一种抗菌有机硅弹性体乳液及其制备方法与应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于有机硅弹性体技术领域，具体涉及一种抗菌有机硅弹性体乳液及其制 备方法与应用。
【背景技术】
[0002] 当前，有机硅材料的研宄和应用是功能高分子材科学研宄的热点之一。有机硅在 高分子材料科学中有着极为重要的作用。有机硅单体及其聚合物具有极低的表面能，其 Si-0键具有很高的键能、键旋转容易。这些特性赋予其优秀的耐水性、耐高低温性、耐候性、 透气性。
[0003] 但有机硅聚合物也某些方面的应用也具有一定的缺点，如与水基相容性差，力学 强度低等。针对亲水性差的缺点，现有技术主要是通过在有机硅聚合物主链上连接亲水基 团来加以改善，或通过预先乳化再使用的方法达到良好的体系相容性。针对力学强度低的 缺点，现有技术主要是通过添加补强材料如聚倍半硅氧烷、白炭黑等加以克服。
[0004] 有机硅弹性体是以高分子量线性聚硅氧烷为基础，通过交联形成柔性网格得到。 有机硅弹性体因其良好的溶胀性和涂抹感受，目前在日用化妆品中的应用发展迅猛，但因 其制备方法复杂、价格昂贵及乳化困难，很难在其他领域如涂料、织物处理中得到应用。
[0005] 将聚硅氧烷主链上接枝季铵盐基团可赋予材料抗菌性能，但其主要存在的问题是 机械强度差，目前主要应用于织物整理，在对机械性能要求高的领域无法应用。
【发明内容】
[0006] 为了解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种抗菌有机 硅弹性体乳液的制备方法。
[0007] 本发明的另一目的在于提供一种由上述制备方法制备得到的抗菌有机硅弹性体 乳液。
[0008] 本发明的再一目的在于提供上述抗菌有机硅弹性体乳液的应用。
[0009] 本发明目的通过以下技术方案实现：
[0010] 一种抗菌有机硅弹性体乳液的制备方法，包括以下制备步骤：
[0011] (1)将表面活性剂和碱性催化剂溶于水中，加入氨基硅烷单体和甲基硅氧烷单体 搅拌混合均匀得到混合物料，混合物料经均质后在60~80°C温度下反应4~12h，得到氨 基聚硅氧烷乳液；
[0012] (2)将步骤（1)的氨基聚硅氧烷乳液温度调节为45~65°C，加入补强剂和环氧基 季铵盐化合物，在机械搅拌或微波条件下反应1~6h，即得抗菌有机硅弹性体乳液。
[0013] 步骤⑴中所述的表面活性剂为阳离子表面活性剂和非离子表面活性剂中的一 种或两种的复配；所述阳离子表面活性剂优选十八烷基三甲基氯化铵或十六烷基三甲基氯 化铵；所述非离子表面活性剂优选为异构醇聚氧乙烯醚、脂肪酸甲酯聚氧乙烯醚或有机硅 非离子表面活性剂；表面活性剂的添加量为混合物料质量的2%~10%。
[0014] 所述的碱性催化剂优选氢氧化钠或氢氧化钾；碱性催化剂的加入量为混合物料总 质量的〇. 5%~2%。
[0015] 所述的氨基硅烷单体优选N-(f3-氨乙基）-Y_氨丙基甲基二甲氧基硅烷、 N-(0_氛乙基）-y_氛丙基二乙氧基硅烷、3-氛丙基甲基二甲氧基硅烷和3-氛丙基二 乙氧基硅烷中的一种或两种以上；氨基硅烷单体的加入量为甲基硅氧烷单体质量的2%~
[0016] 所述的甲基硅氧烷单体优选甲基环硅氧烷或粘度低于200mPa.s的端羟基聚二甲 基硅氧烷；所述的甲基环硅氧烷优选八甲基环四硅氧烷（D4);所述粘度低于200mPa.s的端 羟基聚二甲基硅氧烷优选线性体PMX-0156(道康宁）或WS62M(瓦克）；甲基硅氧烷单体与 氨基硅烷单体的质量之和为混合物料质量的25%~45%。
[0017] 所述的均质的是指在压力为10~30MPa条件下均质2~5次。
[0018] 步骤（2)中所述的补强剂优选硅溶胶、未改性的白炭黑和抗菌白炭黑中的一种或 两种以上；所述的娃溶胶优选胶体粒度为20~80nm的纳米二氧化娃溶胶；所述的抗菌白 炭黑优选粒径为20~100nm的载Ag白炭黑、载Cu白炭黑、载Zn白炭黑或季按盐抗菌剂改 性的白炭黑。补强剂的加入量为步骤（1)中混合物料质量的0.2%~3%。
[0019] 所述的环氧基季铵盐化合物优选环氧丙基三甲基氯化铵、环氧丙基C2~C18烷基 二甲基氯化铵和环氧基有机硅季铵盐中的一种或两种以上。环氧基季铵盐化合物的加入量 为步骤（1)中混合物料质量的0. 5%~4%。
