CN102604023B - 一种磺酸/羧酸型亲水扩链剂及其制备方法 - Google Patents

一种磺酸/羧酸型亲水扩链剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种磺酸/羧酸型亲水扩链剂及其制备方法，将顺丁烯二酸酐、二乙醇胺或二异丙醇胺分别溶解在溶剂中，然后将顺丁烯二酸酐溶液加入到反应器中升温后开始缓慢加入二乙醇胺或二异丙醇胺溶液进行酰胺化反应，待充分反应后减压蒸馏去除溶剂，得到白色粉末，将白色粉末再用乙醇进行重结晶，然后将结晶物过滤并干燥得到白色粉末，该白色粉末即为磺酸/羧酸型亲水扩链剂的酰胺化的反应中间体；取酰胺化反应后所得的白色粉末中间体和磺化剂溶解于水中，加入到反应器中，充分搅拌，升温进行磺化反应，充分反应后降温，溶液过滤干燥后得到白色粉末即为磺酸/羧酸型亲水扩链剂。本发明所制备的亲水扩链剂，其分子链上既含有磺酸基也含有羧酸基团。

Description

一种磺酸/羧酸型亲水扩链剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种水性聚氨酯亲水扩链剂及其制备方法，特别是一种含有磺酸/羧酸基亲水扩链剂及其制备方法。
背景技术
水性扩链剂是合成水性聚氨酯树脂的重要原料之一，它能够将亲水性的基团引入到聚氨酯树脂分子链上，从而使水性聚氨酯具有一定的亲水性和自乳化性。目前，水性聚氨酯树脂可引入的亲水性基团主要有，阴离子型的羧酸基、磺酸基，阳离子型的叔氨基，和非离子型的乙氧基。目前，应用最为广泛的是以阴离子型(羧酸基或磺酸基)亲水基团的水性聚氨酯树脂，已作为水性涂料、粘合剂、纺织涂层、皮革涂饰等应用于加工领域。然而，不同的亲水性基团对水性聚氨酯树脂的结构性能产生巨大的影响。以羧酸型的亲水扩链剂合成的水性聚氨酯树脂固含量低、成膜柔软，适合作为纺织涂层、皮革涂饰剂使用；以磺酸型的亲水扩链剂树脂由于亲水基团亲水性强、所以合成的水性聚氨酯树脂结晶度高、固含量相对也比较高，适合作为粘合剂等使用。两种类型的水性聚氨酯各自特点比较突出，适用范围比较专一，因此，也造成了一定的应用局限性，不能适应多种领域的加工使用。
发明内容
本发明针对目前水性聚氨酯亲水扩链剂种类少、性能单一这一问题，提供了一种磺酸/羧酸型亲水扩链剂及其制备方法。
为达到上述目的，本发明磺酸/羧酸型亲水扩链剂分子结构如下：
Figure BDA0000138756010000021
式中R1为烃基，R2为Na或者H。
本发明的制备方法，包括以下步骤：
1)酰胺化反应：
按质量份数取99份的顺丁烯二酸酐溶解在45～190份的溶剂中配成溶剂A，按质量份数取107份的二乙醇胺或134份二异丙醇胺溶解在40～180份的溶剂中制成溶液B，将溶液A加入到反应器中，在氮气保护环境下将反应温度控制在40～100℃下，缓慢的将溶液B加入到反应器内，在搅拌下充分反应后减压蒸馏去除溶剂，得到白色粉末，再用乙醇进行重结晶，然后将结晶物过滤并干燥得到白色粉末，该白色粉末即为磺酸/羧酸型亲水扩链剂的反应的酰胺化中间体；
2)磺化反应：取100份白色粉末状的酰胺化的反应中间体、45份的亚硫酸氢钠或62份的亚硫酸钠溶解于水中，加入到反应器中，充分搅拌，氮气保护下升温进行磺化反应，温度控制在80～100℃，待充分反应后降温，溶液过滤干燥后得到白色粉末即为磺酸/羧酸型亲水扩链剂。
所述的溶剂可以是水、丙酮、丁酮、氯仿或二甲基甲酰胺中的一种。
所述的酰胺化反应中在溶液A中还加入有质量份数为0.5份的催化剂N，N-二甲基吡啶。
本发明与现有技术相比具有的创新性和技术优势：
1)本发明所公开的这种亲水扩链剂，它不同于现有的磺酸型或羧酸型亲水扩链剂，其分子链上既含有磺酸基也含有羧酸基团；
2)本发明所公开的这种亲水扩链剂的制备方法，具有原料易得、价格便宜的优点；
3)本发明所公开的这种亲水扩链剂的制备方法，具有工艺路线简单，收率高的优点；
4)采用本发明所公开的这种亲水扩链剂合成的水性聚氨酯材料，兼具有磺酸型和羧酸型水性聚氨酯的共性的优点。
附图说明
图1是本发明酰胺化反应的反应式；
图2是本发明磺化反应的反应式。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例1：
1)酰胺化反应：
参见图1，按质量份数取99份的顺丁烯二酸酐溶解在45份的丙酮中配成溶剂A，按质量份数取107份的二乙醇胺溶解在40份的丙酮中制成溶液B，将溶液A加入到带有氮气保护、回流冷凝管、搅拌器、滴液漏斗的反应器中，并向反应器中添加0.5份的催化剂N，N-二甲基吡啶，将反应温度控制在50℃下，缓慢的将溶液B加入到反应器内，在搅拌下充分反应后减压蒸馏去除溶剂，得到白色粉末，再用乙醇进行重结晶，然后将结晶物过滤并干燥得到白色粉末，该白色粉末即为磺酸/羧酸型亲水扩链剂的反应的酰胺化中间体；
