Los aceites de silicona modificados con poliéter- combinan la baja tensión superficial y la resistencia a la intemperie del organosilicio con la hidrofilicidad y las propiedades emulsionantes de los segmentos de poliéter, lo que los hace ampliamente utilizados en acabados textiles, antiespumantes y auxiliares de revestimiento. La hidrosililación (adición de doble enlace Si-H y C=C) es el proceso principal para preparar aceites de silicona de poliéter, y el contenido de hidrógeno del aceite de silicona de hidrógeno lateral-determina directamente la densidad del injerto y el rendimiento del producto. Los aceites de silicona de hidrógeno lateral. 0.1%%-son variedades con un contenido de hidrógeno ultra-bajo, con una distribución uniforme de enlaces Si-H y un impedimento estérico moderado en la cadena molecular. Esto evita los problemas de fácil reticulación-y alta viscosidad asociados con los aceites de silicona con alto-hidrógeno, lo que los hace adecuados para preparar aceites de silicona modificados con poliéter-de baja-viscosidad, alta-fluidez y moderadamente hidrofílicos, y se ha convertido en un punto de investigación en la industria en los últimos años.
Estructura y reactividad del aceite de silicona con 0,1 % de lado-hidrógeno
El aceite de silicona con hidrógeno lateral- al 0,1 % es un polímero lineal de polidimetilsiloxano con enlaces Si-H unidos a sus cadenas laterales. Su contenido de hidrógeno es estable entre 0,09 y 0,11 % en peso y su peso molecular numérico-promedio normalmente se controla entre 5000 y 8000 g/mol. En comparación con los aceites de silicona con alto contenido de hidrógeno (0,5 a 1,2% en peso), tiene una menor densidad de enlaces Si-H, mejor flexibilidad de la cadena molecular, reactividad más suave y es menos propenso a reacciones secundarias (como deshidrogenación y reticulación).
La reacción de hidrosililación sigue un mecanismo catalizado por platino-. Bajo la catálisis del ácido cloroplatínico, el enlace Si-H del aceite de hidrosilicona al 0,1 % se somete a una adición anti-Markovnikov con el doble enlace C=C del poliéter alílico (como el éter aliloxipolioxietileno) para formar un enlace Si-C estable, como se muestra en la siguiente ecuación de reacción:
≡Si−H+CH2=CH−CH2−O−(EO/PO)n−RH2PtCl6≡Si−CH2−CH2−CH2−O−(EO/PO)n−R
Esta reacción no libera moléculas pequeñas, produce productos de alta-pureza y la estabilidad del enlace Si-C es muy superior a la del enlace Si-O-C, exhibiendo una mejor resistencia a la hidrólisis y a las variaciones de temperatura.
Control del proceso de reacción de adición de aceite de silicona y hidrógeno lateral- al 0,1 %
3.1 Selección y dosificación de materias primas
Se prefieren alil poliéteres con un peso molecular de 500-2000 y un contenido de dobles enlaces mayor o igual al 98% para evitar la desactivación del catalizador causada por impurezas de peróxido. La relación molar de la materia prima se controla en n(C=C):n(Si-H)=1.1~1,2:1. Un ligero exceso de poliéter garantiza una alta tasa de conversión de enlaces Si-H y al mismo tiempo evita que los residuos de Si-H sin reaccionar afecten la estabilidad del producto.
3.2 Sistema Catalizador
El catalizador principal es el ácido cloroplatínico (H₂PtCl₆・6H₂O), en una dosis de 20~40 ug/g (basado en Pt). Una dosis demasiado baja da como resultado una velocidad de reacción lenta, mientras que una dosis demasiado alta puede provocar un color más oscuro del producto. Se añade una pequeña cantidad de 2-metil-3-butin-2-ol como inhibidor para suprimir reacciones secundarias a altas temperaturas y prolongar la vida útil del catalizador.
3.3 Temperatura y Tiempo
La temperatura de reacción se controló entre 90 y 110 grados. El aceite de silicona modificado con hidrógeno-al 0,1% exhibe una actividad suave; por debajo de 80 grados, la tasa de conversión es inferior al 70%, y por encima de 120 grados, se produce fácilmente la degradación del poliéter y la reticulación del aceite de silicona. El tiempo de reacción fue de 5 a 7 horas. El progreso de la reacción se controló mediante espectroscopia infrarroja (pico característico de Si-H a 2166 cm⁻¹); la reacción se completó cuando desapareció la intensidad máxima.
3.4 Disolvente y post-tratamiento
Se usó tolueno o isopropanol como disolvente (20% ~ 30% de la masa del reactivo) para reducir la viscosidad del sistema y promover una reacción uniforme. Después de la reacción, el disolvente y los monómeros que no reaccionaron se eliminaron mediante destilación al vacío y el residuo del catalizador se eliminó mediante filtración para obtener un aceite de silicona modificado con poliéter- transparente y homogéneo.
Rendimiento del producto y ventajas de la aplicación
4.1 Características de desempeño
El aceite de silicona de poliéter preparado a partir de aceite de silicona de hidrógeno lateral- al 0,1% tiene las características de baja viscosidad (50~200 mPa・s), alta transparencia e hidrofilicidad ajustable. La densidad del injerto de poliéter es baja, las fuerzas de la cadena intermolecular son débiles, el producto no es propenso a gelificarse y su estabilidad en almacenamiento puede alcanzar más de 12 meses. La tensión superficial se puede reducir a 22 ~ 25 mN/m y también tiene buenas propiedades humectantes, esparcidoras y emulsionantes.
4.2 Escenarios de aplicación
En la industria textil, como suavizante hidrófilo, imparte suavidad, tersura y propiedades antiestáticas a los tejidos sin afectar su transpirabilidad; en el campo de los antiespumantes, se utiliza como antiespumante en sistemas-a base de agua; su baja viscosidad hace que sea fácil de dispersar, con una velocidad desespumante rápida y una supresión de espuma duradera-; en la industria de recubrimientos, como agente nivelador, mejora la humectabilidad de los recubrimientos y evita defectos como poros y piel de naranja.
Conclusiones y perspectivas
El aceite de silicona de hidrógeno lateral- al 0,1% posee ventajas irreemplazables en la preparación de aceites de silicona modificados con poliéter-debido a su suave reactividad y distribución uniforme de enlaces Si-H. Al controlar la proporción de materia prima (C=C:Si-H=1.1~1,2:1), la cantidad de ácido cloroplatínico (20~40ug/g), la temperatura de reacción (90~110 grados) y el tiempo de reacción (5~7h), se puede lograr una tasa de conversión del enlace Si-H mayor o igual al 95%, lo que resulta en un alto-rendimiento. Aceites de silicona poliéter de baja-viscosidad.
Las investigaciones futuras pueden centrarse en sistemas complejos de catalizadores (como los complejos de platino-fosfina) para reducir aún más la temperatura de reacción y acortar el tiempo de reacción; simultáneamente, puede explorar las reacciones de injerto de diferentes poliéteres (como poliéteres en bloque y poliéteres fluorados) con aceite de silicona de hidrógeno lateral- al 0,1% para desarrollar aceites de silicona modificados con poliéter-multifuncional y ampliar sus aplicaciones en campos de alta-como las nuevas energías y la biomedicina.
