由高度酸官能聚酯制得的聚氨酯分散体制造技术

一种聚氨酯水分散体（ＰＵＤ），它包括含有酸官能团的异氰酸酯官能预聚物，通过使含有羧酸官能度的多元醇与多异氰酸酯反应而制得该预聚物。多元醇的分子量（Ｍｎ）为１００至１００００，酸值为２５至５００ｍｇ　　ＫＯＨ／ｇ并且羟值为２５至５００ｍｇ　　ＫＯＨ／ｇ。该ＰＵＤ可用于还含有交联剂的涂料组合物。通过将ＰＵＤ和交联剂的混合物施加到基材的表面上而将这些涂料组合物用于涂布基材。

【技术实现步骤摘要】
由高度酸官能聚酯制得的聚氨酯分散体
本专利技术涉及聚氨酯涂料分散体、包含该分散体的组合物以及用这种涂料组合物涂布的基材。
技术介绍
聚氨酯分散体常用于室温固化或烘烤的涂料配方以应用在各式各样的硬质和柔性基材上，这些基材例如是纸张、木材、金属、乙烯基涂层织物、商用机器外壳和其他塑料部件。希望这些涂层显示出膜硬度、挠性、良好耐水耐磨性以及优异耐溶剂性的结合。由于许多原因使得聚氨酯水分散体在商业上极为重要。首先，从环境的观点来看，若有的话，它们含有极少量可散发到大气中而引起臭氧损耗、酸雨和可能导致地球生物圈失去化学平衡的挥发性有机化合物(“VOC”)。其次，从经济的角度来考虑，有机溶剂体系往往很昂贵而且聚氨酯水分散体无法负担额外的溶剂成本。常规单组分(1K)聚氨酯分散体通常不会提供双组分(2K)溶剂基和2K水性聚氨酯基体系的性能特征。此外在许多情形下，通过添加聚氮丙啶交联剂可以改善常规聚氨酯分散体的性能。不过，这种1K体系无法获得2K体系的性能。Thoma等人的美国专利No.5,177,141公开了含有聚氨酯水分散体、水溶性聚合物增稠剂、与水不混溶的有机溶剂、聚氨酯用交联剂和亲水性多异氰酸酯的涂料组合物，该亲水性多异氰酸酯能够促进涂料组合物与基底的粘合，它是一种分散于水中的聚氨酯用交联剂。分散于水中的聚氨酯借助于羧酸酯基团、磺化基团、带有氧化乙烯单元的聚醚侧链和/或带有氧化乙烯单元的末端聚醚链而变成亲水性的。Howland等人的美国专利No.5,868,902公开了一种制备证券纸的方法，该方法包括在施胶纸的一面或两面施加未染色的聚氨酯分散体。聚氨酯分散体可以是单组分预交联的聚氨酯，单组分封端的聚氨酯或通过采用多官能试剂而发生交联的双组分产品，多官能试剂例如三聚氰胺/甲醛预缩合物或聚氮丙啶。-->Kamir等人的美国专利No.6,447,895公开了一种热蜡纸，该热蜡纸包括借助于粘合剂而粘贴在基层之上的辐射吸收层和覆盖所述辐射吸收层的热膜；所述辐射吸收层包含其中分散有红外(IR)吸收材料的树脂基膜。树脂基膜可以源自聚氨酯分散体。EP0778156公开了一种多功能可成像的纸，它包括基础载体和在其至少一面上的表面涂层，表面涂层由水基涂料配方形成，该水基涂料配方包含(i)可交联的聚合物和其交联剂与(ii)颜料的水分散体。Zhong的美国专利No.6,179,817披露了用于可移植性医疗器械的混合涂层，它包括含有有机酸官能团的聚合物、交联剂和分散在其中的治疗药剂所形成的水分散体或乳液构成的第一层。该涂层还包括含有有机酸官能团的生物活性试剂的水溶液或分散体构成的第二层。水分散体可包括聚氨酯分散体。Zhong的美国专利No.5,869,127公开了一种通过向基材提供连续的生物活性表面涂层而增强基材生物相容性的方法。该方法包括向基材施加第一涂层，第一涂层包括含有有机酸官能团的聚合物和可与聚合物的有机酸基团反应的过量多官能交联剂所形成的水分散体或乳液。水分散体可包括聚氨酯分散体。Zhong的美国专利No.5,702,754公开了一种带有光滑的亲水性耐磨蚀涂层的导液管或导线。