2)磺化反应：
参见图2，取100份白色粉末状的酰胺化的反应中间体和62份的磺化剂亚硫酸钠溶解于水中，加入到反应器中，充分搅拌，在氮气保护条件下升温至95℃充分反应后降温，溶液过滤干燥后得到白色粉末即为磺酸/羧酸型亲水扩链剂。
按本发明的制备方法制成的磺酸/羧酸型亲水扩链剂分子结构如下：
式中R1为烃基，R2为Na或者H。
实施例2：
1)酰胺化反应：
按质量份数取99份的顺丁烯二酸酐溶解在50份的丁酮中配成溶剂A，按质量份数取134份的二异丙醇胺溶解在45份的丁酮中制成溶液B，将溶液A加入到带有氮气保护、回流冷凝管、搅拌器、滴液漏斗的反应器中，将反应温度控制在60℃下，缓慢的将溶液B加入到反应器内，在适度搅拌下充分反应后减压蒸馏去除溶剂，得到白色粉末，再用乙醇进行重结晶，然后将结晶物过滤并干燥得到白色粉末，该白色粉末即为磺酸/羧酸型亲水扩链剂的反应的酰胺化中间体；
2)磺化反应：
取100份白色粉末状的酰胺化的反应中间体和45份的磺化剂亚硫酸氢钠溶解于水中，加入到反应器中，充分搅拌，在氮气保护条件下升温至90℃充分反应后降温，溶液过滤干燥后得到白色粉末即为磺酸/羧酸型亲水扩链剂。
实施例3：
1)酰胺化反应：
按质量份数取99份的顺丁烯二酸酐溶解在190份的氯仿中配成溶剂A，按质量份数取107份的二乙醇胺溶解在180份的氯仿中制成溶液B，将溶液A加入到带有氮气保护、回流冷凝管、搅拌器、滴液漏斗的反应器中，并向反应器中添加0.5份的催化剂N，N-二甲基吡啶，将反应温度控制在80℃下，缓慢的将溶液B加入到反应器内，在适度搅拌下充分反应后减压蒸馏去除溶剂，得到白色粉末，再用乙醇进行重结晶，然后将结晶物过滤并干燥得到白色粉末，该白色粉末即为磺酸/羧酸型亲水扩链剂的反应的酰胺化中间体；
2)磺化反应：
取100份白色粉末状的酰胺化的反应中间体和45份的磺化剂亚硫酸氢钠溶解于水中，加入到反应器中，充分搅拌，在氮气保护条件下升温至95℃充分反应后降温，溶液过滤干燥后得到白色粉末即为磺酸/羧酸型亲水扩链剂。
实施例4：
1)酰胺化反应：
按质量份数取99份的顺丁烯二酸酐溶解在60份的水中配成溶剂A，按质量份数取134份的二乙醇胺溶解在50份的水中制成溶液B，将溶液A加入到带有氮气保护、回流冷凝管、搅拌器、滴液漏斗的反应器中，将反应温度控制在60℃下，缓慢的将溶液B加入到反应器内，在适度搅拌下充分反应后减压蒸馏去除溶剂，得到白色粉末，再用乙醇进行重结晶，然后将结晶物过滤并干燥得到白色粉末，该白色粉末即为磺酸/羧酸型亲水扩链剂的反应的酰胺化中间体；
2)磺化反应：
取100份白色粉末状的酰胺化的反应中间体和62份的磺化剂亚硫酸钠溶解于水中，加入到反应器中，充分搅拌，在氮气保护条件下升温至85℃充分反应后降温，溶液过滤干燥后得到白色粉末即为磺酸/羧酸型亲水扩链剂。
实施例5：
1)酰胺化反应：
按质量份数取99份的顺丁烯二酸酐溶解在55份的二甲基甲酰胺中配成溶剂A，按质量份数取107份的二乙醇胺溶解在180份的氯仿中制成溶液B，将溶液A加入到带有氮气保护、回流冷凝管、搅拌器、滴液漏斗的反应器中，并向反应器中添加0.5份的催化剂N，N-二甲基吡啶，将反应温度控制在40℃下，缓慢的将溶液B加入到反应器内，在适度搅拌下充分反应后减压蒸馏去除溶剂，得到白色粉末，再用乙醇进行重结晶，然后将结晶物过滤并干燥得到白色粉末，该白色粉末即为磺酸/羧酸型亲水扩链剂的反应的酰胺化中间体；
2)磺化反应：
取100份白色粉末状的酰胺化的反应中间体和62份的磺化剂亚硫酸钠溶解于水中，加入到反应器中，充分搅拌，在氮气保护条件下升温至100℃充分反应后降温，溶液过滤干燥后得到白色粉末即为磺酸/羧酸型亲水扩链剂。
实施例6：
1)酰胺化反应：
按质量份数取99份的顺丁烯二酸酐溶解在100份的二甲基甲酰胺中配成溶剂A，按质量份数取134份的二异丙醇胺溶解在140份的二甲基甲酰胺中制成溶液B，将溶液A加入到带有氮气保护、回流冷凝管、搅拌器、滴液漏斗的反应器中，将反应温度控制在100℃下，缓慢的将溶液B加入到反应器内，在适度搅拌下充分反应后减压蒸馏去除溶剂，得到白色粉末，再用乙醇进行重结晶，然后将结晶物过滤并干燥得到白色粉末，该白色粉末即为磺酸/羧酸型亲水扩链剂的反应的酰胺化中间体；
2)磺化反应：
取100份白色粉末状的酰胺化的反应中间体和45份的磺化剂亚硫酸氢钠溶解于水中，加入到反应器中，充分搅拌，在氮气保护条件下升温至80℃充分反应后降温，溶液过滤干燥后得到白色粉末即为磺酸/羧酸型亲水扩链剂。

