包含脂环族刚性多元醇的水性两组分聚氨酯涂料组合物制造技术

本发明专利技术提供了基本不含VOC的两组分聚氨酯组合物，其包含以下两种组分：一种组分是多异氰酸酯组合物，另一种组分是多元醇和丙烯酸类或乙烯基乳液聚合物，所述多元醇选自脂环族二醇或多元醇以及低聚的二醇或多元醇，所述脂环族二醇或多元醇的分子量为100‑500并包含一个或多个4‑7元脂族环，所述低聚的二醇或多元醇包含以制备该低聚物所用反应物的总重量为基准计30‑78重量%的缩合反应产物。

【技术实现步骤摘要】
包含脂环族刚性多元醇的水性两组分聚氨酯涂料组合物专利
本专利技术涉及水性两组分聚氨酯涂料组合物，其包含以下两种组分，一种组分是多异氰酸酯组合物，另一种组分是一种或多种脂环族二醇或多元醇或者由其制备的低聚二醇或多元醇以及乙烯基或丙烯酸类乳液聚合物，所述二醇或多元醇的分子量为100-500并包含一个或多个4-7元脂族环。技术背景目前需要的水性聚氨酯涂料应提供优良的流动性和流平性、优良的外观(如光泽度和透明度)、合理的硬度、快速固化性质、以及低的挥发性有机化合物(VOC)含量。常规的溶剂型两组分聚氨酯涂料组合物能提供极佳的外观，但通常包含高水平的挥发性有机溶剂。来自水可稀释型(waterreducible)聚酯多元醇和异氰酸酯的涂料组合物能提供优良的流动性和流平性、外观和较低的VOC；但是由这些组合物制备的涂料的干燥速度不能令人满意。另一方面，当前的包含水可分散性异氰酸酯和乳液聚合物的水性两组分聚氨酯涂料组合物能显著降低VOC水平并具有合理的固化速度，但仍无法提供具有令人满意的外观性质的涂料。向这些涂料组合物中加入低分子量的低聚交联剂能改善流动性、流平性和涂料外观；但这些低分子量低聚物需要一些时间才能交联并产生最终的涂层性质，从而导致干燥缓慢的性质。Wu等人的美国专利公开第2008/0139775A1号揭示了能实现改善的耐磨性的两组分水性聚氨酯涂料组合物，其包含：(a)水可分散性聚酯多元醇组分，其为一种或多种丙烯酸类多元醇和一种或多种聚酯多元醇的组合；(b)水可分散性多异氰酸酯低聚物。但是，Wu等人所揭示的任何聚酯多元醇和涂料组合物包含大量有机挥发性化合物。本专利技术的专利技术人致力于解决提供具有以下性质的水性两组分聚氨酯组合物的问题：硬质、快速干燥、和低VOC含量，而且所提供的涂料同时具有令人满意的外观、流动性和流平性。
技术实现思路
1、根据本专利技术，两组分水性聚氨酯组合物包含以下两种组分：一种组分是多异氰酸酯组合物，另一种组分是以下(i)和(ii)的多元醇组合物：(i)一种或多种乙烯基或丙烯酸类乳液聚合物，其测得的玻璃化转变温度(测得Tg)为10-100℃、10-90℃，优选为20-80℃，(ii)以多元醇固体的总重量为基准计，含量为5-60重量％的一种或多种多元醇，所述多元醇选自至少一种脂环族二醇或多元醇或者低聚的二醇或多元醇，所述脂环族二醇或多元醇的分子量为100-500并包含一个或多个4-7元的脂族环，以制备所述低聚物的反应物总重量为基准计，所述低聚的二醇或多元醇包含30-78重量％、优选至少40重量％的至少一种分子量为100-500并包含一个或多个4-7元的脂族环的脂环族二醇或多元醇的缩合反应产物。本专利技术的低聚二醇或多元醇的分子量可为200-3000，优选为200-2000，更优选为200-1000。所述脂环族二醇或多元醇优选为环己烷二甲醇(CHDM)、二脱水-d-山梨醇(dianhydro-d-glucitol)、或者为1,3-CHDM和1,4-CHDM的混合物。更优选该组合物基本不含挥发性有机化合物。采用凝胶渗透色谱(GPC)相对于聚苯乙烯标样测定分子量。