CN106046288A - 一种亲水扩链剂及其制备方法与应用 - Google Patents

一种亲水扩链剂及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种亲水扩链剂及其制备方法与应用，该制备方法具体步骤如下：在0~50℃，将异氰尿酸三缩水甘油酯丙酮溶液、二甘醇胺和酸酐丙酮溶液混合，可制得亲水扩链剂化合物Ⅰ。本发明的制备方法产率较高、纯度较高、成本较低，易于实现工业化。本发明可用作水性聚氨酯的合成，合成的聚氨酯具有优良的水分散性，具有良好的粘接强度和拉伸强度。

Description

一种亲水扩链剂及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及涂料及胶黏剂领域，具体涉及一种亲水扩链剂及其制备方法与应用。
背景技术
聚氨酯具有高强度、耐磨耐冲击和耐油等优点，其应用越来越广。水性聚氨酯以水为分散介质，具有不污染环境和节省资源的特点，是溶剂型聚氨酯的理想替代者。水性聚氨酯的制备主要有2个步骤:第一步由低聚物二元醇与多异氰酸酯形成聚氨酯预聚物，此预聚物以亲水性官能团物质进行亲水改性；第二步在一定剪切力作用下，聚氨酯预聚物在水中分散和扩链。CN97108796、CN201210150729、CN96193790、CN200510081879 等专利公开亲水性官能团化合物如二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸、3-双(羟基乙基）氨基丙烷磺酸钠、双(轻基乙基）胺。这些水性聚氨酯的亲水性官能团都为链状单亲水基团的结构，而本发明的亲水扩链剂可以带有1-3个亲水基团结构。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种亲水扩链剂及其制备方法与应用。该制备方法产率较高、纯度较高、成本较低，易于实现工业化。本发明可用作水性聚氨酯的合成，合成的聚氨酯具有优良的水分散性，具有良好的粘接强度和拉伸强度。
本发明的目的通过以下技术方案实现。
一种亲水扩链剂，化学结构式如下：
化合物Ⅰ。
一种亲水扩链剂的制备方法，具体步骤如下：
1）在0~50℃范围内将异氰尿酸三缩水甘油酯丙酮溶液滴入二甘醇胺中混合均匀反应10-30min，得到化合物Ⅱ混合液；其中，异氰尿酸三缩水甘油酯丙酮溶液中的异氰尿酸三缩水甘油酯与二甘醇胺的摩尔比为1:3~1:10；
2）再将化合物Ⅱ混合液滴入酸酐丙酮溶液中，反应10-60min，干燥得到亲水扩链剂。
进一步地，所述异氰尿酸三缩水甘油酯丙酮溶液的质量浓度为10%-50%。
更进一步地，所述异氰尿酸三缩水甘油酯丙酮溶液的质量浓度为20%。
进一步地，所述酸酐丙酮溶液中的酸酐为马来酸酐、丁二酸酐、戊二酸酐和邻苯二酸酐中的一种以上。
进一步地，所述酸酐丙酮溶液的质量浓度为10%-50%。
更进一步地，所述酸酐丙酮溶液的质量浓度为20%。
进一步地，所述酸酐丙酮溶液中的酸酐与化合物Ⅱ以摩尔比1:1~3:1反应；化合物Ⅱ的化学结构式如下所示：
。
化合物Ⅱ
进一步地，所述干燥的方法是热风干燥或用有机溶剂置换化合物Ⅰ中微量的水，得到白色粉末状化合物Ⅰ。
更进一步地，所述有机溶剂为丙酮或甲醇。
以上所述的一种亲水扩链剂在水性聚氨酯的合成中的应用。
与现有技术相比，本发明具有如下优点与技术效果：
1）本发明的制备方法产率较高、纯度较高、成本较低，易于实现工业化。
2)本发明可用作水性聚氨酯的合成，合成的聚氨酯具有优良的水分散性，具有良好的粘接强度和拉伸强度，还具有一定的抗菌性。
具体实施方式
以下结合实例对本发明的具体实施作进一步说明，但本发明的实施和保护范围不限于此
实施例1
将质量浓度为20％的异氰尿酸三缩水甘油酯丙酮溶液297.3克，滴入二甘醇胺中，其中异氰尿酸三缩水甘油酯和二甘醇胺的摩尔比为1:3，0℃下搅拌20分钟，得到化合物Ⅱ混合液。然后将化合物Ⅱ混合液滴入9.8克质量浓度为20％的马来酸酐丙酮溶液中(化合物Ⅱ与马来酸酐的摩尔比为1:1)，反应20min，丙酮干燥得到亲水性扩链剂。将本实施例制得的亲水性扩链剂用于合成水性聚氨酯：将1.9克多异氰酸酯(HDI)和5.7克二元醇(PBA2000)按摩尔比4:1在 80℃下反应3小时；接着加入丁二醇0.2克，再加入上述扩链剂混合二羟甲基丙酸(1:1摩尔比)，占预聚物质量的3％，80℃下反应2h；室温下加入三乙胺中反应30分钟；搅拌下，加入水分散得到水性聚氨酯。水性聚氨酯的水乳液稳定性优良，具有高亲水性，而且跟DMPA混合用不会产生泛黄的现象。储存一年后乳液仍旧相当稳定，无分层现象。在其他条件一样下，用本实施例制备的亲水性扩链剂合成的水性聚氨酯比用2,2-二羟甲基丙酸作亲水扩链剂合成的水性聚氨酯的抗菌性强，剥离强度可达8.1N/mm(见表1)。
