水溶性彩色扩链剂、共聚型彩色聚氨酯乳液和彩色聚氨酯-丙烯酸酯共聚物乳液及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种水溶性彩色扩链剂、共聚型彩色聚氨酯乳液和彩色聚氨酯‑丙烯酸酯共聚物乳液及制备方法，其中，所述水溶性彩色扩链剂分子中含有至少一个生色基团和至少两个氨基。该水溶性彩色扩链剂可以具有红、黄、蓝、绿、紫、棕、黑等多种颜色，并且其生产工艺简单、生产成本低、生产效率高且绿色环保，同时采用其作为扩链剂可制备得到颜色丰富的共聚型彩色聚氨酯乳液和共聚型彩色聚氨酯‑丙烯酸酯共聚物乳液，可广泛用于工业生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于材料和精细化工
，具体而言，本专利技术涉及水溶性彩色扩链剂、共聚型彩色聚氨酯乳液和彩色聚氨酯-丙烯酸酯共聚物乳液及制备方法，更具体的，本申请涉及水溶性彩色扩链剂及其制备方法、共聚型彩色聚氨酯乳液及其制备方法、共聚型彩色聚氨酯-丙烯酸酯共聚物乳液及其制备方法。
技术介绍
随着人们环保意识的逐渐增强，传统溶剂型聚合物产品的应用受到越来越多的限制，由于水性聚合物产品不仅节省了大量有机溶剂，大大减小了对环境的危害，而且明显降低了产品成本，因此发展非常迅速。众所周知，水性聚氨酯是一类重要的水性聚合物产品，它不仅具有柔韧性好、耐磨的特点，而且化学性质稳定，耐低温、耐腐蚀，已在涂料、漆、粘合剂、织物整理剂、纸张表面处理剂等领域得到广泛的应用。如果在水性聚氨酯中引入聚丙烯酸酯，则可得到水性聚氨酯-聚丙烯酸酯复合物，这种材料结合了聚氨酯的耐磨性、柔韧性、耐冲击性和聚丙烯酸酯的粘结性、低成本等优点，具有广阔的应用前景。然而目前，现有的聚合物乳液在用作生产建筑、木器、金属等彩色涂料时，必须通过外加颜料或染料的方法使其具有所需要的颜色，不仅制备工艺复杂，而且由于颜料/染料与聚合物乳液之间的相容性相对较差，使得这种彩色聚合物产品的贮存稳定性欠佳；另外，产物成膜后染料/颜料分子易于发生迁移，导致颜色不均、光色牢度较差和毒性等问题。通过化学方法将生色基团通过共价键键合到高分子链上，制备出自身带有颜色的聚合物乳液，是解决目前彩色水性聚合物产品上述性能缺陷的有效途径。文献已有通过染料小分子与聚氨酯通过高分子化学反应将生色基团键合到聚氨酯高分子链上的研究报道。WangH.H.(JournalofAppliedPolymerScience.2005，96：2324-2335)首先合成了带有羟基的聚氨酯乳液，然后通过乙烯砜硫酸酯型活性染料与聚氨酯分子链上羟基的反应，将生色基团连接在聚氨酯骨架中。HuangC.T.等(JournalofAppliedPolymerScience.2006，100：3741-3747)通过分散染料分子上的伯氨基与聚氨酯预聚体端基的异氰酸基之间的反应，制得彩色水性聚氨酯。苏结平(硕士论文，彩色聚氨酯的合成与光学性能研究)、郦聪(中国专利技术专利申请号：201210376000.2)等合成了红黄蓝三种染料单体，在扩链反应时，将生色基团以嵌段的方式连接到了水性聚氨酯的主链上。金青君等(中国专利技术专利申请号：201410678011.5)以红黄蓝三原色的二醇单体作为扩链剂参与聚氨酯预聚体的合成，制备出了共聚型彩色聚氨酯乳液。虽然以上各种方法都是以彩色扩链剂向聚氨酯乳液中引入生色基团，但是，这些方法最主要的问题在于彩色扩链剂的合成步骤和提纯过程非常繁琐，生产成本高，使用大量有机溶剂而造成污染，有很多反应副产物使得反应难以称得上绿色、经济。而且这些方法制备的颜色种类有限，只有红黄蓝等少数几种颜色可供使用，这就大大限制了其在工业实际生产中的应用。