用于低VOC聚氨酯应用的多元醇制造技术

公开了用于低VOC聚氨酯组合物中的聚酯多元醇。该聚酯多元醇是至少一种脂族多元羧酸、官能度为2.0或更高的至少一种烷氧基化多元醇以及不同于烷氧基化多元醇的一种或多种多元醇的反应产物。可将该聚酯多元醇配制为聚氨酯组合物以获得具有低VOC含量的聚氨酯。聚氨酯组合物特别适用于聚氨酯涂料应用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于低VOC聚氨酯应用的多元醇
技术介绍
本技术涉及用于低VOC聚氨酯组合物中的聚酯多元醇，以及涉及包含这种聚酯多元醇的聚氨酯组合物。聚氨酯已被广泛用于各种应用中，包括用于各种基底(例如塑料、木材、玻璃、金属和混凝土)的涂料。这种聚氨酯涂料的重要性质包括耐磨性和耐化学性以及硬度。用于制备聚氨酯涂料的聚酯多元醇树脂通常在25℃下的粘度大于15,000cps，因此需要溶剂以降低树脂的粘度，以易于处理和配制为聚氨酯涂料组合物。聚氨酯还已用于各种胶粘剂组合物中以用于不同的基底。这些胶粘剂组合物中的许多含有大量的溶剂，从环境角度来看这是不期望的。最近，已更加重视减少释放到环境中的挥发性有机化合物(VOC)的量。已经提出了更严格的限制VOC的法规，并且已在某些地区中或对于某些应用采用。例如，建筑和工业维护涂料SCAQMD的最新标准将允许的VOC限值降低到小于或等于150g/L。因此，限制或消除来自聚酯树脂和采用这种树脂的聚氨酯组合物的溶剂变得越来越重要。传统上，有两种减少配制物的VOC的方法：转向水型配制物，或增加溶剂型配制物中的固体的量。水型配制物具有将VOC减少至零的最佳潜力，但与溶剂型配制物相比，其典型地具有较差性能。另外，水型配制物可需要在加工、产品和应用中进行重大调整。高固体溶剂型配制物在加工和生产方面与传统的溶剂型配制物相似，但在某些应用中，由于较高的固体含量，对于更昂贵的配制物而言，出售应用成本的价值可更加困难。在本领域中仍然需要提供可减少或消除需要包括溶剂的聚酯多元醇以促进聚酯多元醇在聚氨酯配制物和应用中的使用。当用于聚氨酯组合物中时，还需要与溶剂型聚酯多元醇相比可提供等同或改进的物理性质的低或无VOC聚酯多元醇。
技术实现思路
在一方面，本技术涉及聚酯多元醇，其包含以下物质的反应产物：(a)多元羧酸组分，其包含基于多元羧酸组分计55mol％至100mol％的脂族多元羧酸，或其酸酐、卤化物、烷基酯或内酯衍生物，和基于多元羧酸组分计0％至45mol％的芳族多元羧酸，或其酸酐、卤化物、烷基酯或内酯衍生物；(b)至少一种烷氧基化多元醇；以及(c)不同于烷氧基化多元醇的至少一种多元醇，其中聚酯多元醇的OH值为30至800mgKOH/g。在另一方面，本技术涉及用于制备聚氨酯组合物的聚酯多元醇共混物，其中聚酯多元醇共混物包括包含以下物质的反应产物的聚酯多元醇：(a)多元羧酸组分，或其酸酐、卤化物、烷基酯或内酯衍生物，或它们的组合，其包含：(i)基于多元羧酸组分计55mol％至100mol％的至少一种脂族多元羧酸；和(ii)基于多元羧酸组分计0％至45mol％的至少一种芳族多元羧酸；(b)平均官能度为2.0或更高的至少一种烷氧基化多元醇；以及(c)不同于烷氧基化多元醇的至少一种多元醇，其中聚酯多元醇的官能度为2.0或更高，并且OH值为30至800mgKOH/g；以及任选地具有两个或更多个活性氢基团的一种或多种另外的组分；其中聚氨酯组合物是涂料、胶粘剂、密封剂、弹性体或泡沫体。在另一方面，本技术涉及聚氨酯组合物，其包含：(1)聚酯多元醇，所述聚酯多元醇包含以下物质的反应产物：(a)多元羧酸组分，或其酸酐、卤化物、烷基酯或内酯衍生物，或它们的组合，其包含：(i)基于多元羧酸组分计55mol％至100mol％的至少一种脂族多元羧酸；和(ii)基于多元羧酸组分计0％至45mol％的至少一种芳族多元羧酸；(b)平均官能度为2.0或更高的至少一种烷氧基化多元醇；以及(c)不同于烷氧基化多元醇的至少一种多元醇，其中聚酯多元醇的官能度为2.0或更高，并且OH值为30至800mgKOH/g；以及(2)至少一种异氰酸酯、多异氰酸酯或其组合。附图说明图1是将本技术的聚氨酯涂料配制物与市售涂料配制物在UV暴露2000小时的时间后的颜色稳定性进行比较的图。图2是显示本技术的聚氨酯涂料配制物和市售涂料配制物在UV暴露2000小时的时间后的光泽度水平的图。