一种聚硫醇类固化剂及其制备方法和应用与流程

本发明涉及聚硫醇化合物技术领域，更具体地说，是涉及一种聚硫醇类固化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

已知的硫醇化合物的制备方法有很多种，例如：(1)二硫醚化合物还原法；(2)使用有机卤化物或醇类先与硫脲反应生成异硫脲盐，再将异硫脲水解的方法；(3)经由bunte盐的方法；(4)使用有机卤化物与硫氢化钠、硫氢化钾等金属盐反应的方法；(5)由二硫代氨基甲酸酯水解的方法；(6)使烯与硫化氢或硫代乙酸加成的方法等。其中，由有机卤化物为起始原料的方法(2)和方法(4)是最常用的硫醇化合物的制备方法，与其他方法相比，这两种方法收率高、副产物少、产品品质好，但方法(2)涉及的反应步骤较多，不如直接使用金属盐进行巯基化操作方便。

此外，公开号为cn109180926a的中国专利公开了一种聚醚型多硫醇化合物的制备方法，使用有机卤素化合物与硫氢化钠反应，直接巯基化，能以高收率且有效、廉价地制备多硫醇化合物；所用的硫氢化钠可由氢氧化钠溶液和硫化氢制备(cn106586974a)，或通过絮凝剂精制得到高品质硫氢化钠(cn101993048a)。

但是，现有技术中公开的制备方法得到的聚硫醇类固化剂，产品多为黄绿色或浅黄色，透明度差，并且与环氧树脂混合后得到的聚合性组合物会有着色现象，无法用于透明度要求较高的领域，且所得产品氯离子含量高，这些都局限了其应用领域。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种聚硫醇类固化剂及其制备方法和应用，采用本发明提供的制备方法得到的聚硫醇类固化剂无色透明、品质高，应用在制备具有良好光学物性的透镜等光学材料时不会造成着色问题。

本发明提供了一种聚硫醇类固化剂的制备方法，包括以下步骤：

a)将nash、相转移催化剂、有机多卤化聚醚和水在h2s存在下进行反应，得到粗产品；所述nash的铁含量为0.005wt％～1wt％；

b)将步骤a)得到的粗产品依次进行水洗和干燥，得到聚硫醇类固化剂。

优选的，步骤a)中所述nash的铁含量为0.06wt％～0.9wt％。

优选的，步骤a)中所述nash以nash水溶液的形式添加；所述nash水溶液的质量分数为10％～50％；

所述nash的加入量按照nash与所述有机多卤化聚醚中的卤素原子的摩尔比(0.5～3)：1添加。

优选的，步骤a)中所述相转移催化剂选自苄基三乙基氯化铵、四丁基溴化铵、四丁基氯化铵、四丁基硫酸氢铵、三辛基甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十四烷基三甲基氯化铵、吡啶和三丁胺中的一种或多种；

所述相转移催化剂的加入量按照所述有机多卤化聚醚质量的1％～20％添加。

优选的，步骤a)中所述有机多卤化聚醚具有式(i)所示结构：

式(i)中，m、n、p独立地选自1～10的整数，r为c1～c10的直链烷基、c1～c10的支链烷基、经取代的芳基或未经取代的芳基，x为f、cl或br。

优选的，步骤a)中所述反应的温度为80℃～100℃，时间为5h～7h。

优选的，步骤b)中所述水洗的过程具体为：

将步骤a)得到的粗产品加入水中进行一次水洗，调节有机相ph至5～7，待稳定后静置分层，取出下层物质与水混合均匀后静置10h～14h，然后切出产物，完成水洗过程。

优选的，步骤b)中所述干燥的方式为真空脱水；所述真空脱水的真空度小于等于-0.095mpa，温度为60℃～70℃，时间为1h～3h。

本发明还提供了一种聚硫醇类固化剂，采用上述技术方案所述的制备方法制备而成。

本发明还提供了一种透明树脂，由包括以下组分的原料制备而成：

环氧树脂100重量份；

固化剂80重量份～120重量份；

助剂0～12重量份；

所述固化剂为上述技术方案所述的聚硫醇类固化剂。

本发明提供了一种聚硫醇类固化剂的制备方法，包括以下步骤：a)将nash、相转移催化剂、有机多卤化聚醚和水在h2s存在下进行反应，得到粗产品；所述nash的铁含量为0.005wt％～1wt％；b)将步骤a)得到的粗产品依次进行水洗和干燥，得到聚硫醇类固化剂。与现有技术相比，本发明通过严格控制原料nash的含铁量，在特定制备工艺下得到了高品质聚硫醇类固化剂，该产品无色透明、卤素含量低，符合新型绿色环保型固化剂的要求；并且应用在制备具有良好光学物性的透镜等光学材料时不会造成着色问题。实验结果表明，本发明提供的制备方法得到的聚硫醇类固化剂的色度为16～27，卤素含量在700ppm以内。