该涂层包括带有有机酸官能团的聚合物和带有能够与有机酸基团反应之官能团的多官能交联剂所形成的水分散体或乳液。水分散体可包括聚氨酯分散体。GB2242682公开了一种导电水基涂料组合物，其包含引入含水聚氨酯弹性体分散液中的炭黑或其它导电性填料。Sanduja等人的美国专利Nos.5,439,969和5,500,253公开了一种可交联的水基涂料组合物，该组合物包含可交联的聚合物、可接枝聚合到纤维素分子上的单和/或多烯属不饱和单体、水溶性过氧基自由基聚合催化剂、能够在纤维素分子中产生自由基结合点的阳离子源和任选地可交联聚合物用交联剂。该水基组合物可包括聚氨酯分散体。Hudak的美国专利Nos.3,759,873和3,882,189公开了含有氨基甲酸酯键的聚酯树脂，包括(1)由至少一种多羧酸和至少一种多元醇制得的聚酯与(2)有机多异氰酸酯的反应产物；或者(1)由至少一种α，β-烯属不饱和多羧酸和至-->少一种多元醇制得的聚酯与(2)有机多异氰酸酯的反应产物。Hart的美国专利No.5,352,733公开了一种含有高达65％固体的水基无溶剂型双组分聚氨酯-聚脲分散体。第一组分是聚酯多元醇相和含水胺相混合物。聚酯多元醇是改性聚酯多元醇、低粘度聚醚或聚酯多元醇、扩链型低分子量多元醇、中和性胺和去污剂的混合物。它完全是羟基官能化的，其羧酸值为10至50，羟值为180至300，当量重量为165至365。第二组分是100％固体的脂族异氰酸酯。NCO与聚酯多元醇/胺组分的官能团之比为1∶1.3至1∶1.7。然而，以上所述的组合物和所得涂料虽然在一种特性或两种特性方面具有良好的性能，但是却不能提供众多特性方面的良好综合性能。理想的是提供羧酸酯官能度水平提高的聚氨酯分散体，当用适当的交联剂进行交联时，它可提供具有膜硬度、挠性、良好耐水耐磨性以及优异耐溶剂性的涂层。
技术实现思路
本专利技术提供了一种聚氨酯水分散体，它包括含有酸官能团的异氰酸酯官能预聚物，通过使含有羧酸官能度的多元醇与多异氰酸酯反应而制得该预聚物，其中多元醇的分子量(Mn)为100至10000，酸值为25至500mg KOH/g并且羟值为25至500mg KOH/g。本专利技术还涉及包括作为第一组分(i)的上述聚氨酯分散体和含有聚氨酯用交联剂的第二组分(ii)在内的双组分涂料组合物，该聚氨酯用交联剂不含游离异氰酸酯基团。本专利技术进一步涉及一种涂布基材的方法，即(a)将如上所述的组分(i)和(ii)混合以形成混合物和(b)将混合物施加到基材表面。本专利技术还涉及一种用该方法涂布的基材。具体实施方式除了操作实施例或者另有指示之外，说明书和权利要求书中所用的指代成分数量、反应条件等的所有数据或表述在所有情形下均应理解为通过术语“大约”来修饰。此处所用的术语“烷基”是指通式CsH2s+l所示的脂族烃链的单价基团，其中s是碳原子数或为此定义的范围。此处所用的术语“羟烷基”是指其中一个或多个氢已经被羟基取代的烷基基团。-->此处所用的术语“亚烷基”是指碳链长度从C1(无环的情况)或C4(环状的情形)至C25、通常是C2至C12的无环或环状二价烃，它可以是取代的或未取代的并且可包括取代基。作为非限定性实例，亚烷基基团可以是具有1至12个碳原子的低级烷基。作为非限定性的说明，“亚丙基”是用来指包括正亚丙基和异亚丙基；类以地，“亚丁基”是用来指包括正亚丁基、异亚丁基和叔亚丁基基团。若无限制，此处所用术语“(甲基)丙烯酸”和“(甲基)丙烯酸酯”是用来指包括丙烯酸和甲基丙烯酸的相应衍生物。此处所用的术语“固化”(或“硬化”)是用来指包括粘合剂、密封剂或涂料组合物组分的交联也包括由于水以及如果存在其它溶剂和稀释剂的蒸发而导致的成膜，在所形成的膜中伴随着物理和化学性能的提高例如粘结强度和剥离强度。