[发明专利]一种水性聚氨酯合成用非离子亲水单体及其合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水性聚氨酯合成用非离子亲水单体及其合成方法，属于高分子技术领域。

背景技术

水性聚氨酯是以水代替有机溶剂作为分散介质的新型聚氨酯体系。水性聚氨酯以水为分散剂，具有无污染、安全可靠、机械性能优良、相容性好、易于改性等优点。可广泛应用于涂料、胶粘剂、织物涂层与整理剂、皮革涂饰剂、纸张表面处理剂和纤维表面处理剂。

水性聚氨酯合成过程中，需要添加亲水单体，嵌段或接枝于聚氨酯分子上，实现乳化过程中水性聚氨酯乳胶粒的均匀分散，提高水性聚氨酯的稳定性和应用性能。目前合成水性聚氨酯用亲水单体往往采用阴离子型或阳离子型，通过嵌段于水性聚氨酯分子主链上实现以上功能。通过以上手段制备的水性聚氨酯乳液，由于应用过程中需要相应的阴离子型或阳离子型助剂进行匹配保持整个乳液系统的稳定性，使用范围受到较大限制。采用非离子型亲水单体对水性聚氨酯分子进行改性可解决上述缺陷。但目前由于非离子亲水单体制备工艺较为复杂，产率较低，并且由于目前的非离子亲水单体嵌段于水性聚氨酯分子上，造成具有亲水功能的基团距离水性聚氨酯分子较近，使水性聚氨酯分散液稳定性较差，固含量受到限制，无法制备成长期保持稳定的水性聚氨酯乳液。而枝接型非离子亲水单体，由于亲水基团距离接枝点较远，形成水性聚氨酯分子时亲水基团伸向水相，充分提高了水性聚氨酯分散液的稳定性。

发明内容

为了解决非离子型水性聚氨酯乳液分散稳定性和匹配应用的问题，本发明提供了一种水性聚氨酯合成用非离子亲水单体及其合成方法，通过该方法合成了一种可接枝于水性聚氨酯分子主链结构上，侧基具有较长非离子基团的亲水单体。通过该单体对水性聚氨酯分子进行改性，制备的水性聚氨酯乳液稳定性较传统嵌段型非离子水性聚氨酯乳液有较大改善，而且在与其他阴离子型或阳离子型助剂进行匹配时，避免了乳液破乳的问题。

本发明的技术方案是：一种水性聚氨酯合成用非离子亲水单体，如下述通式（Ⅰ）所示，

其中，n为20-40的重复单元，该功能单体链端为双羟基结构，另一端为醚键封端结构。

本发明还提供了该非离子亲水单体的合成方法，它首先利用2,2-二甲氧基丙烷对2,2-二羟甲基丙酸的两个羟基进行保护，经羟基保护后的产物与分子量为1000-2000（n为20-40的重复单元）的聚乙二醇单甲醚进行酯化反应；酯化产物进一步脱羟基保护后，生成最终产物为链段带有两个羟基，另一端为醚键的非离子亲水单体。

反应方程式如下：

具体合成步骤如下：

（1）以丙酮或者二甲基甲酰胺为溶剂，以甲基苯磺酸为催化剂，2,2-二羟甲基丙酸和2,2-二甲氧基丙烷（二者摩尔比为1∶0.5～3），氮气保护下，于60±10℃下进行反应10～15小时；反应产物过硅胶柱滤出后真空干燥；

（2）然后以N,N'-二环己基碳二亚胺为溶剂，以4-二甲氨基吡啶为催化剂，将上述产物加入溶解（其加入量为溶剂质量的8～12%），之后加入分子量为1000-2000的聚乙二醇单甲醚（上述产物与乙二醇单甲醚的摩尔比为1∶0.5～2）于80～150℃下进行酯化反应；反应5～8h后将产物过硅胶柱滤出，真空干燥；

（3）将酯化产物加入以质量百分浓度为25-37%的盐酸溶液和甲醇（二者质量比为1∶0.5～3）的混合溶剂中（混合溶剂的加入量为酯化产物质量的5～12倍），在50±10℃条件下进行脱保护反应，反应10～15小时后经浓缩、干燥后，最终形成链段为双羟基的聚乙二醇单甲醚的亲水单体。

本发明具有如下优点：该单体可接枝于水性聚氨酯分子主链结构，采用该单体进行改性制备的水性聚氨酯乳液稳定性较传统嵌段型非离子水性聚氨酯乳液有较大改善，而且在与其他阴离子型或阳离子型助剂进行匹配时，避免了乳液破乳的问题。本发明的合成方法具有以下优点：

1、制备功能单体的原料易得、价廉。制备过程中所用的2,2-二甲氧基丙烷2,2-二羟甲基丙酸、聚乙二醇单甲醚以及各种助剂都是常用化工原料。

2、制备过程简便，便于工业化生产。制备过程中无对压力、温度等的特殊苛刻要求，便于进行大规模的工业生产。

3、制备的原料产率较高，可达90%以上。

附图说明

图1为双羟基的聚乙二醇单甲醚的¹H谱；

图2为双羟基的聚乙二醇单甲醚的¹³C谱。

具体实施方式

实施例1