一种用于水性体系的硅烷共聚物及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种硅烷共聚物及其制备方法，其包括：1)将氨基烷基硅烷A与氨基烷基硅烷B、环氧丙氧基烷基硅烷、甲基丙烯酰氧烷基硅烷、烷基硅烷、正硅酸酯类硅烷、乙烯基硅烷、丙烯酰氧丙基硅烷、烯丙基硅烷、巯丙基硅烷、脲丙基硅烷中的一种或两种加入反应器中，再加入溶剂A和催化剂，搅拌均匀得到硅烷反应液；2)将超纯水与另一份溶剂A形成的混合液在42

【技术实现步骤摘要】
一种用于水性体系的硅烷共聚物及其制备方法


[0001]本专利技术涉及水性体系硅烷领域，尤其涉及一种环保型用于水性体系的硅烷共聚物及其制备方法。

技术介绍

[0002]硅烷偶联剂的分子结构式一般为:Y-R-Si(OR)3(式中Y为有机官能基，SiOR为硅烷氧基)。硅烷氧基对无机物具有反应性，有机官能基对有机物具有反应性或相容性。因此，当硅烷偶联剂介于无机和有机界面之间，可形成有机基体-硅烷偶联剂-无机基体的结合层。
[0003]硅烷偶联剂上典型的反应基团包括乙烯基、氨基、环氧基、甲基丙烯酰氧基、巯基、异氰酸酯基等，不同的反应基团赋予硅烷不同的应用场景。例如，巯基硅烷对金属的粘接性能较好，但与水的相容性不好；氨基硅烷则可在水性体系中稳定存在；长链烷基硅烷可提供疏水性等等。而随着市场的发展，单一的硅烷偶联剂已难以满足多方面的应用需求，用于水性体系领域的硅烷偶联剂及其性能提升一直是行业的发展趋势和难点所在。硅烷共聚物结构中含较少的烷氧基基团和多种有机官能团，所以其具有低VOC和广泛的应用领域，是一种高附加值的改性聚合物材料。
[0004]在工业应用中，硅烷的添加量很少就能达到所需的效果，其用量一般为基材质量的0.5～2.0％。所以为了提高硅烷的分散性，通常使用其他有机溶剂来进行溶解稀释，但这样会在使用过程中很不方便，还会产生挥发性气体且成本较高。而在水性体系中，硅烷本身对水非常敏感，在多水的环境下会自身聚合失效。所以寻找出一种制备环保型水性体系硅烷共聚物的方法是非常有必要的。
[0005]专利名称为《含水性硅烷偶联剂-聚醚接枝聚硅氧烷聚合物涂料》，专利号为CN103360021A的专利技术专利，其描述了一种聚醚接枝聚硅氧烷聚合物。其结构中因有长链聚醚存在，赋予用其制备的涂料具有耐磨、耐酸、耐碱、附着效果好、成膜稳定等优点，适用于墙体涂覆。但在制备聚醚接枝聚硅氧烷聚合物过程中未除去溶剂和催化剂，这样会使聚合物不稳定导致储存时固化，且在使用过程中会有甲苯挥发引起环境污染。
[0006]专利名称为《硅烷共聚物及其制备方法》，专利号为CN1150254C的专利技术专利，其描述了一种可用于头发、皮肤等化妆品的硅烷共聚物组分。它是通过将一种或多种亲水有机物在水溶液中与硅烷进行加成缩聚得到，其除了具有硅烷本身的性质之外，还具有其他有机化合物的优良性能。当它被用于化妆品中时，可改善其吸附能力、排水性能、紫外线吸收能力等。但其制备过程是在水性体系中，硅烷本身会优先自身缩合，导致硅烷共聚物合成收率低。
[0007]德国专利DE69722775描述了一种提高硅烷的水溶液的储存稳定性和拓宽其pH稳定性的方法。其使用一种或多种非离子表面活性剂作为硅烷水溶液的稳定剂，其中一种为烷基糖表面活性剂。这种硅烷水溶液的制作工艺复杂且需要引入较多的表面活性剂进行处理，这会导致制作成本增加，且其硅烷本身的应用领域并没有提升。
[0008]综上所述，用硅烷与其他有机物或不同种类的硅烷形成共聚物后，可赋予其更优
异的性能。因此，寻找一种制备通用、稳定、简单和环保的水性体系硅烷共聚物的方法刻不容缓。