此处所用术语“多元醇”是用来指包含两个或多个羟基的材料。多元醇的非限定性实例包括，二醇、三醇、聚醚多元醇、聚丙烯酸酯多元醇、聚酯多元醇、聚碳酸酯多元醇和它们的混合物。此处所用的术语“多元胺”常常是指包含两个或多个胺(伯胺和/或仲胺)官能团的材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双组分涂料组合物，该组合物包括作为第一组分（ｉ）的聚氨酯水分散体和包含聚氨酯用交联剂的第二组分（ｉｉ），该聚氨酯水分散体包含含有酸官能团的异氰酸酯官能预聚物，通过使包括含有羧酸官能度的多元醇在内的多元醇与多异氰酸酯反应而制得该预聚物，其中多元醇的分子量（Ｍｎ）为１００至１００００，酸值为２５至５００ｍｇＫＯＨ／ｇ并且羟值为２５至５００ｍｇＫＯＨ／ｇ，该聚氨酯用交联剂不含游离异氰酸酯基团。

【技术特征摘要】
US 2004-6-25 10/8778851、一种双组分涂料组合物，该组合物包括作为第一组分(i)的聚氨酯水分散体和包含聚氨酯用交联剂的第二组分(ii)，该聚氨酯水分散体包含含有酸官能团的异氰酸酯官能预聚物，通过使包括含有羧酸官能度的多元醇在内的多元醇与多异氰酸酯反应而制得该预聚物，其中多元醇的分子量(Mn)为100至10000，酸值为25至500mg KOH/g并且羟值为25至500mg KOH/g，该聚氨酯用交联剂不含游离异氰酸酯基团。2、权利要求1的涂料组合物，其中组分(i)的多元醇选自聚酯多元醇、聚醚多元醇、多羟基聚碳酸酯、多羟基聚缩醛、多羟基聚丙烯酸酯、多羟基聚酯酰胺、多羟基聚硫醚和它们的混合物。3、权利要求1的涂料组合物，其中组分(i)的多元醇包括具有至少五个碳原子的2，2-双-(羟甲基)-链烷羧酸。4、权利要求3的涂料组合物，其中2，2-双-(羟甲基)-链烷羧酸是2，2-双-(羟甲基)-丙酸、二羟甲基丙酸、2，2-双-(羟甲基)-丁酸和/或二羟甲基丁酸。5、权利要求1的涂料组合物，其中组分(i)的多元醇包括含有一个或多个这样的重复单元的聚酯多元醇，该重复单元由具有至少五个碳原子的2，2-双-(羟甲基)-链烷羧酸形成。6、权利要求5的涂料组合物，其中2，2-双-(羟甲基)-链烷羧酸是2，2-双-(羟甲基)-丙酸、二羟甲基丙酸、2，2-双-(羟甲基)-丁酸和/或二羟甲基丁酸。7、权利要求1的涂料组合物，其中组分(i)的多异氰酸酯包括含有2至5个异氰酸酯基团的脂族、环脂族、芳脂族和/或芳族多异氰酸酯。8、权利要求1的涂料组合物，其中组分(i)的多异氰酸酯包括一种或多种选自以下的多异氰酸酯：1，4-二异氰酸根合丁烷、1，5-二异氰酸根合戊烷、1，6-二异氰酸根合己烷、2-甲基-1，5-二异氰酸根合戊烷、1，5-二异氰酸根合-2，2-二甲基戊烷、2，2，4-三甲基-1，6-二异氰酸根合己烷、2，4，4-三甲基-1，6-二异氰酸根合己烷、1，10-二异氰酸根合癸烷、1，3-二异氰酸根合环己烷、1，4-二异氰酸根合环己烷、1，3-二-(异氰酸根合甲基)环己烷、1，4-二-(异氰酸根合甲基)环己烷、异佛尔酮二异氰酸酯、4，4’-二异氰酸根合二环己基甲烷、三异氰酸根合壬烷、ω，ω’-二异氰酸根合-1，3-二甲基环己烷、1-异氰酸根合-1-甲基-3-异氰酸根合甲基环己烷、1-异氰...

【专利技术属性】
技术研发人员：LK金丁，RR勒斯勒，RM科尼特斯尼，J麦拉菲尔蒂，
申请(专利权)人：拜尔材料科学有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]