水性聚氨酯分散体制造技术

一种水性聚氨酯分散体，所述水性聚氨酯分散体包括至少一种异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物，所述异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物是在选自由N

【技术实现步骤摘要】
水性聚氨酯分散体
[0001]本申请是2016年02月05日递交的申请号为201680008446.6，专利技术名称为“水性聚氨酯分散体”的分案申请。


[0002]本专利技术涉及使用至少N
‑
(C4‑
烷基)
‑
吡咯烷酮作为预聚物稀释剂、分散剂和成膜助剂(coalescing agent)的水性聚氨酯分散体，其中所述水性聚氨酯分散体在制造膜和涂层中非常有用。本专利技术进一步涉及所述聚氨酯类的膜和涂层，及其制造工艺。本专利技术还涉及所述水性聚氨酯分散体的制造工艺。

技术介绍

[0003]水性聚氨酯分散体(PUD)是公知的，并且由于立法朝降低VOC(挥发性有机物浓度)且产生环保产物变革，而主要对其进行了开发。水基或水性的PUD在一些应用中越来越重要，这主要是由于它的性质，如对一些基底具有粘附性，对化学品、溶剂和水的耐受性，抗磨性和弹性等。水基PUD显示出非常好的机械和化学性质，并且符合含低挥发性有机化合物(VOC)的原料油漆的监管限制。
[0004]还努力开发了基本上不含溶剂的水性聚氨酯分散体，尤其如在美国专利申请公开号2011/0306724A1中所描述的。所述不含溶剂的水性聚氨酯分散体的特征在于基本上不散发挥发性有机物。
[0005]因此，水性聚氨酯分散体(PUD)用于生产各种有用的聚氨酯产品，例如用于各种基底，包括纺织物、塑料、木材、玻璃纤维、金属等的粘合剂、密封剂和涂层。在这些涂层的很多期望性质中有耐化学品性、抗磨性、韧性、抗拉强度、弹性和耐用性。它们的主要优点在于聚氨酯(PU)体系的通用性，及其在生产用于很多要求苛刻的应用中的“定制”涂层中的效果。这是由可在合成过程中，以不同方式进行组合的广泛多样的原料带来的。
[0006]已经为PUD的合成开发出了几种工艺。所有工艺都具有相同的第一步骤，其中，通过适当的二醇或多元醇，尤其是聚醚多元醇、聚酯多元醇或聚碳酸酯多元醇，与摩尔过量的二异氰酸酯或聚异氰酸酯发生反应，来形成中等分子量的聚合物(即预聚物)。所述预聚物需要稳定化，以允许它分散在水中。存在两种稳定化方式，第一种稳定化方式由外部乳化剂稳定化的聚合物构成，而第二种稳定方式通过在聚合物中包含亲水中心来实现稳定化。这样的亲水中心可以是以下三种类型之一：非离子基团、阳离子基团和阴离子基团。这些亲水基团实现了作为内部乳化剂的功能，并且使得能产生稳定的水基乳化剂。因此，将水基PUD分类成阴离子体系、阳离子体系和非离子体系。
[0007]Noll等的美国专利号4,237,264和Markusch等的美国专利号4,238,378尤其记载了对于涂层应用，聚氨酯聚合物通过将所述亲水基团或潜在的亲水基团并入它们的骨架中可稳定地分散在水中。
[0008]现在，PUD的工业生产是发展成熟的技术。存在两种主要的生产PUD的合成路径：丙酮工艺和预聚物工艺。
[0009]Jansson R.C.在TECHNICAL INFORMATION.LEAFLET NO 0127，2004年1月第1(11)至11(11)页中记载了，预聚物混合工艺是用于制备PUD的通用且简单的工艺，从而允许在PU制剂中存在巨大变化。这就是说，在PUD制剂中，聚氨酯(PU)构成组分(即，异氰酸酯、多元醇组分、扩链剂、乳化剂，特别是内部乳化剂、有机溶剂、水等)的选择和相对用量对于目标涂层的性质很重要。Clausson A等在Paint and Coatings Industry，2007年1月，第23卷，第1期的第30页中，对此也进行了描述。
[0010]N
‑
甲基吡咯烷酮(NMP)经常在PUD制备中用作有机溶剂。但是，现在已知NMP引起生殖毒性(这被认为是对生殖系统有毒性(reprotoxic))，并且EU自2010年12月1日起，将NMP标注为“对生殖系统有毒性的分类2”。含>0.3％NMP的制剂必须进行这样的标注。因此，该溶剂的使用局限于专业使用者。NMP已经被置于REACH“高度关注的物质”(SVHC)清单中，并且预计很快或者将来会被置于许可或限制类别。
[0011]尽管如上所述已经努力开发基本上不含溶剂的水性聚氨酯分散体，但是以控制预聚物的粘度为首要目的，在有机溶剂或非反应性稀释剂的存在下进行预聚物混合工艺仍然是有优势的。已知，这样的有机溶剂作为助溶剂被保留在分散体中，从而影响水性聚氨酯分散体和由此制得的物品，尤其经涂布的物品的最终性质。因此，对有机溶剂的选择受到水性聚氨酯分散体和由此制得的物品的目标性质，及环境立法的控制。
[0012]因此，仍然需要环保有机溶剂，特别适用于通用性得到改进的聚氨酯(PU)体系，借此所述有机溶剂可同时用于多种目的，具体地，(1)起到水性聚氨酯分散体中的预聚物稀释剂(即控制预聚物的粘度)的作用，(2)起到分散剂(即提供PUD的改进的稳定性)的作用，和(3)起到成膜助剂的作用，从而有助于形成平滑、均质的膜和涂层。因此，持续需要改进的含所述有机溶剂的水性聚氨酯分散体，其中所述有机溶剂以最低量存在，这样可提供如下的产品，即化学稳定也胶体稳定，含有最低量的不散发VOC的内部和/或外部水分散性实体；尤其提供聚结成膜或涂层的能力得到改进的PUD，由此获得的膜和涂层具有改进的机械性质，尤其是抗拉强度和伸长度，更好的耐撕裂性和改进的耐水性，以及改进的耐化学品性。

