CN104193938A - 一种磺酸盐二元醇亲水扩链剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种磺酸盐二元醇亲水扩链剂及其制备方法,目的在于简化磺酸盐二元醇亲水扩链剂的生产工艺而便于实现工业化生产。本发明通过简单的一步反应,通过胺基与烯丙基的迈克尔加成反应即可制备得到磺酸盐二元醇亲水扩链剂,生产工艺简单、高效,反应过程中无需使用有机溶剂,仅加入去离子水,反应温度较低、反应时间较短,而且无需复杂的提纯、除杂过程即可得到产品,非常有利于实现工业化生产。

Description

一种磺酸盐二元醇亲水扩链剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及精细化学品及其制备方法领域,具体说是一种磺酸盐二元醇亲水扩链剂及其制备方法。
背景技术
水性聚氨酯是一种以水为分散介质的环境友好材料,同时继承了溶剂型聚氨酯许多优异的性能,广泛应用于胶粘剂、涂料、制革、纺织、医药卫生以及建筑等行业。
亲水扩链剂在水性聚氨酯合成过程中不但引入水性基团,同时起到扩链的作用。目前应用广泛的水性聚氨酯以阴离子型为主,亲水基团为羧基或磺酸基。而羧基型亲水扩链剂制备的水性聚氨酯通常固含量低,在制备水性聚氨酯时引入磺酸基可以大幅提高产品固含量,同时合成的水性聚氨酯树脂结晶性高,从而改善成膜的物理机械性能。
中国专利CN102766244B公开了一种磺酸盐型亲水扩链剂及其制备方法:以三聚氢氯,氨基苯磺酸钠盐以及二醇胺反应得到一种淡黄色固体。中国专利CN102604023B公开了一种磺酸/羧酸型亲水扩链剂及其制备方法:以顺丁烯二酸酐,二醇胺以及亚硫酸盐反应得到一种白色粉末。中国专利CN101240057A公开了磺酸型亲水扩链剂及其制备方法:以二元胺和烯基磺酸盐反应经处理得到一种磺酸型亲水扩链剂的水溶液。中国专利CN103232372A公开了二羟基磺酸盐亲水单体及其制备方法:以二羟基羧酸和磺内酯反应经处理得到无色或浅黄色的二羟基磺酸盐。中国专利CN103588684A公开了一种可用作亲水扩链剂磺酸盐二元醇及其制备方法和应用:以间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸盐和二元醇反应得到一种磺酸盐二元醇亲水扩链剂。
上述专利中涉及的亲水扩链剂及其制备过程中均需要复杂的提纯、除杂过程,同时反应温度较高、反应时间较长,不利于实现工业化。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种磺酸盐二元醇亲水扩链剂及其制备方法。
为了解决上述技术问题,本发明采用的一个技术方案为:
一种磺酸盐二元醇亲水扩链剂,具有如下化学结构:
其中,X和Y分别独立的选自氢基或甲基。
本发明所提供的磺酸盐二元醇亲水扩链剂,有益效果在于:不同于胺基磺酸盐亲水扩链剂,本发明的磺酸盐二元醇亲水扩链剂在反应过程中羟基与异氰酸酯反应较胺基与异氰酸酯反应更加温和,预聚物黏度不会突然增大,因此反应更容易控制,不需要添加大量丙酮降低黏度;相较于其他磺酸盐二元醇亲水扩链剂,本发明所提供的磺酸盐二元醇亲水扩链剂的相对分子质量低,添加少量即可引入磺酸基,因此应用成本较低,同时本发明所提供的磺酸盐二元醇亲水扩链剂在合成过程中不需大量有机溶剂,且不需中和成盐过程,因此不需复杂的除杂过程,合成工艺简单。
为了解决上述技术问题,本发明采用的另一技术方案为:
一种磺酸盐二元醇亲水扩链剂制备方法,包括:
将二醇胺、丙烯磺酸盐、有机碱催化剂和去离子水混合加热至40~60℃反应1.5~4h,得到磺酸盐二元醇亲水扩链剂,所述磺酸盐二元醇亲水扩链剂具有如下化学结构:
其中,X和Y分别独立的选自氢基或甲基。
为了解决上述技术问题,本发明采用的又一技术方案为:
一种磺酸盐二元醇亲水扩链剂制备方法,按照摩尔比1∶1的比例,将二醇胺和丙烯磺酸盐加入反应瓶中,同时加入二醇胺和丙烯磺酸盐总质量1~5%的有机碱催化剂,加入去离子水,在40~60℃下反应1.5~4h,反应结束后得到淡黄色透明液体;将上述淡黄色透明液体升温至90℃,在0.01MPa下抽真空除去有机碱催化剂和去离子水,得到磺酸盐二元醇亲水扩链剂,所述磺酸盐二元醇亲水扩链剂具有如下化学结构:
其中,X和Y分别独立的选自氢基或甲基。
本发明所提供的磺酸盐二元醇亲水扩链剂制备方法,有益效果在于:通过简单的一步反应,通过胺基与烯丙基的迈克尔加成反应即可制备得到磺酸盐二元醇亲水扩链剂,生产工艺简单、高效,反应过程中仅需加入去离子水,不需大量有机溶剂,反应温度较低、反应时间较短,且不需中和成盐过程,因此不需复杂的除杂过程,合成工艺简单,非常有利于实现工业化生产。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果,以下结合实施方式予以说明。
本发明最关键的构思在于:通过胺基与烯丙基的迈克尔加成反应一步制备得到磺酸盐二元醇亲水扩链剂,生产工艺简单、高效,反应过程中仅需加入去离子水,反应温度较低、反应时间较短,非常有利于实现工业化生产。
具体的,本发明提供的磺酸盐二元醇亲水扩链剂,具有如下化学结构:
其中,X和Y分别独立的选自氢基或甲基。
上述结构的磺酸盐二元醇亲水扩链剂,相比现有结构的磺酸盐二元醇亲水扩链剂,其在结构上具有羟基对称性,因此应用于聚氨酯合成反应时反应更温和;同时相对分子质量较小,用于水性聚氨酯合成时,用量较少即可引入大量磺酸基团,可以更好地控制预聚物的黏度,达到良好分散效果,容易制备高固含水性聚氨酯乳液。
从上述描述可知,本发明提供的磺酸盐二元醇亲水扩链剂,有益效果在于:不同于胺基磺酸盐亲水扩链剂,本发明的磺酸盐二元醇亲水扩链剂在反应过程中羟基与异氰酸酯反应较胺基与异氰酸酯反应更加温和,预聚物黏度不会突然增大,因此反应更容易控制,不需要添加大量丙酮降低黏度;相较于其他磺酸盐二元醇亲水扩链剂,本发明所提供的磺酸盐二元醇亲水扩链剂的相对分子质量低,添加少量即可引入大量磺酸基,因此应用成本较低,应用于水性聚氨酯的合成时,可以更好地控制预聚物的黏度,达到良好分散效果,容易制备高固含水性聚氨酯乳液。
具体的,本发明提供的磺酸盐二元醇亲水扩链剂制备方法,包括:
将二醇胺、丙烯磺酸盐、有机碱催化剂和去离子水混合加热至40~60℃反应1.5~4h,得到磺酸盐二元醇亲水扩链剂,所述磺酸盐二元醇亲水扩链剂具有如下化学结构:
其中,X和Y分别独立的选自氢基或甲基。
本发明的制备原理如下:
二醇胺为反应体系提供了胺基,丙烯磺酸盐为反应体系提供了烯丙基,胺基和烯丙基在有机碱催化剂的催化作用下,于去离子水中发生迈克尔加成反应而制备得到了具有如上化学结构的磺酸盐二元醇亲水扩链剂。因此,本发明技术方案无需使用有机溶剂,仅加入去离子水即可,反应温度较低(最高不超过60℃)、反应时间较短(最短仅需1.5h左右),而且不需中和成盐过程,因此无需进行复杂的提纯、除杂过程即可得到产品。另外,从上述制备原理可知,本发明是通过迈克尔加成反应制备得到磺酸盐二元醇亲水扩链剂,因此反应体系中只要包含有二醇胺、丙烯磺酸盐、有机碱催化剂和去离子水这几种物质即可,二醇胺、丙烯磺酸盐、有机碱催化剂和去离子水的具体含量及比例可以根据反应充分程度、产品产率和纯度等要求进行选择,但不需要特别限制,反应体系中还可以包含其他除上述几种物质以外的其他物质,只要该物质不影响胺基和烯丙基的迈克尔加成反应得到磺酸盐二元醇亲水扩链剂即可。另外,本发明技术方案还可以包括其他步骤,如反应后进行提纯、除杂(去除催化剂、去离子水、未反应原料或反应副产物等磺酸盐二元醇亲水扩链剂以外的杂质)等步骤,以进一步提高产品的纯度、性能等效果,更好地适应工业化生产的要求。