图3是显示本技术的聚氨酯涂料配制物和市售涂料配制物在UV暴露2000小时的时间后的Δb*水平的图。具体实施方式如本文所使用，术语“官能度”意指分子中的反应性基团(例如羟基)的数目。如本文所使用，术语“高官能”或“高官能度”是指大于2的官能度。如本文所使用，术语“羟值”或“OH值”或“OHV”是指羟基浓度的定量度量，通常表示为mgKOH/g，即1g物质中的相当于羟基的氢氧化钾的毫克数。本文所使用，术语“多羟基醇(polyhydricalcohol)”或“多元醇(polyalcohol)”包括二醇、三醇和平均官能度大于三的更高官能度的含羟基的化合物。如本文所使用，术语“多元羧酸”包括二羧酸、三羧酸和具有多于三个羧酸基团的更高官能度的羧酸。“多元羧酸衍生物”包括酸酐、卤化物、内酯和烷基酯。如本文所使用，术语“聚酯多元醇”意指具有酯键的多元醇。如本文所使用，术语“低量”或“低VOC”是指聚氨酯组合物中的挥发性有机化合物的量小于200g/升，或小于150g/升，或小于125g/升，根据EPAMethod24forAnalysisofTotalVolatiles测量。尽管将结合一个或多个优选的实施方案来描述本技术，但是本领域技术人员将理解该技术不仅限于那些特别的实施方案。相反，本技术包括可包括在所附权利要求的精神和范围内的所有替代、修改和等同物。本技术涵盖这样的聚酯多元醇，其是以下物质的反应产物：包含至少55重量％的脂族多元羧酸或其酸酐、卤化物、烷基酯或内酯衍生物的多元羧酸组分，至少一种烷氧基化多元醇，以及除烷氧基化多元醇以外的至少一种多醇(多元醇)。在一些实施方案中，聚酯多元醇具有低粘度，这使其能够用于低VOC聚氨酯组合物中，例如用于聚氨酯涂料、胶粘剂、密封剂、弹性体或泡沫体应用的聚氨酯组合物。本技术还涵盖包含所述聚酯多元醇的低VOC聚氨酯组合物，以及由所述聚氨酯组合物制成的聚氨酯涂料。聚酯多元醇本技术的聚酯多元醇是得自使多元羧酸组分或其酸酐、卤化物、烷基酯或内酯衍生物与至少一种烷氧基化多元醇和不同于烷氧基化多元醇的至少一种多元醇反应的酯化反应产物。多元羧酸组分多元羧酸组分包含55mol％至100mol％的一种或多种脂族羧酸、脂环族羧酸或其组合，和0％至45mol％的一种或多种芳族羧酸。多元羧酸组分可为一种或多种二羧酸、三羧酸、更高官能度的羧酸或这些酸的混合物。合适的二羧酸包括具有4至22个碳原子(包括羧基中所含的碳原子)的直链或支链脂族二酸、脂环族二酸或其混合物，以及具有总共8至16个碳原子的芳族二羧酸。这些二羧酸的衍生物，例如二酸的酸酐、卤化物、内酯或烷基酯，也可用于本技术中。优选的脂族二羧酸为具有4至16个碳原子或者6至12个碳原子的二酸。二羧酸的代表性实例包括戊二酸、己二酸、丁二酸、马来酸、富马酸、癸二酸、庚二酸、辛二酸、十二烷二酸、壬二酸、1,4-环己烷二甲酸、邻苯二甲酸、对苯二甲酸和间苯二甲酸。三酸或更高官能的多元酸的代表性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.聚酯多元醇，其包含以下物质的反应产物：/n(a)多元羧酸组分，或其酸酐、卤化物、烷基酯或内酯衍生物，/n其包含/n(i)基于多元羧酸组分计55mol％至100mol％的至少一种脂族多元羧酸或其衍生物，和/n(ii)基于多元羧酸组分计0％至45mol％的至少一种芳族多元羧酸或其衍生物；/n(b)平均官能度为2.0或更高的至少一种烷氧基化多元醇；以及/n(c)不同于烷氧基化多元醇的至少一种多元醇，/n其中聚酯多元醇的官能度为2.0或更高，并且OH值为30至800mg KOH/g。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180123 US 62/620,672;20180622 US 62/688,5071.聚酯多元醇，其包含以下物质的反应产物：
(a)多元羧酸组分，或其酸酐、卤化物、烷基酯或内酯衍生物，
其包含
(i)基于多元羧酸组分计55mol％至100mol％的至少一种脂族多元羧酸或其衍生物，和
(ii)基于多元羧酸组分计0％至45mol％的至少一种芳族多元羧酸或其衍生物；
(b)平均官能度为2.0或更高的至少一种烷氧基化多元醇；以及
(c)不同于烷氧基化多元醇的至少一种多元醇，
其中聚酯多元醇的官能度为2.0或更高，并且OH值为30至800mgKOH/g。


