Page 219 - 《精细化工》2020年第8期
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第 8 期                   张   濬，等:  液态聚有机硅氧烷高速剪切过程中的雾化抑制剂                                 ·1717·


                 有机硅离型剂是由端乙烯基聚二甲基硅氧烷                           含量 0.347~0.0592 mmol/g，黏度 100~10000 mPa·s）、
            （PDMS-Vi）、含氢聚硅氧烷和卡斯特（Karstedt）                     聚甲基氢硅氧烷（PMHS，含氢量 15.1 mmol/g），工
                             [1]
            催化剂等组分组成 。通常，其混合液体经多辊涂                             业级，浙江恒业成有机硅有限公司；八甲基环四硅
            布方式涂布在纸张或塑料薄膜基材表面，并通过硅                             氧烷（D 4 ），工业级，道康宁公司；1,3-二乙烯基-
                                                                                       Vi
            氢加成反应固化形成具有低表面能涂层，广泛用于                             1,1,3,3-四甲基二硅氧烷（M M ）、六甲基二硅氧烷
                                                                                          Vi
                                                  [2]
            自粘性标签、压敏胶带和食品包装等领域 。但是，                            （MM）、1,4-二氧六环，AR，阿拉丁化学试剂公司；
            涂布过程中，相邻两个旋转涂布辊的拉伸应力导致                             HND-580 固体酸催化剂，江阴市南大合成化学有限
            在两个涂布辊的夹口处流体内部低压                  [3-4] ，特别是高      公司；Karstedt 催化剂〔1,3-二乙烯基-1,1,3,3-四甲
            速涂布时（如大于 500 m/min），流体内部有涨落现                       基二硅氧烷铂（0），Pt 质量分数~2%（溶剂：二甲
            象，流体内部压力会降至涂布液中溶解的空气的蒸                             苯）〕、二甲苯，AR，上海麦克林生化科技有限公司；
            汽压以下，引起空化（流体受到剪切力作用发生空化                            0.5、1.0 和 2.0 mg/g 的 Karstedt 催化剂（自制）；E2、

            现象），空化导致形成细丝，进而分解形成雾， 产                            E8、E10 雾化抑制剂，德国瓦克化学有限公司。
            生所谓的“雾化”现象，其本质和流体高速剪切产生                                DUST TRACK 2-Model 8530 粉尘检测器，美国
            空化现象类似       [3-8] 。在实际应用中，“雾化”容易引                 TSI 集团中国公司；Bruker Advance 600 核磁共振波
            起环境污染、影响涂布质量以及生产成本等。                               谱仪，德国 Bruker 公司；IR Affinity 1S 傅里叶变换
                 实际上，“雾化”是工业生产中高速涂布的一种                         红外光谱仪（涂片法），日本岛津公司；RW20 digital
            普遍现象。科研工作者对“雾化”的形成机制进行                             机械搅拌器，德国 IKA 公司；PCV-2SMV 藤原单级
            了许多研究      [9-10] ，提出了抑制“雾化”的方法，例                  旋片式真空泵，台州市藤原工具有限公司；DV2TLV
            如，采用抽气或添加雾化抑制剂等。抽气方法由于                             旋转黏度计，美国 Brookfield 公司；乌氏黏度计（两
            需要额外增加设备、影响操作等问题，在实际应用                             支，毛细管内径分别为 3.27 和 2.43 mm），上海宝山
            中很少采用。雾化抑制剂方法是指在涂布液中添加                             启航玻璃仪器厂；DF-101S 集热式恒温加热磁力搅拌
            其他组分来显著降低高速涂布过程中雾的形成，其                             器、DZF-6020 真空干燥箱，巩义市予华仪器有限责
            操作简单、不用额外增加设备而被普遍采用。通常，                            任公司。
            对于有机硅离型剂，为了减少高速涂布过程中“雾                             1.2   雾化抑制剂的制备
            化”的形成，一般在其中添加特殊结构的有机硅化                             1.2.1   反应
            合物。例如，端氢聚二甲基硅氧烷和三乙烯基环己                                 以 PDMS-Vi 和含氢聚硅氧烷（PDMS-co-PMHS）
            烷通过硅氢加成反应形成的交联产物                  [11-13] ，其雾化     为原料，在铂系催化剂条件下制备轻度交联的聚二
            抑制效率达到 92.5%；聚二甲基硅氧烷-聚氧化烯共聚                        甲基硅氧烷（AFA），其反应过程如下所示。
            物 [14-15] ，其雾化抑制效率达到 98%；含有多个 SiO 2
            单元的甲基硅树脂或者甲基苯基硅树脂等有机硅树脂
            等 [16-20] 。但上述研究内容主要见于专利，关于雾化抑
            制剂结构与抑制雾化效率理论关系的详细报道较少。

                 本文拟采用 PDMS-Vi 与含氢聚硅氧烷的硅氢                          将合成的 AFA 作为雾化抑制剂，按计量加入到
            加成反应，通过改变原材料配比以及反应条件来合                             有机硅涂布液中，评价雾化抑制效率。
            成具有交联网络结构的聚二甲基硅氧烷，研究这种                             1.2.2   调聚含氢聚硅氧烷
            交联聚二甲基硅氧烷结构、添加质量分数等对液态                                 向 500 mL 三口烧瓶中加入 PMHS 50.69 g、D 4
            硅氧烷高速剪切形成雾化的影响。同时，考察添加                             85.86 g（0.290 mol）和 MM 4.15 g（0.0256 mol），
            具有交联网络结构聚二甲基硅氧烷添加剂对离型纸                             在搅拌下加入 1.53 g  HND-580 固体酸催化剂，在
            剥离力的影响。通过测试雾化抑制剂的添加质量分                             90 ℃，常压下酸催化开环调聚反应 5 h，冷却至室
            数与工业涂布时涂布室雾化抑制效率的关系，来进                             温抽滤，然后将滤液蒸馏，在真空下，将滤液以
            一步考察实验室研究结果的有效性。在总结已有雾
                                                               1 ℃/min 的升温速度升至 80 ℃并在该温度下蒸馏
            化抑制剂的基础上研究影响雾化抑制效率的因素，
                                                               0.5 h，除去小分子，得到含氢量为 5.5 mmol/g 的含
            为开发高效雾化抑制剂提供理论和实践支撑。
                                                                                        1
                                                               氢聚硅氧烷 H4，产率 94.2%。HNMR (600 MHz, 1,4-
            1   实验部分                                           二氧六环为内标，CDCl 3 ), δ：4.61 (d, J = 9.2 Hz, 1H),
                                                               3.61 (s, 38H), 0.01 (m, J = 11.8, 3.5 Hz, 15H)。
            1.1   试剂与仪器                                            其余多个含氢聚硅氧烷制备方法同上，各个原
                 PDMS-Vi（相对分子质量 5000~40000，乙烯基                 料组成及用量见表 1。
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