有機(jī)硅及其在汽車美容護(hù)理中的應(yīng)用

姚永麗，羅 剛

（贏創(chuàng)特種化學(xué)（上海）有限公司—家居護(hù)理部 ，上海 201108）

有機(jī)硅及其在汽車美容護(hù)理中的應(yīng)用

姚永麗，羅 剛

（贏創(chuàng)特種化學(xué)（上海）有限公司—家居護(hù)理部 ，上海 201108）

本文對(duì)汽車數(shù)量的發(fā)展和有機(jī)硅化合物作了簡(jiǎn)要的介紹，重點(diǎn)介紹了有機(jī)硅化合物在汽車美容護(hù)理品中的應(yīng)用。在汽車表面上光劑、汽車漂洗助劑、輪胎清潔保養(yǎng)、汽車內(nèi)飾清潔護(hù)理、車窗玻璃防霧等方面，有機(jī)硅化合物均展現(xiàn)了優(yōu)異的性能，發(fā)揮著舉足輕重的作用。

有機(jī)硅；硅氧烷；汽車美容；汽車護(hù)理

據(jù)德國(guó)一家汽車市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)（R.L.Polk Marketing Systems）2013年的預(yù)測(cè)報(bào)告說(shuō)，盡管目前環(huán)保已經(jīng)成為全球熱門的話題，但在未來(lái)7年內(nèi)，全球的汽車保有量仍將繼續(xù)增長(zhǎng)近20%。到2015年，全球汽車保有量將從2007年的近9.2億輛增至11.2億輛左右。屆時(shí)，亞洲將擁有全球四分之一的汽車，也就是2.8億輛。其中，中國(guó)和印度的市場(chǎng)增長(zhǎng)潛力巨大。根據(jù)公安部提供的數(shù)據(jù)，截至2013年底，我國(guó)汽車保有量達(dá)1.37億輛，是2003年的5.7倍。工信部預(yù)計(jì)，到2020年中國(guó)汽車保有量將超兩億輛。我國(guó)已快速進(jìn)入汽車社會(huì)。汽車消費(fèi)的快速增長(zhǎng)也為汽車美容護(hù)理行業(yè)帶來(lái)了巨大的商機(jī)，推動(dòng)了該行業(yè)的迅速發(fā)展。目前比較知名的汽車美容用品生產(chǎn)企業(yè)有3M、龜博士、尼爾森等。

汽車美容護(hù)理不只是簡(jiǎn)單幫汽車打蠟、除漬、除臭等清潔與保養(yǎng)護(hù)理，還包括專業(yè)的美容產(chǎn)品和高科技技術(shù)設(shè)備，采用先進(jìn)和特殊的工藝方法，對(duì)汽車進(jìn)行全新保養(yǎng)護(hù)理，以達(dá)到“舊車變新，新車保值，延壽增益”的功效[1]。有機(jī)硅作為一種特殊的化合物，具有許多優(yōu)異的性能，已被廣泛應(yīng)用于汽車清潔、上光、車內(nèi)飾護(hù)理、輪胎保養(yǎng)等產(chǎn)品中，發(fā)揮著舉足輕重的作用。

1. 有機(jī)硅化合物簡(jiǎn)介

有機(jī)硅是含有硅元素的眾多高分子化合物的總稱，一般是指以硅氧烷為主鏈的聚有機(jī)硅氧烷，包括硅油、硅橡膠、硅樹(shù)脂、硅烷偶聯(lián)劑四大門類。它的基本結(jié)構(gòu)單元（即主鏈）是—Si—O—鍵構(gòu)成，在硅原子上至少有一個(gè)直接與其他各種有機(jī)基團(tuán)碳原子相連。因此，在有機(jī)硅聚合物的結(jié)構(gòu)中既含有“有機(jī)基團(tuán)”，又含有“無(wú)機(jī)結(jié)構(gòu)”，這種特殊的組成和分子結(jié)構(gòu)使它集有機(jī)物的特性與無(wú)機(jī)物的功能于一身，是第一個(gè)在工業(yè)上獲得應(yīng)用的元素高分子[2]。