2.权利要求1的聚酯多元醇，其中所述至少一种烷氧基化多元醇选自：二醇，三醇，平均官能度大于三的多元醇，以及其组合。


3.权利要求2的聚酯多元醇，其中所述烷氧基化多元醇选自以下的一种或多种：烷氧基化甘油，烷氧基化二甘油，烷氧基化三羟甲基丙烷，烷氧基化季戊四醇，烷氧基化二季戊四醇，烷氧基化蔗糖，烷氧基化葡萄糖，烷氧基化果糖，烷氧基化乳糖，烷氧基化山梨糖醇，烷氧基化甘露糖醇，烷氧基化甲基葡糖苷，以及其组合。


4.权利要求1-3中任一项的聚酯多元醇，其中所述烷氧基化多元醇包括烷氧基化三羟甲基丙烷。


5.权利要求1-4中任一项所述的聚酯多元醇，其中所述至少一种脂族多元羧酸选自：直链或支链脂族二酸，脂环族二酸，官能度为3或更大的脂族多元羧酸，以及其混合物。


6.权利要求5的聚酯多元醇，其中所述至少一种脂族多元羧酸选自：戊二酸，己二酸，琥珀酸，马来酸，富马酸，癸二酸，庚二酸，辛二酸，十二烷二酸，壬二酸，柠檬酸，异柠檬酸，1,4-环己烷二甲酸，以及其混合物。


