料,KOH作为催化剂,二甲基亚砜(DMSO)为促进剂,采用本体聚合法合成了无色无臭透明的氨丙基封端的新型氨端基硅油,
用IR和1HNMR对其结构进行了表征,且最佳合成工艺为反应温度100℃,反应时间10
h,KOH、DM.
s0用量分别为D。单体用量的0.03%,0.5%;l,3.双(3-氨丙基)一l,1,3,3.四甲基二硅氧烷、DL-602用
量分别兔D。单体用量的0.075%,1.O%。此条件
下,产物的粘度可达到531.91Pa s,氨值为
0.10
mmol/g,且D。单体转化率可达90%。
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纺织助剂新型氨基硅油产品
1398
应用化工
第41卷
增加,催化剂的质量分数达到2.O%时,产率基本不结果表明,该法时间短、操作简单、无污染、能耗小,
再改变,故可确定催化剂的最佳用量为反应原料质
具有潜在的工业应用前景。量分数的2.0%。
2.6催化剂重复使用对收率的影响
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reuse
ofcatalyst
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作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):被引用次数:
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本文链接:http:///Periodical_sxhg201208025.aspx