摘要：本文對汽車數量的發展和有機硅化合物作了簡要的介紹，重點介紹了有機硅化合物在汽車美容護理品中的應用。在汽車表面上光劑、汽車漂洗助劑、輪胎清潔保養、汽車內飾清潔護理、車窗玻璃防霧等方面，有機硅化合物均展現了優異的性能，發揮著舉足輕重的作用。

關鍵詞：有機硅；硅氧烷；汽車美容、汽車護理；

 

    據德國一家汽車市場調研機構（R.L.Polk Marketing Systems）2013年的預測報告說，盡管目前環保已經成為全球熱門的話題，但在未來7年內，全球的汽車保有量仍將繼續增長近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，亞洲將擁有全球四分之一的汽車，也就是2.8億輛。其中，中國和印度的市場增長潛力巨大。根據公安部提供的數據，截至2013年底，我國汽車保有量達1.37億輛，是2003年的5.7倍。工信部預計，到2020年中國汽車保有量將超兩億輛。我國已快速進入汽車社會。汽車消費的快速增長也為汽車美容護理行業帶來了巨大的商機，推動了該行業的迅速發展。目前比較知名的汽車美容用品生產企業有3M、龜博士、尼爾森等。

汽車美容護理不只是簡單幫汽車打蠟、除漬、除臭等清潔與保養護理，還包括專業的美容產品和高科技技術設備，采用先進和特殊的工藝方法，對汽車進行全新保養護理，以達到“舊車變新，新車保值，延壽增益”的功效^[1]。有機硅作為一種特殊的化合物，具有許多優異的性能，已被廣泛應用于汽車清潔、上光、車內飾護理、輪胎保養等產品中，發揮著舉足輕重的作用。

 

1.有機硅化合物簡介

有機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硅氧烷，包括硅油、硅橡膠、硅樹脂、硅烷偶聯劑四大門類。它的基本結構單元（即主鏈）是—Si—O—鍵構成，在硅原子上至少有一個直接與其他各種有機基團碳原子相連。因此，在有機硅聚合物的結構中既含有“有機基團”，又含有“無機結構”，這種特殊的組成和分子結構使它集有機物的特性與無機物的功能于一身，是第一個在工業上獲得應用的元素高分子^[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, Müller 和Rochow發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。直到1860年，硅氧烷化合物方為人所知^[3，4]。目前，世界上主要的有機硅生產企業有道康寧、邁圖、瓦克、信越、藍星，其生產能力占世界總生產能力的80%左右。我國的有機硅工業始于20世紀50年代初。目前，我國有機硅市場發展是全球最快的，年增速高達30%^[5]。

 

2.有機硅化合物在汽車護理中的應用

2.1汽車表面上光劑

    轎車、組裝車、卡車等在戶外行駛、放置或者敞開式運輸時，無論是否噴漆都需要對其進行保護性處理，以防受到環境的侵蝕，如鹽霧、酸雨、工業塵埃、動物排泄物等，尤其是從高空落下的鳥糞、昆蟲的足跡、風沙的侵蝕、鐵路貨箱中的鐵屑等對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。為了保護車體表面的整潔及光澤度，傳統上常采用打蠟拋光的措施。打蠟上光，用蠟量多，勞動強度大，上光速度慢，光澤度差。從使用的安全性及效果來看，研制中性的清潔、上光、保護兼能的產品會受到社會的青睞^[6]。

    20世紀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, 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，而且不含蠟和研磨成分，不會因磨損和氧化而發生變質。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、硅樹脂、環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、線性的非反應性硅油,除了氧原子外，只有甲基和硅原子相連。硅氧烷在結構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特的性能：物理、化學性能惰性，低毒性，良好的熱穩定性，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），良好的潤滑性，低溫下，不結晶，拒水疏油等等。

在家居護理、汽車護理等產品中，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和粘度為1000～100000mPas的高粘度硅油配合使用。因為高粘度硅油能夠賦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，揚長避短，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，使用方便的產品。該產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。具有反應性的氨基改性硅氧烷能夠發生自交聯，或者與上光劑中的原料發生反應，交聯固化^[11]，在表面形成交聯的薄膜。它和聚二甲基硅氧烷的性能相似，但是，當它發生交聯時，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，可根據應用的不同，選擇不同粘度的產品。氨基改性硅氧烷可以和其他的硅油、硅樹脂復配，以達到滿意的效果。氨基改性硅氧烷還可以和脂肪酸復配，常用的如硬脂酸、月桂酸等，氨基也能和這些脂肪酸發生交聯，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，和傳統的固體蠟相比，它具有更低的熔點，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膜，尤其是當它和官能化的硅氧烷復配使用的時候，可進一步提高汽車表面的光亮度、耐洗滌性和耐候性。隨著長鏈烷基的增加，會使二甲基硅油的耐熱性和耐寒性下降，但能夠增加其有機特性，如潤滑性和涂飾性，以及與有機脂的相容性，更適用于作為上光劑原料。烷基取代的鏈長及含量能夠有效控制硅蠟的熔點，滿足不同上光品質和層次的需求^[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。這種親油性的物質能配制出非常穩定，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滑性，使乳液更溶液擦拭均勻，不留條紋。同時，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還能顯著提高光亮度。