因此，现有制备水溶性彩色扩链剂、共聚型彩色聚氨酯乳液和共聚型彩色聚氨酯-丙烯酸酯共聚物乳液的技术有待进一步改进。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出了一种水溶性彩色扩链剂、共聚型彩色聚氨酯乳液和彩色聚氨酯-丙烯酸酯共聚物乳液及制备方法，该水溶性彩色扩链剂具有红、黄、蓝、绿、紫、棕、黑等多种颜色，并且其生产工艺简单、生产成本低、生产效率高且绿色环保，同时采用其作为扩链剂可制备得到颜色丰富的共聚型彩色聚氨酯乳液和共聚型彩色聚氨酯-丙烯酸酯共聚物乳液，可广泛用于工业生产。本申请是基于专利技术人下列发现完成的：现有的聚合物乳液在用作涂料时，必须通过外加颜料或染料的方法使其具有所需要的颜色，不仅制备工艺复杂，而且这种彩色聚合物产品的贮存稳定性欠佳，并且存在颜色不均、光色牢度较差和毒性等问题。通过化学方法将生色基团通过共价键键合到高分子链上，制备出自身带有颜色的聚合物乳液，是解决目前彩色水性聚合物产品上述性能缺陷的有效途径。然而现有的制备方法均存在于彩色扩链剂的合成步骤和提纯过程非常繁琐，生产成本高，使用大量有机溶剂而造成污染，有很多反应副产物使得反应难以称得上绿色、经济，而且这些方法制备的颜色种类有限，只有红黄蓝等少数几种颜色可供使用，这就大大限制了其在工业实际生产中的应用。鉴于此，本申请的专利技术人通过对现有的制备水溶性彩色扩链剂的技术进行积极探索，旨在解决现有技术中的缺陷，以期得到工艺简单、生产成本低、生产效率高且绿色环保的水溶性彩色扩链剂制备工艺。为此，在本专利技术的第一个方面，本专利技术提出了一种水溶性彩色扩链剂。根据本专利技术的实施例，所述水溶性彩色扩链剂分子中含有至少一个生色基团和至少两个氨基。由此，该水溶性彩色扩链剂具有红、黄、蓝、绿、紫、棕、黑等多种颜色，采用其作为扩链剂可制备得到颜色丰富的共聚型彩色聚氨酯乳液和共聚型彩色聚氨酯-丙烯酸酯共聚物乳液，可广泛用于工业生产。在本专利技术的一些实施例中，所述生色基团为选自偶氮类生色基团、蒽醌类生色基团、酞菁类生色基团、靛系类生色基团、硝基类生色基团、多甲川类生色基团、芳基甲烷类生色基团和硫化类生色基团中的至少一种。由此，可以保证得到颜色丰富的共聚型彩色聚氨酯乳液和共聚型彩色聚氨酯-丙烯酸酯共聚物乳液。在本专利技术的第二个方面，本专利技术提出了一种制备水溶性彩色扩链剂的方法。根据本专利技术的实施例，该方法包括：将水溶性活性染料、氨基功能化试剂和极性溶剂接触，以便得到水溶性彩色扩链剂。由此，根据本专利技术实施例的制备水溶性彩色扩链剂的方法，通过将水溶性活性染料分子和氨基功能化试剂在在极性溶剂中经一步反应即可制得上述具有红、黄、蓝、绿、紫、棕、黑等多种颜色的水溶性彩色扩链剂，该方法合成工艺简单，能耗较低，并且反应过程几乎无有机溶剂排放，无副产物，环保，同时反应物质转换率高且水溶性彩色扩链剂的产率高，另外采用本专利技术方法所得水溶性彩色扩链剂颜色种类繁多，色谱齐全，完全可以满足市场上的实际需要。另外，根据本专利技术上述实施例的制备水溶性彩色扩链剂的方法，还可以具有如下附加的技术特征：在本专利技术的一些实施例中，所述水溶性活性染料为选自乙烯砜类活性染料、卤代均三嗪类活性染料、卤代二嗪类活性染料、卤代酰胺类活性染料、磺酰胺类活性染料、环氧类活性染料、酸酐类活性染料、酮类活性染料、醚类活性染料、磺酸酯类活性染料、磺酰卤类活性染料以及它们的衍生物中的至少一种。由此可以显著增加水溶性彩色扩链剂的颜色种类，从而可以满足生产工艺的需求。