硅油及其在日化领域的应用

颜色 乳白 兰白 半透明 透明
氨基硅油乳液粒径分布
嵌段硅油乳液粒径分布
13 嵌段型聚硅氧烷织物整理剂的制备及应用. 李洁. 2013.华东理工大学
7.硅油乳液乳液分类
按照聚硅氧烷的种类分为三种：
（1）非活性聚硅氧烷类 最典型的代表是聚二甲基硅氧烷，硅原子上所连地全为非活性 的甲基它不能自身交联，也不能参与反应。
好，用硅油对原料表面进行疏水处理，提高化妆品的防水
防汗性能。代表性的硅油有二甲基硅油，甲基苯基硅油。
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1.二甲基硅油
• 二甲基硅油也称甲基硅油，是无色透明油分。根据分子 量的不同，可从低粘度到软膏状体。常使用低粘度的二 甲基硅油。
•
就具有较好的柔软性，在化妆品中常取代传统的油性原 料，如石蜡、凡士林等来制造化妆品，如膏霜类、乳液
CH3
Si CH3
O CH3
Si O Si CH3
O CH3 CH3
Si O Si CH3
O CH3
Si CH3
CH3
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3.聚醚改性硅油
聚醚改性硅油由性能差别很大的聚醚链段与聚醚链段，通 过化学键连结而成。 亲水性的聚醚链段赋予其亲水性 聚二甲基硅氧烷链段赋予低表面张力 形成各种各样的表面活性
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2.硅油的结构特点
①Si—O偶极间的相互 补偿，使得Si—O呈螺 ③ Si-O键的键长、键角较 旋结构。 大，原子间的距离长，使得 聚硅氧烷类高分子化合物原 ②每个螺环由6个左右 子间具有很大的自由度，围 硅氧链节组成，甲基向 绕Si-O键旋转所需的能量几 外，起着屏蔽作用，使 乎为零，所以聚硅氧烷主链 Si—O链之间的相互作 十分柔顺 用力小，表面张力小。
• 甲基苯基硅油是甲基硅油的部分甲基被苯基所臵换的产物。甲 基硅油不溶于乙醇，而甲基苯基硅油在乙醇中可溶，和其它原 料成分的相溶性很好，有很广的使用范围。
•
甲基苯基硅氧烷为无色或浅黄色透明液体，对皮肤渗透性好， 用后肤感良好，可增加皮肤的柔软性，加深头发的颜色，保持
自然光泽，常用在高级护肤制品以及美容化妆品中。
织物整理剂（柔软剂）
水性脱模剂 抗静电剂 消泡剂（自乳化型）
……………..
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在其它领域的应用
领域 应用举例
汽车
个人护理 建筑
密封胶、润滑油
护发、彩妆、防晒 粘合剂
电子
医疗保健 油漆涂料
LED灌封胶、键盘
胶粘、透皮贴片 工业底漆、耐热涂料、水性涂料
电力
太阳能 纺织
变压器油、润滑剂、绝缘子
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硅油乳液柔软剂处理前后的SEM图
（a）
棉布纤维的SEM图
（b）
(a) 整理前织物形貌(100µ m) (b) 乳液整理后织物形貌(100µ m)
整理后的织物表面附着了一层薄膜，纤维束更加蓬松，嵌段氨基 /聚醚有机硅共聚物在纤维表面成膜，且织物与硅油紧密的结合 在一起，增加了纤维间的抱合力，改善纤维的柔软蓬松性。
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硅油分子量与粘度表面张力的关系
35 34 33 32 31 30 29 28 27 3500 4500 5500 硅油分子量 6500 7500 硅油1 硅油2 硅油3 硅油4
源自文库
表面张力 mN/m
硅油分子量与表面张力的关系
研究表明，随着硅油分子量的增加，其粘度增大，其水溶液的表面张 力也在增大这是因为在表面活性剂水溶液中，表面张力的降低是依靠疏水 基团占据溶液表面，从而使得表面张力降低。随着硅油分子量的增大，分 子链也变长，聚硅氧烷在水溶液的表面就不容易定向排列，导致表面张力 下降趋势减弱，水溶液的表面张力变大。
（2）活性聚硅氧烷类 如聚甲基氢硅氧烷、羟基硅油等，其中的活性基团可以参与反 应，可以形成网络状的大分子。 （3）改性聚硅氧烷类 即改性硅油乳液，如环氧改性硅油、羟基改性硅油、氨基改性 硅油、聚 醚改性硅油、羧基改性硅油等。改性硅油的有机官 能团能够参与反应，同时，赋予乳液特定的功能。
