O que são tensoativos de silicone?

Os surfactantes de silicone são uma classe de surfactantes com polidimetilsiloxano como espinha dorsal hidrofóbica e um ou mais grupos polares organossilício ligados às suas posições intermediárias ou finais. A energia da ligação Si-O do grupo hidrofóbico em sua estrutura é maior do que as energias das ligações C-C e C-O dos surfactantes tradicionais de cadeia de carbono, o que o torna mais hidrofóbico e estável; seu grande peso molecular e estrutura multirramificada conferem excelente desempenho em baixas temperaturas e compatibilidade, sendo um surfactante eficiente.

Procurando por um material de silicone adequado para sua formulação?

A XJY Silicones fornece TDS, amostras e recomendações de grau para compradores B2B, formuladores e fabricantes.

Solicitar TDS / Obter Amostra Grátis / Pedir Recomendação de Grau

A fórmula geral de sua estrutura é:

Alterando os grupos m, n e R na fórmula, podem ser produzidos surfactantes de silicone com diferentes massas molares (viscosidade) e valores de balanço hidrofílico-lipofílico (valores HLB) para diversas aplicações, como agentes niveladores de espuma para espumas de poliuretano, emulsificantes, materiais de cuidados pessoais, agentes niveladores para revestimentos, antiespumantes, agentes antiestáticos, modificadores de plásticos, agentes umectantes, aditivos para combustíveis, agentes de acabamento têxtil, lubrificantes solúveis em água, agentes desmoldantes, aditivos para pesticidas, adjuvantes agrícolas, etc.

01 Características dos surfactantes de silicone

1. Desempenho excelente na redução da tensão superficial.

2. Excelente desempenho de molhagem.

3. Propriedade antiespumante e propriedade de estabilização de espuma.

4. A toxicidade é basicamente fisiologicamente inerte.

5. Grande efeito emulsificante e bom desempenho de correspondência.

02 Como avaliar o efeito dos surfactantes de silicone?

A concentração micelar crítica (CMC) é um parâmetro usado para determinar o mínimo necessário para reduzir a tensão superficial máxima da água. As micelas formadas acima da CMC separam os contaminantes hidrofóbicos do solo e mantêm as micelas dentro de seus núcleos hidrofóbicos, reciclando-os assim para a fase aquosa. O valor da CMC determina a eficiência de qualquer biossurfactante; portanto, esse valor é crítico para comparações de biossurfactantes.

03 Classificação dos surfactantes de silicone

Os surfactantes de silicone podem ser divididos em quatro categorias: não iônicos, aniônicos, catiônicos e zwitteriônicos, de acordo com as propriedades químicas do grupo hidrofílico R em sua estrutura química. Entre eles, os surfactantes não iônicos são os mais estudados e os mais amplamente utilizados.

1. Surfactante de silicone catiônico

Se o grupo R contém unidades estruturais como compostos de alquilamônio quaternário, compostos de amidamônio quaternário e compostos de amônio quaternário derivados de imidazolina, é chamado de surfactante de silicone catiônico. Entre os surfactantes catiônicos, o surfactante catiônico de sal de amônio quaternário de polissiloxano é o mais utilizado. O surfactante catiônico de sal de amônio quaternário de polissiloxano possui grande massa molar, pode ser compatível com surfactantes aniônicos, não é irritante para a pele e os olhos humanos e possui certa capacidade antibacteriana. É estável. As macromoléculas deste produto contêm cadeias longas hidrofóbicas de polissiloxano, que lhe conferem excelente suavidade e maciez.

2. Surfactante de silicone aniônico

Quando o grupo R contém unidades estruturais como éster fosfato, sulfato, carboxilato, sulfonato e éster sulfossuccinamida, é chamado de surfactante de silicone aniônico. Quando R é a estrutura mostrada na figura abaixo, é chamado de surfactante aniônico de sal de fosfato de polissiloxano.

 

 

Quando R’ é um grupo funcional de ácido graxo, é um surfactante anfotérico de fosfobetaína de polissiloxano. A molécula do surfactante possui tanto a estrutura e propriedades da fosfobetaína quanto a estrutura e propriedades do polissiloxano. Se um polissilano de baixa massa molar for selecionado, a característica do polissiloxano é fraca; ao contrário, se um polissiloxano com grande massa molar for selecionado, a característica do polissiloxano é notável. Esses produtos de silicone polimérico têm as características de baixa toxicidade, propriedades antibacterianas, resistência à água dura e boa compatibilidade com vários surfactantes.

