Polyether trisiloxane (thường được gọi là polyether trisiloxane, chẳng hạn như trisiloxane ethoxylate hoặc trisiloxane polyalkyleneoxide) là một chất hoạt tính bề mặt silicon rất quan trọng.Cấu trúc cốt lõi của nó bao gồm một nhóm trisiloxane chống nước (thường là heptamethyltrisiloxanyl), `(CH₃)₃Si-O-Si(CH₃)(OSi(CH₃)₃)-O-Si(CH₃)₃`) linked via a spacer group (usually propyl) to a hydrophilic polyether chain (typically polyethylene oxide `-EO-` or polyethylene oxide-polypropylene oxide `-EO-PO-` copolymer).

Cấu trúc cốt lõi đơn giản:`(Me3SiO) 2Si(Me) -R-(EO) _m(PO) _nH`

`Me`: Methyl `CH3-`

`R`: Nhóm spacer, thường là `-(CH2) 3- (`(propyl)

`EO`: Đơn vị ethylene oxide `-CH2CH2O-`

`PO`: Propylene oxide unit `-CH2CH(CH3)O-`

`m, n`: Mức độ polymerization

Phương pháp tổng hợp

Việc tổng hợp polyether trisiloxane chủ yếu dựa trên phản ứng hydroxylation, một trong những phương pháp được sử dụng rộng rãi và trưởng thành nhất trong hóa học silicon.

1- Các nguyên liệu chính:

Hydrosiloxane: được sử dụng phổ biến nhất là 1,1,1,3,5,5,5-heptamethyltrisiloxane (`(CH3) 3SiOSiH ((CH3) OSi ((CH3) 3`, viết tắt là MD'HM hoặc trisiloxane hydride), cung cấp liên kết Si-H phản ứng.

Polyether không bão hòa: phổ biến nhất là allyl polyether (`CH2=CH-CH2-(OCH2CH2)_m-(OCH2CH(CH3))_n-OH` hoặc `CH2=CH-CH2-(OCH2CH2)_m-OH`).Nhóm allyl cuối cùng (`CH2=CH-CH2-`) cung cấp liên kết képTrọng lượng phân tử của chuỗi polyether (tỷ lệ EO / PO và mức độ đa hóa) xác định độ duyên thủy, khả năng hòa tan trong nước và hoạt tính bề mặt của sản phẩm cuối cùng.

2Phản ứng lõi (Hydrosilylation):

(Me3SiO) 2Si(Me) H + CH2 = CH-CH2-EO) _m(PO) _nH → (Me3SiO) 2Si(Me) -CH2CH2CH2-EO) _m(PO) _nH

Phản ứng xảy ra giữa liên kết Si-H của MD'HM và liên kết kép cuối của polyether allyl.

Phản ứng theo quy tắc của Markovnikov, với sản phẩm chính là đồng phân, trong đó liên kết Si-C kết nối với carbon cuối cùng của nhóm allyl (tức là, `-CH2CH2CH2-` spacer).

3.Catalyst:

Các chất xúc tác được sử dụng phổ biến nhất là platin, chẳng hạn như:

Chloroplatinic acid (H2PtCl6) trong dung dịch isopropanol.

Nhà xúc tác Karstedt (bạch kim)) 0-1,3-divinyl-1,1,3,3-tetramethyldisiloxane phức tạp): Hoạt động cao, tính chọn lọc tốt, liều lượng thấp, là sự lựa chọn đầu tiên cho ngành công nghiệp.

Các phức hợp bạch kim khác (ví dụ, chất xúc tác Speier).

4- Điều kiện phản ứng:

(1). Nhiệt độ: Thông thường được tiến hành ở nhiệt độ 80 °C-120 °C. Nhiệt độ thấp hơn làm chậm phản ứng, trong khi nhiệt độ cao hơn có thể gây ra các phản ứng phụ (ví dụ: đồng phân hóa, sắp xếp lại siloxane,mất nước polyether).

(2) Áp lực: Áp lực khí quyển là đủ.

(3) Bầu khí quyển: Thông thường được thực hiện dưới sự bảo vệ nitơ hoặc argon để ngăn chặn quá trình khử hoạt động của chất xúc tác (oxygen, nước,hoặc các hợp chất lưu huỳnh / nitơ / phốt pho có thể đầu độc chất xúc tác bạch kim) và oxy hóa nguyên liệu thô.

(4) dung môi: Nếu độ nhớt của nguyên liệu thô thấp, không cần dung môi. Nếu không, các dung môi trơ như toluen hoặc isopropanol có thể được sử dụng.

5.Phương pháp phản ứng và sau khi xử lý:

(1).MD'HM, polyether allyl và chất xúc tác được thêm vào lò phản ứng.

