[发明专利]一种柔性磺酸型亲水扩链剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种柔性磺酸型亲水扩链剂及其制备方法和应用。该柔性磺酸型亲水扩链剂的分子结构通式如I所示：其中，R＝H或CH₃；m＝1或2；n为1‑20任一整数；x＝1或2。该制备方法，包括以含有磺酸离子基团的醛与醚二胺在酸性催化剂作用下反应生成醛亚胺中间产物，之后所述醛亚胺中间产物再经还原剂还原制得所述柔性磺酸型亲水扩链剂。本发明还提出一种上述柔性磺酸型亲水扩链剂或者上述制备方法制备得到的柔性磺酸型亲水扩链剂在合成水性聚氨酯分散体中的应用。通过该扩链剂在提高聚氨酯乳化性和耐水性的基础上，进一步提高了聚氨酯的韧性。

技术领域

本发明涉及聚氨酯材料领域，尤其涉及一种柔性磺酸型亲水扩链剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着全球对环保要求的日益严格，具有高挥发性有机物(VOCs)的溶剂型材料已逐渐被禁止使用，环保安全、具有低VOCs排放的水性化材料已成为各行业竞相发展的替代材料，水性化已然成为全球工业发展的主流方向。

水性聚氨酯是以聚氨酯树脂为基料、以水代替有机溶剂作为分散介质，其分散液中不含或含有极少量有机溶剂的聚氨酯，因结合了溶剂型聚氨酯的高性能和水性材料的低VOCs含量的优点，可广泛应用于纺织印染、皮革加工、涂料、粘合剂、木材加工、生物医学、电子标签等行业。在聚氨酯分子链上引入亲水基团是实现聚氨酯水性化的关键，众多合成手段中，以含有亲水基团的扩链剂通过扩链手段引入亲水基团为当前最常用的方法，已报道的扩链剂包括：2，2-二羟甲基丙酸、2，2-二羟甲基丁酸、酒石酸、乙二胺乙基磺酸钠、2，4-二氨基苯磺酸钠、1，2-二羟基-3-丙磺酸钠、1，4-丁二醇-2-磺酸钠等。这些亲水扩链剂有一个共同特点，即每个扩链剂上只含有一个离子基团。以这些扩链剂制备水性聚氨酯时，聚氨酯分子链上亲水基团的含量主要由扩链剂的用量决定。在较低扩链剂用量下，由于引入到聚氨酯分子链上的亲水基团较少，所获得的水性聚氨酯很难形成性能稳定的水性聚氨酯分散体。而为了提高聚氨酯在水中的分散性，一般是提高扩链剂用量，然而这种较高的扩链剂用量会造成聚氨酯分子链中亲水链段的比例提高，使形成的聚氨酯薄膜耐水性的大幅度降低，极大地阻碍了水性聚氨酯的工业化应用。此外，由于扩链剂通常是以硬段引入到聚氨酯分子链中，以上述报道的扩链剂合成水性聚氨酯时通常会增加聚氨酯分子链中硬段含量的比例，难于获得具有高韧性的聚氨酯材料，极大地制约了水性聚氨酯在皮革及高韧性薄膜制品领域中的实际应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：如何实现通过扩链剂在提高聚氨酯乳化性和耐水性的基础上，进一步提高聚氨酯的韧性。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种柔性磺酸型亲水扩链剂及其制备方法和应用。

一种柔性磺酸型亲水扩链剂，所述柔性磺酸型亲水扩链剂的分子结构通式如I所示：

其中，R＝H或CH₃；m＝1或2；n为1-20任一整数；x＝1或2。

进一步地，所述柔性磺酸型亲水扩链剂由含有磺酸离子基团的醛与醚二胺在酸性催化剂下反应生成醛亚胺中间产物后，再经还原剂还原制得。

本发明还提出一种上述柔性磺酸型亲水扩链剂的制备方法，包括以含有磺酸离子基团的醛与醚二胺在酸性催化剂作用下反应生成醛亚胺中间产物，之后所述醛亚胺中间产物再经还原剂还原制得所述柔性磺酸型亲水扩链剂，反应式如下：

其中，R＝H或CH₃；m＝1或2；n为1-20任一整数；x＝1或2。

进一步地，所述含有磺酸离子基团的醛与所述醚二胺的摩尔比为2-2.2:1。

进一步地，所述酸性催化剂的加入质量为所述醚二胺用量的1wt％-2wt％。

进一步地，所述还原剂的加入量为所述醚二胺摩尔用量的3-3.2倍。