3. Surfactantes de silicone não iônicos

Quando o grupo R contém unidades como poliéter, alcanolamida, éster e glicosídeo, é um surfactante não iônico. Entre eles, os surfactantes de silicone de poliéter são os mais utilizados, como:

O surfactante de silicone de poliéter não iônico é composto por um segmento de polissiloxano (A) e um segmento de poliéter (B). Os métodos de combinação são: tipo AB, tipo ABA, tipo BAB e tipos como (AB)n, cadeia ramificada e cadeia lateral. A conexão entre o segmento de poliéter e o segmento de siloxano tem duas maneiras, a saber, tipo Si-O-C e tipo Si-C. O primeiro é instável e pertence ao tipo de hidrólise; o último é estável à água e é chamado de tipo não hidrolisável.

4. Surfactantes de silicone anfotéricos

Se o grupo R contiver uma estrutura como betaína fosfato ou betaína, é chamado de surfactante de polissiloxano anfotérico.

04 Métodos para a síntese de surfactantes de silicone

1. Síntese de surfactantes de silicone catiônicos

A reação é realizada em um solvente inerte como benzeno, acetona, tetracloreto de carbono, xileno e tolueno.

2. Síntese de surfactantes de silicone aniônicos

3. Síntese de surfactantes de silicone não iônicos

Do método de preparação por copolimerização e da hidrólise e estabilidade química, pode ser dividido em dois tipos de métodos de síntese: Copolímeros ligados por cadeias Si-O-C e copolímeros ligados por cadeias Si-C. A síntese pode ser dividida em duas etapas: A primeira etapa é sintetizar o polissiloxano, e a segunda etapa é fazer o polissiloxano formar copolímeros em bloco com o polioxoalcano na forma de Si—O—C/Si—C.

05 Desempenho dos surfactantes de silicone

1. Propriedades interfaciais dos surfactantes de organossilício

Como a cadeia principal dos surfactantes de silicone é uma ligação Si-O macia, ela não é hidrofílica nem lipofílica, podendo ser usada em soluções aquosas e meios não aquosos onde surfactantes de hidrocarbonetos comuns não podem ser aplicados. Por outro lado, surfactantes de silicone dispostos na interface com grupos metileno podem reduzir a tensão superficial para cerca de 20 mN/m, enquanto surfactantes de hidrocarbonetos comuns dispostos na interface com grupos metileno só podem reduzir a tensão superficial para cerca de 30 mN/m.

 

O surfactante de silicone mais utilizado é o surfactante de silicone modificado com EO/PO, cujo desempenho está relacionado a uma variedade de fatores, como a proporção de EO/PO e o grau de polimerização do surfactante; EO é a parte hidrofílica do grupo de modificação do surfactante e PO é a parte lipofílica. Quando a proporção de EO/PO muda, o desempenho do surfactante de silicone muda.

 

Verificou-se que, se a proporção EO/PO aumentar, o valor HLB do surfactante aumentará, indicando maior hidrofilicidade; uma proporção EO/PO menor tornará o surfactante menos hidrofílico. Quando os óleos de silicone modificados com poliéter enxertados têm o mesmo comprimento de EO, sua tensão superficial aumenta à medida que o grau de polimerização do polissiloxano diminui. Isso se deve ao fato de que, quanto mais curta a cadeia molecular do polissiloxano, mais compacta é a disposição na interface ar/água e mais grupos metila na superfície. Quando o PO é introduzido, ele aumenta a hidrofobicidade da cadeia dos poliéteres de silicone, aumentando assim a tensão superficial do óleo de silicone modificado com poliéter.

2. Supermolhabilidade dos surfactantes de silicone

Os surfactantes de trissiloxano podem não apenas reduzir a tensão interfacial na interface óleo/água, mas também podem expandir a molhabilidade em superfícies hidrofóbicas de baixa energia, uma habilidade conhecida como “super-molhabilidade” ou “super-espalhabilidade”. Acredita-se que esse fenômeno se deva à presença de agregados específicos de surfactante na solução. Portanto, os surfactantes de silicone podem ser usados como agentes umectantes.

 

A razão pela qual as cadeias de polidimetilsiloxano se espalham facilmente em superfícies polares (por exemplo, água, metais, fibras, etc.) é que o oxigênio na cadeia de silicone pode formar ligações de oxigênio com moléculas polares ou grupos de átomos, aumentando a força entre a cadeia de silicone e as moléculas da superfície polar e fazendo com que se espalhem em uma única camada molecular, resultando em que o silicone hidrofóbico se posicione sobre a superfície polar em uma configuração característica de “cadeia esticada“, enquanto os grupos hidrofóbicos dos surfactantes comuns se posicionam verticalmente na superfície polar.

 

Quando o grupo metila em um polissiloxano é substituído por outros grupos (por exemplo, alquila grande, alicíclico, arila, grupos silício-funcionais ou carbono-funcionais), isso afeta inevitavelmente a hidrofobicidade do polissiloxano e a taxa e o estado de espalhamento em superfícies polares devido à mudança na polaridade ou resistência espacial do substituinte. O número e a distribuição dos substituintes na cadeia de silicone podem ter o mesmo efeito. Por exemplo, a substituição de grupos metila por grupos alquila ou arila maiores reduz significativamente a capacidade de espalhamento do polissiloxano, bem como sua capacidade de se orientar em superfícies polares.

