Polieter-modifiye silikon yağları, organosilikonların düşük yüzey gerilimini ve hava koşullarına dayanıklılığını polieter segmentlerinin hidrofilikliği ve emülsifiye edici özellikleriyle birleştirerek bunların tekstil terbiyesinde, köpük gidericilerde ve kaplama yardımcılarında yaygın olarak kullanılmasını sağlar. Hidrosililasyon (Si-H ve C=C çift bağ ilavesi), polieter silikon yağlarının hazırlanmasına yönelik temel işlemdir ve yan-hidrojen silikon yağının hidrojen içeriği, aşılama yoğunluğunu ve ürün performansını doğrudan belirler. 0.1% yan-hidrojen silikon yağları, tekdüze Si-H bağ dağılımına ve moleküler zincirde orta derecede sterik engellemeye sahip ultra-düşük hidrojen içerikli çeşitlerdir. Bu, yüksek{10}}hidrojen silikon yağlarıyla ilişkili kolay çapraz bağlanma ve yüksek viskozite sorunlarını ortadan kaldırır; bu da onları düşük-viskozite, yüksek-akışkanlık ve orta derecede hidrofilik polieter-modifiye silikon yağlarının hazırlanması için uygun hale getirir ve son yıllarda sektörde bir araştırma merkezi haline gelmiştir.
%0,1 Yan-Hidrojen Silikon Yağının Yapısı ve Reaktivitesi
%0,1 yan-hidrojen silikon yağı, yan zincirlerine Si-H bağları bağlı olan doğrusal bir polidimetilsiloksan polimeridir. Hidrojen içeriği ağırlıkça %0,09-0,11 oranında stabildir ve sayı-ortalama molekül ağırlığı genellikle 5000 ile 8000 g/mol arasında kontrol edilir. Yüksek-hidrojen silikon yağlarıyla (ağırlıkça %0,5-1,2) karşılaştırıldığında, daha düşük bir Si-H bağ yoğunluğuna, daha iyi moleküler zincir esnekliğine, daha hafif reaktiviteye sahiptir ve yan reaksiyonlara (hidrojen giderme ve çapraz bağlanma gibi) daha az eğilimlidir.
Hidrosililasyon reaksiyonu platin-katalizli bir mekanizmayı takip eder. Kloroplatinik asit katalizinde, %0,1 hidrosilikon yağının Si-H bağı, aşağıdaki reaksiyon denkleminde gösterildiği gibi, kararlı bir Si-C bağı oluşturmak üzere allil polieterin (aliloksi polioksietilen eter gibi) C=C çift bağıyla anti-Markovnikov ilavesine tabi tutulur:
≡Si−H+CH2=CH−CH2−O−(EO/PO)n−RH2PtCl6≡Si−CH2−CH2−CH2−O−(EO/PO)n−R
Bu reaksiyon küçük molekülleri açığa çıkarmaz, yüksek-saflıkta ürünler üretir ve Si-C bağının stabilitesi Si-O-C bağınınkinden çok daha üstündür ve hidrolize ve sıcaklık değişimlerine karşı daha iyi direnç gösterir.
%0,1 Yan-Hidrojen Silikon Yağı İlavesi Reaksiyon Proses Kontrolü
3.1 Hammadde Seçimi ve Oranlama
Molekül ağırlığı 500-2000 olan ve çift bağ içeriği %98'e eşit veya daha büyük olan alil polieterler, peroksit safsızlıklarının neden olduğu katalizör deaktivasyonunu önlemek için tercih edilir. Hammadde molar oranı n(C=C):n(Si-H)=1.1~1,2:1'de kontrol edilir. Biraz fazla polieter, Si-H bağlarının yüksek dönüşüm oranını sağlarken reaksiyona girmemiş Si-H kalıntısının ürün stabilitesini etkilemesini önler.
3.2 Katalizör Sistemi
Ana katalizör, 20~40 ug/g dozajında (Pt'ye dayalı olarak) kloroplatinik asittir (H₂PtCl₆・6H₂O). Çok düşük bir dozaj, yavaş bir reaksiyon hızıyla sonuçlanırken, çok yüksek bir dozaj, daha koyu bir ürün rengine yol açabilir. Yüksek sıcaklıklarda yan reaksiyonları bastırmak ve katalizör ömrünü uzatmak için inhibitör olarak az miktarda 2-metil-3-butin-2-ol eklenir.