从上述描述可知,本发明提供的磺酸盐二元醇亲水扩链剂制备方法,有益效果在于:通过简单的一步反应,通过胺基与烯丙基的迈克尔加成反应即可制备得到磺酸盐二元醇亲水扩链剂,生产工艺简单、高效,反应过程中仅需加入去离子水,不需大量有机溶剂,反应温度较低、反应时间较短,且不需中和成盐过程,因此不需复杂的除杂过程,合成工艺简单,非常有利于实现工业化生产。
进一步的,所述二醇胺和丙烯磺酸盐的摩尔比为1∶1。
进一步的,所述有机碱催化剂的量为二醇胺和丙烯磺酸盐总质量的1~5%。
进一步的,所述去离子水的量为反应物总质量的30%。
进一步的,所述二醇胺为二乙醇胺或二异丙醇胺中的一种。
进一步的,所述丙烯磺酸盐为丙烯磺酸钠或甲基丙烯磺酸钠中的一种。
进一步的,所述有机碱催化剂为三乙胺或吡啶中的一种。
进一步的,还包括将反应后得到的液体于90~100℃、0.01~0.05MPa下抽真空去除催化剂和去离子水的步骤。
具体的,本发明提供的一种磺酸盐二元醇亲水扩链剂制备方法,包括:按照摩尔比1∶1的比例,将二醇胺和丙烯磺酸盐加入反应瓶中,同时加入二醇胺和丙烯磺酸盐总质量1~5%的有机碱催化剂,加入去离子水,在40~60℃下反应1.5~4h,反应结束后得到淡黄色透明液体;将上述淡黄色透明液体升温至90℃,在0.01MPa下抽真空除去有机碱催化剂和去离子水,得到磺酸盐二元醇亲水扩链剂,所述磺酸盐二元醇亲水扩链剂具有如下化学结构:
其中,X和Y分别独立的选自氢基或甲基。
实施例1
将0.1mol二乙醇胺和0.1mol丙烯磺酸钠加入反应瓶中,同时加入二乙醇胺和丙烯磺酸钠总质量5%的吡啶,加入反应物总质量30%的去离子水,在50℃下反应1.5h,反应结束得到淡黄色透明液体。将得到的溶液升温至90℃,在0.01MPa下抽真空除去催化剂和去离子水,得到淡黄色固体即为磺酸盐二元醇亲水扩链剂,其化学结构如下:
经检测,该实施例的产品得率为94%,产品纯度为97%。
实施例2
将0.1mol二乙醇胺和0.1mol甲基丙烯磺酸钠加入反应瓶中,同时加入二乙醇胺和甲基丙烯磺酸钠总质量2%的三乙胺,加入反应物总质量30%的去离子水,在60℃下反应3h,反应结束得到淡黄色透明液体。将得到的溶液升温至90℃,在0.01MPa下抽真空除去催化剂和去离子水,得到淡黄色固体即为磺酸盐二元醇亲水扩链剂,其化学结构如下:
经检测,该实施例的产品得率为95%,产品纯度为96%。
实施例3
将0.1mol二异丙醇胺和0.1mol丙烯磺酸钠加入反应瓶中,同时加入二异丙醇胺和丙烯磺酸钠总质量5%的三乙胺,加入反应物总质量30%的去离子水,在40℃下反应2h,反应结束得到淡黄色透明液体。将得到的溶液升温至90℃,在0.01MPa下抽真空除去催化剂和去离子水,得到淡黄色固体即为磺酸盐二元醇亲水扩链剂,其化学结构如下:
经检测,该实施例的产品得率为93%,产品纯度为98%。
实施例4
将0.1mol二异丙醇胺和0.1mol甲基丙烯磺酸钠加入反应瓶中,同时加入二异丙醇胺和甲基丙烯磺酸钠总质量1%的吡啶,加入反应物总质量30%的去离子水,在60℃下反应4h,反应结束得到淡黄色透明液体。将得到的溶液升温至90℃,在0.01MPa下抽真空除去催化剂和去离子水,得到淡黄色固体即为磺酸盐二元醇亲水扩链剂,其化学结构如下:
经检测,该实施例的产品得率为95%,产品纯度为97%。
