一种阳离子反应型双子聚氨酯表面活性剂及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种阳离子反应型双子聚氨酯表面活性剂及其制备方法，属于精细化工【技术领域】。以过量二异氰酸酯先后与脂肪胺聚氧乙烯醚和扩链剂进行反应，再加入封闭剂将剩余异氰酸酯基封闭，然后中和、分散于水中获得阳离子反应型双子聚氨酯表面活性剂。通过选择脂肪胺聚氧乙烯醚、扩链剂和封闭剂的种类，可得一系列不同性能和用途以及不同解封温度的表面活性剂。本发明一方面解决了传统表面活性剂容易迁移析出的问题，另一方面提高了二者的相容性，耐水性和介电性，光学透明性等性能，还对基体起到增强、增韧、降低表面张力等作用，在聚合物乳液的制备，皮革、合成革涂饰，纺织涂层等领域显示了广阔的应用前景。
【专利说明】一种阳离子反应型双子聚氨酯表面活性剂及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种阳离子反应型双子聚氨酯表面活性剂及其制备方法，属于精细化 工【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 表面活性剂因具有乳化、扩散、增溶、润湿、稳泡、去污等性能而被广泛应用于纺 织、染整、制革、造纸、乳液制备、石油工业、洗涤剂、化妆品等各个领域，但在很多情况下，表 面活性剂仅是在某一些阶段发挥功用，在以后的阶段里也许不再需要它们，甚至它们的存 在会带来一些负面影响。例如普通小分子表面活性剂应用于丙烯酸树脂、聚氨酯等乳液的 制备时，仅仅在乳化、存储等阶段发生作用，乳液被应用成膜后残留的表面活性剂后会迁移 到乳胶膜的表面并发生富集，从而使聚合物的耐水性、耐溶剂性、力学性能和光学性能、介 电性能等降低，迁移出的表面活性剂进入水体、土壤后则会引致环境污染等问题，其中季铵 盐类阳离子表面活性剂因可吸附带负电荷的细菌引致其胞壁结构损害而具有抗菌性，导致 其难以被生物降解，持久存在与环境中，对环境带来尤其严重的危害。
[0003] 可聚合的反应型表面活性剂除具有优良的表面活性之外，还可以与乳液聚合体系 内的单体组分发生聚合反应，可望解决乳液聚合中使用传统表面活性剂所带来的表面活性 剂迁移等技术缺陷，但这类反应型表面活性剂的聚合活性、与聚合体系中主单体的共聚合 性、可聚合基团的位置等都对聚合过程及乳液的稳定性有较大的影响，因此有研究者指出 很难有一种理想的可聚合反应型表面活性剂能够得到广泛应用，也就是说在特定体系中具 有良好应用效果的可聚合反应型表面活性剂对另外一个单体体系效果可能不理想。而且这 种可聚合的反应型表面活性剂应用范围有限，在非自由基聚合体系中一般只能发挥普通表 面活性剂的作用。又如美国专利US 5959027A采用内乳化结合外乳化工艺制得高固含量水 基聚氨酯，在此体系中可聚合的反应型表面活性剂作为外乳化剂时不能发生键合，从而不 能避免表面活性剂的迁移富集。
[0004] 高分子表面活性剂一般是指相对分子质量达到某种程度以上(一般为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、乳化力和耐迁移等方 面明显优于传统低分子表面活性剂。高分子表面活性剂种类繁多，其中聚氨酯高分子表面 活性剂作为一类新型的高分子表面活性剂，其分子结构易于调整，而且具有优良的生物相 容性、耐寒性、耐有机溶剂性能等，从而受到人们的广泛关注，其中双子型大分子表面活性 剂因具有独特的双亲水基-双亲油基结构，相比普通高分子表面活性剂又具有更高的表面 活性和更好的润湿性、乳化性、钙皂分散性等。但这类高分子表面活性剂因与其他树脂或聚 合物体系存在相容性问题，也不能完全从根本上解决其耐迁移性和耐水性等技术缺陷。
【发明内容】
[0005] 本发明的第一个目的是为了克服现有技术存在的反应型表面活性剂应用受限、传 统表面活性剂易发生迁移富集等技术缺陷，而提供一种阳离子反应型双子聚氨酯表面活性 齐IJ。该表面活性剂一方面解决了传统表面活性剂容易迁移析出的问题，另一方面提高了与 基体之间的相容性、耐水性和介电性、光学透明性等性能，还对基体起到增强、增韧、降低表 面张力等作用。