(2) Dưới sự bảo vệ khí trơ, hỗn hợp được làm nóng đến nhiệt độ phản ứng bằng cách khuấy.

(3) Tiến trình phản ứng được theo dõi bằng cách biến mất đỉnh hấp thụ hồng ngoại của liên kết Si-H (~ 2100 ∼ 2200 cm−1) hoặc bằng cách đo hàm lượng Si-H trong hỗn hợp phản ứng.Thời gian phản ứng dao động từ vài giờ đến hơn mười giờ.

(4) Sau khi hoàn thành, hỗn hợp được làm mát.

(5) Sau khi xử lý:

Sự trung hòa/Adsorption: Các chất hấp thụ (ví dụ: than hoạt hóa) hoặc các bazơ yếu có thể được thêm vào để loại bỏ hoặc trung hòa các dư lượng chất xúc tác theo dõi, ngăn ngừa các phản ứng phụ (ví dụ:polyether mất nước và màu vàng) trong quá trình lưu trữ hoặc áp dụng.

lọc: Loại bỏ chất hấp thụ hoặc tạp chất rắn.

Loại bỏ dung môi: Nếu sử dụng dung môi, nó được chưng cất dưới áp suất giảm.

Loại bỏ thành phần đun sôi thấp: MD'HM dư thừa (nếu sử dụng quá nhiều) hoặc tạp chất đun sôi thấp có thể được loại bỏ dưới chân không.

(6) Sản phẩm cuối cùng, polyether trisiloxane, được lấy dưới dạng chất lỏng nhớt không màu đến vàng nhạt.

Tính chất và ứng dụng chính

Polyether trisiloxane cho thấy hoạt tính bề mặt đặc biệt do cấu trúc độc đáo của nó "trong lõi hydrofobic trisiloxane hình T + chuỗi polyether hydrophilic linh hoạt",làm cho nó không thể thiếu trong các lĩnh vực khác nhau, đặc biệt là nông nghiệp.

1. Ultra-Low bề mặt căng:

Tính năng đáng chú ý nhất của nó. Nó có thể làm giảm đáng kể độ căng bề mặt của nước xuống mức cực kỳ thấp (~ 20 ¢ 25 mN / m hoặc thấp hơn), thấp hơn nhiều so với các chất hoạt tính bề mặt hydrocarbon thông thường (thường là 30 ¢ 40 mN / m).

Ứng dụng: Điều này tạo thành cơ sở cho việc sử dụng nó như một chất làm ướt và lây lan hiệu suất cao, đặc biệt là trong thuốc xịt nông nghiệp.

2- Đặc tính làm ướt và lây lan tốt hơn:

Căng thẳng bề mặt cực thấp của nó cho phép các dung dịch lan nhanh chóng và hoàn toàn trên bề mặt thủy đạo năng lượng thấp (ví dụ: lá cây sáp, vỏ da côn trùng, nhựa, kim loại, bề mặt có dầu),tạo thành một bộ phim gần như vô hình thay vì các giọt.

Ứng dụng:

(1).Các chất phụ trợ nông nghiệp: Đây là ứng dụng lớn nhất và quan trọng nhất của nó. Nó được thêm vào như một chất phụ trợ hỗn hợp thùng cho các dung dịch thuốc trừ sâu (thuốc diệt côn trùng, thuốc diệt nấm, thuốc diệt cỏ, chất điều chỉnh tăng trưởng thực vật, phân bón lá).

Tăng hiệu quả: Thúc đẩy làm ướt, lây lan và thâm nhập các dung dịch phun trên cây trồng khó ướt (ví dụ: gạo, lúa mì, bắp cải với lớp sáp dày) hoặc vỏ da của sâu bệnh,giảm dòng chảy và tăng phạm vi bảo hiểm, do đó cải thiện đáng kể hiệu quả thuốc trừ sâu (giảm liều lượng) và hiệu quả kiểm soát.

Thúc đẩy hấp thụ: Giúp các thành phần hoạt chất thâm nhập nhanh hơn vào vỏ da của thực vật hoặc côn trùng.

Chống bốc hơi / Chống trôi dạt: Nâng nhanh tạo thành một tấm mỏng làm giảm bốc hơi và gió trôi dạt.

(2) Các chất tẩy rửa công nghiệp: Được sử dụng để làm sạch bề mặt cứng (ví dụ: xe hơi, mặt tiền tòa nhà, kim loại, thủy tinh, nhựa), làm sạch điện tử và khử mỡ, tận dụng sức mạnh siêu ướt và thâm nhập của nó.Thường được tạo thành với dung môi, kiềm, hoặc các chất hoạt tính bề mặt khác.