2、为了改善由本专利技术组合物制备的产品的耐化学性，1中多元醇组合物的乳液聚合物优选是包含羟基基团的聚合物，例如是(甲基)丙烯酸C1-C18烷基酯与(甲基)丙烯酸羟烷基酯(如甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)或丙烯酸羟烷基酯(HEA))的共聚产物。3、以上1或2中的水性乳液聚合物优选是一种或多种丙烯酸类乳液聚合物。4、本专利技术组合物中的脂环族二醇或多元醇可在任何脂环族环中包含O或N作为杂原子。这种包含杂原子的二醇或多元醇优选包括二脱水-d-山梨醇。5、为了进一步改善涂料干燥速度，本专利技术组合物优选还包含一种或多种催化剂，例如有机金属催化剂如烷基锡、或叔胺催化剂。6、在本专利技术的另一方面中，本专利技术提供了两组分聚氨酯涂料组合物，其包含1、2、3或5中任意的组合物。这些组合物可以是着色或透明的涂料组合物。7、在本专利技术的另一方面中，使用1、2、3、4、5或6中任意组合物的方法包括：将该组合物的两种组分合并以形成可固化的组合物，将该可固化的组合物施涂到基材上，并对施涂的组合物进行固化。8、在使用所述可固化组合物的方法中，合适的基材可选自：木材、金属、塑料、混凝土、木材、沥青、毛发、纸张、皮革、橡胶、泡沫、或织物，优选是木质基材。9、在本专利技术的另一方面中，方法包括以下步骤：使丙烯酸类或乙烯基单体在水性介质中聚合以形成稳定的水性丙烯酸类或乙烯基乳液；将该丙烯酸类或乙烯基乳液与脂环族二醇或多元醇进行混合以形成二醇或多元醇组分，其中，所述脂环族二醇或多元醇选自分子量为100-500并且包含一个或多个4-7元脂族环的脂环族二醇或多元醇以及低聚的二醇或多元醇，所述低聚的二醇或多元醇包含以制备低聚物所用的反应物总重量为基准计30-78重量％的分子量为100-500并包含一个或多个4-7元脂族环的脂环族二醇或多元醇的缩合反应产物；以及使该多元醇组分与多异氰酸酯组合物合并以形成可固化的组合物。所有范围都包括端点并可组合。例如，0.1-1重量％、优选等于或大于0.2重量％、或者优选最高为0.6重量％的重量百分比包括以下范围：0.1-0.2重量％，0.1-0.6重量％，0.2-0.6重量％，0.2-1.0重量％，或0.1-1.0重量％。除非另外指明，否则，所有包含括号的术语都表示不存在括号时的整体术语和/或不包括括号(即，不包括括号中的内容)时的术语。因此，术语“(甲基)丙烯酸酯”表示丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯。除非另外指明，否则，所有温度单位表示室温(约20-22℃)，所有压力单位表示标准压力。如本文所用，术语“丙烯酸类”表示作为由以制备聚合物所用单体总重量为基准计大于50重量％的丙烯酸类或甲基丙烯酸类单体制备的共聚产物的任何聚合物，其中所述丙烯酸类或甲基丙烯酸类单体包括酸、酯、酰胺、胺或醇官能单体。这些聚合物可包括与乙烯基单体如苯乙烯和乙烯基酯的共聚物。如本文所用，术语“水性”表示水或水与少部分(以水和任意溶剂的总重量为基准计不超过50重量％)一种或多种水混溶性溶剂的混合物。如本文所用，除非另外指明，否则，术语“测得的玻璃化转变温度”或“测得Tg”表示在以10℃/分钟的速率加热的同时通过差示扫描量热法(DSC)在-90℃至150℃之间扫描测得的材料的玻璃化转变温度。Tg是热流-温度曲线的拐点或其导数图上的最大值。如本文所用，在具有羟基官能基团的丙烯酸类或乙烯基乳液聚合物的情况中，术语“羟基当量”或“HEW”根据理论计算算得：将用于制备多元醇的羟基官能单体(如(甲基)丙烯酸羟基烷基酯)的分子量除以该羟基官能单体的重量分数。