[发明专利]一种双氨基磺酸及其制备方法、水性多异氰酸酯的制备方法及水性涂料

说明书

本发明公开了一种双氨基磺酸，有两个对称的仲胺和磺酸根。本发明还公开了上述双氨基磺酸的制备方法，包括以下步骤：将1,3‑丙烷磺酸内酯与有机溶剂混合，将脂肪族二胺滴加到混合物中，反应后将反应混合物过滤得固体，固体经洗涤、干燥得到双氨基磺酸；所述脂肪族二胺为乙二胺、丙二胺或丁二胺。本发明还公开了水性多异氰酸酯的制备方法及水性涂料。本发明双氨基磺酸作为交联剂使用时，具有更高的磺酸含量，因此改性剂的用量较少，从而中和剂的用量也相应减少，可使得残留在固化剂中的中和剂含量降低，提高储存稳定性；采用本发明的水性涂料形成的涂膜具有优异的耐水性、高光泽度。

技术领域

本发明涉及聚氨酯涂料领域，特别涉及一种双氨基磺酸及其制备方法、水性多异氰酸酯的制备方法及水性涂料。

背景技术

聚氨酯涂料聚涂膜外观好、机械性能佳和耐化学品性优良的特点，广泛应用于汽车、建筑、木器、塑料、铁路等的涂装中。聚氨酯涂料分为溶剂型聚氨酯和水性聚氨酯涂料。水性聚氨酯涂料主要分为单组分聚氨酯涂料和双组分聚氨酯涂料，其中双组分聚氨酯涂料因其低VOC、涂层性能好等优点成为研究热点。

水性双组分聚氨酯涂料主要有含-OH的水性羟基树脂和含-NCO的多异氰酸酯固化剂组成，通过两个活性基团的反应产生交联从而形成致密涂层。但是多异氰酸酯固化剂亲水性差，与羟基树脂相容度低，影响了涂层的平整性和耐性。

为了制备亲水性好、涂膜性能佳的水性固化剂，需要提高多异氰酸酯固化剂的亲水性。用亲水性改性剂改性是提高多异氰酸酯固化剂亲水性的主要方法。亲水性改性剂主要分为阳离子改性剂、阴离子改性剂或非离子改性剂。阳离子改性剂因产生副反应较多，降低了-NCO含量而较少采用。阴离子改性的多异氰酸酯固化剂与水的副反应速率较低，延长了固化剂储存时间，减少涂料施工过程中固化剂的用量。非离子改性剂是亲水改性的主流方法，但改性后的固化剂耐水性较差，-NCO含量低。

EP0703255、DE4433929A等曾公开使用羟基乙磺酸、羟基丙磺酸和端羟基聚醚磺酸等羟基磺酸型亲水性改性剂对多异氰酸酯进行改性，得到的固化剂流动性到、水分散性良好等优点。但纯羟基磺酸以钠盐形式存在，与多异氰酸酯反应后，钠离子残留在涂层中，会大大降低涂层的耐水性和光泽度。

CN101027331、CN101381443、US5200489、US3996154都采用了含羟基的聚醚类的非离子改性剂作为亲水改性，大大提高了多异氰酸酯固化剂的水分散性，使固化剂与羟基树脂中充分混合，提高了反应交联度，为多异氰酸酯的亲水改性提供解决途径。但是为了反应充分以及提高亲水性，固化剂引入了大量聚醚，导致固化剂-NCO含量降低和粘度增大，从而增加了施工难度。另一方面，聚醚链段过高会导致漆膜耐水性差、硬度低等问题。

EP0443138A公开了采用含有羧酸亲水基团的阴离子亲水改性法，得到稳定的亲水性多异氰酸酯固化剂，但是因羧酸的亲水性较磺酸的亲水性差，因此改性剂用量也较大，不仅降低了-NCO含量，还需要更多的中和剂，导致产物中残留的中和剂较多，产品的储存稳定性差。

US6767958公开使用叔胺为催化剂，采用2-环己氨基-乙磺酸和3-环己氨基 -丙磺酸作为亲水改性剂对多异氰酸酯改性，制备性能理想的水性聚氨酯和固化剂。CN104448232A通过改进合成工艺，成功合成以4-环己氨基-丁磺酸为亲水改性剂的多异氰酸酯固化剂。CN10174990A采用阴-非离子合成法，同时采用阴离子改性剂4-氨基甲苯-2-磺酸和非离子改性剂聚醚醇对固化剂进行改性，成功制备亲水性高、耐水性良好、涂膜性能良好的固化剂。上述固化剂每摩尔亲水单体只含1摩尔亲水磺酸盐，要保证聚氨酯固化剂具有一定的亲水性和水分散性，亲水单体的添加量需足够多，导致固化剂的粘度高，其NCO基含量降低，导致施工不便或是成本提高。

目前，现有的水性固化剂普遍存在粘度高、-NCO含量低、与羟基树脂相容性差等问题，因此，制备亲水性高、施工性能优异以及涂膜性能佳的水性固化剂仍是当前研究的重点。

发明内容