一种有机硅偶联剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于化学合成领域，尤其涉及一种有机硅偶联剂及其制备方法和应用。本发明专利技术提供的机硅偶联剂具有式(I)结构，本发明专利技术利用γ‑缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和丙烯酸发生环氧开环反应，合成了一种分子结构上同时含有羟基、硅氧烷与碳碳双键多种官能团的有机硅偶联剂，将其作为聚氨酯反应的封端剂使用时，即可提高合成的水性聚氨酯的稳定性，同时也可使合成的水性聚氨酯经光固化后形成的漆膜性能更为优异。实验结果表明：以本发明专利技术提供的有机硅偶联剂作为封端剂制备的水性聚氨酯具有良好的机械稳定性，水性聚氨酯的外观呈现透明或半透明状，该水性聚氨酯经光固化后得到的漆膜具有良好的硬度、附着力、光泽度和耐水性。

【技术实现步骤摘要】
一种有机硅偶联剂及其制备方法和应用
本专利技术属于化学合成领域，尤其涉及一种有机硅偶联剂及其制备方法和应用。
技术介绍
当前，随着各发达国家环保法规的确立和环保意思的增强，水性光固化(UV)聚氨酯涂料取代传统的光固化聚氨酯涂料的趋势越来越明显。水性UV聚氨酯是一种节能型材料，是由多异氰酸酯和含羟基化合物先通过逐步加聚反应合成预聚物，然后通过扩链剂引入亲水基或外加乳化剂而使其溶于或分散于水中。水性聚氨酯材料以水为介质，有机挥发物(VOC)含量低，不含游离二异氰酸酯单体，毒性低，对环境友好，具有广阔的运用前景，已被广泛应用于汽车修补涂料，工业涂料，家具涂料和塑料涂料，同时也用于织物、羽毛、纸和橡胶的柔顺整理剂等方面。但传统水性UV聚氨酯存在着附着力差、涂膜耐水、耐候性差、表干实干时间较长等问题，是长期以来困扰其应用的难点。有机硅化合物兼具有机化合物和无机化合物的特性，研究表明采用有机硅化合物对水性UV聚氨酯进行改性，可以很好的改善其在使用中存在的多种问题。目前，有机硅改性的水性UV聚氨酯一般是将羟基硅油引入水性聚氨酯的链段，但此方法获得的产品稳定性较差，往往会产生相分离，表观上观察是所得固化膜混浊不透明；也有将硅烷偶联剂(KH550、KH570)直接参与在与水性聚氨酯的合成反应中，但由于硅烷环氧与羧酸会反应发生水解，因此也会影响合成的改性聚氨酯的稳定性。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种有机硅偶联剂及其制备方法和应用，以本专利技术提供的有机硅偶联剂作为封端剂制备的有机硅偶联剂改性水性UV聚氨酯具有良好的稳定性，该聚氨酯经光固化形成的漆膜具有良好的硬度、附着力、光泽度和耐水性。本专利技术提供了一种有机硅偶联剂，具有式(I)结构：本专利技术提供了一种上述技术方案所述有机硅偶联剂的制备方法，包括以下步骤：γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和丙烯酸在阻聚剂和催化剂存在下进行反应，得到式(I)结构的有机硅偶联剂。优选的，所述阻聚剂包括对羟基苯甲醚和/或2,2,6,6-四甲基哌啶-氮-氧化物；所述催化剂包括N,N-二甲基苄胺和/或二月桂酸二丁基锡。优选的，所述γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、丙烯酸、阻聚剂和催化剂的质量比为(70～80)：(20～25)：(0.2～0.4)：(0.1～0.3)。优选的，所述反应的温度为70～80℃；所述反应的时间为4～5h。本专利技术提供了一种上述技术方案所述的有机硅偶联剂在制备有机硅偶联剂改性水性UV聚氨酯中的应用。本专利技术提供了一种有机硅偶联剂改性水性UV聚氨酯的制备方法，包括以下步骤：a)、二官能度异氰酸酯和二元醇在催化剂存在下进行反应，得到第一中间产物；b)、所述第一中间产物和亲水剂进行反应，得到第二中间产物；c)、所述第二中间产物和权利要求1所述有机硅偶联剂在阻聚剂存在下进行反应，得到第三中间产物；d)、所述第三中间产物和成盐剂进行反应，得到第四中间产物；e)、所述第四中间产物和水混合搅拌，得到有机硅偶联剂改性水性UV聚氨酯。优选的，所述二官能度异氰酸酯包括异佛尔酮二异氰酸酯、甲苯-2,4-二异氰酸酯和4,4'-亚甲基双(异氰酸苯酯)中的一种或多种；所述二元醇包括聚己二酸-1，4-丁二醇酯二醇、聚乙二醇和聚碳酸酯亚丙酯二醇中的一种或多种；所述催化剂包括N,N-二甲基苄胺和/或二月桂酸二丁基锡；所述亲水剂包括2,2-二羟甲基丙酸和/或2,2-二羟甲基丁酸；所述阻聚剂包括对羟基苯甲醚和/或2,2,6,6-四甲基哌啶-氮-氧化物；所述成盐剂包括三乙胺和/或三乙醇胺。优选的，所述二官能度异氰酸酯、二元醇、催化剂、亲水剂、阻聚剂、有机硅偶联剂和成盐剂的质量比为(20～40)：(50～80)：(0.1～0.3)：(2～5)：(0.1～0.3)：(2～8)：(2～8)。本专利技术提供了一种固化漆膜，由上述技术方案所述方法制备的有机硅偶联剂改性水性UV聚氨酯和光引发剂混合后，经光固化形成。与现有技术相比，本专利技术提供了一种有机硅偶联剂及其制备方法和应用。本专利技术提供的机硅偶联剂具有式(I)结构，本专利技术利用γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)和丙烯酸(AA)发生环氧开环反应，合成了一种分子结构上同时含有羟基、硅氧烷与碳碳双键(C＝C)多种官能团的有机硅偶联剂(KH560-AA)，将其作为聚氨酯反应的封端剂使用时，即可提高合成的水性聚氨酯的稳定性，同时也可使合成的水性聚氨酯经光固化后形成的漆膜性能更为优异。