对于可商购的多元醇，除非另外指明，否则，所给出的HEW是不经进一步测定由制造商报告的值。如本文所用，术语“羟基官能度”表示每个分子(每个聚合物或低聚物链)中的平均羟基数，是多元醇的数均分子量除以其羟基当量得到的值。如本文所用，除非另外指明，否则，在表示除了具有羟基官能团的低聚或聚合的多元醇或乳液聚合物的多元醇时，术语“分子量”表示一摩尔该多元醇以克数计的质量。如本文所用，除非另外指明，否则，聚合和低聚的二醇或多元醇(如聚酯或聚碳酸酯多元醇)的术语“重均分子量”或“Mw”本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种两组分聚氨酯涂料组合物，其包含以该组合物总重量为基准计，总量小于25克/升的非OH或单‑OH官能溶剂或聚结剂，所述组合物包含以下两种组分：一种组分是多异氰酸酯组合物，所述多异氰酸酯组合物包含聚醚改性的多异氰酸酯，另一种组分是以下(i)和(ii)的多元醇组合物：(i)一种或多种乙烯基或丙烯酸类乳液聚合物，其测得玻璃化转变温度(测得Tg)为10‑90℃，和(ii)以多元醇固体总重量为基准计，5‑60重量％的至少一种二醇或多元醇，其选自脂环族二醇或多元醇以及低聚的二醇或多元醇，所述脂环族二醇或多元醇的分子量为100‑500并包含一个或多个4‑7元脂族环，所述低聚的二醇或多元醇包含以制备该低聚物所用反应物的总重量为基准计30‑78重量％的至少一种分子量为100‑500并包含一个或多个4‑7元脂族环的脂环族二醇或多元醇的缩合反应产物。

【技术特征摘要】
2012.12.19 US 61/739,0831.一种两组分聚氨酯涂料组合物，其包含以该组合物总重量为基准计，总量小于25克/升的非OH或单-OH官能溶剂或聚结剂，所述组合物包含以下两种组分：一种组分是多异氰酸酯组合物，所述多异氰酸酯组合物包含聚醚改性的多异氰酸酯，另一种组分是以下(i)和(ii)的多元醇组合物：(i)一种或多种乙烯基或丙烯酸类乳液聚合物，其测得玻璃化转变温度(测得Tg)为10-90℃，和(ii)以多元醇固体总重量为基准计，5-60重量％的至少一种二醇或多元醇，其选自脂环族二醇或多元醇以及低聚的二醇或多元醇，所述脂环族二醇或多元醇的分子量为100-500并包含一个或多个4-7元脂族环，所述低聚的二醇或多元醇包含以制备该低聚物所用反应物的总重量为基准计30-78重量％的至少一种分子量为100-500并包含一个或多个4-7元脂族环的脂环族二醇或多元醇的缩合反应产物。2.如权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述(i)乙烯基或丙烯酸类乳液聚合物是测得Tg为20-80℃的丙烯酸类乳液聚合物。3.如权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述(i)乙烯基或丙烯酸类乳液聚合物是含羟基基团的聚合物。4.如权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述(ii)脂环族二醇或多元醇在脂环族环中包含O或N作为杂原子。5.如权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述(ii)脂环族二醇或多元醇是环己烷二甲醇(CHDM)、二脱水-d-山梨醇，或者是1,3-CHD...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·W·唐布罗斯基，付振文，C·斯隆，A·J·斯瓦茨，唐佳，
申请(专利权)人：罗门哈斯公司，
类型：发明
国别省市：美国,US