应用实施例
将上述实施例1-4制备得到的磺酸盐二元醇亲水扩链剂,分别用于制备水性聚氨酯,制备方法如下:
在装有回流冷凝器、机械搅拌器、温度计的三口瓶中,依次加入50克聚己二酸乙二醇酯(PEA-2000)、22.2克异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)以及PEA-2000和IPDI总质量10%的上述实施例1-4分别制得的磺酸盐二元醇亲水扩链剂,75℃反应至NCO含量达到理论值,降温至45℃,加入与预聚物质量等同的去离子水(乳液理论固含50%),高速分散,添加乙二胺扩链,得到良好分散的水性聚氨酯乳液。
对照组实施例
在装有回流冷凝器、机械搅拌器、温度计的三口瓶中,依次加入50克聚己二酸乙二醇酯(PEA-2000)、22.2克异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)以及PEA-2000和IPDI总质量5%的2,2-二羟甲基丙酸(DMPA),75℃反应至NCO含量达到理论值,降温至45℃,加入去离子水(乳液理论固含35%),高速分散,添加乙二胺扩链,得到良好分散的水性聚氨酯乳液。
制备得到的水性聚氨酯的相关检测结果如下表所示:
以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书内容所作的等同变换,或直接或间接运用在相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种磺酸盐二元醇亲水扩链剂,其特征在于,具有如下化学结构:
其中,X和Y分别独立的选自氢基或甲基。
2.一种磺酸盐二元醇亲水扩链剂制备方法,其特征在于,包括:
将二醇胺、丙烯磺酸盐、有机碱催化剂和去离子水混合加热至40~60℃反应1.5~4h,得到磺酸盐二元醇亲水扩链剂,所述磺酸盐二元醇亲水扩链剂具有如下化学结构:
其中,X和Y分别独立的选自氢基或甲基。
3.根据权利要求2所述的磺酸盐二元醇亲水扩链剂制备方法,其特征在于:所述二醇胺和丙烯磺酸盐的摩尔比为1∶1。
4.根据权利要求2所述的磺酸盐二元醇亲水扩链剂制备方法,其特征在于:所述有机碱催化剂的量为二醇胺和丙烯磺酸盐总质量的1~5%。
5.根据权利要求2所述的磺酸盐二元醇亲水扩链剂制备方法,其特征在于:所述去离子水的量为反应物总质量的30%。
6.根据权利要求2所述的磺酸盐二元醇亲水扩链剂制备方法,其特征在于:所述二醇胺为二乙醇胺或二异丙醇胺中的一种。
7.根据权利要求2所述的磺酸盐二元醇亲水扩链剂制备方法,其特征在于:所述丙烯磺酸盐为丙烯磺酸钠或甲基丙烯磺酸钠中的一种。
8.根据权利要求2所述的磺酸盐二元醇亲水扩链剂制备方法,其特征在于:所述有机碱催化剂为三乙胺或吡啶中的一种。
9.根据权利要求2所述的磺酸盐二元醇亲水扩链剂制备方法,其特征在于:还包括将反应后得到的液体于90~100℃、0.01~0.05MPa下抽真空去除催化剂和去离子水的步骤。
10.一种磺酸盐二元醇亲水扩链剂制备方法,其特征在于:按照摩尔比1∶1的比例,将二醇胺和丙烯磺酸盐加入反应瓶中,同时加入二醇胺和丙烯磺酸盐总质量1~5%的有机碱催化剂,加入去离子水,在40~60℃下反应1.5~4h,反应结束后得到淡黄色透明液体;将上述淡黄色透明液体升温至90℃,在0.01MPa下抽真空除去有机碱催化剂和去离子水,得到磺酸盐二元醇亲水扩链剂,所述磺酸盐二元醇亲水扩链剂具有如下化学结构:
其中,X和Y分别独立的选自氢基或甲基。
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