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8.硅油乳液的发展
聚醚改性聚硅氧烷结构控制及其构效关系研究.余琼.2006. 浙江大学 9
4.硅油的分类
惰性硅油
在使用中一般不参与化学反应
更多的是利用硅油的物理性质，而不是化学性质 如：甲基硅油、苯基硅油、聚醚硅油、长烷基硅油、乙基 硅油等
反应性硅油
有明确的反应性基团
在使用中通常参与化学反应
如：羟基硅油、乙烯基硅油、含氢硅油、氨基硅油、巯基硅油等
水 （乳化前） 分层的两相 （乳化后）
油滴被如乳化剂 分子包围并分散 在水里
连续相和分散相在乳化剂作用下相容
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硅油乳液粒径及分布
乳液粒径及粒径分布是聚合物乳液的重要技术指标，其数值大 小，对乳液的性能，如乳液的颜色、涂膜的光泽、聚合物的粘 接力等产生直接影响。
粒径分布与外观
粒径，(m) >0.25 0.25-0.1 0.1-0.06 <0.06
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5.硅油的特性
高粘度硅油
滑爽性
亲水性硅油
柔软性
吸湿 排汗性
蓬松性
氨基硅油 低粘度硅油
Moustafa M. G. et al. Carbohydr. Polym. 2011, 86(2): 625-629
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6.硅油乳液
硅油乳液是重要的有机硅产品之一。 乳液：两种不混溶的液体，其中一种以细小的形态而稳定地分 散在另一种中液体中。可由硅油、水和乳化剂混合后经高速搅 拌、机械乳化 制得，也可由乳液聚合方法直接制得，乳液聚合 法发展较晚，由此方法制得的有机硅乳液比机械乳化法分散性、 乳化性更好。 油
嵌段类有机硅共聚物的制备及其在织物后处理中的应用.屈蓓.2012. 华东理工大学 16
9.硅油乳液应用领域
（1）在纺织工业的应用 作为纤维油剂、消泡剂、染色牢度增进剂、织物功能整理及风格 改 进剂、熔融防止剂及缝纫平滑剂。 （2）在造纸、皮革等方面的应用 有机硅乳液可用作防粘纸的防黏剂、纸张的防水剂等。在皮革工 业中可以作为滑爽剂、防水剂、抛光剂等。常用的是二甲基硅油 乳液和氨基改性有机硅乳液等。 （3）在化妆品中的应用 有机硅乳液在化妆品中得到广泛应用，添加适宜的有机硅乳液 后，能改善化妆品的一些性能，如使其润滑、抗阳光和紫外线辐 射、透气性好等。
从硅油乳液作为织物柔软剂的发展来看硅油乳液类型的发展历程 第一代有机硅织物柔软剂： 硅油分子中没有反应基团，使用之前要将其制 成稳定乳液，手感、耐洗性和弹性均较差。 第二代有机硅织物柔软剂： 含氢硅油中含有高反应活性的Si-H键，在整理过 程中将相互交联形成网状结构，具有良好的柔软 性，赋予织物弹性和高抗皱性。 第三代有机硅织物柔软剂： 即改性有机硅柔软剂，在主链上引入各类亲 水性基团如环氧基、羧基、氨基等，赋予了 有机硅新的性能，具有弹挺、柔软和抗皱等 特点。
胶粘剂 织物整理剂
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2、甲基苯基硅油
结构单元
C6 H5
结构式
CH 3 O C6 H5 Si CH 3 C6 H5 O O Si CH 3 O O CH 3 Si C6 H5 C6 H5
M 或M
2Ph
Ph
D2Ph 或 DPh
O
Si C6 H5
C6 H5
TPh
O
Si O
O
MT 苯基硅油（DC556） ，化妆品用优质硅油 CH3 C6H5 C6H5 CH3
1938年—— 1970年
1970年——至今
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1938-1970年有机硅领域创新工作
硅氢加成反应催化剂发明 和碳官能团有机硅化合 物合成方法的建立
Rochow发明直接法合成 有机硅单体
硅烷偶联 剂合成和应用
创新
气相白炭黑的制造 及在有机硅材料 中应用
有机硅氧烷环体开环聚 方法合成硅橡胶
有机硅单体缩聚反应 制备有机硅高分子材 料产业化和应用
硅油及其在日化领域的应用
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一、有机硅的发展
