Как да направите силиконовото масло-водоразтворимо?

Силиконовото масло (полидиметилсилоксан, PDMS) се използва широко в козметиката, фармацевтичните продукти, текстила и промишлените приложения поради своята уникална хидрофобност, термична стабилност и ниско повърхностно напрежение. Въпреки това, присъщата му хидрофобност ограничава приложението му във водни -системи. Тази статия въвежда систематично различни методи и технически подходи за превръщане на силиконовото масло във водо-разтворимо.

Молекулите на силиконовото масло се състоят от Si-O-Si гръбнак и метилови странични вериги, което ги прави изключително хидрофобни. За да стане силиконовото масло водо-разтворимо, повърхностните му свойства трябва да бъдат модифицирани чрез химични или физични методи:

Модификация на молекулярната структура: Въвеждане на хидрофилни групи за промяна на молекулната полярност

Модификация на свойствата на повърхността: Намаляване на напрежението на повърхността между силиконовото масло и водата

Конструкция на дисперсионната система: Създаване на стабилна дисперсия чрез емулгиране

един. Присаждане на хидрофилни групи
Въвеждане на хидрофилни функционални групи в молекулярната верига на силиконовото масло чрез химическа реакция:

Полиетерна модификация: Най-често присаден с кополимери на етилен оксид (EO)/пропилен оксид (PO)

Реакционен механизъм: Хидросилилиране на хидрогенирано силиконово масло с алилов полиетер

Product Characteristics: Water solubility is determined by EO content (typically >65%)

Примерна структура: Si-O-[Si(CH3)₂-O]ₙ-[Si(CH3)(CH₂CH₂CH₂O(EO)ₘ(PO)ₙH)-O]ₚ-Si

Карбоксилна модификация:

Въвеждане на групи на карбоксилна киселина като акрилова киселина

Може да образува водо{0}}разтворими соли чрез неутрализация

Сулфонова модификация:

Въвеждане на -SO₃H групи, което води до отлична разтворимост във вода след неутрализация

Обикновено се използва в приложения, изискващи висока{0}}температурна стабилност

Амино модификация:

Въвеждане на -NH₂ или -NR₂ групи

Може да образува водо{0}}разтворими амониеви соли чрез протониране

две. Крайна модификация на групата
Въвеждане на хидрофилни групи в краищата на молекулярните вериги на силиконовото масло:

Реакция на силиконово масло с хидроксил-завършване с полиетилен гликол (PEG)

Реакция на силиконово масло с изоцианат-завършване с хидроксил-съдържащи хидрофилни съединения

един. Технология на емулгиране
Използване на повърхностноактивни вещества за създаване на емулсии масло{0}}в-вода (O/W):

Избор на повърхностно активно вещество:

Нейонни повърхностноактивни вещества с HLB стойност 10-18 (като серията Tween)

Анионни/нейонни комбинации могат да подобрят стабилността

Параметри на процеса на емулгиране:

Shear Rate: Typically >Необходими са 5000 оборота в минута

Контрол на температурата: 60-80 градуса е полезно за емулгиране

Фазово съотношение: Маслената фаза обикновено не надвишава 30%

Технология на микроемулгиране:

Приготвяне на микроемулсии с размери на частиците<100 nm

Изисква ко-повърхностно активно вещество (като късоверижен алкохол)

две. Полимерен композит
Ко-разтворен с поливинилпиролидон (PVP)

Синергично диспергиран със сгъстител на полиакрилна киселина

един. Модификация на дендример
Изграждане на хидрофилна обвивка върху повърхността на силиконовото масло с помощта на дендримерна структура:

Присаждане на високо{0}}поколение PAMAM дендримери

Производство на наномащабни водни дисперсии

две. Амфифилни блок съполимери
Проектиране и синтез на силиконово масло-хидрофилни полимерни блок съполимери:

PDMS-b-PEO амфифилни съполимери

Само{0}}сглобяване за образуване на мицеларни структури

три. Щракнете върху Chemistry Modification
Ефективно въвеждане на хидрофилни групи чрез химия на щракване:

Реакция на щракване на тиол{0}}ен

Медно{0}}катализирано азид-алкиново циклоприсъединяване

Дългосрочни{0}}проблеми със стабилността:

Решение: Комбинирана антиоксидантна (напр. BHT) + pH буферна система

Лоша висока{0}}температурна стабилност:

Решение: Въвеждане на групи на сулфонова киселина или приемане на кръстосано{0}}свързана структура

Контрол на пяната:

Решение: Комбиниран противопенител (напр. полиетер-модифицирано силиконово масло)

Контрол на вискозитета:

Решение: Регулиране на съотношението EO/PO и разпределението на молекулното тегло

Зелена химия: Разработване на екологични процеси като ензимно-катализирана модификация

Интелигентна реакция: водо-разтворими силиконови масла с двойна реакция на pH/температура

Биоразградими: Представяне на производни на силиконово масло с хидролизируеми естерни връзки

Нанокомпозитна технология: водо{0}}разтворими композитни системи от силиконово масло/наноцелулоза

Бяха разработени различни доказани подходи за-разтворими във вода силиконови течности, вариращи от традиционна химическа модификация и техники за емулгиране до нововъзникващи методи като модифициране на дендример и химия на щракване. Изборът на подходящ метод за-разтваряне във вода изисква цялостно разглеждане на сценария на приложение, изискванията за ефективност и разходите. Напредъкът в науката за материалите ще доведе до появата на повече високо-производителни, многофункционални водо-разтворими силиконови течности, като допълнително ще разшири областите на тяхното приложение.