盡管地殼的25%是由二氧化硅組成，但是，在自然界中，硅氧烷化合物卻并不存在。直到1940年, Mu..ller 和Rochow發(fā)明了直接合成甲基氯硅烷的合成路線，奠定了合成硅氧烷化合物的基礎(chǔ)。直到1860年，硅氧烷化合物方為人所知[3，4]。目前，世界上主要的有機(jī)硅生產(chǎn)企業(yè)有道康寧、邁圖、瓦克、信越、藍(lán)星，其生產(chǎn)能力占世界總生產(chǎn)能力的80%左右。我國(guó)的有機(jī)硅工業(yè)始于20世紀(jì)50年代初。目前，我國(guó)有機(jī)硅市場(chǎng)發(fā)展是全球最快的，年增速高達(dá)30%[5]。

2. 有機(jī)硅化合物在汽車護(hù)理中的應(yīng)用

2.1 汽車表面上光劑

轎車、組裝車、卡車等在戶外行駛、放置或者敞開(kāi)式運(yùn)輸時(shí)，無(wú)論是否噴漆都需要對(duì)其進(jìn)行保護(hù)性處理，以防受到環(huán)境的侵蝕，如鹽霧、酸雨、工業(yè)塵埃、動(dòng)物排泄物等，尤其是從高空落下的鳥(niǎo)糞、昆蟲(chóng)的足跡、風(fēng)沙的侵蝕、鐵路貨箱中的鐵屑等對(duì)汽車表面的損害比較大。此外，轎車的局部污染是因排氣造成的，污跡成分以烴類、碳化物為主。為了保護(hù)車體表面的整潔及光澤度，傳統(tǒng)上常采用打蠟拋光的措施。打蠟上光，用蠟量多，勞動(dòng)強(qiáng)度大，上光速度慢，光澤度差。從使用的安全性及效果來(lái)看，研制中性的清潔、上光、保護(hù)兼能的產(chǎn)品會(huì)受到社會(huì)的青睞[6]。

20世紀(jì)50年代，聚硅氧烷乳液取代膏狀蠟作為汽車上光劑引入市場(chǎng), 該乳液還包含了焦油去除劑。該上光劑使用方便、省力，容易去除[7]。硅氧烷拋光劑具有自流平、易分散的特點(diǎn)，而且不含蠟和研磨成分，不會(huì)因磨損和氧化而發(fā)生變質(zhì)。它可以裝在小型噴霧器中，普通用戶只需將它噴灑到汽車面漆上，再用布擦干，就能得到一層高光澤度的、薄的保護(hù)層[8]。通常，聚二甲基硅氧烷、氨基改性聚硅氧烷、烷基改性聚硅氧烷、硅氧烷乳化劑、硅樹(shù)脂、環(huán)甲基硅油等均可作為上光劑成分。

2.1.1 聚二甲基硅氧烷

聚二甲基硅氧烷是具有不同粘度的、線性的非反應(yīng)性硅油,除了氧原子外，只有甲基和硅原子相連。硅氧烷在結(jié)構(gòu)上的特性和硅原子本身的惰性，決定了聚硅氧烷具有許多獨(dú)特的性能：物理、化學(xué)性能惰性，低毒性，良好的熱穩(wěn)定性，良好的抗氧化、抗UV性能，高的表面活性，非常低的表面張力（18～22mN/m），良好的潤(rùn)滑性，低溫下，不結(jié)晶，拒水疏油等等。

在家居護(hù)理、汽車護(hù)理等產(chǎn)品中，硅油通常作為防水劑、上光劑成分。粘度為50～500mPas的低粘度硅油通常會(huì)和粘度為1000～100000mPas的高粘度硅油配合使用。因?yàn)楦哒扯裙栌湍軌蛸x予表面良好的光亮度，但是鋪展性較差，而低粘度硅油則具有良好的鋪展性，但上光性較差[9]。兩者配合使用，揚(yáng)長(zhǎng)避短，既能在被處理表面均勻地鋪展成膜，不留下條紋，又能賦予表面良好的光澤度。趙建紅[10]將不同粘度的硅油用于汽車清潔上光蠟中，配置出一種不含研磨劑、易涂易擦，使用方便的產(chǎn)品。該產(chǎn)品不僅賦予汽車表面良好光亮度，而且使車身具有良好的防塵、抗水性能，保護(hù)車身漆面。