2.1.5硅樹脂

硅樹脂是具有高度交聯結構的熱固性聚硅氧烷體系^[5]。硅樹脂也可以用于汽車上光劑中，這種網狀結構的硅氧烷薄膜具有中等程度的耐久性。當它與聚二甲基硅氧烷配合使用時，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。當它與氨基改性的聚硅氧烷配合使用時，可以同時提高上光產品的持久防水性能、抗污性和透氣性^[11]。

2.1.6環甲基硅油

溶劑也是大部分上光劑中的重要組成部分，它會影響整個產品的最終效果。溶劑在上光劑中能溶解活性成分，潤濕上光表面，使上光劑在上光表面均勻鋪展。溶劑的揮發速度、易燃性、與其他成分和包裝材料的兼容性都是選擇溶劑時必須考慮的因素。溶劑太快或太慢的揮發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，不建議用在產品里。

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

以上是常用的一些用于汽車上光劑的有機硅化合物的簡介。在汽車上光劑中，為了達到最佳的使用效果，通常會將兩種或兩種以上的有機硅化合物配合使用。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生交聯反應的反應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數周的高光亮的薄膜。該乳液還可以用于汽車玻璃、內飾的清潔上光。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理劑的方法。

 

2.2 汽車漂洗助劑

 

    自從商業洗車出現以來，人們一直在探尋從剛洗過的汽車上除去表面水的更有效、更經濟、更快速的方法。最初，表面水都是用毛巾人工擦干。隨著機械化進程的加快，直接對汽車進行熱氣流干燥可以將大部分水去除。業已發現，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使用，它能使水在汽車表面形成水珠，用氣流干燥時，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電荷，陽離子改性的硅氧烷表面活性劑通過靜電吸附，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，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。該上光劑也含有陽離子改性的硅氧烷表面活性劑，通過靜電吸附，硅氧烷可在汽車表面形成一層光亮疏水的保護膜。漂洗后采用熱氣流干燥，無需擦拭，省時省力。該上光劑中還含有氨基改性的硅氧烷，可進一步提高車身表面光亮度和耐久性。

圖1 陽離子硅氧烷表面活性劑在汽車表面的鋪展效果

 

2.3 輪胎護理劑

 

輪胎護理劑主要是用來防止輪胎老化、褪色、龜裂，對已出現龜裂紋和開始老化的輪胎，可極大地延緩輪胎進一步龜裂及老化程度，同時可使輪胎表面快速生成一層烏黑閃亮的保護膜，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境中其他化學物質的侵蝕而引起聚合物化學鍵的斷裂，延長輪胎的使用壽命。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、塑料表面護理劑中，高粘度硅油覆蓋在橡膠表面，起到保護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，起到保護作用。此外，聚醚改性的硅氧烷表面活性劑在輪胎護理劑中可起到提高潤濕和鋪展的作用。

 

2.4其他應用

 

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

在潮濕的環境下，當溫度達到露點以下時，潮濕的水汽會在玻璃表面凝結成微小水滴，由于這些小水滴的光散射作用大大降低了玻璃的透明度，尤其是汽車擋風玻璃在濕度加大天氣或使用空調時，常會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，使水不會在玻璃表面凝結成細小的水珠，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效型的玻璃防霧劑，具有效果持久、耐低溫性更強的特點。

 

3 結語

     有機硅化合物種類繁多，性能各異，在提高產品的功能性、使用性方面均具有不俗的表現。在汽車美容護理產品研發過程中選擇一種或數種適合的硅氧烷化合物，必能提升產品的性能，給汽車全面的養護，美化汽車的外觀，延長汽車的使用壽命，給消費者煥然一新的體驗。同時，研發出高品質的產品，使清潔護理一步完成，減少洗車廢水的排放量，減輕對環境的壓力，省時、省力、省水，摒棄目前部分汽車護理企業還在使用皂、洗衣粉、強堿、強力研磨劑等對汽車進行粗暴的清潔護理的方式，必將推動汽車美容護理行業向著健康、良性、可持續的方向發展。

 

 

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作者簡介：姚永麗（1976-），女，重慶人，碩士，聯系電話：（021）61191448

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