چگونه روغن سیلیکون را در آب-محلول کنیم؟

روغن سیلیکون (پلی دی متیل سیلوکسان، PDMS) به دلیل آب گریزی منحصر به فرد، پایداری حرارتی و کشش سطحی کم به طور گسترده در لوازم آرایشی، دارویی، منسوجات و کاربردهای صنعتی استفاده می شود. با این حال، آب گریزی ذاتی آن، کاربرد آن را در سیستم‌های{1} مبتنی بر آب محدود می‌کند. این مقاله به طور سیستماتیک روش ها و رویکردهای فنی مختلفی را برای حل شدن{3}}روغن سیلیکون در آب معرفی می کند.

مولکول های روغن سیلیکون از یک ستون فقرات Si-O{-Si و زنجیره های جانبی متیل تشکیل شده اند که آنها را بسیار آبگریز می کند. برای حل شدن{3}}روغن سیلیکون در آب، خواص سطحی آن باید از طریق روش‌های شیمیایی یا فیزیکی اصلاح شود:

اصلاح ساختار مولکولی: معرفی گروه های آبدوست برای تغییر قطبیت مولکولی

اصلاح ویژگی رابط: کاهش کشش سطحی بین روغن سیلیکون و آب

ساخت سیستم پراکندگی: ایجاد یک پراکندگی پایدار از طریق امولسیون

یکی پیوند گروه های هیدروفیل
معرفی گروه های عاملی آبدوست بر روی زنجیره مولکولی روغن سیلیکون از طریق یک واکنش شیمیایی:

اصلاح پلی اتر: معمولاً با کوپلیمرهای اتیلن اکسید (EO) / پروپیلن اکسید (PO) پیوند می شود.

مکانیسم واکنش: هیدروسیلیلاسیون روغن سیلیکون هیدروژنه با آلیل پلی اتر

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

ساختار مثال: Si-O-[Si(CH3)₂-O]ₙ{3}[Si(CH3)(CH2CH2CH2O(EO)ₘ(PO)ₙH){4}O]ₚSi{5}

اصلاح کربوکسیل:

معرفی گروه های کربوکسیلیک اسید مانند اسید اکریلیک

می‌تواند از طریق خنثی‌سازی، نمک‌های{0} محلول در آب را تشکیل دهد

اصلاح سولفونیک:

معرفی گروه‌های -SO3H که منجر به حلالیت عالی در آب پس از خنثی‌سازی می‌شود.

معمولاً در برنامه‌هایی که به پایداری دمای{0} بالا نیاز دارند استفاده می‌شود

اصلاح آمینو:

معرفی گروه های -NH2 یا -NR2

می‌تواند نمک‌های آمونیوم محلول{0}}در آب را از طریق پروتونه شدن تشکیل دهد

دو پایان اصلاح گروه
معرفی گروه های آبدوست در انتهای زنجیره های مولکولی روغن سیلیکون:

واکنش روغن سیلیکون با هیدروکسیل{0}} با پلی اتیلن گلیکول (PEG)

واکنش روغن سیلیکون خاتمه یافته با ایزوسیانات-با ترکیبات هیدروکسیل-حاوی هیدروفیل

یکی فناوری امولسیون سازی
استفاده از سورفکتانت‌ها برای ایجاد امولسیون‌های روغن-در-آب (O/W):

انتخاب سورفکتانت:

سورفکتانت های غیر یونی با مقدار HLB 10-18 (مانند سری Tween)

ترکیبات آنیونی/غیر یونی می تواند ثبات را بهبود بخشد

پارامترهای فرآیند امولسیون سازی:

Shear Rate: Typically >5000 دور در دقیقه مورد نیاز است

کنترل دما: 60-80 درجه برای امولسیون مفید است

نسبت فاز: فاز روغن معمولاً از 30 درصد تجاوز نمی کند.

فناوری میکروامولسیفیکاسیون:

تهیه میکروامولسیون با اندازه ذرات<100 nm

به یک سورفکتانت کمکی-مثل الکل-زنجیری کوتاه نیاز دارد

دو کامپوزیت پلیمری
Co-محلول با پلی وینیل پیرولیدون (PVP)

به صورت هم افزایی با یک غلیظ کننده پلی اکریلیک اسید پراکنده می شود

یکی اصلاح دندریمر
ساخت یک پوسته آبدوست بر روی سطح روغن سیلیکون با استفاده از ساختار دندریمر:

پیوند{0}}دندریمرهای PAMAM نسل بالا

تولید پراکندگی های آبی در مقیاس نانو

دو کوپلیمرهای بلوک آمفیفیلیک
طراحی و سنتز کوپلیمرهای بلوک پلیمری هیدروفیل روغن سیلیکون:

PDMS-b-کوپلیمرهای آمفی‌فیلیک PEO

خود-مجموعه برای تشکیل ساختارهای میسلی

سه روی Chemistry Modification کلیک کنید
معرفی موثر گروه های آبدوست با استفاده از شیمی کلیکی:

واکنش کلیک بر روی تیول{0}}

مس-آزید کاتالیز شده-سیکلودافزودن آلکین

مشکلات پایداری بلندمدت-:

راه حل: آنتی اکسیدان ترکیبی (به عنوان مثال، BHT) + سیستم بافر pH

پایداری ضعیف-درجه حرارت بالا:

راه‌حل: معرفی گروه‌های اسید سولفونیک یا اتخاذ ساختاری متقابل-

کنترل فوم:

راه حل: عامل ضد کف ترکیبی (به عنوان مثال، پلی اتر-روغن سیلیکون اصلاح شده)

کنترل ویسکوزیته:

راه حل: تنظیم نسبت EO/PO و توزیع وزن مولکولی

شیمی سبز: توسعه فرآیندهای سازگار با محیط زیست مانند اصلاح آنزیمی-

پاسخگویی هوشمند: روغن‌های سیلیکونی{0} محلول در آب با واکنش دوگانه pH/دما

زیست تخریب پذیر: معرفی مشتقات روغن سیلیکونی با پیوندهای استری قابل هیدرولیز

فناوری نانوکامپوزیت: سیستم‌های ترکیبی روغن سیلیکون محلول در آب-نانو سلولز

انواع روش‌های اثبات‌شده برای مایعات سیلیکونی حل‌شونده در آب، از تکنیک‌های اصلاح شیمیایی سنتی و روش‌های امولسیون‌سازی تا روش‌های نوظهور مانند اصلاح دندریمر و شیمی کلیک ایجاد شده است. انتخاب روش مناسب{2} انحلال در آب مستلزم در نظر گرفتن جامع سناریوی کاربرد، الزامات عملکرد و هزینه است. پیشرفت‌ها در علم مواد منجر به ظهور مایعات سیلیکونی با کارایی بالا و چندکاره‌تر-محلول در آب می‌شود و حوزه‌های کاربرد آنها را بیشتر گسترش می‌دهد.