本发明专利技术提供一种基于异氰酸酯基烷基烷氧基硅烷水溶性体系结构及其制备方法。是在异氰酸酯基烷基烷氧基硅烷的分子链中引入适当的亲水基团来达到水性化的目的，该水性体系具有如下的主要结构：其中Ｙ表示亲水链段，如聚氧乙烯醚链段、聚氧丙烯醚链段、聚（氧乙烯－氧丙烯）共聚醚链段以及含磺酸基的链段：其中，Ｒ３表示二价烃基；Ｒ４表示Ｈ或烃基；Ｍ为Ｋ、Ｎａ、Ｈ、ＮＨ４＋以及有机胺基。本发明专利技术的水性硅烷体系无溶剂，是环保无毒的。可以用于金属表面处理，或用作添加剂，在树脂或涂料体系中得以应用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种。具体来讲是利用异氰酸酯基烷基烷氧基硅烷的异氰酸酯基与含亲水基团的端活性氢化合 物在催化剂作用下发生反应得到水溶性硅烷体系的制备方法以及结构组成。
技术介绍
随着国际环境保护意识的日益增强，各种类型的材料的水性化正在成为越来越活 跃和重要的研究方向。有机硅烷是一类重要的工业助剂，素有"工业味精"之称。因此硅烷 的水性化研究也逐渐成为各大公司和科研院所研究和关注的重点。 德国专利DE 102005004872A1公开了烷氧基硅烷和其縮合物的水包油乳液的制 备方法，所述乳液在高压均质器中进行制备，该乳液可用于多孔的矿质建筑材料的表面处 理，在应用过程中会释放出醇类。 德国专利DE 10335178A1公开了一种可水稀释的硅烷体系的制备，例如由Y-氨 丙基三烷氧基硅烷以及双(三烷氧基甲硅烷基丙基)胺在醇类溶液中形成的混合物。该混 合物利用计量的水进行部分水解得到。 欧洲专利EP 1031593A2公开了氨基烷基三烷氧基硅烷和双_甲硅烷基氨基硅烷 进行水解反应得到的混合体系。双_甲硅烷基氨基硅烷单独水解制备的水溶液不能使用， 主要是因为其易于凝胶化，并且易发生絮凝。 欧洲专利EP 1760128Al报道了一种两组分的水性粘合促进剂的组合物体系。一 种组分含有没水解的硅氧烷和无水的表面活性剂，另一组分是水性的；所述粘合促进剂的 组分之一可以是双-甲硅烷基氨基硅烷。该专利对其在粘合或者密封方法中的用途进行了 保护。 WO 00/39177A2报道了双_甲硅烷基氨基硅烷和/或双甲硅烷基聚硫烷的含醇水 溶液的应用，其制备方法为硅烷、水、醇与任选的乙酸混合，水解至少24h，主要应用在金属上。 WO 2004/076718Al报道了一种水溶液涂覆金属表面的方法，其水溶液含有部分可 水解的硅烷，如甲硅烷基氨基硅烷以及部分可水解的含氟硅烷。通过使用含氟硅烷，使得被 涂覆的表面疏水性和耐腐蚀性得到改善。 美国专利US 5051129中报道了水溶性氨基硅烷和烷基三烷氧基硅烷的水溶液的 组合物，将计量的水加入到硅烷混合物中并在6(TC的温度下水解制备得到。此法制得的硅 烷混合物只能以确定的比例溶于水中，用于使材料表面疏水化。 美国专利US 6955728Bl报道了乙酰氧基硅烷与其它硅烷的水溶液以及其在金属 等领域的应用。特别组合使用双(三烷氧基甲硅烷基丙基)胺与乙酰氧基硅烷，其水溶液 稳定性没有详细说明，推荐使用双组份形式的为水解浓縮物或者预混的无水浓縮物，以阻 止硅烷縮合。 美国专利US 5206285公开了一种由环氧基硅烷和伯胺基硅烷形成的水溶性加成 物的制备方法及其应用。该水性硅烷体系可能含有溶剂，用于金属涂覆，能够改善金属的耐 腐蚀性能。 CN 101376710A公开了基于双(三烷氧基甲硅烷基烷基)胺的水性硅烷体系的制 备方法及其用途。该体系是一类含有双氨基官能的硅化合物的水性组合物，含有极少量有 机溶剂，在交联时也不再释放醇。主要用于金属表面或者玻璃表面的疏水化处理。 绝大多数的硅烷是不溶于水的，并且有些硅烷的功能基是跟水发生反应的。在上 述专利技术专利中，为达到水溶性采取的方法主要是利用水溶性的氨基硅烷以及氨基硅烷和其 它硅烷的复合物；或者是利用乳化剂达到亲水的目的。这些方法得到的水性硅烷体系的水 溶性是有限的，且有些水性体系的储存稳定性和使用期是有限的；对于含有与水发生反应 的功能基的硅烷也是不适用的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种水溶性和稳定性更好的基于异氰酸酯基烷基烷氧基硅 烷水溶性体系结构及其制备方法。该体系不含V0C，是环境友好型的硅烷体系，具有良好的 水溶性，在施涂后也具有良好的疏水效果，该体系具有良好的稳定性。 本专利技术所提供的基于异氰酸酯基烷基烷氧基硅烷水溶性体系结构，该水溶性硅烷具有如下结构 (予2)3-a p 其中，R为含有1到4个碳原子的二价饱和烃基A表示甲基、乙基、丙基、异丙基、 甲氧基烷基，乙氧基烷基等；I^表示甲基、乙基或苯基。