实施例2
将质量浓度为20%的异氰尿酸三缩水甘油酯丙酮溶液297.3克滴入二甘醇胺中，其中异氰尿酸三缩水甘油酯和二甘醇胺的摩尔比1:5，30℃下搅拌60分钟，得到化合物Ⅱ混合液。然后将化合物Ⅱ混合液滴入19.6克质量浓度为50%的马来酸酐丙酮溶液中（化合物Ⅱ与马来酸酐的摩尔比为1:2），反应10min，甲醇干燥得到亲水性扩链剂。本实施例制得的亲水扩链剂合成的水性聚氨酯的水乳液稳定性优良，具有高亲水性，而且跟DMPA混合用不会产生泛黄的现象。储存一年后乳液仍旧相当稳定，无分层现象。在其他条件一样下，用本实施例制备的亲水性扩链剂合成的水性聚氨酯比用2,2-二羟甲基丙酸作亲水扩链剂合成的水性聚氨酯的抗菌性强。
实施例3
将质量浓度为20%的异氰尿酸三缩水甘油酯丙酮溶液297.3克滴入二甘醇胺中（异氰尿酸三缩水甘油酯和二甘醇胺的摩尔比1:10），50℃下搅拌20分钟，得到化合物Ⅱ混合液。然后将化合物Ⅱ混合液滴入29.4克质量浓度为10%的马来酸酐丙酮溶液中（化合物Ⅱ与马来酸酐的摩尔比为1:3），反应30min，甲醇干燥得到亲水性扩链剂。本实施例制得的亲水扩链剂合成的水性聚氨酯的水乳液稳定性优良，具有高亲水性，而且跟DMPA混合用不会产生泛黄的现象。储存一年后乳液仍旧相当稳定，无分层现象。在其他条件一样下，用本实施例制备的亲水性扩链剂合成的水性聚氨酯比用2,2-二羟甲基丙酸作亲水扩链剂合成的水性聚氨酯的抗菌性强。
实施例4
将质量浓度为30%的异氰尿酸三缩水甘油酯丙酮溶液297.3克，滴入二甘醇胺中，其中异氰尿酸三缩水甘油酯和二甘醇胺的摩尔比为1:3，0℃下搅拌30分钟，得到化合物Ⅱ混合液。然后将化合物Ⅱ混合液滴入45克质量浓度为20%的邻苯二甲酸酐丙酮溶液中（化合物Ⅱ与邻苯二甲酸酐的摩尔比为1:3），反应10min，丙酮干燥得到亲水性扩链剂。本实施例制得的亲水扩链剂合成的水性聚氨酯的水乳液稳定性优良，具有高亲水性，而且跟DMPA混合用不会产生泛黄的现象。储存一年后乳液仍旧相当稳定，无分层现象。在其他条件一样下，用本实施例制备的亲水性扩链剂合成的水性聚氨酯比用2,2-二羟甲基丙酸作亲水扩链剂合成的水性聚氨酯的抗菌性强。
实施例5
将质量浓度为50%的异氰尿酸三缩水甘油酯丙酮溶液297.3克，滴入二甘醇胺中，其中异氰尿酸三缩水甘油酯和二甘醇胺的摩尔比为1:5，30℃下搅拌10分钟，得到化合物Ⅱ混合液。然后将化合物Ⅱ混合液滴入33.4克质量浓度为20%的戊二酸酐丙酮溶液中（化合物Ⅱ与戊二酸酐的摩尔比为1:3），反应30min，热风干燥得到亲水性扩链剂。本实施例制得的亲水扩链剂合成的水性聚氨酯的水乳液稳定性优良，具有高亲水性，而且跟DMPA混合用不会产生泛黄的现象。储存一年后乳液仍旧相当稳定，无分层现象。在其他条件一样下，用本实施例制备的亲水性扩链剂合成的水性聚氨酯比用2,2-二羟甲基丙酸作亲水扩链剂合成的水性聚氨酯的抗菌性强。
实施例6
将质量浓度为10%的异氰尿酸三缩水甘油酯丙酮溶液297.3克，滴入二甘醇胺中，其中异氰尿酸三缩水甘油酯和二甘醇胺的摩尔比为1:4，，30℃下搅拌20分钟，得到化合物Ⅱ混合液。然后将化合物Ⅱ混合液滴入30克质量浓度为20%的丁二酸酐丙酮溶液中（化合物Ⅱ与丁二酸酐的摩尔比为1:3），反应20min，丙酮干燥得到亲水性扩链剂。本实施例制得的亲水扩链剂合成的水性聚氨酯的水乳液稳定性优良，具有高亲水性，而且跟DMPA混合用不会产生泛黄的现象。储存一年后乳液仍旧相当稳定，无分层现象。在其他条件一样下，用本实施例制备的亲水性扩链剂合成的水性聚氨酯比用2,2-二羟甲基丙酸作亲水扩链剂合成的水性聚氨酯的抗菌性强。
表1为用实施例1-6制得的亲水性扩链剂与对比样用2,2-二羟甲基丙酸作亲水扩链剂合成的水性聚氨酯的性能参数。
表1
以上说明，用本发明的亲水扩链剂合成的聚氨酯具有良好的粘接强度和拉伸强度，而且水乳液稳定性优良，具有高亲水性，而且跟DMPA混合用不会产生泛黄的现象。其后两个月内TGIC乳液仍旧相当稳定，并具有一定的抗菌性。

