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有机硅表面活性剂及其应用

崔孟忠

(烟台大学化工材料研究所，山东烟台264005)

摘要介绍了有机硅表面活性剂的分类、常见化学结构及其典型性质，如：水溶液的

表面张力、浸润性、两亲基团间隔离基团对其性质的影响以及有机硅表面活性剂的使

用条件。综述了有机硅表面活性剂的合成制备方法，并介绍了有机硅表面活性剂的部

分应用领域。

关键词有机硅表面活性剂，性能，制备，应用

在表面活性剂领域中，具有独特性能的有机硅表面活性剂是一支后起之秀。早在二十世

纪五十年代，美国联合碳化物公司(U.C.Corp.)首先将其进行工业化规模生产，其目的是应用

于化妆品行业，作为功能性添加剂。之后开发出了作为制备聚氨酯泡沫材料使用的泡沫稳定

剂，由于应用效果显著，并由此带来了聚氨酯泡沫材料成型工艺的革新，使聚氨酯工业得到

了飞跃性的发展，同时也进一步刺激了有机硅表面活性剂的飞速发展。有机硅表面活性材料

的疏水基团是由烷基硅氧烷主链所组成，其疏水性能比碳链更加优异，在同等浓度的溶液中，

具有更低的表面张力，因而具有比碳链烃类表面活性剂更强的表面活性。目前，随着对该类

材料的深入开发，及其应用领域的不断扩大，有机硅表面活性剂的用途已经涵盖了涂料、纺

织、纤维、塑料、机械、日化、农药、石油等许多工业领域，其在表面活性材料中的地位也

日益凸现。

1有机硅表面活性剂的分类、结构与性质

众所周知，表面活性剂具有很强表面活性、能使液体的表面张力显著下降，一般由亲水

基团和亲油基团(又称疏水基团)两部分组成。有机硅表面活性剂结构中的硅氧烷(或聚硅氧烷

主链)是由硅和氧原子结合形成的硅氧键为骨架(主链)、硅原子上连接有甲基等有机基，而形

成的有机硅化合物(或聚合物)，兼具主链硅氧键的无机性和支链烷基的有机性。二有机基硅

氧烷或聚硅氧烷一般为油状液体，不溶于水、酒精、矿物油；但能溶于甲苯、乙醚等有机溶

剂。

有机硅表面活性剂类物质所包含的种类、范围很宽，具有两个显著特点：(1)表面活性

很高；(2)品种繁多，合成路线多样性。这对其在工业领域中的广泛应用是非常重要的。

1.1有机硅表面活性剂的分类、结构

甲基硅油本身作为表面活性剂的亲油部分，尽管该分子没有结合任何亲水基团，在一定

的介质中也能呈现出表面活性，主要表现在对泡沫的稳定性。这种表面活性取决于两个方面：

一方面是介质类型，决定硅氧烷是溶解还是分散；另一方面聚硅氧烷(硅油)分子量的调节。

分子量小到硅氧烷具有很大的溶解度时，体系的表面张力则不再降低；而分子量增大到溶解

的极限时所表现出的表面活性，则主要起到泡沫的稳定作用(稳泡)。若进一步增大分子量达

到不溶解的范围时，硅氧烷(硅油)主要富集在溶液表面，在这种情况下又能起到消泡作用。

单纯通过调节硅油的分子量作为表面活性剂，其应用条件是十分苛刻的。如在称之为高

回弹聚氨酯泡沫塑料(HR-PUfoam)中，作气泡大小的调节剂所采用的甲基硅油，其分子量分

布是很窄的。为了拓展有机硅表面活性剂物质的应用范围，人们通过在硅氧烷结构中引入亲

水基团，得到了各种各样的产品，因此按照该类物质的分子量大小可将其划分为聚合物和低

聚物两类有机硅表面活性剂；而按照其结构性质又可分为由二甲基硅氧烷或环甲基硅氧烷的

衍生物和改性化合物以及硅氧烷-醇醚共聚物两大类。

另外，有机硅表面活性剂按其亲水性基团的种类，与碳链烃基类表面活性剂一样，也可

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以分为阳离子型、阴离子型、非离子型以及两性离子型四大类。从理论上来说，普通表面活

性剂中的亲水基团，原则上都可以成为有机硅表面活性剂的亲水基团。有机硅表面活性剂按

照亲水基团在硅氧主链上的位置不同，又可以分为端基型、侧链型和嵌段型；一般疏水基团

与亲水基团的连接方式以Si-C键较为稳定。

1.1.1含硅氧烷表面活性剂

(1)聚二甲基硅氧烷及其烷基改性聚合物

聚二甲基硅氧烷常被称为甲基硅油(化合物1)，通过调节硅氧烷链节数m的大小可以得

到各种粘度的硅油产品，分子量越大，粘度越高。当分子量较低时，硅油产品的表面张力低，

无油腻感，易在头发、皮肤表面铺展成膜。

CH3CH3CH3