3.3 Sıcaklık ve Zaman
Reaksiyon sıcaklığı 90~110 derecede kontrol edildi. %0,1 hidrojen-modifiye edilmiş silikon yağı hafif aktivite sergiler; 80 derecenin altında dönüşüm oranı %70'ten azdır ve 120 derecenin üzerinde polieter bozunması ve silikon yağında çapraz bağlanma kolaylıkla meydana gelir. Reaksiyon süresi 5~7 saatti. Reaksiyonun ilerleyişi kızılötesi spektroskopiyle izlendi (karakteristik Si-H zirvesi 2166 cm⁻¹'de); tepe yoğunluğu kaybolduğunda reaksiyon tamamlandı.
3.4 Çözücü ve Son-işlem
Sistem viskozitesini azaltmak ve düzgün reaksiyonu teşvik etmek için solvent olarak toluen veya izopropanol kullanıldı (reaktan kütlesinin %20~%30'u). Reaksiyonun ardından solvent ve reaksiyona girmemiş monomerler, vakumlu damıtma yoluyla çıkarıldı ve katalizör kalıntısı, şeffaf ve homojen bir polieter-modifiye silikon yağı elde etmek üzere filtrasyon yoluyla çıkarıldı.
Ürün Performansı ve Uygulama Avantajları
4.1 Performans Özellikleri
%0,1 yan-hidrojen silikon yağından hazırlanan polieter silikon yağı, düşük viskozite (50~200 mPa・s), yüksek şeffaflık ve ayarlanabilir hidrofiliklik özelliklerine sahiptir. Polieter aşılama yoğunluğu düşüktür, moleküller arası zincir kuvvetleri zayıftır, ürün jelleşmeye yatkın değildir ve depolama stabilitesi 12 aydan fazla sürebilir. Yüzey gerilimi 22~25 mN/m'ye düşürülebilir ve ayrıca iyi ıslatma, yayma ve emülsifiye etme özelliklerine sahiptir.
4.2 Uygulama Senaryoları
Tekstil endüstrisinde hidrofilik yumuşatıcı olarak, kumaşların nefes alabilirliğini etkilemeden yumuşaklık, pürüzsüzlük ve antistatik özellikler kazandırır; köpük giderme alanında, su-bazlı sistemlerde köpük giderici olarak kullanılır; düşük viskozitesi dağılmayı kolaylaştırır, hızlı köpük giderme hızına sahiptir ve köpüğün-uzun süreli olarak bastırılmasını sağlar; Kaplama endüstrisinde egaliz maddesi olarak kaplamaların ıslanabilirliğini artırır ve iğne delikleri ve portakal kabuğu gibi kusurları önler.
Sonuçlar ve Görünüm
%0,1 yan-hidrojen silikon yağı, hafif reaktivitesi ve düzgün Si-H bağ dağılımı nedeniyle polieter-modifiye silikon yağlarının hazırlanmasında yeri doldurulamaz avantajlara sahiptir. Hammadde oranını (C=C:Si-H=1.1~1,2:1), kloroplatinik asit miktarını (20~40ug/g), reaksiyon sıcaklığını (90~110 derece) ve reaksiyon süresini (5~7 saat) kontrol ederek, %95'ten büyük veya buna eşit bir Si-H bağ dönüşüm oranı elde edilebilir, bu da yüksek-performansla sonuçlanır, düşük-viskoziteli polieter silikon yağları.
Gelecekteki araştırmalar, reaksiyon sıcaklığını daha da azaltmak ve reaksiyon süresini kısaltmak için katalizör kompleks sistemlerine (platin-fosfin kompleksleri gibi) odaklanabilir; aynı anda, çok işlevli polieter-modifiye silikon yağları geliştirmek ve bunların yeni enerji ve biyotıp gibi üst düzey alanlardaki uygulamalarını genişletmek için farklı polieterlerin (blok polieterler ve florlu polieterler gibi) %0,1 yan-hidrojen silikon yağı ile aşılama reaksiyonlarını keşfedebilir.