3. Capacidade dos surfactantes de silicone de estabilizar emulsões

Alguns surfactantes de silicone enxertados mantêm a estabilidade da emulsão na presença de sais, etanol e solventes orgânicos, uma habilidade que os surfactantes de hidrocarbonetos tradicionais não possuem. A força de interação na interface do surfactante de silicone foi encontrada por microscopia de força atômica (AFM). Surfactantes não iônicos perdem a atividade superficial em solução de etanol a 25%, enquanto os surfactantes de silicone ainda podem reduzir a tensão superficial quando a fração volumétrica de etanol atinge 80%. Esta propriedade dos surfactantes de silicone reflete que o polidimetilsiloxano não é apenas hidrofóbico, mas também insolúvel em solventes orgânicos com o aumento do teor de polidimetilsiloxano.

4. O papel dos surfactantes de silicone e do CO2

Rocha et al. acreditavam que os surfactantes trisiloxano de polioxietileno éter podem fazer com que CO2 e água formem emulsões. Ao ajustar o número de EO e alterar o “valor de equilíbrio hidrofílico e CO2-fílico (HCB)” dos surfactantes, as emulsões podem ser convertidas de CO2 em água (W/C) para CO2 em água (C/W). Sarbu et al. acreditam que as propriedades dos surfactantes de polissiloxano permitem que sejam usados em CO2 supercrítico. Fink et al. consideraram o comportamento de fase dos surfactantes de silicone em CO2 supercrítico e descobriram que o comportamento de fase era muito sensível a grupos CO2-fóbicos, mas menos sensível ao tamanho do siloxano, e encontraram uma fase de cristal líquido aleatória. Folk et al. prepararam uma série de surfactantes de silicone catiônicos e estudaram seu comportamento em CO2 de alta densidade. Alterar o comprimento da cadeia e o contraíon do polidimetilsiloxano altera fortemente sua atividade superficial em CO2 crítico.

06 Aplicação dos surfactantes de silicone

1. Produtos de cuidados pessoais e cosméticos

Porque os surfactantes de silicone têm muitas vantagens, como não toxicidade, não irritação da pele, antioxidante, proteção UV, boa biocompatibilidade e excelentes propriedades de impermeabilização e respirabilidade, são amplamente utilizados em cosméticos, xampus e produtos para cuidados capilares, cremes, etc. Produtos de classe e produtos têm um certo grau de aplicação. Devido à sua baixa tensão superficial e viscosidade adequada, o surfactante de silicone melhorou a espalhabilidade de cosméticos na superfície da pele e do cabelo, melhorou a hidratação e retenção de cosméticos na pele e manteve a ventilação normal da pele. O cabelo fica brilhante, maleável, liso, antiestático e macio.

 

2. Indústria têxtil

Os surfactantes de silicone têm propriedades antiestáticas, maciez e boas capacidades de esterilização e desinfecção, e podem conferir um bom efeito amaciante às fibras. Os surfactantes de silicone catiônicos são usados principalmente como agentes antiestáticos e amaciantes na indústria têxtil. Os surfactantes de silicone catiônicos de sal de amônio quaternário são usados no acabamento higiênico de produtos fibrosos e têm boa esterilização e resistência ao mofo. E são seguros e duráveis.

3. Pesticidas

No processamento de pesticidas, a adição de 0,05% a 0,1% (fração mássica) de surfactante de organossilício como agente auxiliar pode otimizar as propriedades físicas e a estabilidade química da preparação, aumentar a variedade de preparações e expandir o escopo de aplicação. A epiderme das folhas e caules das plantas geralmente possui componentes ou estruturas anti-molhagem e frequentemente possui cargas negativas, que têm um efeito repulsivo sobre os líquidos de pesticidas, e a adição de surfactantes de silicone pode promover a fixação suave das formulações de pesticidas às plantas. Manutenção, espalhamento e penetração desempenham um papel fundamental na melhoria da eficácia do medicamento. Os surfactantes de silicone podem reduzir sua tensão superficial, permitindo que a água penetre na traqueia dos insetos, tornando-os letais, como adjuvantes inseticidas.

 

• XJY-703 Bis(trimetilsiloxi)metilsiloxano/Heptametiltrisiloxano contém uma ligação silício-hidrogênio altamente reativa e é um material básico para Heptametiltrisiloxano Modificado com Polialquilenóxido.

