[发明专利]一种磺酸盐型亲水扩链剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化工材料合成技术领域，具体涉及一种磺酸盐型亲水扩链剂及其制备方法。

背景技术

聚氨酯可分为溶剂型和水性两大类。在制备水性聚氨酯（WPU）过程中，溶剂用量少、毒性低，产生的有害气味少，低毒环保，操作简单。水性聚氨酯产品在适宜条件下已具有优越的应用性能，已经在涂层、纺织整理、涂料印花、涂料、胶黏剂、皮革等领域中发挥着越来越重要的作用。

亲水扩链剂是在对含有端异氰酸酯基的聚氨酯预聚体进行扩链的同时引入亲水性基团的物质。常见的主要有二羟甲基丙酸（DMPA）、二羟基半酯、二乙烯三胺、甲基二乙醇胺等。这类扩链剂是水性聚氨酯制备中使用的专用原料，常含有羧基或者仲胺基。

以磺酸盐型亲水扩链剂为原料制备的水性聚氨酯即为磺酸盐型水性聚氨酯。目前，磺酸盐型亲水扩链剂的开发已成为当今水性聚氨酯领域的研究热点。

2006年10月，左海丽，吴晓青等以环氧氯丙烷（ECH）、亚硫酸氢钠和无水碳酸钠为原料，合成了1,2-二羟基-3-丙磺酸钠（DHPA），并用傅立叶红外光谱及熔点仪佐证了产物结构。2009年6月，康平平，宋文生等采用乙二胺（EDA）和2-氯乙磺酸钠反应合成乙二胺基乙磺酸钠，用红外光谱（FTIR）、核磁氢谱（¹H NMR）和碳谱（¹³CNMR）、X射线衍射（XRD）、元素分析等手段表征了产物的结构与特性。2011年4月，宋文生、徐翠翠、郑英丽等用二乙醇胺与2-氯乙基磺酸钠反应合成N,N-二(2-羟乙基)-2-氨基乙磺酸钠（BES钠盐），以核磁氢谱（¹H NMR）和碳谱（¹³C NMR）、红外光谱（FT-IR）、X射线衍射（XRD）等手段表征了合成产物的结构和特性，并优化确定了BES钠盐的最佳合成工艺。

公开号为CN 101240057A的专利公开了一种磺酸型亲水扩链剂的制备方法：将多元胺溶解于适当溶剂中，升温至40～100℃后加入烯基磺酸盐水溶液，保温反应4～30小时，经除杂、稳定性处理等操作，得到外观有混浊的浅黄色、油状、黏稠液体。

以羧酸盐型亲水扩链剂制备的水性聚氨酯分散液只能稳定存在于较高pH条件下，且固含量不高。上述的乙二胺基乙磺酸钠及专利CN 101240057A公开的磺酸盐型亲水扩链剂均以氨基为扩链反应基团，反应活性较高，容易产生凝胶，较难控制。研究者制备的1,2-二羟基-3-丙磺酸钠（DHPA）和N,N-二(2-羟乙基)-2-氨基乙磺酸钠（BES钠盐）以醇羟基为扩链反应基团，其扩链反应较温和，而分子中均只含有一个磺酸根，以其制备的聚氨酯乳液固含量仍然较低。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种磺酸盐型亲水扩链剂及其制备方法，以此亲水扩链剂为原料制备的水性聚氨酯分散液固含量更高，可在更广pH范围条件下稳定保存，且涂膜的拉伸强度更高。

为了达到上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种磺酸盐型亲水扩链剂，分子结构为：

其中，R为C₂～C₃的烷基，m等于1或2，n等于1或2。

其制备反应式表示如下：

其制备方法包括以下步骤：

向容器中加入18.45份质量份数三聚氯氰和30份质量份数冰水，控制反应液温度0～5℃，搅拌下滴加195.1～297.3份质量份数的质量浓度10%氨基苯磺酸钠盐溶液，用质量浓度10%的NaOH溶液调节体系酸碱度，使之稳定在pH6.0～7.0，加完后反应1.5～2.0h；升温到35～45℃，滴加195.1～297.3份质量份数的质量浓度10%的氨基苯磺酸钠盐溶液，用质量浓度10%的NaOH溶液调节体系酸碱度，使之稳定在pH6.0～7.0，加完后反应2.5～3.0h；升温至75～85℃，滴加10.51～13.32份质量份数二乙醇胺，用质量浓度10%的NaOH溶液调节体系酸碱度，使之稳定在pH7.5～8.5，加完后反应2.5～3.0h，反应结束；将混合物冷却至室温，在真空度0.1MPa、温度55℃条件下减压浓缩，于真空度0.1MPa、温度40℃干燥除去水分，再用无水乙醇溶解，静置，分去NaCl、未反应氨基苯磺酸钠盐，最后常压蒸馏除去乙醇，得到淡黄色固体，即为磺酸盐型亲水扩链剂；

所述的氨基苯磺酸钠盐为对氨基苯磺酸钠、苯胺-2,4-二磺酸钠及苯胺-2,5-二磺酸钠中的一种；