同时，本发明提供的制备方法具有较好的转化率和较高的收率，且工艺简单、条件温和，适合于工业制造，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的制备方法得到的产品的氢核磁¹hnmr测试图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种聚硫醇类固化剂的制备方法，包括以下步骤：

a)将nash、相转移催化剂、有机多卤化聚醚和水在h2s存在下进行反应，得到粗产品；所述nash的铁含量为0.005wt％～1wt％；

b)将步骤a)得到的粗产品依次进行水洗和干燥，得到聚硫醇类固化剂。

本发明首先将nash、相转移催化剂、有机多卤化聚醚和水在h2s存在下进行反应，得到粗产品。在本发明中，所述nash的铁含量为0.005wt％～1wt％，优选为0.06wt％～0.9wt％。本发明对所述nash的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品或自制品(主要通过向碱溶液中通入硫化氢来制备)均可；所述nash在制备、运输及储存过程中会不可避免的含有铁，并在溶液中以铁离子的形式存在。

申请人经大量实验，详细地研究了制备聚硫醇化合物所用原料的纯度、所含微量杂质等品质对所得聚硫醇化合物颜色的影响；研究发现，当硫氢化钠中所含的杂质铁离子量为特定量以上时，所得到的聚硫醇化合物颜色发黄，且与环氧树脂等反应会使得到的聚合性组合物有着色现象；而当铁离子的量为特定量以下时，不仅存在上述问题，还会造成后续应用时反应速度降低；而以铁含量在特定范围内的硫氢化钠为原料制备聚硫醇化合物，则可以稳定地得到无色透明的产品，进而使用该聚硫醇化合物与环氧树脂固化后，可得到无色透明且无着色现象的透明树脂。在此基础上，本发明通过严格控制原料nash的含铁量，能够保证后续制备过程得到稳定的、无色透明的产品，且保证该产品与环氧树脂固化得到的透明树脂无着色现象。

在本发明中，所述nash优选以nash水溶液的形式添加；所述nash水溶液的质量分数优选为10％～50％，更优选为20％～44％。在本发明中，所述nash的加入量优选按照nash与所述有机多卤化聚醚中的卤素原子的摩尔比(0.5～3)：1添加，更优选为(0.9～1.5)：1。

在本发明中，所述相转移催化剂优选选自苄基三乙基氯化铵、四丁基溴化铵、四丁基氯化铵、四丁基硫酸氢铵、三辛基甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十四烷基三甲基氯化铵、吡啶和三丁胺中的一种或多种，更优选为苄基三乙基氯化铵、四丁基溴化铵、四丁基氯化铵和四丁基硫酸氢铵中的一种或多种。本发明对所述相转移催化剂的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的上述季铵盐类化合物和氮杂环类化合物的市售商品即可。本发明在上述相转移催化剂存在下，能够使nash与有机多卤化聚醚在水溶液中进行。在本发明中，所述相转移催化剂的加入量优选按照所述有机多卤化聚醚质量的1％～20％添加，更优选为5％～12％。

在本发明中，所述有机多卤化聚醚优选具有式(i)所示结构：

式(i)中，m、n、p独立地选自1～10的整数，r为c1～c10的直链烷基、c1～c10的支链烷基、经取代的芳基或未经取代的芳基，x为f、cl或br。该有机多卤化聚醚为一个一分子中含有三个卤原子的化合物。在本发明中，所述m、n、p优选独立地选自2～5的整数；所述r优选为c2～c4的直链烷基或c2～c4的支链烷基；所述x优选为cl。

本发明对所述有机多卤化聚醚的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品或自制品均可。在本发明中，所述有机多卤化聚醚与nash的反应在h2s存在下进行，能高效的进行此反应，同时，也可以提高产品品质。本发明对所述h2s的来源没有特殊限制。