Claims (9)

1.一种亲水扩链剂，其特征在于，化学结构式如下：
化合物Ⅰ。
2.制备权利要求1所述的一种亲水扩链剂的方法，其特征在于，具体步骤如下：
1）在0~50℃范围内将异氰尿酸三缩水甘油酯丙酮溶液滴入二甘醇胺中混合均匀反应10-60min，得到化合物Ⅱ混合液；其中，异氰尿酸三缩水甘油酯丙酮溶液中的异氰尿酸三缩水甘油酯与二甘醇胺的摩尔比为1:3~1:10；
2）再将化合物Ⅱ混合液滴入酸酐丙酮溶液中，反应10-30min，干燥得到亲水扩链剂。
3.根据权利要求2所述的一种亲水扩链剂的制备方法，其特征在于，所述异氰尿酸三缩水甘油酯丙酮溶液的质量浓度为10-50%。
4.根据权利要求2所述的一种亲水扩链剂的制备方法，其特征在于，所述酸酐丙酮溶液中的酸酐为马来酸酐、丁二酸酐、戊二酸酐和邻苯二酸酐中的一种以上。
5.根据权利要求2所述的一种亲水扩链剂的制备方法，其特征在于，所述酸酐丙酮溶液的质量浓度为10-50%。
6.根据权利要求2所述的一种亲水扩链剂的制备方法，其特征在于，所述酸酐丙酮溶液中的酸酐与化合物Ⅱ以摩尔比1:1~3:1反应；化合物Ⅱ的化学结构式如下所示：
。
7.根据权利要求2所述的一种亲水扩链剂的制备方法，其特征在于，所述干燥的方法是热风干燥或用有机溶剂置换化合物Ⅰ中的水，得到白色粉末状化合物Ⅰ。
8.根据权利要求7所述的一种亲水扩链剂的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为丙酮或甲醇。
9.权利要求1所述的一种亲水扩链剂在合成水性聚氨酯中的应用。
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