[发明专利]一种羟基磺酸亲水单体及其制备方法应用

说明书

本发明公开一种羟基磺酸亲水单体及其制备方法应用，其制备方法是先将短链羟基磺酸与有机溶剂混合，然后将环氧化合物和催化剂滴加到混合物中，在25‑100℃反应4‑24h，将反应混合物分液、洗涤，得到羟基磺酸亲水单体，与传统聚氨酯固化剂亲水改性工艺相比具有反应温度低、反应速度快等优点，同时该水性固化剂具有粘度低、易分散、NCO％较高、与羟基树脂匹配性好的优点。本发明的羟基磺酸型亲水单体及水性聚氨酯固化剂的制备工艺简单，反应条件温和，制备的固化剂与水性羟基树脂复配制备的双组份水性聚氨酯涂料具有耐水性好、光泽度高等优点。

技术领域

本发明涉及一种聚氨酯固化剂，特别是涉及一种新型羟基磺酸单体及其制备方法与应用，该羟基磺酸亲水单体可用于制备水性双组分聚氨酯固化剂，具有反应条件温和、反应速度快，制得的固化剂水分散性好、与羟基树脂相容性好的优点；该水性聚氨酯固化剂可作为水性双组份涂料的交联成分，其漆膜光泽高且耐水性好。

背景技术

水性双组份聚氨酯涂料由水性羟基树脂和水性固化剂组成，它拥有比单组分聚氨酯涂料更优异的涂膜性能，比传统聚氨酯涂料更低的VOC含量，因而成为了当今研究的热点。油性固化剂虽然具备更高的NCO含量、更低的粘度，但其不具备亲水性，难与水性羟基树脂配伍，因而难以分散在水性羟基树脂中，使得施工后的涂膜出现不平整、不致密、耐性差等涂膜缺陷。

提高聚氨酯固化剂亲水性的方法主要是引入亲水基团或者组分，目前多采用非离子型或阴离子型亲水单体对多异氰酸酯进行亲水改性。对非离子型聚氨酯固化剂而言，最具代表性的是拜耳第一代亲水改性异氰酸酯固化剂Bayhydur 3100，它是由不足量的单官能度聚环氧乙烷聚醚醇改性HDI型多异氰酸酯得来的。日本专利JP044649利用聚乙二醇单甲醚接枝4-异氰酸酯基-1,8-辛烷二异氰酸酯制得亲水改性多异氰酸酯固化剂。中国发明专利申请CN101027331采用IPDI、TMP制得超支化的多异氰酸酯后用羟基聚氧乙烯醚改性提高其亲水性。类似的美国专利US5200489、US3996154、中国专利CN101381443等都采用了不同类型的聚醚作为亲水改性剂，成功提高了聚氨酯的亲水性，得到水分散性好、具备好的与羟基树脂的匹配性能。但该改性过程中引入了大量聚醚，一方面降低了固化剂的NCO含量、另一方面大幅增加了固化剂粘度，使得增大了配漆时固化剂的用量及双组份漆的粘度，从而大大增加了施工的难度。同时，聚醚链段过高容易导致漆膜硬度低、耐水性差的问题。

与非离子改性方法相比，阴离子改性方法具有亲水改性剂用量少、多异氰酸酯水分散性好、涂膜耐水性好等优点。常见的阴离子改性物质主要有羧酸盐、磺酸盐、磷酸盐等。通过含有羧基或磺酸基等阴离子基团的化合物改性异氰酸酯，再中和成盐，得到水性聚氨酯固化剂。德国专利DE4433929A和欧洲专利EP0703255等曾提出用羟基乙磺酸、羟基丙磺酸、端羟基聚醚磺酸等羟基磺酸型亲水改性剂对多异氰酸酯进行改性，制备的固化剂水分散性好，但容易出现结晶的现象，贮存稳定性不好。同时市售的羟基磺酸衍生物多以水溶液或者钠盐的形式存在，与多异氰酸酯反应后，钠离子会长期残留在涂膜中，降低漆膜的耐水性和光泽。

美国专利US6767958曾以N,N-二甲基环己胺为催化剂、采用2-环己氨基-乙磺酸和3-环己氨基-丙磺酸对多异氰酸酯改性，制备得到亲水性好、涂膜性能理想的水性聚氨酯固化剂。中国发明专利CN104448232A通过改进合成工艺，成功将4-环己氨基-丁磺酸接枝到多异氰酸酯上制备得到水性聚氨酯固化剂。中国发明专利申请CN101754990A提出用4-氨基甲苯-2-磺酸对多异氰酸酯改性，同时添加一定量的聚醚醇PEO1，得到非常易于水分散的水性聚氨酯固化剂。但上述技术使用的亲水性改性剂具有环己基等位阻过大的基团，其一方面使得亲水改性剂的磺酸当量低，另一方面造成亚氨基的反应活性降低，改性过程中需要升高反应温度或者加催化剂才能顺利反应，但残留的催化剂难以去除导致固化剂在储存的过程中的稳定性变差。

市场现有的固化剂总体都有NCO含量低、粘度高、反应温度高、储存稳定性差的缺点。因此，制备反应条件温和、储存稳定性好、水分散性和施工性优异、与羟基树脂匹配性好的水性聚氨酯固化剂仍存在较大的技术难度。

发明内容