(3) Sơn và mực:Chức năng như một chất làm bằng, chất làm ướt, hoặc thành phần defoamer / anti-foam, cải thiện làm ướt chất nền, giảm các khiếm khuyết bề mặt (ví dụ: hố, vỏ cam) và hỗ trợ phân tán sắc tố.

3Hoạt động bề mặt động học tuyệt vời và thâm nhập:

Sự hấp thụ và sắp xếp nhanh chóng tại các giao diện, giảm căng bề mặt động nhanh chóng.

Ứng dụng: Hiệu quả trong giao diện di chuyển nhanh hoặc hình thành (ví dụ: phun, sơn tốc độ cao, tạo bọt).

4. Hiệu ứng "siêu lây lan":

Dưới các điều kiện cụ thể (ví dụ: nồng độ tối ưu, một số cấu trúc polyether), dung dịch nước của nó thể hiện sự lây lan nhanh chóng và rộng rãi trên bề mặt chống nước,vượt quá các dự đoán lý thuyết dựa trên độ căng bề mặt.

Ứng dụng: Quan trọng trong thuốc xịt nông nghiệp, cho phép phủ đầy gần như ngay lập tức trên lá.

5. Low Foaming:

So với nhiều chất hoạt bề mặt truyền thống, polyether trisiloxan thường tạo ra bọt tối thiểu.

Ứng dụng: Thích hợp cho các ứng dụng ít bọt hoặc không bọt, chẳng hạn như làm sạch công nghiệp hoặc các công thức làm sạch bọt.

6. Các loại khác:

Chăm sóc cá nhân:Thỉnh thoảng được sử dụng trong các sản phẩm chăm sóc da hoặc kem chống nắng cao cấp như chất làm ướt, chất ổn định nhũ nước, hoặc để truyền cảm giác lụa.

Các phụ tùng dệt:Chức năng làm chất làm ướt, chất thâm nhập hoặc thành phần làm mềm.

Các chất làm giảm bọt/chống bọt:Một thành phần quan trọng trong các chất khử bọt công nghiệp (ví dụ: lên men, xử lý nước thải, sản xuất giấy, lớp phủ), tận dụng độ căng bề mặt thấp và khả năng lan rộng / phá vỡ bọt nhanh chóng.Thường được xây dựng với các hạt nhựa (e.g., silic hydrophobic) và dầu mang.

Những điều quan trọng cần xem xét

Sự ổn định:Trong điều kiện axit hoặc kiềm mạnh, xương sống siloxane (đặc biệt là liên kết Si-O-Si) có thể trải qua quá trình thủy phân hoặc phân hủy sắp xếp lại.Phạm vi pH nên được kiểm soát (thường ổn định trong điều kiện trung tính hoặc nhẹ axit / kiềm).

Khả năng phân hủy sinh học:Nhóm trisiloxane tương đối ổn định nhưng cuối cùng phân hủy chậm thành silanol và silica không độc hại.nó có khả năng phân hủy sinh học hơn nhiều polyme silicon, nhưng đặc điểm phụ thuộc vào cấu trúc.

Sự đa dạng cấu trúc:Bằng cách thay đổi chiều dài chuỗi polyether (trọng lượng phân tử), tỷ lệ EO / PO, sắp xếp EO / PO (đống hoặc ngẫu nhiên) và nắp đầu, các tính chất như giá trị HLB, khả năng hòa tan trong nước, hoạt tính bề mặt,và điểm đám mây có thể được tinh chỉnh cho các ứng dụng khác nhauVí dụ, tăng hàm lượng EO làm tăng khả năng hòa tan trong nước, trong khi tăng hàm lượng PO cải thiện độ tương quan dầu và giảm bọt.

Tóm lại

Polyether trisiloxane được tổng hợp thông qua hydroxylation, trong đó heptamethyltrisiloxane (MD'HM) phản ứng với polyether allyl dưới xúc tác bạch kim.Giá trị cốt lõi của nó nằm ở độ căng bề mặt cực thấp và làm ướt đặc biệtCác đặc tính này làm cho nó không thể thiếu trong các chất phụ trợ phun nông nghiệp, làm tăng đáng kể hiệu quả và sử dụng thuốc trừ sâu.nó tìm thấy các ứng dụng quan trọng trong làm sạch công nghiệpBằng cách sửa đổi cấu trúc chuỗi polyether, hiệu suất của nó có thể được điều chỉnh cho các nhu cầu cụ thể.Người sử dụng nên lưu ý đến những hạn chế ổn định của nó trong điều kiện axit hoặc kiềm mạnh.