本发明对所述反应的装置没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的反应釜即可。在本发明中，所述将nash、相转移催化剂、有机多卤化聚醚和水在h2s存在下进行反应的过程优选具体为：

向反应釜内加入nash水溶液和相转移催化剂，然后加入有机多卤化聚醚和水，将反应釜封闭后检查气密性，之后向釜内通入h2s气体使釜内处于常压，通过油浴加热反应体系进行反应。在本发明中，所述反应为nash与有机多卤化聚醚的取代反应；所述反应的温度优选为80℃～100℃，更优选为90℃；所述反应的时间优选为5h～7h，更优选为6h。

完成上述反应后，本发明优选还包括：

开启反应釜的放空阀并用n2置换，产物静置分层后，得到粗产品。

得到所述粗产品后，本发明将得到的粗产品依次进行水洗和干燥，得到聚硫醇类固化剂。在本发明中，所述水洗的过程优选具体为：

将得到的粗产品加入水中进行一次水洗，调节有机相ph至5～7，待稳定后静置分层，取出下层物质与水混合均匀后静置10h～14h，然后切出产物，完成水洗过程；

更优选为：

将得到的粗产品加入水中进行一次水洗，调节有机相ph至5～7，待稳定后静置分层，取出下层物质与水混合均匀后静置12h，然后切出产物，完成水洗过程。本发明通过上述酸洗涤+水洗涤的水洗方式，有利于脱除反应生成的盐。

在本发明中，所述干燥的方式优选为真空脱水；所述真空脱水的真空度优选小于等于-0.095mpa；所述真空脱水的温度优选为60℃～70℃，更优选为65℃；所述真空脱水的时间优选为1h～3h，更优选为2h。本发明通过上述干燥过程，使蒸水得到高品质聚硫醇化合物。

本发明提供的制备方法具有较好的转化率和较高的收率，且工艺简单、条件温和，适合于工业制造，具有广阔的应用前景。

本发明还提供了一种聚硫醇类固化剂，采用上述技术方案所述的制备方法制备而成。在本发明中，所述聚硫醇类固化剂除含有硫醇基外，还含有羟基，使固化剂具有部分亲水性及柔性。本发明通过严格控制原料nash的含铁量，在特定制备工艺下得到了高品质聚硫醇类固化剂，该产品无色透明、卤素含量低，符合新型绿色环保型固化剂的要求；并且应用在制备具有良好光学物性的透镜等光学材料时不会造成着色问题。

本发明还提供了一种透明树脂，由包括以下组分的原料制备而成：

环氧树脂100重量份；

固化剂80重量份～120重量份；

助剂0～12重量份；

所述固化剂为上述技术方案所述的聚硫醇类固化剂。

在本发明中，所述环氧树脂优选为在一分子中含有至少2个环氧基的化合物，如可采用本领域技术人员熟知的市售e-51、e-54、e-44、e-42、e-20、e-06、e-03、e-12、f-51、f-44、jf-45、jf-43等环氧树脂。在本发明中，所述透明树脂包括100重量份的环氧树脂。

在本发明中，所述固化剂为上述技术方案所述的聚硫醇类固化剂；该聚硫醇类固化剂能够与上述环氧树脂形成聚合性组合物，并进一步固化得到透明树脂。在本发明中，所述透明树脂包括80重量份～120重量份的固化剂。

在本发明中，为了进一步改进透明树脂的物性、操作性及反应性等性能，优选加入助剂。在本发明中，所述助剂优选为以胺为代表的活性氢化合物、烯烃化合物、碳酸酯化合物、酯化合物、金属、金属氧化物、有机金属化合物等，本发明对此没有特殊限制。在本发明一个优选的实施例中，所述助剂为dmp-30促进剂；所述助剂的添加量优选为固化剂质量的1％～15％，更优选为10％。

本发明提供的透明树脂采用特定含量组分，可以良好的满足作为透明材料等所要求的折射率、耐热性等性能。

在本发明中，所述透明树脂的制备方法优选具体为：

将环氧树脂、固化剂和助剂混合后固化，得到透明树脂。在本发明中，所述固化的过程优选在恒温恒湿箱中进行，其中，温度恒温在室温，湿度恒温在30％～50％，本发明对此没有特殊限制。在本发明中，所述固化的时间优选为14h～18h，更优选为16h。