技术实现思路

[0009]为此，本专利技术提供了一种对环境友好的、稳定的、具有多种硅烷性能的环保型用于水性体系硅烷共聚物的制备方法。
[0010]为实现上述目的，本专利技术公开一种用于水性体系的硅烷共聚物，其结构式如式I所示：
[0011](R1O)[(R1O)
1-x
(R2)
x
Si(A)O]a
[Si(B)(R3)
y
(OR4)
1-y
O]b
[Si(C)(R5)
z
(OR6)
1-z
O]c
R7式I；
[0012]式I中，A为氨基烷基，B、C分别为环氧丙氧基烷基、甲基丙烯酰氧烷基、烷基、烷氧基、乙烯基、丙烯酰氧丙基、烯丙基、巯丙基、脲丙基中的一种；a≥1，b≥0，c≥0；R1、R4、R6、R7为甲基和丙基中的任意一种；R2、R3、R5为甲基，x、y、z分别为0或1。
[0013]进一步，所述式I中，a、b、c的值满足2≤a+b+c≤10，通过控制链节数，以满足所述硅烷共聚物作为偶联剂时与基体树脂的反应相容性，同时避免交联度过高导致与水的相容性不好。
[0014]本专利技术将水性体系硅烷共聚物采用上述的分子结构，解决了大多数硅烷在水性体系中不稳定的的技术难题。其核心优点在于：其一、分子结构中构筑了足够多的不同种类的活性反应基团，其中以氨基基团为基础，赋予其与水较好的相容性，使其可有效在水性体系中使用，同时还根据具体使用场合，在分子链上设计对应的基团，例如，在分子链中设计烷基基团提供疏水性，在分子链中设计巯基进一步加强对金属的粘接性；在分子链中设计环氧基、乙烯基、甲基丙烯酰氧基等活性基团提供与聚合物的相容性和反应性；其二、硅烷共聚物相较于硅烷单体来说，相同单位体积中的有效成分更高，且作用时产生的水解醇更少；其三、硅烷共聚物化学稳定性较好，可长时间稳定存在，便于储存运输。
[0015]本专利技术还公开所述用于水性体系的硅烷共聚物的制备方法，其包括以下步骤：
[0016]1)将氨基烷基硅烷A与氨基烷基硅烷B、环氧丙氧基烷基硅烷、甲基丙烯酰氧烷基硅烷、烷基硅烷、正硅酸酯类硅烷、乙烯基硅烷、丙烯酰氧丙基硅烷、烯丙基硅烷、巯丙基硅烷、脲丙基硅烷中的一种或两种加入反应器中，再加入溶剂A和负载型催化剂，室温下搅拌均匀后得到硅烷反应液；
[0017]2)将超纯水加入另一份溶剂A中，混合均匀得到混合液，将所述混合液在42-60℃下缓慢滴加到步骤1)得到的硅烷反应液中；滴加完毕后继续保温反应2-5h，当检测体系中水分含量小于2000ppm时反应完全；
[0018]3)蒸馏除去步骤2)得到的反应液中的溶剂A，并滤除固体催化剂，得到所述的用于水性体系的硅烷共聚物。
[0019]本专利技术步骤1)中，将氨基烷基硅烷A与一种或两种其他硅烷进行反应，所述其他硅烷可以是氨基烷基硅烷B、环氧丙氧基烷基硅烷、甲基丙烯酰氧烷基硅烷、烷基硅烷、正硅酸酯类硅烷、乙烯基硅烷、丙烯酰氧丙基硅烷、烯丙基硅烷、巯丙基硅烷、脲丙基硅烷。可根据具体使用场合，选择与氨基烷基硅烷A聚合的其他硅烷，从而在分子链上设计对应的基团。
[0020]本专利技术采用上述制备方法的优点在于：其一、使用溶剂可使整个体系呈均相反应，且可控制反应速度和放热情况，避免局部聚合过度；其二、使用固体催化剂和溶剂可有效回
收利用，同时省去中和步骤，减少工艺成本；其三、通过检测体系中水分含量可明确反应程度，方便监控反应进程。
[0021]进一步，所述氨基烷基硅烷A与氨基烷基硅烷B、环氧丙氧基烷基硅烷、甲基丙烯酰氧烷基硅烷、烷基硅烷、正硅酸酯类硅烷、乙烯基硅烷、丙烯酰氧丙基硅烷、烯丙基硅烷、巯丙基硅烷、脲丙基硅烷的分子式均如式II所示：
[0022]Y-Si(R8)
n
(OR9)
(3-n)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于水性体系的硅烷共聚物，其特征在于：其结构式如式I所示：(R1O)[(R1O)
1-x
(R2)
x
Si(A)O]
a
[Si(B)(R3)
y
(OR4)
1-y
O]
b
[Si(C)(R5)
z
(OR6)
1-z
O]
c
R7ꢀꢀꢀ
式I；式I中，A为氨基烷基，B、C分别为环氧丙氧基烷基、甲基丙烯酰氧烷基、烷基、烷氧基、乙烯基、丙烯酰氧丙基、烯丙基、巯丙基、脲丙基中的一种；a≥1，b≥0，c≥0；R1、R4、R6、R7分别为甲基和丙基中的任意一种；R2、R3、R5分别为甲基，x、y、z分别为0或1。2.根据权利要求1所述用于水性体系的硅烷共聚物，其特征在于：所述式I中，a、b、c的值满足2≤a+b+c≤10。3.根据权利要求1或2所述用于水性体系的硅烷共聚物的制备方法，其特征在于：其包括以下步骤：1)将氨基烷基硅烷A与氨基烷基硅烷B、环氧丙氧基烷基硅烷、甲基丙烯酰氧烷基硅烷、烷基硅烷、正硅酸酯类硅烷、乙烯基硅烷、丙烯酰氧丙基硅烷、烯丙基硅烷、巯丙基硅烷、脲丙基硅烷中的一种或两种加入反应器中，再加入溶剂A和负载型催化剂，室温下搅拌均匀后得到硅烷反应液；2)将超纯水加入另一份溶剂A中，混合均匀得到混合液，将所述混合液在42-60℃下缓慢滴加到步骤1)得到的硅烷反应液中；滴加完毕后继续保温反应2-5h，当检测体系中水分含量小于2000ppm时反应完全；3)蒸馏除去步骤2)得到的反应液中的溶剂A，并滤除固体催化剂，得到所述的用于水性体系的硅烷共聚物。4.根据权利要求3所述用于水性体系的硅烷共聚物的制备方法，其特征在于：所述氨基烷基硅烷A、氨基烷基硅烷B、环氧丙氧基烷基硅烷、甲基丙烯酰氧烷基硅烷、烷基硅烷、正硅酸酯类硅烷、乙烯基硅烷、丙烯酰氧丙基硅烷、烯丙基硅烷、巯丙基硅烷、脲丙基硅烷的分子式均如式II所示：Y-Si(R8)
n
(OR9)
(3-n)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
II当式II的分子式表示氨基烷基硅烷A或氨...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯琼华，黄天次，李胜杰，肖俊平，姚晨，
申请(专利权)人：湖北新蓝天新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：