19世纪60年代 ——20世纪30年代末
有机硅化合物出现及其化学研究的开 始。 有机硅化学基础理论和工业化合成、 材料加工方法和应用技术的创立，有 机硅产业的形成、壮大。 有机硅和聚合物合成、产品制造工艺、 应用技术不断创新、应用领域拓展， 有机硅化学及其材料领域飞速发展
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二、硅油
1、定义：
硅油是一种不同聚合度链状结构的聚有机硅氧烷。 它是由二甲基二氯硅烷加水水解制得初缩聚环体，环体经裂 解、精馏制得低环体，然后把环体、封头剂、催化剂放在一 起调聚就可得到各种不同聚合度的混合物，经减压蒸馏除去 低沸物就可制得硅油。 硅油一般是无色（或淡黄色），无味、无毒、不易挥发的 液体。具有卓越的耐热性、电绝缘性、耐候性、疏水性、生理 惰性和较小的表面张力，此外还具有低的粘温系数、较高的抗 压缩性，有的品种还具有耐辐射的性能。
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有机硅的分类
消泡剂、润滑剂、脱 模剂、防黏剂、抛光 表面处理剂等应用于 化妆品、润滑油、平 滑油、涂料等行 优异的热氧化稳定 性、耐候性、电绝 缘性以及防黏脱模 剂被广泛应用于涂 料、粘结剂、模塑 料等领域
1
2
有机硅
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玻璃纤维表面处理、 无机填料的表面处 理、密封剂、粘结 剂等
3
分为高温硫化硅橡胶和 室温硫化硅橡胶，其应 用制品在航空航天、电 子电器、机械制造、医 疗卫生等领域广泛应用
如：C-C,C=C,C-N, C-O-C
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3.硅油的基本结构
结构特点二：有四种基本单元
M D T Q
C C
C C
C O
O O
C Si O O Si O O Si O O Si O
结构特点三：硅甲基不可缺少
甲基硅碳键是最稳定的硅碳键
H H C Si H
硅甲基的存在赋予硅油独特的性能
各种硅油都是甲基硅油的衍生物 衍生硅油用甲基以外的基团命名
、唇膏、眼影膏、香波等。
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1.二甲基硅油
分子结构中的全部有机基团都是甲基 良好的热稳定性；良好的介电性；憎水性；防粘性及 消泡性等 最重要的商品硅油（201，DC200,KF96,TSF451） 采用平衡化反应制备 常采用粘度表征硅油的聚合度，用粘度进行产品区分
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2.甲基苯基硅油
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3.硅油的基本结构
结构特点一：化学键 硅氧硅键(Si-O-Si) 硅碳键(Si-C)
耐热性、阻燃性、抗氧化 性、耐电晕、耐电弧性、 耐辐照性、介电性、耐候 性 表面活性、疏水性、脱模 性、消泡性 耐寒性、可压缩性、低蒸 气压、生理惰性
硅氧键
硅氢键
(Si-O-R)
(Si-H)
其他有机基团成键
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二、硅油在日化方面的应用
聚硅氧烷又称硅油或硅酮。它与其衍生物是化妆品的一种 优质的原料，具有生理惰性和良好的化学稳定性，无臭、 无毒，对皮肤无刺激性，有良好的护肤功能。 具有润滑性能，抗紫外线辐射作用，透气性好，对香精香 料有缓释放作用，抗静电好，具有明显的防尘功能；稳定 性高，不影响与其它成分匹配。 硅油疏水性高，使用有轻快感，在头发和皮肤上的舒展性
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3.聚醚改性硅油
润湿剂 流平剂 消泡剂 防涂鸦剂 …….
x、y 数值的大小决定了聚醚链段的分子量 大小和亲水性 控制其EO/PO的比值，可以达到不同效果 环氧乙烷链、环氧丙烷链节排列方式
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3.聚醚改性硅油
用途
聚氨酯泡沫匀泡剂（L580） 涂料流平剂 (BYK 3字头的流平剂) 表面活性剂（L-77）