有机硅季铵盐其主体为有机硅, 是一类侧链含有季铵基团的有机硅聚合物。一方面, 有机硅主链能够赋予材料诸多优良的性能, 如耐高温、电绝缘性、憎水性、生理惰性等;另一方面, 季铵基团又具有一定的亲水性和良好的杀菌特性。有机硅季铵盐作为一类性能优良的表面活性剂被广泛应用到纺织品整理、皮革涂饰加脂、各种护发产品如香波和各类杀菌剂等领域, 其应用前景十分广阔。目前, 在日用化工及纺织行业当中有机硅季铵盐的应用最为广泛, 由于有机硅季铵盐除了能够赋予织物优良的抗菌性能之外, 还能够使得织物具备较好的吸汗性、吸水性、平滑性、柔软性、抗污染性、回弹性和防静电性, 因此常用于制造高效、无害、安全、无毒、多功能的抗菌柔软整理剂。
1 有机硅季铵盐表面活性剂国内外生产、应用现状
自20世纪80年代至今, 国内外有关有机硅季铵盐表面活性剂的应用和合成研究绝大多数的存在形式为专利, 且以德国和美国专利居多, 相关专利层出不穷, 近几年来, 中国专利申请数量上涨, 在有机硅季铵盐表面活性剂领域已经出现超过外国专利申请数量的趋势。
1.1 有机硅单离子头季铵盐表面活性剂
有机硅季铵盐杀菌剂是一种阳离子表面活性剂, 是烷基季铵盐上的烷基被硅氧烷取代而改性得到的化合物, 其具有较宽的亲油-亲水平衡值 (HLB值) , 具有大大提高的化学活性, 能够与基质的活性基团进行反应, 与其密切结合, 彼此之间形成较为牢固的膜。有机硅季铵盐类杀菌剂杀菌抑菌范围较广, 对于大肠杆菌、金黄葡萄球菌、伤寒沙门氏菌、乙肝表面抗原、淋球菌和痢疾杆菌等均具有较好的杀菌灭菌效果。有机硅季铵盐类杀菌剂其安全性还非常高, 其半致死量为:LD50>10g/Kg, 可以用做工业用杀菌剂、以及家庭用杀菌剂。
在上个世纪七十年代DOW Corning公司就已经将化学分子式结构为:
[ (CH3O) 3Si (CH2) 3N (CH3) 2 (C18H37) ]+Cl-的商品牌号为:D尤其是分子中的甲氧基能够在水中水解为羟基, 与纺织品能够形成化学键的结合, 可以牢固吸附于纺织品的表面。DC-5700分子中具有三个甲氧基, 其能够在使用时水解为硅羟基, 不但能产生分子与分子间的自交联还能够结合织物表面纤维素羟基, 故不仅杀菌效果优异, 而且无毒、对人体安全可靠, 但DC-5700合成方法较复杂, 成本高, 限制了它的应用, 而且DC-5700溶剂和原料需要使用甲醇, 很容易毒害操作人员, 同时也对其应用造成限制。[ (CH3O) 3Si (CH2) 3N (CH3) 2 (C18H37) ]+Cl-的商品牌号为:
合肥学院的CN103387588A公开了一种有机硅季铵盐的制备工艺, 卤代硅烷偶联剂与长链叔胺的反应属于双分子的典型亲核取代反应, 该反应中进攻试剂叔胺具有较大的空间位阻, 因此C-X键中带部分正电荷的碳原子与其接触较为困难, 从而造成反应速率慢、产率低的问题, 该问题的解决方法为通过先制备得到带环氧基的季铵盐, 随后用硅烷偶联剂与制得的带环氧基的季铵盐反应, 得到有机硅季铵盐。该反应中氨基与环氧基间具有较小的反应空间位阻、进而能够提高反应速率, 另外氨基与环氧基之间所需要的反应活化能低, 使得有机硅季铵盐产率提高。
近年来, 利用硅烷化的表面活性剂合成多级孔沸石成为多孔材料研究的一个热点, 东华大学的专利CN103665024A公开了一种双氨基甲酸脂肪链有机硅烷季铵盐类化合物及其制备和应用, 通过将3-二甲胺基-1, 2-丙二醇、三乙胺、甲苯和脂肪链异氰酸酯混合得到氨基甲酸酯中间体, 再与卤烷基三甲氧基硅烷混合, 得到的双氨基甲酸酯脂肪链有机硅烷季铵盐阳离子表面活性剂用于沸石分子筛合成中, 能显著地提高多级孔沸石分子筛的孔容和比表面积。
1.2 有机硅双子季铵盐表面活性剂
双子表面活性剂其具有两个疏水链和两个亲水头基, 通过化学键使联结基团连接而成, 通常这类化合物表面活性都较好, 例如临界胶束浓度很小、最低表面张力值非常低等。有研究表明双子表面活性剂与单离子头基和单烷烃链组成的传统表面活性剂相比具有高得多的表面活性。最早被报道的双子表面活性剂是1950年的美国专利US2524218A中Frederick C.B等合成的系列洗涤助剂中有结构为双子型的一种羧酸盐化合物, 主要作用为螯合、分散、润湿。山东轻工业学院的专利CN101560220A涉及一种有机硅双子季铵盐及其合成方法, 通过将溶剂与 (RO) 2CH3Si (CH2) 3Cl混合升温, 之后滴加 (CH3) 2NR1N (CH3) 2, 再通过控制反应条件就能制备得到有机硅双子季铵盐, 所得产品表面活性较高, 并杀菌、抗菌性较好。
2 结语
有机硅季铵盐表面活性剂有许多优势, 目前国内已有多家单位能生产有机硅季铵化合物。目前有机硅季铵盐的研究热点在于其抗菌和防臭功能, 国外已经开始对双季铵盐硅氧烷进行研究, 但国内研究有机硅季铵盐抗菌效果仍较少, 尚处于起步阶段, 且抗菌效果仍与国外产品存在不小的差距。相信随着人们认识水平的提高及我国经济的发展, 其应用将会越来越广泛和普及。
摘要：本文对有机硅季铵盐阳离子表面活性剂的国内外研究历史及现状进行了详细介绍, 并主要从其合成、表征以及在实际生产中的应用出发进行了论述。
关键词：有机硅,季铵盐,表面活性剂,应用
参考文献
[1] 李俊英.聚硅氧烷季铵盐的合成及其抗菌性, 日用化学工业, 2004, 34 (3) :154-156.
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