[0020] 一种抗菌有机硅弹性体乳液，通过以上制备方法制备得到。
[0021] 上述抗菌有机硅弹性体乳液在抗菌涂层、防水涂料、织物涂层、胶粘剂、密封剂中 的应用。
[0022] 本发明的制备原理为：首先通过高压均质技术制备均匀稳定的氨基聚硅氧烷乳 液，然后加入补强剂和环氧基季铵盐化合物，环氧基季铵盐化合物一方面通过环氧基团与 乳液中的氨基基团发生交联反应，生成聚硅氧烷弹性体；另一方面其季铵盐基团还具有明 显的抗菌功能。补强剂的加入一方面可以提高聚硅氧烷弹性体乳液在使用干燥后形成的聚 硅氧烷弹性体的机械强度；另一方面，也可通过预先对补强剂进行抗菌改性，进一步提高最 终产物的抗菌性能。
[0023] 本发明的制备方法及所得到的产物具有如下优点及有益效果：
[0024] (1)本发明的有机硅弹性体乳液通过氨基与环氧基季铵盐进行交联反应得到，交 联反应无需使用催化剂且不产生有毒气体，操作简单、安全环保；而且引入的季铵盐还具有 显著的抗菌性能，丰富了产品的功能；
[0025] (2)本发明采用纳米硅溶胶对抗菌有机硅弹性体进行补强，硅溶胶对水基体系具 有良好的相容性，其补强性能好，最终产物在应用时具有优良的机械强度；
[0026] (3)本发明采用抗菌白炭黑对抗菌有机硅弹性体进行补强，在达到补强功能的同 时，将金属离子无机抗菌与低分子有机抗菌相结合，最终产物在应用时具有良好的机械强 度并具有增强的抗菌性能；
[0027] (4)本发明的抗菌有机硅弹性体乳液流动性好，能涂覆于各种基材，涂覆于基材上 的弹性体乳液经干燥即可形成具有一定抗菌性能和机械性能的有机硅弹性体。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
[0029] 实施例1
[0030](1)将15g十八烷基三甲基氯化铵、20g聚醚改性硅油（道康宁X1AMETER;1_OFX-OI93)和l〇g氢氧化钾溶于625g水中，加入10g3-氨丙基甲基二 甲氧基硅烷和320g八甲基环四硅氧烷（D4)搅拌混合均匀得到混合物料，混合物料在30MPa均质压力下均质3次后倒入反应器中，加热至70°C反应6h，得到氨基聚硅氧烷乳液；
[0031] (2)将步骤⑴的氨基聚硅氧烷乳液温度降低至50°C，加入10g纳米硅溶胶（胶 体平均粒度为40nm)和20g环氧丙基十八烷基二甲基氯化铵，在机械搅拌条件下反应5h，即 得抗菌有机硅弹性体乳液。
[0032] 本实施例的环氧丙基十八烷基二甲基氯化铵参照文献（王尊海，姜翠玉，宋林 花.环氧丙基二甲基十二烷基氯化铵的合成研宄[J].科技与开发，2010, 39(6):1~5)通 过以下方法制备：向装有搅拌器，滴液漏斗和冷凝回流装置的三口烧瓶中加入一定量的环 氧氯丙烷及溶剂，不断搅拌并用滴液漏斗滴加一定量的十八烷基二甲基胺，控制一定的滴 加速度，同时加热至一定温度，恒温反应数小时后，停止反应。将所得产物进行减压蒸馏， 以除去溶剂。产品用无水乙醚洗涤，离心分离，尽可能除去产品中环氧氯丙烷等杂质。将离 心后的产品置于表面皿中，放入真空干燥箱中于20下真空干燥12h后取出，备用。
[0033] 实施例2
[0034] (1)将50g十六烷基三甲基氯化铵、50g异构十三醇聚氧乙烯醚和10g氢氧化钾溶 于440g水中，加入22. 5g3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷和427. 5g八甲基环四硅氧烷（D4) 搅拌混合均匀得到混合物料，混合物料在20MPa均质压力下均质4次后倒入反应器中，加热 至60°C反应12h，得到氨基聚硅氧烷乳液；
[0035] (2)将步骤（1)的氨基聚硅氧烷乳液温度降低至45°C，加入30g纳米硅溶胶（胶 体平均粒度为20nm)和40g环氧丙基三甲基氯化铵，微波条件下反应lh，即得抗菌有机硅弹 性体乳液。
[0036] 实施例3
[0037] (1)将10g十六烷基三甲基氯化铵、10g异构十三醇聚氧乙烯醚和20g氢氧化钠溶 于560g水中，加入32g3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷和368g八甲基环四硅氧烷（D4)搅拌混 合均匀得到混合物料，混合物料在l〇MPa均质压力下均质5次后倒入反应器中，加热至80°C 反应4h，得到氨基聚硅氧烷乳液；
[0038] (