一種陽離子反應(yīng)型雙子聚氨酯表面活性劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種陽離子反應(yīng)型雙子聚氨酯表面活性劑及其制備方法，屬于精細化工【技術(shù)領(lǐng)域】。以過量二異氰酸酯先后與脂肪胺聚氧乙烯醚和擴鏈劑進行反應(yīng)，再加入封閉劑將剩余異氰酸酯基封閉，然后中和、分散于水中獲得陽離子反應(yīng)型雙子聚氨酯表面活性劑。通過選擇脂肪胺聚氧乙烯醚、擴鏈劑和封閉劑的種類，可得一系列不同性能和用途以及不同解封溫度的表面活性劑。本發(fā)明一方面解決了傳統(tǒng)表面活性劑容易遷移析出的問題，另一方面提高了二者的相容性，耐水性和介電性，光學(xué)透明性等性能，還對基體起到增強、增韌、降低表面張力等作用，在聚合物乳液的制備，皮革、合成革涂飾，紡織涂層等領(lǐng)域顯示了廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說明】一種陽離子反應(yīng)型雙子聚氨酯表面活性劑及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種陽離子反應(yīng)型雙子聚氨酯表面活性劑及其制備方法，屬于精細化 工【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 表面活性劑因具有乳化、擴散、增溶、潤濕、穩(wěn)泡、去污等性能而被廣泛應(yīng)用于紡 織、染整、制革、造紙、乳液制備、石油工業(yè)、洗滌劑、化妝品等各個領(lǐng)域，但在很多情況下，表 面活性劑僅是在某一些階段發(fā)揮功用，在以后的階段里也許不再需要它們，甚至它們的存 在會帶來一些負面影響。例如普通小分子表面活性劑應(yīng)用于丙烯酸樹脂、聚氨酯等乳液的 制備時，僅僅在乳化、存儲等階段發(fā)生作用，乳液被應(yīng)用成膜后殘留的表面活性劑后會遷移 到乳膠膜的表面并發(fā)生富集，從而使聚合物的耐水性、耐溶劑性、力學(xué)性能和光學(xué)性能、介 電性能等降低，遷移出的表面活性劑進入水體、土壤后則會引致環(huán)境污染等問題，其中季銨 鹽類陽離子表面活性劑因可吸附帶負電荷的細菌引致其胞壁結(jié)構(gòu)損害而具有抗菌性，導(dǎo)致 其難以被生物降解，持久存在與環(huán)境中，對環(huán)境帶來尤其嚴重的危害。
[0003] 可聚合的反應(yīng)型表面活性劑除具有優(yōu)良的表面活性之外，還可以與乳液聚合體系 內(nèi)的單體組分發(fā)生聚合反應(yīng)，可望解決乳液聚合中使用傳統(tǒng)表面活性劑所帶來的表面活性 劑遷移等技術(shù)缺陷，但這類反應(yīng)型表面活性劑的聚合活性、與聚合體系中主單體的共聚合 性、可聚合基團的位置等都對聚合過程及乳液的穩(wěn)定性有較大的影響，因此有研究者指出 很難有一種理想的可聚合反應(yīng)型表面活性劑能夠得到廣泛應(yīng)用，也就是說在特定體系中具 有良好應(yīng)用效果的可聚合反應(yīng)型表面活性劑對另外一個單體體系效果可能不理想。而且這 種可聚合的反應(yīng)型表面活性劑應(yīng)用范圍有限，在非自由基聚合體系中一般只能發(fā)揮普通表 面活性劑的作用。又如美國專利US 5959027A采用內(nèi)乳化結(jié)合外乳化工藝制得高固含量水 基聚氨酯，在此體系中可聚合的反應(yīng)型表面活性劑作為外乳化劑時不能發(fā)生鍵合，從而不 能避免表面活性劑的遷移富集。
[0004] 高分子表面活性劑一般是指相對分子質(zhì)量達到某種程度以上(一般為IO3?IO 6) 且具有一定表面活性的高分子化合物，其在增溶性、增稠性、分散性、乳化力和耐遷移等方 面明顯優(yōu)于傳統(tǒng)低分子表面活性劑。高分子表面活性劑種類繁多，其中聚氨酯高分子表面 活性劑作為一類新型的高分子表面活性劑，其分子結(jié)構(gòu)易于調(diào)整，而且具有優(yōu)良的生物相 容性、耐寒性、耐有機溶劑性能等，從而受到人們的廣泛關(guān)注，其中雙子型大分子表面活性 劑因具有獨特的雙親水基-雙親油基結(jié)構(gòu)，相比普通高分子表面活性劑又具有更高的表面 活性和更好的潤濕性、乳化性、鈣皂分散性等。但這類高分子表面活性劑因與其他樹脂或聚 合物體系存在相容性問題，也不能完全從根本上解決其耐遷移性和耐水性等技術(shù)缺陷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的第一個目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的反應(yīng)型表面活性劑應(yīng)用受限、傳 統(tǒng)表面活性劑易發(fā)生遷移富集等技術(shù)缺陷，而提供一種陽離子反應(yīng)型雙子聚氨酯表面活性 齊IJ。該表面活性劑一方面解決了傳統(tǒng)表面活性劑容易遷移析出的問題，另一方面提高了與 基體之間的相容性、耐水性和介電性、光學(xué)透明性等性能，還對基體起到增強、增韌、降低表 面張力等作用。