7.权利要求1-6中任一项的聚酯多元醇，其中所述脂族多元羧酸为己二酸。


8.权利要求1-7中任一项的聚酯多元醇，其中，当存在时，所述芳族多元羧酸选自：直链或支链芳族二酸，官能度为3或更高的芳族多元羧酸，以及其混合物。


9.权利要求8的聚酯多元醇，其中所述芳族多元羧酸选自邻苯二甲酸、对苯二甲酸、间苯二甲酸、偏苯三酸、均苯四酸、偏苯三酸酐和均苯四酸酐。


10.权利要求1-9中任一项的聚酯多元醇，其中所述多元醇(c)选自：乙二醇，二乙二醇，三乙二醇，丙二醇，二丙二醇，三亚甲基二醇，丁二醇，新戊二醇，2,2-二甲基-1,3丙二醇，1,6-己烷二醇，2-甲基-1,3-丙烷二醇，1,3-丙烷二醇，1,3-丁烷二醇，1,4-丁烷二醇，1,5-戊烷二醇，3-羟基-2,2-二甲基丙基-3-羟基-2,2-二甲基丙酸酯，1,2-环己烷二醇，1,3-环己烷二醇，1,3-环己烷二甲醇，1,4-环己烷二甲醇，间苯二酚，对苯二酚，通过环氧乙烷、环氧丙烷或其组合的缩合衍生的聚(氧亚烷基)多元醇，甘油，二甘油，三羟甲基丙烷，季戊四醇，二季戊四醇，蔗糖，葡萄糖，果糖，山梨糖醇和甘露糖醇，以及其组合。


11.权利要求1-10中任一项的聚酯多元醇，其中基于形成反应产物的组分的总摩尔数计，反应产物包含约10mol％至约70mol％的多元羧酸组分。


12.权利要求1-11中任一项的聚酯多元醇，其中基于形成反应产物的组分的总摩尔数计，反应产物包含约10mol％至约70mol％的所述至少一种烷氧基化多元醇。


13.权利要求1-12中任一项的聚酯多元醇，其中基于形成反应产物的组分的总摩尔数计，反应产物包含约10mol％至约70mol％的所述至少一种多元醇(c)。


14.权利要求1-13中任一项的聚酯多元醇，其中所述聚酯多元醇在25℃下的粘度为约1,000cps至约15,000cps。


15.用于制备聚氨酯组合物的聚酯多元醇共混物，该聚酯多元醇共混物包括：
聚酯多元醇，其包含以下物质的反应产物：
(a)多元羧酸组分，或其酸酐、卤化物、烷基酯或内酯衍生物，或它们的组合，其包含：
(i)基于多元羧酸组分计55mol％至100mol％的至少一种脂族多元羧酸或其衍生物；和
(ii)基于多元羧酸组分计0％至45mol％的至少一种芳族多元羧酸或其衍生物；
(b)平均官能度为2.0或更高的至少一种烷氧基化多元醇；以及
(c)不同于烷氧基化多元醇的至少一种多元醇，
其中聚酯多元醇的官能度为2.0或更高，并且OH值为30至800mgKOH/g；以及
任选地，具有两个或更多个活性氢基团的一种或多种另外的组分；
其中聚氨酯组合物是涂料、胶粘剂、密封剂、弹性体或泡沫体。


16.权利要求15的聚酯多元醇共混物，其中所述至少一种烷氧基化多元醇选自：二醇，三醇，平均官能度大于三的多元醇，以及其组合。


17.权利要求16的聚酯多元醇共混物，其中所述烷氧基化多元醇选自以下的一种或多种：烷氧基化甘油，烷氧基化二甘油，烷氧基化三羟甲基丙烷，烷氧基化季戊四醇，烷氧基化二季戊四醇，烷氧基化蔗糖，烷...

【专利技术属性】
技术研发人员：ME奥布里恩，JR雅诺什，
申请(专利权)人：斯蒂潘公司，
类型：发明
国别省市：美国;US