2.1.2 氨基改性硅氧烷

氨基改性硅氧烷已廣泛用于汽車上光劑中。氨基具有強(qiáng)極性，使得氨基改性的硅氧烷能夠與材料表面羥基、羧基等相互作用，硅油能夠牢固地吸附于材料表面，形成一層附在表面上的薄膜。具有反應(yīng)性的氨基改性硅氧烷能夠發(fā)生自交聯(lián)，或者與上光劑中的原料發(fā)生反應(yīng)，交聯(lián)固化[11]，在表面形成交聯(lián)的薄膜。它和聚二甲基硅氧烷的性能相似，但是，當(dāng)它發(fā)生交聯(lián)時(shí)，能提高上光劑的耐久性和耐洗滌性。氨基改性硅氧烷也有不同的粘度，可根據(jù)應(yīng)用的不同，選擇不同粘度的產(chǎn)品。氨基改性硅氧烷可以和其他的硅油、硅樹(shù)脂復(fù)配，以達(dá)到滿意的效果。氨基改性硅氧烷還可以和脂肪酸復(fù)配，常用的如硬脂酸、月桂酸等，氨基也能和這些脂肪酸發(fā)生交聯(lián)，以提高上光膜的耐久性（耐腐蝕性）。

2.1.3 烷基改性硅氧烷

烷基改性硅氧烷又成為硅蠟，和傳統(tǒng)的固體蠟相比，它具有更低的熔點(diǎn)，更易于使用。硅蠟有良好的鋪展性能，極易在汽車表面形成保護(hù)膜，尤其是當(dāng)它和官能化的硅氧烷復(fù)配使用的時(shí)候，可進(jìn)一步提高汽車表面的光亮度、耐洗滌性和耐候性。隨著長(zhǎng)鏈烷基的增加，會(huì)使二甲基硅油的耐熱性和耐寒性下降，但能夠增加其有機(jī)特性，如潤(rùn)滑性和涂飾性，以及與有機(jī)脂的相容性，更適用于作為上光劑原料。烷基取代的鏈長(zhǎng)及含量能夠有效控制硅蠟的熔點(diǎn)，滿足不同上光品質(zhì)和層次的需求[11]。

2.1.4 硅氧烷乳化劑

硅氧烷乳化劑是一種特殊的表面活性劑，它用于配制W/O型上光劑。這種親油性的物質(zhì)能配制出非常穩(wěn)定，剪切變稠的乳液。此外，乳化劑本身具有觸變性，容易使用。由于硅氧烷本身的潤(rùn)滑性，使乳液更溶液擦拭均勻，不留條紋。同時(shí)，硅氧烷乳化劑自身也具有良好的上光性能。Henning等[12]在文中介紹了一種烷基聚醚改性硅氧烷乳化劑TEGOPREN 7008和一種可自乳化的氨基改性硅氧烷乳化劑TEGO Polish Additive ACS， 它們用于W/O的汽車上光蠟中，提供乳化性能的同時(shí)還能顯著提高光亮度。

2.1.5 硅樹(shù)脂

硅樹(shù)脂是具有高度交聯(lián)結(jié)構(gòu)的熱固性聚硅氧烷體系[5]。硅樹(shù)脂也可以用于汽車上光劑中，這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的硅氧烷薄膜具有中等程度的耐久性。當(dāng)它與聚二甲基硅氧烷配合使用時(shí)，能夠提高上光劑的耐久性和流平性，并保持易于使用、光亮和防水的特性。當(dāng)它與氨基改性的聚硅氧烷配合使用時(shí)，可以同時(shí)提高上光產(chǎn)品的持久防水性能、抗污性和透氣性[11]。

2.1.6 環(huán)甲基硅油

溶劑也是大部分上光劑中的重要組成部分，它會(huì)影響整個(gè)產(chǎn)品的最終效果。溶劑在上光劑中能溶解活性成分，潤(rùn)濕上光表面，使上光劑在上光表面均勻鋪展。溶劑的揮發(fā)速度、易燃性、與其他成分和包裝材料的兼容性都是選擇溶劑時(shí)必須考慮的因素。溶劑太快或太慢的揮發(fā)速度都可能使上光膜在表面上鋪展不均勻，形成條紋。含芳香烴的溶劑有可能損傷表面，因此，不建議用在產(chǎn)品里。

