[发明专利]基于异氰酸酯基烷基烷氧基硅烷水溶性体系结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于异氰酸酯基烷基烷氧基硅烷水溶性体系结构及 其制备方法。具体来讲是利用异氰酸酯基烷基烷氧基硅烷的异氰酸酯基 与含亲水基团的端活性氢化合物在催化剂作用下发生反应得到水溶性硅 烷体系的制备方法以及结构组成。

背景技术

随着国际环境保护意识的日益增强，各种类型的材料的水性化正在 成为越来越活跃和重要的研究方向。有机硅烷是一类重要的工业助剂， 素有“工业味精”之称。因此硅烷的水性化研究也逐渐成为各大公司和 科研院所研究和关注的重点。

德国专利DE 102005004872 A1公开了烷氧基硅烷和其缩合物的水 包油乳液的制备方法，所述乳液在高压均质器中进行制备，该乳液可用 于多孔的矿质建筑材料的表面处理，在应用过程中会释放出醇类。

德国专利DE 10335178 A1公开了一种可水稀释的硅烷体系的制备， 例如由γ-氨丙基三烷氧基硅烷以及双(三烷氧基甲硅烷基丙基)胺在醇 类溶液中形成的混合物。该混合物利用计量的水进行部分水解得到。

欧洲专利EP 1031593 A2公开了氨基烷基三烷氧基硅烷和双-甲硅烷 基氨基硅烷进行水解反应得到的混合体系。双-甲硅烷基氨基硅烷单独水 解制备的水溶液不能使用，主要是因为其易于凝胶化，并且易发生絮凝。

欧洲专利EP 1760128 A1报道了一种两组分的水性粘合促进剂的组 合物体系。一种组分含有没水解的硅氧烷和无水的表面活性剂，另一组 分是水性的；所述粘合促进剂的组分之一可以是双-甲硅烷基氨基硅烷。 该专利对其在粘合或者密封方法中的用途进行了保护。

WO 00/39177 A2报道了双-甲硅烷基氨基硅烷和/或双甲硅烷基聚硫 烷的含醇水溶液的应用，其制备方法为：硅烷、水、醇与任选的乙酸混 合，水解至少24h，主要应用在金属上。

WO 2004/076718 A1报道了一种水溶液涂覆金属表面的方法，其水 溶液含有部分可水解的硅烷，如甲硅烷基氨基硅烷以及部分可水解的含 氟硅烷。通过使用含氟硅烷，使得被涂覆的表面疏水性和耐腐蚀性得到 改善。

美国专利US 5051129中报道了水溶性氨基硅烷和烷基三烷氧基硅 烷的水溶液的组合物，将计量的水加入到硅烷混合物中并在60℃的温度 下水解制备得到。此法制得的硅烷混合物只能以确定的比例溶于水中， 用于使材料表面疏水化。

美国专利US 6955728 B1报道了乙酰氧基硅烷与其它硅烷的水溶液 以及其在金属等领域的应用。特别组合使用双(三烷氧基甲硅烷基丙基) 胺与乙酰氧基硅烷，其水溶液稳定性没有详细说明，推荐使用双组份形 式的为水解浓缩物或者预混的无水浓缩物，以阻止硅烷缩合。

美国专利US 5206285公开了一种由环氧基硅烷和伯胺基硅烷形成 的水溶性加成物的制备方法及其应用。该水性硅烷体系可能含有溶剂， 用于金属涂覆，能够改善金属的耐腐蚀性能。

CN 101376710 A公开了基于双(三烷氧基甲硅烷基烷基)胺的水性 硅烷体系的制备方法及其用途。该体系是一类含有双氨基官能的硅化合 物的水性组合物，含有极少量有机溶剂，在交联时也不再释放醇。主要 用于金属表面或者玻璃表面的疏水化处理。

绝大多数的硅烷是不溶于水的，并且有些硅烷的功能基是跟水发生 反应的。在上述发明专利中，为达到水溶性采取的方法主要是利用水溶 性的氨基硅烷以及氨基硅烷和其它硅烷的复合物；或者是利用乳化剂达 到亲水的目的。这些方法得到的水性硅烷体系的水溶性是有限的，且有 些水性体系的储存稳定性和使用期是有限的；对于含有与水发生反应的 功能基的硅烷也是不适用的。

发明内容

本发明的目的是提供一种水溶性和稳定性更好的基于异氰酸酯基烷 基烷氧基硅烷水溶性体系结构及其制备方法。该体系不含VOC，是环境 友好型的硅烷体系，具有良好的水溶性，在施涂后也具有良好的疏水效 果，该体系具有良好的稳定性。

本发明所提供的基于异氰酸酯基烷基烷氧基硅烷水溶性体系结构， 该水溶性硅烷具有如下结构：

其中，R为含有1到4个碳原子的二价饱和烃基；R₁表示甲基、乙 基、丙基、异丙基、甲氧基烷基，乙氧基烷基等；R₂表示甲基、乙基或 苯基。Y可以表示含磺酸基或者亲水性聚醚链段的亲水基团；a为0～3 的整数；