[0006] 本發(fā)明的另一個目的是提供一種陽離子反應(yīng)型雙子聚氨酯表面活性劑的制備方 法。
[0007] 為實現(xiàn)本發(fā)明的第一個發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案該陽離子反 應(yīng)型雙子聚氨酯表面活性劑具有雙親水一雙疏水結(jié)構(gòu)，其化學(xué)機構(gòu)式為：

【權(quán)利要求】
1. 一種陽離子反應(yīng)型雙子聚氨酯表面活性劑，其特征在于： 該陽離子反應(yīng)型雙子聚氨酯表面活性劑具有雙親水一雙疏水結(jié)構(gòu)，其化學(xué)機構(gòu)式為：
式中R1屬于二異氰酸酯，R2屬于擴鏈劑，R3屬于中和劑，B屬于異氰酸酯封閉劑BH， 2 < m+n < 40。
2. -種如權(quán)利要求1所述的陽離子反應(yīng)型雙子聚氨酯表面活性劑的制備方法，其特征 在于：以過量二異氰酸酯先后與脂肪胺聚氧乙烯醚和擴鏈劑進行反應(yīng)，再加入封閉劑將剩 余異氰酸酯基封閉，經(jīng)中和、分散后即得該產(chǎn)品，其化學(xué)反應(yīng)式為：
其中為二異氰酸酯，為脂肪胺聚氧乙烯醚，為擴鏈劑，為中和劑，為異氰酸酯封閉劑。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種陽離子反應(yīng)型雙子聚氨酯表面活性劑的制備方法，其特 征在于包括以下步驟，各原料以質(zhì)量份數(shù)計： (1) 將100份二異氰酸酯加入帶有加熱、控溫和攪拌裝置的密封反應(yīng)釜中，加入 0. 02-0. 5份催化劑、41. 4-604份脂肪胺聚氧乙烯醚于50-70°C反應(yīng)，反應(yīng)2-4小時至達到理 論剩余異氰酸根值； (2) 加入8. 6-149份擴鏈劑于50-70°C繼續(xù)反應(yīng)，反應(yīng)2-4小時至達到理論剩余異氰酸 根值； (3) 加入15. 3-55份封閉劑于70-95°C下對預(yù)聚體中剩余異氰酸酯基進行封閉反應(yīng)，反 應(yīng)2-4小時，至不再檢測到剩余異氰酸根為止； 降溫至40°C，加入11. 5-22. 7份中和劑充分中和預(yù)聚體中的離子基團，然后加入去離 子水高速攪拌分散，即得固含量為15%_30%的陽離子反應(yīng)型雙子聚氨酯表面活性劑水溶 液。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種陽離子反應(yīng)型雙子聚氨酯表面活性劑的制備方法，其特 征在于：所述二異氰酸酯為2, 4-甲苯二異氰酸酯、二苯基甲烷二異氰酸酯、氫化二苯亞甲 基二異氰酸酯、六亞甲基二異氰酸酯或異佛爾酮二異氰酸酯中的一種。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種陽離子反應(yīng)型雙子聚氨酯表面活性劑的制備方法，其特 征在于：所述異氰酸酯封閉劑為苯酚、N-甲基苯胺、丁酮肟、丙酮肟、己內(nèi)酰胺或乙酰苯胺 中的一種。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種陽離子反應(yīng)型雙子聚氨酯表面活性劑的制備方法，其特 征在于：所述脂肪胺聚氧乙烯醚所帶疏水碳鏈中碳原子個數(shù)為8-18,親水的乙氧基基團個 數(shù)（m+n)為 2-40。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種陽離子反應(yīng)型雙子聚氨酯表面活性劑的制備方法，其 特征在于：所述擴鏈劑為1，4- 丁二醇、一縮二乙二醇、聚丙二醇、聚乙二醇或N-甲基二乙 醇胺中的一種，其中聚丙二醇的相對分子質(zhì)量為200-1000,聚乙二醇的相對分子質(zhì)量為 200-1000。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種陽離子反應(yīng)型雙子聚氨酯表面活性劑的制備方法，其特 征在于：所述中和劑為冰醋酸或乙醇酸。
9. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種陽離子反應(yīng)型雙子聚氨酯表面活性劑的制備方法，其特 征在于：所述脂肪胺聚氧乙烯醚與所述二異氰酸酯的摩爾比為1:2,所述擴鏈劑與所述二 異氰酸酯的摩爾比為1:4,所述封閉劑與剩余二異氰酸酯的摩爾比為1. 1-1. 2:1。
10. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種陽離子反應(yīng)型雙子聚氨酯表面活性劑的制備方法，其 特征在于：所述催化劑為鈦酸四異丙醇酯、環(huán)烷酸鉍、月桂酸鉍、異辛酸鋅或環(huán)烷酸鋅中的 一種。
【文檔編號】C08G18/50GK104211896SQ201410450237
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月5日
【發(fā)明者】范浩軍, 劉世勇, 陳意, 郭學(xué)方, 鮑亮, 蓋靜 申請人:四川大學(xué)