在本专利技术的一些实施例中，所述氨基功能化试剂为选自二胺类化合物和多胺类化合物中的至少一种，优选地，所述氨基功能化试剂为选自乙二胺、丁二胺、己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺和二甲基乙二胺中的至少一种。由此可以进一步提高水溶性彩色扩链剂的品质，从而满足生产工艺的需求。在本专利技术的一些实施例中，所述极性溶剂为选自水、二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺和脂肪胺类化合物中的至少一种。由此，可以显著提高反应物质转换率和水溶性彩色扩链剂的产率。在本专利技术的一些实施例中，所述水溶性活性染料、所述氨基功能化试剂和所述极性溶剂的质量比为1:(0.1～20):(0.1～100)。由此可以进一步提高水溶性彩色扩链剂的品质。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水溶性彩色扩链剂，其特征在于，所述水溶性彩色扩链剂分子中含有至少一个生色基团和至少两个氨基。

【技术特征摘要】
1.一种水溶性彩色扩链剂，其特征在于，所述水溶性彩色扩链剂分子中含有至少一个生色基团和至少两个氨基。2.根据权利要求1所述的水溶性彩色扩链剂，其特征在于，所述生色基团为选自偶氮类生色基团、蒽醌类生色基团、酞菁类生色基团、靛系类生色基团、硝基类生色基团、多甲川类生色基团、芳基甲烷类生色基团和硫化类生色基团中的至少一种。3.一种制备权利要求1或2所述的水溶性彩色扩链剂的方法，其特征在于，将水溶性活性染料、氨基功能化试剂和极性溶剂接触，以便得到水溶性彩色扩链剂。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述水溶性活性染料为选自乙烯砜类活性染料、卤代均三嗪类活性染料、卤代二嗪类活性染料、卤代酰胺类活性染料、磺酰胺类活性染料、环氧类活性染料、酸酐类活性染料、酮类活性染料、醚类活性染料、磺酸酯类活性染料、磺酰卤类活性染料以及它们的衍生物中的至少一种；任选的，所述氨基功能化试剂为选自二胺类化合物和多胺类化合物中的至少一种，优选地，所述氨基功能化试剂为选自乙二胺、丁二胺、己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺和二甲基乙二胺中的至少一种；任选的，所述极性溶剂为选自水、二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺和脂肪胺类化合物中的至少一种；任选的，所述水溶性活性染料、所述氨基功能化试剂和所述极性溶剂的质量比为1:(0.1～20):(0.1～100)；任选的，所述水溶性活性染料、所述氨基功能化试剂和所述极性溶剂接触时间为2～600分钟，接触温度为0～130摄氏度。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，进一步包括：向含有所述水溶性活性染料、所述氨基功能化试剂和所述极性溶剂的体系中加入促进剂；任选的，所述促进剂为路易斯碱，优选地，所述促进剂为选自三乙胺、氢氧化钠、醋酸钾和碳酸钠中的至少一种。6.一种制备共聚型彩色聚氨酯乳液的方法，其特征在于，包括：(1)将有机锡化合物、多元醇、异氰酸酯、含亲水基扩链剂和小分子扩链剂进行接触，以便得到聚氨酯预聚体；(2)将所述聚氨酯预聚体和水溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：李勃天，金青君，孙剑武，阚成友，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11