本发明提供的透明树脂能够进一步制备光学材料。本发明提供的透明树脂通过采用上述技术方案所述的聚硫醇类固化剂，抑制了固化后的发红现象，具有较高折射率，且耐热和耐久性优异、轻质且耐冲击性优异；另外由于环氧树脂价格低，所述透明树脂作为光学领域的透镜原料性能优异且成本低廉。

本发明提供了一种聚硫醇类固化剂的制备方法，包括以下步骤：a)将nash、相转移催化剂、有机多卤化聚醚和水在h2s存在下进行反应，得到粗产品；所述nash的铁含量为0.005wt％～1wt％；b)将步骤a)得到的粗产品依次进行水洗和干燥，得到聚硫醇类固化剂。与现有技术相比，本发明通过严格控制原料nash的含铁量，在特定制备工艺下得到了高品质聚硫醇类固化剂，该产品无色透明、卤素含量低，符合新型绿色环保型固化剂的要求；并且应用在制备具有良好光学物性的透镜等光学材料时不会造成着色问题。实验结果表明，本发明提供的制备方法得到的聚硫醇类固化剂的色度为16～27，卤素含量在700ppm以内。

同时，本发明提供的制备方法具有较好的转化率和较高的收率，且工艺简单、条件温和，适合于工业制造，具有广阔的应用前景。

为了进一步说明本发明，下面通过以下实施例进行详细说明。本发明以下实施例所用的原料均为市售商品；其中，nahs中铁含量使用国标gb/t3049-2006中的方法测定。原理为：用抗坏血酸将试液中的fe³⁺还原为fe²⁺；在ph值为2～9时，fe²⁺与1,10-菲啰啉生成橙红色络合物，在分光光度计最大吸收波长(510nm)处测定其吸光度；所用分光光度计型号为：hachdr6000。

降低nahs中铁含量的方法：在氮气氛围下，将1000g质量分数为43％的nahs溶液加热升温至50℃后，向其中加入絮凝剂，在温度较高时过滤，除去其中被絮凝的杂质；然后使滤液冷却至5℃析出固体硫氢化钠，在相同温度下晶析2h；过滤取出nahs，在40℃、-0.095mpa下减压干燥，得到374.1g铁含量为0.05wt％的nahs固体。

采用上述方法，适当调节晶析时间，可得到具有各种铁含量的nahs固体，在以下实施例中，可根据相应的需求调节nahs中的铁含量。

所用的氯代聚醚按照专利cn109180926a中记载的方法制备，具体为：

取89.6g聚醚多元醇和0.46g路易斯酸催化剂bf3，升温至65℃使催化剂全部溶解后，滴加87.9g环氧氯丙烷，滴加过程中控制反应温度在100℃，反应时间为7小时，反应完成后，得到氯代聚醚。

实施例1

(1)向反应釜内加入198.3g质量分数为32％的nash(铁含量为0.08wt％)水溶液和13.3g相转移催化剂四丁基硫酸氢铵，然后加入177.7g氯代聚醚和132g去离子水，将反应釜封闭后检查气密性，之后向釜内通入h2s气体使釜内处于常压，通过油浴加热反应体系至90℃后保温反应6h，然后开启反应釜的放空阀并用n2置换，产物静置分层后，得到粗产品a。

(2)将粗产品a加入180g去离子水中进行一次水洗，用盐酸调节有机相ph至5～7，待稳定后静置分层，取出下层物质即为粗产品b；再向粗产品b中加入180g去离子水混合均匀后静置12小时，然后切出产物并在真空度≤-0.095mpa条件下进行除水，除水温度为65℃，时间为2小时，得到聚硫醇类固化剂155.2g。

本发明实施例1提供的制备方法得到的产品无色透明，通过亨特立色度仪测试色度(hazen)为16，通过库仑测氯仪测试卤素(cl)含量为355ppm；同时，对得到的产品进行氢核磁¹hnmr检测，结果如图1所示，图1为本发明实施例1提供的制备方法得到的产品的氢核磁¹hnmr测试图；由图1可以看出，该产品为式(1)所示结构的聚醚型多硫醇化合物。