Y可以表示含磺酸基或者亲水性聚 醚链段的亲水基团；a为0 3的整数； Y为含有磺酸基时，其结构如下 其中，&可表示亚甲基、亚乙基等饱和的二价烃基，也可以表示二价的烯烃基团、环烃基、苯基及其同系物；I^表示H或烃基；M为K、Na、H、NH/以及有机胺基。 Y为亲水性聚醚链段时，包含聚氧乙烯醚链段、聚氧丙烯醚链段、聚氧乙烯-氧丙烯共聚醚链段，如下结构所示 -:OCH2CH2]^[OCH2CH2CH^)R5 其中R5可表示H或者1 10个碳原子的烃基；n、 m可分别表示0到50的整数， 但两者不同时为O。 所述的R为优选亚丙基或亚甲基；Ri优选甲基或乙基，更优选乙基；Rs优选H或甲 基；R优选亚丙基；R2优选甲基；R3优选含1 6个碳原子的烃基基团。 基于异氰酸酯基烷基烷氧基硅烷水性体系结构的制备方法，其制备方法如下 (1)将计量的含有亲水基团的活性氢化合物，50g 100g的溶剂以及O. 1% 0. 5%的催化剂加入到有惰性气体保护的四口烧瓶中，搅拌并加热升温到60°C 90°C ; (2)按照摩尔比1 : l，滴加计量的异氰酸酯基烷基烷氧基硅烷，控制滴加速度，并 每间隔0. 5h时间，测定一次反应体系的-NCO含量，待其-NCO含量达到计量值即停止反应； 减压脱出溶剂得到水溶性硅烷体系。 所述的基催化剂为有机锡类催化剂，如二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、二乙酸二丁 基锡，优选二月桂酸二丁基锡。 所述的有机溶剂为烃类溶剂或烃类与酮酯类溶剂的混合溶剂，如甲苯、甲苯与丙 酮的混合溶剂、甲苯与乙酸乙酯的混合溶剂等，优选甲苯与乙酸乙酯的混合溶剂。 所述的惰性气体为氮气或氩气，优选氩气。 惰性溶剂选甲苯与乙酸乙酯的混合溶剂。 本专利技术的优点本专利技术的得到的体系是不含VOC的，是环境友好型的硅烷体系。该 体系具有良好的水溶性，在施涂后也具有良好的疏水效果。该体系具有良好的稳定性。本 专利技术的水性硅烷体系无溶剂，是环保无毒的。可以用于金属表面处理，或用作添加剂，在树 脂或涂料体系中得以应用。具体实施例方式本专利技术所提供的基于异氰酸酯烷基烷氧基硅烷水溶性体系结构，该水溶性硅烷具有如下结构 (干2)3-a p (RiO)aS「R""NH&"Y 其中，R为含有1到4个碳原子的二价饱和烃基A表示甲基、乙基、丙基、异丙基、 甲氧基烷基，乙氧基烷基等；I^表示甲基、乙基或苯基。Y可以表示含磺酸基或者亲水性聚 醚链段的亲水基团；a为0 3的整数； Y为含有磺酸基时，其结构如下 产4<formula>formula see original document page 6</formula> 其中，&可表示亚甲基、亚乙基等饱和的二价烃基，也可以表示二价的烯烃基团、环烃基、苯基及其同系物；R4表示H或烃基；M为K、 Na、 H、 NH4+以及有机胺基' Y为亲水性聚醚链段时，包含聚氧乙烯醚链段、聚氧丙烯醚链段、聚氧乙烯-氧丙烯共聚醚链段，如下结构所示 <formula>formula see original document page 6</formula> 其中R5可表示H或者1 10本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于异氰酸酯基烷基烷氧基硅烷水溶性体系结构，该水溶性硅烷具有如下结构： ＊＊＊ 其中，Ｒ为含有１到４个碳原子的二价饱和烃基；Ｒ↓［１］表示甲基、乙基、丙基、异丙基、甲氧基烷基，乙氧基烷基等；Ｒ↓［２］表示甲基、乙基或苯基。Ｙ可以表示含磺酸基或者亲水性聚醚链段的亲水基团；ａ为０～３的整数； Ｙ为含有磺酸基时，其结构如下： －＊－Ｒ↓［３］－ＳＯ↓［３］Ｍ 其中，Ｒ↓［３］可表示亚甲基、亚乙基等饱和的二价烃基，也可以表示二价的烯烃基团、环烃基、苯基及其同系物；Ｒ↓［４］表示Ｈ或烃基；Ｍ为Ｋ、Ｎａ、Ｈ、ＮＨ↓［４］↑［＋］以及有机胺基； Ｙ为亲水性聚醚链段时，包含聚氧乙烯醚链段、聚氧丙烯醚链段、聚氧乙烯－氧丙烯共聚醚链段，如下结构所示： －［－ＯＣＨ↓［２］ＣＨ↓［２］－］↓［ｎ］－［－ＯＣＨ↓［２］ＣＨ↓［２］ＣＨ↓［２］－］↓［ｍ］－ＯＲ↓［５］ 其中Ｒ↓［５］可表示Ｈ或者１～１０个碳原子的烃基；ｎ、ｍ可分别表示０到５０的整数，但两者不同时为０。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：吴小峰，张群朝，王德才，
申请(专利权)人：湖北德邦化工新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：42[中国|湖北]
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