用异十三醇聚氧乙烯醚稳定的聚甲基氢硅氧烷三甲基硅氧基封端乳液的制备与表征

《Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects》：Preparation and characterization of polymethylhydrosiloxane trimethylsiloxy terminated emulsions stabilized with iso-tridecanola polyoxyethylene ethers

本研究通过机械乳化法制备了含PMHS的乳液，考察了复合乳化剂比例和用量对乳液稳定性的影响。结果表明，当PMHS含量35%、OXO1303与OXO1310质量比6:4、乳化剂用量4%、搅拌速率3000r/min时，乳液呈现 milky white液体，粒径稳定在1.23μm左右，接触角达154.16°，水接触角50次清洗后仍保持144.20°，证明其优异的稳定性和疏水性。该研究为PMHS乳液的规模化制备和应用提供了理论依据。

　　

Xiao WANG|Xiaoya LIANG|Jiaqian YANG|Lifei ZHI|LI Zhiyun|Guoyong WANG

太原科技大学化学工程与技术学院，中国太原 030024

摘要

本研究通过机械乳化方法制备了端羟基聚甲基氢硅氧烷（PMHS）乳液，其中PMHS（H=1.6%）作为分散相，异十三醇聚氧乙烯醚OXO1303和OXO1310作为复合乳化剂，水作为分散介质。研究了乳化剂复合体的质量比和乳化剂用量对PMHS乳液稳定性的影响，并从乳化剂表面性质、乳液粒径分布和微观结构的角度探讨了乳液稳定的原理。结果表明，制备PMHS乳液的最佳条件如下：PMHS含量为35%，OXO1303与OXO1310的质量比为6:4，乳化剂用量为PMHS乳液质量的4%，乳化搅拌速度为3000 r/min。在这种条件下制备的PMHS乳液呈乳白色液体，具有较好的离心稳定性和稀释稳定性，粒径约为1.23 μm，90天后粒径变化不大。对PMHS乳液处理过的显微镜载玻片表面进行改性实验后发现，水在载玻片上的接触角可达到154.16°，经过50次冲洗后接触角仍保持在144.20°，表明该乳液具有良好的拒水性。本研究为PMHS乳液的应用提供了坚实的理论基础和技术支持。

引言

端羟基聚甲基氢硅氧烷（PMHS）是一种具有线性分子结构的有机硅聚合物，呈无色透明液体，其结构式如图1所示。作为一种功能性硅材料，PMHS与二甲基硅油的主要区别在于其分子侧链中含有高密度的Si-H键（氢含量通常为1.5-1.8%）。PMHS在温和条件下可形成薄膜，并表现出优异的交联反应性。它广泛应用于纺织整理、建筑材料、皮革、纸张、纤维和生物医学涂层等领域，显著提高了材料的疏水性、柔软性和耐久性[1][2][3]。与传统二甲基硅油相比，PMHS在固化过程中无需催化剂即可实现自交联，从而在材料开发中具有显著优势。

乳液是指一种多相分散体系，其中一种液体分散在另一种不相溶的液体中。它通常由水、油和乳化剂三种成分组成[4]。硅油乳液是通过将硅油与表面活性剂乳化而成的稳定均匀分散体系，通常含有20%-30%的硅油[5]。迄今为止文献中报道的硅油乳液主要集中在二甲基硅油和氨基硅油上[6][7][8][9]，对PMHS乳液的研究相对较少。

PMHS本身具有很强的疏水性和低表面能，难以直接在水相中乳化和分散。因此，乳化剂在制备PMHS乳液过程中起着关键作用。传统乳化剂（如Span-80和Tween-80）可以实现初步乳化[10][11][12][13]，但所得乳液往往存在粒径较大和储存稳定性差的问题。异十三醇聚氧乙烯醚具有优异的乳化能力和良好的润湿性能，有效解决了这些问题。异十三醇聚氧乙烯醚是一种常用的环保型、节能型非离子表面活性剂，具有优良的表面活性。其长碳链结构提供了良好的空间稳定性和乳化稳定性，大量的侧链和强的渗透能力使其具备出色的润湿和乳化性能，同时具有良好的生物降解性[14][15]。该物质广泛应用于日化产品、纺织助剂、工业清洗和石化等领域[16][17][18]，但关于其在PMHS中的乳化作用的研究仍较为缺乏，相关机制尚不清楚。

异十三醇聚氧乙烯醚的化学式为C??H??O-(CH?CH?O)nH，结构式如图2所示。n值越大，亲水性越强。因此，本研究选择了亲脂性的OXO1303和亲水性的OXO1310作为复合乳化剂。通过优化乳化工艺参数，研究了乳化剂对PMHS乳液稳定性的影响，并初步探讨了其拒水性。本研究旨在为PMHS乳液的大规模制备和功能应用提供科学依据。

主要材料、试剂和仪器

PMHS：H=1.6%，杭州恒岩新材料有限公司；异十三醇聚氧乙烯醚：OXO1303和OXO1310，工业级，山东友硕化工科技有限公司；去离子水：自制；无水Na?SO?：98%，天津凯通化学试剂有限公司；无水CaCl?：96%，天津恒星化学试剂制造有限公司；NaCl：分析级，天津北辰方正试剂厂；罗丹明B：95%，上海阿拉丁生化科技有限公司。

涡流搅拌器

乳化性能测试

乳化剂的性能决定了乳液制备的成功与否。选择乳化剂时，需要考虑乳化剂与分散相和分散介质之间的亲和力以及乳化剂的HLB值。HLB值是衡量乳化剂亲水性和疏水性相对强度的关键指标，计算公式如下： ${\mathrm{HLB}}_{\mathrm{mix}}={\mathrm{HLB}}_A*A\%+{\mathrm{HLB}}_B*B\%$

其中，HLB?和HLB?代表两种乳化剂的HLB值

结论

制备PMHS乳液的最佳条件如下：复合乳化剂中OXO1303与OXO1310的质量比为6:4，乳化剂用量为乳液总质量的4%，PMHS含量为35%，乳化搅拌速度为3000 r/min。在这种条件下制备的PMHS乳液粒径分布为1.23-1.30 μm，呈乳白色液体，水分散性评分为1，具有优异的离心稳定性。

CRediT作者贡献声明

Xiao WANG：撰写初稿、数据整理、概念构思。Xiaoya LIANG：概念构思。Jiaqian YANG：概念构思。Lifei ZHI：资金筹集。LI Zhiyun：资源协调。Guoyong WANG：资源支持。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。

致谢

本项目得到了国家自然科学基金（编号21872088）和山西省基础研究计划（编号202403021221145）的支持。