環(huán)甲基硅油是一種具有揮發(fā)性的硅油，可以作為傳統(tǒng)溶劑的替代品用于汽車上光劑中，它們和傳統(tǒng)溶劑相比，對(duì)車表面的沉積物具有相似的清潔能力，而鋪展性和潤(rùn)滑性更好。它和硅氧烷也有極好的兼容性。選擇不同揮發(fā)速度的硅油，可以使上光劑產(chǎn)品獲得不同的干燥速度。并且，揮發(fā)性硅油不會(huì)破壞臭氧層，因此，在美國(guó)未被列為揮發(fā)性有機(jī)物。

以上是常用的一些用于汽車上光劑的有機(jī)硅化合物的簡(jiǎn)介。在汽車上光劑中，為了達(dá)到最佳的使用效果，通常會(huì)將兩種或兩種以上的有機(jī)硅化合物配合使用。Jeffery L. Vadasz等[13]研制了一種不含蠟的上光乳液。該乳液用聚二甲基硅氧烷，氨基改性聚硅氧烷以及可以和其發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)的反應(yīng)性聚硅氧烷作為上光成分。該乳液只需擦拭到汽車表面就能形成一層能保持?jǐn)?shù)周的高光亮的薄膜。該乳液還可以用于汽車玻璃、內(nèi)飾的清潔上光。M.A.舒爾茨等[14]研制了一種可用于汽車表面的液體拋光劑。該產(chǎn)品含有聚二甲基硅氧烷、氨基官能化硅氧烷、硅氧烷基蠟和揮發(fā)性硅油組分，賦予油漆金屬表面高光澤、耐久、耐水性等。Donna W. Klayder等[15]也介紹了用硅油、氨基改性硅氧烷和硅氧烷表面活性劑研制凝膠狀車身上光劑和護(hù)理劑的方法。

2.2 汽車漂洗助劑

自從商業(yè)洗車出現(xiàn)以來(lái)，人們一直在探尋從剛洗過(guò)的汽車上除去表面水的更有效、更經(jīng)濟(jì)、更快速的方法。最初，表面水都是用毛巾人工擦干。隨著機(jī)械化進(jìn)程的加快，直接對(duì)汽車進(jìn)行熱氣流干燥可以將大部分水去除。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，如果水先變成水珠或形成水滴，就可以很容易用熱氣流吹走。汽車漂洗助劑是在汽車沖洗的最后冷洗時(shí)使用，它能使水在汽車表面形成水珠，用氣流干燥時(shí)，水珠極易除去，在油漆表面不留痕跡[6]。

由于汽車的表面帶負(fù)電荷，陽(yáng)離子改性的硅氧烷表面活性劑通過(guò)靜電吸附，可以在汽車表面形成一層疏水的薄膜。水在疏水薄膜上聚集成水珠，在熱氣流的吹拂下即可輕易地滑落（如圖1所示），加快了汽車表面的干燥速度，同時(shí)，由于硅氧烷覆蓋在汽車表面，提高了汽車表面的光亮度。Henning等[12]還介紹了一種水溶性的陽(yáng)離子改性硅氧烷TEGOPREN 6922，在汽車清洗劑中用作清潔輔助劑和添加劑，使汽車表面具有與蠟相似的效果，下雨或其他因素打濕了汽車表面后就會(huì)形成分散的水滴。Altony J.等[16]研制了一種用于汽車漂洗階段的上光劑。該上光劑也含有陽(yáng)離子改性的硅氧烷表面活性劑，通過(guò)靜電吸附，硅氧烷可在汽車表面形成一層光亮疏水的保護(hù)膜。漂洗后采用熱氣流干燥，無(wú)需擦拭，省時(shí)省力。該上光劑中還含有氨基改性的硅氧烷，可進(jìn)一步提高車身表面光亮度和耐久性。