Claims (4)

1.一种磺酸/羧酸型亲水扩链剂，其特征在于，该磺酸/羧酸型亲水扩链剂分子结构如下：
Figure FDA0000377722590000011
式中R1为烃基,R2为Na或者H。
2.一种如权利要求1所述的磺酸/羧酸型亲水扩链剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1）酰胺化反应：
按质量份数取99份的顺丁烯二酸酐溶解在45～190份的溶剂中配成溶液A，按质量份数取107份的二乙醇胺或134份二异丙醇胺溶解在40～180份的溶剂中制成溶液B，将溶液A加入到反应器中，在氮气保护环境下将反应温度控制在40～100℃下，缓慢的将溶液B加入到反应器内，在搅拌下充分反应后减压蒸馏去除溶剂，得到白色粉末，再用乙醇进行重结晶，然后将结晶物过滤并干燥得到白色粉末，该白色粉末即为磺酸/羧酸型亲水扩链剂的反应的酰胺化中间体；
2）磺化反应：取100份白色粉末状的酰胺化的反应中间体、45份的亚硫酸氢钠或62份的亚硫酸钠溶解于水中，加入到反应器中，充分搅拌，氮气保护下升温进行磺化反应，温度控制在80～100℃，待充分反应后降温，溶液过滤干燥后得到白色粉末即为磺酸/羧酸型亲水扩链剂。
3.根据权利要求2所述的磺酸/羧酸型亲水扩链剂的制备方法，其特征在于：所述的溶剂可以是水、丙酮、丁酮、氯仿或二甲基甲酰胺中的一种。
4.根据权利要求2所述的磺酸/羧酸型亲水扩链剂的制备方法，其特征在于：所述的酰胺化反应中在溶液A中还加入有质量份数为0.5份的催化剂N,N-二甲基吡啶。
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