 

• XJY-207 Polialquileno Glicol Modificado Heptametiltrisiloxano é um surfactante de silicone trissiloxano modificado com estrutura especial. Possui propriedades superiores de umectação e expansão, bem como taxa de penetração estomática que os surfactantes normais não conseguem atingir. O XJY-207 pode melhorar o efeito de prevenção de pesticidas e reduzir o volume de pulverização. É utilizado nos campos de pesticidas, herbicidas, inseticidas, acaricidas, fungicidas, reguladores de crescimento de plantas e outros aspectos.

 

4. Alimentos e medicamentos

O antiespumante de silicone é formulado com polissiloxano modificado como componente principal, adicionando uma variedade de surfactantes não iônicos, etc. Possui excelente desempenho de desespumação e controle de espuma, baixa dosagem, uso conveniente e não é tóxico, nem corrosivo. E tem bons efeitos de desespumação e antiespumante na espuma produzida na produção de glutamato monossódico, produtos de soja e antibióticos.

• XJY-706 1,1,3,3-Tetrametildissiloxano pode ser usado como intermediário farmacêutico

5. Produtos químicos para couro

Os surfactantes de silicone são usados principalmente como óleos de engorda e amaciantes em couro devido às suas boas propriedades lubrificantes e repelência à água. O agente de engorda de organossilício preparado pela copolimerização por enxerto do mesmo com a gordura resolve o problema de o surfactante contendo silício migrar facilmente para fora e reduz a quantidade de óleo de engorda e o custo. A fibra de couro impregnada com surfactante de silicone tem boas propriedades de dispersão e lubrificação, e o couro acabado é macio, especialmente adequado para couro para vestuário e couro para cabedal de sapatos, e também pode ser usado para fabricação de peles. O surfactante de silicone co-modificado com aminopoliéter é usado como agente de engorda, que pode tornar a maciez e a hidrofilicidade em um nível satisfatório. Brilhante e oleoso.

 

6. Usinagem

No processo de produção, uso e manutenção de produtos metálicos, é necessário limpar todos os tipos de sujeira (como cavacos de metal, fluido de corte, abrasivos e várias graxas, poeira e ácidos, álcalis, sais, etc. eletrólitos e suor das mãos, etc.) para garantir a qualidade interna e superficial do produto e prolongar a vida útil. O agente de limpeza surfactante de silicone tem bom desempenho de limpeza e forte detergência. Ele pode não apenas remover manchas de óleo em superfícies metálicas, mas também limpar sujeira como suor das mãos e sais inorgânicos. Além disso, é não inflamável, não tóxico e seguro de usar. Além de boa capacidade de inibição de corrosão e anticorrosão, também pode economizar energia e reduzir a poluição ambiental, e é adequado para limpeza automatizada mecanizada.

 

7. Indústria plástica

O surfactante de silicone desempenha um papel importante no processo de produção de espuma de poliuretano, como dispersão do sistema, crescimento de bolhas, estabilização de bolhas e abertura da câmara de ar, etc. É um bom estabilizador de espuma e estabilizador para espuma de poliuretano. Usando sua atividade superficial, pode fabricar espuma de poliuretano macia, espuma rígida, espuma semirrígida e espuma de alta resiliência. Além disso, a aplicação do estabilizador de espuma de silicone retardador de chama na espuma de poliuretano também é cada vez mais extensa.

 

07 Conclusão

Os surfactantes de silicone têm as vantagens de matérias-primas baratas e fáceis de obter, processos suaves e fáceis de controlar, ampla aplicação e grande demanda. Eles têm bom desempenho de campo, desenvolvimento rápido e grande potencial de mercado. A pesquisa sobre surfactantes de silicone por estudiosos nacionais está dando grandes passos para alcançar o nível internacional, e alguns resultados de pesquisa de ponta foram alcançados na direção de um grau de geminação estrutural de pesquisa. Ao mesmo tempo, também houve mais progresso na pesquisa sobre os processos e produtos de limpeza e ecologização.

 

Referências:

“Silicones Doces”: Reações Biocatalíticas para Formar Macromeros de Carboidratos de Organossilício. Org. Lett. 2005; 7:3857–3860.

Henkensmeier D, Abele BC, Candussio A, Thiem J (2004) Síntese e caracterização de politrimetilsiloxanos modificados com carboidratos terminais.

Wang G, Qu W, Du Z, Cao Q, Li Q (2011) Comportamento de adsorção e agregação de surfactantes de cauda de tetrassiloxano contendo éter metílico de oligo(óxido de etileno) e uma fração de açúcar.

Kickelbick G, Bauer J, Husing N, Andersson M, Palmqvist A (2003) Formação espontânea de vesículas de copolímeros em bloco de polissiloxano-b-poli(óxido de etileno) anfifílicos de cadeia curta.

Soni SS, Sastry NV, George J, Bohidar HB (2003) Estudos de dispersão dinâmica de luz e viscosidade sobre o comportamento de associação de surfactantes de silicone em soluções aquosas.