[0006] 本发明的另一个目的是提供一种阳离子反应型双子聚氨酯表面活性剂的制备方 法。
[0007] 为实现本发明的第一个发明目的，本发明的技术方案该阳离子反 应型双子聚氨酯表面活性剂具有双亲水一双疏水结构，其化学机构式为：
【权利要求】
1. 一种阳离子反应型双子聚氨酯表面活性剂，其特征在于： 该阳离子反应型双子聚氨酯表面活性剂具有双亲水一双疏水结构，其化学机构式为：
式中R1属于二异氰酸酯，R2属于扩链剂，R3属于中和剂，B属于异氰酸酯封闭剂BH， 2 < m+n < 40。
2. -种如权利要求1所述的阳离子反应型双子聚氨酯表面活性剂的制备方法，其特征 在于：以过量二异氰酸酯先后与脂肪胺聚氧乙烯醚和扩链剂进行反应，再加入封闭剂将剩 余异氰酸酯基封闭，经中和、分散后即得该产品，其化学反应式为：
其中为二异氰酸酯，为脂肪胺聚氧乙烯醚，为扩链剂，为中和剂，为异氰酸酯封闭剂。
3. 根据权利要求2所述的一种阳离子反应型双子聚氨酯表面活性剂的制备方法，其特 征在于包括以下步骤，各原料以质量份数计： (1) 将100份二异氰酸酯加入带有加热、控温和搅拌装置的密封反应釜中，加入 0. 02-0. 5份催化剂、41. 4-604份脂肪胺聚氧乙烯醚于50-70°C反应，反应2-4小时至达到理 论剩余异氰酸根值； (2) 加入8. 6-149份扩链剂于50-70°C继续反应，反应2-4小时至达到理论剩余异氰酸 根值； (3) 加入15. 3-55份封闭剂于70-95°C下对预聚体中剩余异氰酸酯基进行封闭反应，反 应2-4小时，至不再检测到剩余异氰酸根为止； 降温至40°C，加入11. 5-22. 7份中和剂充分中和预聚体中的离子基团，然后加入去离 子水高速搅拌分散，即得固含量为15%_30%的阳离子反应型双子聚氨酯表面活性剂水溶 液。
4. 根据权利要求2所述的一种阳离子反应型双子聚氨酯表面活性剂的制备方法，其特 征在于：所述二异氰酸酯为2, 4-甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、氢化二苯亚甲 基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯或异佛尔酮二异氰酸酯中的一种。
5. 根据权利要求2所述的一种阳离子反应型双子聚氨酯表面活性剂的制备方法，其特 征在于：所述异氰酸酯封闭剂为苯酚、N-甲基苯胺、丁酮肟、丙酮肟、己内酰胺或乙酰苯胺 中的一种。
6. 根据权利要求2所述的一种阳离子反应型双子聚氨酯表面活性剂的制备方法，其特 征在于：所述脂肪胺聚氧乙烯醚所带疏水碳链中碳原子个数为8-18,亲水的乙氧基基团个 数（m+n)为 2-40。
7. 根据权利要求2所述的一种阳离子反应型双子聚氨酯表面活性剂的制备方法，其 特征在于：所述扩链剂为1，4- 丁二醇、一缩二乙二醇、聚丙二醇、聚乙二醇或N-甲基二乙 醇胺中的一种，其中聚丙二醇的相对分子质量为200-1000,聚乙二醇的相对分子质量为 200-1000。
8. 根据权利要求2所述的一种阳离子反应型双子聚氨酯表面活性剂的制备方法，其特 征在于：所述中和剂为冰醋酸或乙醇酸。
9. 根据权利要求2所述的一种阳离子反应型双子聚氨酯表面活性剂的制备方法，其特 征在于：所述脂肪胺聚氧乙烯醚与所述二异氰酸酯的摩尔比为1:2,所述扩链剂与所述二 异氰酸酯的摩尔比为1:4,所述封闭剂与剩余二异氰酸酯的摩尔比为1. 1-1. 2:1。
10. 根据权利要求2所述的一种阳离子反应型双子聚氨酯表面活性剂的制备方法，其 特征在于：所述催化剂为钛酸四异丙醇酯、环烷酸铋、月桂酸铋、异辛酸锌或环烷酸锌中的 一种。
【文档编号】C08G18/50GK104211896SQ201410450237
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年9月5日 优先权日:2014年9月5日
【发明者】范浩军, 刘世勇, 陈意, 郭学方, 鲍亮, 盖静 申请人:四川大学