实验结果表明：以本专利技术提供的有机硅偶联剂作为封端剂制备的水性聚氨酯具有良好的机械稳定性，水性聚氨酯的外观呈现透明或半透明状，该水性聚氨酯经光固化后得到的漆膜的硬度≥2H，附着力等级0～2级，光泽度(60°)≥81°，耐水性能良好。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例1提供的红外检测图谱；图2是本专利技术实施例2提供的红外检测图谱。具体实施方式下面对本专利技术实施例中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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供了一种有机硅偶联剂，具有式(I)结构：本专利技术还提供了一种上述有机硅偶联剂的制备方法，包括以下步骤：γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和丙烯酸在阻聚剂和催化剂存在下进行反应，得到式(I)结构的有机硅偶联剂。在本专利技术提供的有机硅偶联剂的制备方法中，γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和丙烯酸在阻聚剂和催化剂存在下进行反应即可获得式(I)结构的有机硅偶联剂。其中，所述阻聚剂包括但不限于对羟基苯甲醚(MEHQ)和/或2,2,6,6-四甲基哌啶-氮-氧化物(TEMPO)；所述催化剂包括但不限于N,N-二甲基苄胺(DMBA)和/或二月桂酸二丁基锡(DBTDL)；所述γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、丙烯酸、阻聚剂和催化剂的质量比为(70～80)：(20～25)：(0.2～0.4)：(0.1～0.3)，具体可为76.6:23.1:0.2:0.1；所述反应优选在氮气气氛下进行；所述反应的温度优选为70～80℃；所述反应的优选时间为4～5h。在本专利技术中，所述γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和丙烯酸优选按照以下方式进行反应：首先分别配制溶有阻聚剂的γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和溶有催化剂的丙烯酸，之后在氮气气氛下将溶有阻聚剂的γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷升温至反应温度，接着将所述溶有催化剂的丙烯酸滴加到溶有阻聚剂的γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷中，滴加速率优选为2～3s/滴，滴加完毕后反应一段时间出料，获得反应产物。本专利技术利用γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)和丙烯酸(AA)发生环氧开环反应，合成了一种分子结构上同时含有羟基、硅氧烷与碳碳双键(C＝C)多种官能团的有机硅偶联剂(KH560-AA)，将其作为聚氨酯反应的封端剂使用时，即可提高合成的水性聚氨酯的稳定性，同时也可使合成的水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有机硅偶联剂，具有式(I)结构：

【技术特征摘要】
1.一种有机硅偶联剂，具有式(I)结构：2.一种权利要求1所述有机硅偶联剂的制备方法，包括以下步骤：γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和丙烯酸在阻聚剂和催化剂存在下进行反应，得到式(I)结构的有机硅偶联剂。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述阻聚剂包括对羟基苯甲醚和/或2,2,6,6-四甲基哌啶-氮-氧化物；所述催化剂包括N,N-二甲基苄胺和/或二月桂酸二丁基锡。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、丙烯酸、阻聚剂和催化剂的质量比为(70～80)：(20～25)：(0.2～0.4)：(0.1～0.3)。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述反应的温度为70～80℃；所述反应的时间为4～5h。6.权利要求1所述的有机硅偶联剂在制备有机硅偶联剂改性水性UV聚氨酯中的应用。7.一种有机硅偶联剂改性水性UV聚氨酯的制备方法，包括以下步骤：a)、二官能度异氰酸酯和二元醇在催化剂存在下进行反应，得到第一中间产物；b)、所述第一中间产物和亲水剂进行反应，得到第二中间产物；c)、所述第二中间产物和权利要求1所述有机硅偶联剂在阻聚剂存在下...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏嘉辉，刘晓暄，杨妍，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44