2.3 輪胎護(hù)理劑

輪胎護(hù)理劑主要是用來(lái)防止輪胎老化、褪色、龜裂，對(duì)已出現(xiàn)龜裂紋和開(kāi)始老化的輪胎，可極大地延緩輪胎進(jìn)一步龜裂及老化程度，同時(shí)可使輪胎表面快速生成一層烏黑閃亮的保護(hù)膜，且防水，不易被水洗掉[6]。

聚二甲基硅氧烷和氨基改性的硅氧烷均可用于輪胎護(hù)理劑中。它們覆蓋在輪胎表面，可以阻止輪胎表面受到臭氧及環(huán)境中其他化學(xué)物質(zhì)的侵蝕而引起聚合物化學(xué)鍵的斷裂，延長(zhǎng)輪胎的使用壽命。O'Lenick 等[17]將低黏度（50～100 centistokes）的硅油和高黏度（1000～60000）硅油配合用于橡膠、塑料表面護(hù)理劑中，高粘度硅油覆蓋在橡膠表面，起到保護(hù)表面和增加光亮度的作用，低黏度的硅油則迅速滲透到聚合物的孔隙里，起到保護(hù)作用。此外，聚醚改性的硅氧烷表面活性劑在輪胎護(hù)理劑中可起到提高潤(rùn)濕和鋪展的作用。

2.4 其他應(yīng)用

汽車駕駛室內(nèi)的器件很多是用皮革、塑料等材質(zhì)包裝或制造的，而這些材質(zhì)在紫外線的照射和空氣中臭氧的作用下，時(shí)間長(zhǎng)了就會(huì)出現(xiàn)老化、脆化、龜裂等現(xiàn)象。聚硅氧烷及其衍生物可作為汽車內(nèi)部皮革、塑料護(hù)理劑的主要成分，它們不但可以賦予皮革、塑料等表面良好的潤(rùn)滑性、光澤度、防水性，還可以在這些表面形成一層保護(hù)膜，提高表面的耐候性，延長(zhǎng)使用壽命。聚二甲基硅氧烷乳液、氨基改性硅氧烷、硅蠟、硅樹(shù)脂、烷基聚醚改性的硅氧烷及其衍生物等均可用于汽車皮革、塑料護(hù)理產(chǎn)品中。

圖1 陽(yáng)離子硅氧烷表面活性劑在汽車表面的鋪展效果

在潮濕的環(huán)境下，當(dāng)溫度達(dá)到露點(diǎn)以下時(shí)，潮濕的水汽會(huì)在玻璃表面凝結(jié)成微小水滴，由于這些小水滴的光散射作用大大降低了玻璃的透明度，尤其是汽車擋風(fēng)玻璃在濕度加大天氣或使用空調(diào)時(shí)，常會(huì)因水蒸氣霧化而妨害了視線[6]。聚醚改性的硅氧烷能極大地降低固液界面張力，使水不會(huì)在玻璃表面凝結(jié)成細(xì)小的水珠，從而保持了玻璃的透明度，因此可以作為汽車玻璃的防霧劑使用。于文等[18]采用聚醚改性硅氧烷作為防霧劑成分研制出一種長(zhǎng)效型的玻璃防霧劑，具有效果持久、耐低溫性更強(qiáng)的特點(diǎn)。

3. 結(jié)語(yǔ)

有機(jī)硅化合物種類繁多，性能各異，在提高產(chǎn)品的功能性、使用性方面均具有不俗的表現(xiàn)。在汽車美容護(hù)理產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程中選擇一種或數(shù)種適合的硅氧烷化合物，必能提升產(chǎn)品的性能，給汽車全面的養(yǎng)護(hù)，美化汽車的外觀，延長(zhǎng)汽車的使用壽命，給消費(fèi)者煥然一新的體驗(yàn)。同時(shí)，研發(fā)出高品質(zhì)的產(chǎn)品，使清潔護(hù)理一步完成，減少洗車廢水的排放量，減輕對(duì)環(huán)境的壓力，省時(shí)、省力、省水，摒棄目前部分汽車護(hù)理企業(yè)還在使用皂、洗衣粉、強(qiáng)堿、強(qiáng)力研磨劑等對(duì)汽車進(jìn)行粗暴的清潔護(hù)理的方式，必將推動(dòng)汽車美容護(hù)理行業(yè)向著健康、良性、可持續(xù)的方向發(fā)展。

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