实施例2

采用实施例1提供的制备方法得到聚硫醇类固化剂；区别在于：nash的铁含量为0.06wt％。

本发明实施例2提供的制备方法得到的产品无色透明，通过亨特立色度仪测试色度(hazen)为18，通过库仑测氯仪测试卤素(cl)含量为326ppm。

实施例3

采用实施例1提供的制备方法得到聚硫醇类固化剂；区别在于：nash的铁含量为0.09wt％。

本发明实施例3提供的制备方法得到的产品无色透明，通过亨特立色度仪测试色度(hazen)为21，通过库仑测氯仪测试卤素(cl)含量为407ppm。

实施例4

采用实施例1提供的制备方法得到聚硫醇类固化剂；区别在于：nash的铁含量为0.5wt％。

本发明实施例4提供的制备方法得到的产品无色透明，通过亨特立色度仪测试色度(hazen)为25，通过库仑测氯仪测试卤素(cl)含量为499ppm。

实施例5

采用实施例1提供的制备方法得到聚硫醇类固化剂；区别在于：nash的铁含量为0.7wt％。

本发明实施例5提供的制备方法得到的产品无色透明，通过亨特立色度仪测试色度(hazen)为23，通过库仑测氯仪测试卤素(cl)含量为568ppm。

实施例6

采用实施例1提供的制备方法得到聚硫醇类固化剂；区别在于：nash的铁含量为0.9wt％。

本发明实施例6提供的制备方法得到的产品无色透明，通过亨特立色度仪测试色度(hazen)为27，通过库仑测氯仪测试卤素(cl)含量为628ppm。

对比例1

采用实施例1提供的制备方法得到聚硫醇类固化剂；区别在于：nash的铁含量为0.003wt％。

本发明对比例1提供的制备方法得到的产品呈淡黄色，通过亨特立色度仪测试色度(hazen)为35，通过库仑测氯仪测试卤素(cl)含量为216ppm。

对比例2

采用实施例1提供的制备方法得到聚硫醇类固化剂；区别在于：nash的铁含量为1.2wt％。

本发明对比例2提供的制备方法得到的产品呈现黄色，通过亨特立色度仪测试色度(hazen)为50，通过库仑测氯仪测试卤素(cl)含量为879ppm。

对比例3

采用实施例1提供的制备方法得到聚硫醇类固化剂；区别在于：nash的铁含量为1.5wt％。

本发明对比例3提供的制备方法得到的产品呈现黄色，通过亨特立色度仪测试色度(hazen)为59，通过库仑测氯仪测试卤素(cl)含量为981ppm。

应用实施例

在25℃恒温、40％恒湿的条件下，将25g聚硫醇类固化剂、2.5gdmp-30促进剂混合均匀后，在离心机中进行离心脱泡处理，然后放入1：1双管胶枪管中；再将25g市售e51环氧树脂(济南浩铄化工有限公司)也进行离心脱泡处理后，放入上述双管胶枪管中，通过胶枪挤出后混合制样，置于恒温恒湿箱中固化16小时，得到透明树脂。

所述聚硫醇类固化剂分别采用实施例1～6、对比例1～3提供的制备方法得到的产品。

实施例1～6、对比例1～3提供的制备方法得到的产品及应用该产品制备得到的透明树脂的各项性能数据参见表1所示。

表1实施例1～6、对比例1～3提供的制备方法得到的产品及应用该产品制备得到的透明树脂的各项性能数据

从表1可以看出，使用铁含量在0.06wt％～0.9wt％范围内的nahs得到聚硫醇类固化剂色调优异，色度为16～27；该产品无色透明、品质高，应用该产品与环氧树脂固化制备的透明树脂的透明性好、无着色现象。而在对比例1～3中使用铁含量大于1wt％或小于0.005wt％的nahs得到聚硫醇类固化剂呈淡黄色或黄色，产品品质较差，且应用该产品所制得的树脂材料着色明显，透明性差。

综上，采用本发明提供的制备方法能够得到着色被抑制的无色透明环氧树脂用高品质聚硫醇类固化剂，且与环氧树脂混合后所得的聚合性组合物固化后得到的透明树脂无色透明，玻璃化温度在85℃～91℃；本发明非常有助于稳定地生产高品质无色透明聚硫醇化合物，特别是用于透明度要求较高的领域。

所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。