技术实现思路

[0013]专利技术人惊奇地发现可以提供满足上述需求的水性聚氨酯分散体。
[0014]因此，本专利技术的目的是提供一种水性聚氨酯分散体，所述水性聚氨酯分散体包括：
[0015]A.至少一种异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物[下文称为预聚物(P)]，所述预聚物(P)是在选自由N
‑
正丁基吡咯烷酮、N
‑
异丁基吡咯烷酮、N
‑
仲丁基吡咯烷酮和N
‑
叔丁基吡咯烷酮组成的组中的至少一种吡咯烷酮[下文称为b
‑
吡咯烷酮]的存在下，通过使混合物(M)发生反应而制备的；所述混合物(M)包括：
[0016](a)至少一种聚异氰酸酯化合物(a)，
[0017](b)至少一种多元醇化合物(b)，所述多元醇化合物(b)具有200～8000的分子量M
w
和1.5～6的羟基官能度，
[0018](c)至少一种提高水分散性的组分[下文称为组分(WD
H
)]，所述组分(WD
H
)具有至少一个亲水基团或潜在的亲水基团，且包括：
[0019]i.x mmol/kg的具有至少一个阴离子型亲水基团或潜在的阴离子型亲水基团的至少一种提高水分散性的化合物[下文称为化合物(WD
HA
)]，和/或
[0020]ii.y mmol/kg的具有至少一个非离子型亲水基团或潜在的非离子型亲水基团的至少一种提高水分散性的化合物[下文称为化合物(WD
HN
)]，和/或
[0021]iii.z本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水性聚氨酯分散体，包括：A.至少一种异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物[下文称为预聚物(P)]，所述聚氨酯预聚物是在选自由N
‑
正丁基吡咯烷酮、N
‑
异丁基吡咯烷酮、N
‑
仲丁基吡咯烷酮和N
‑
叔丁基吡咯烷酮组成的组中的至少一种吡咯烷酮[下文称为b
‑
吡咯烷酮]的存在下，通过使混合物(M)发生反应而制备的；所述混合物(M)包括：(a)至少一种聚异氰酸酯化合物(a)，(b)至少一种多元醇化合物(b)，所述多元醇化合物(b)具有200～8000的分子量M
w
和1.5～6的羟基官能度，(c)至少一种提高水分散性的组分[下文称为组分(WD
H
)]，所述组分(WD
H
)具有至少一个亲水基团或潜在的亲水基团，且包括：i.x mmol/kg的具有至少一个阴离子型亲水基团或潜在的阴离子型亲水基团的至少一种提高水分散性的化合物[下文称为化合物(WD
HA
)]，和/或ii.y mmol/kg的具有至少一个非离子型亲水基团或潜在的非离子型亲水基团的至少一种提高水分散性的化合物[下文称为化合物(WD
HN
)]，和/或iii.z mmol/kg的具有至少一个阳离子型亲水基团或潜在的阳离子型亲水基团的至少一种提高水分散性的化合物[下文称为化合物(WD
HC
)]，iv.w mmol/kg的具有至少一个两性离子型亲水基团或潜在的两性离子型亲水基团的至少一种提高水分散性的化合物[下文称为化合物(WD
HZ
)]，其中，并且，x、y、z或w中的至少一个不为0，且所有的mmol/kg均是基于在所述混合物(M)中初始存在的所有组分的重量，B.可选的至少一种异氰酸酯反应性化合物[下文称为化合物(I)]，所述至少一种异氰酸酯反应性化合物与所述多元醇化合物(b)不同且与所述组分(WD
H
)不同，并具有选自醇羟基或伯氨基或仲氨基的反应性基团；和C.水。2.根据权利要求1所述的水性聚氨酯分散体，其中，所述b
‑
吡咯烷酮是N
‑
正丁基吡咯烷酮。3.根据权利要求1或2所述的水性聚氨酯分散体，其中，相对于所述混合物(M)中初始存在的所有组分的总重量，所述b
‑
吡咯烷酮的重量百分比(wt.％)通常小于50wt.％。4.根据权利要求1至3中任一项所述的水性聚氨酯分散体，其中，所述聚异氰酸酯化合物(a)选自脂肪族二异氰酸酯、脂环族二异氰酸酯、芳脂族二异氰酸酯、芳香族二异氰酸酯和聚异氰酸酯，优选脂环族二异氰酸酯。5.根据权利要求1至4中任一项所述的水性聚氨酯分散体，其中，所述化合物(WD
HA
)选自具有通式(HA)的化合物：FG
‑
R1‑
AG
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(HA)其中，FG是至少一个官能团，该官能团优选选自由
‑
OH、
‑
SH、
‑
NH2或
‑
NHR2组成的组，其中R2是烷基或芳基，优选R2选自由甲基、乙基、异丙基、正丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁
基、环戊基或环己基组成的组，R1是含1至20个碳原子的脂肪族基团、脂环族基团或芳香族基团，并且AG是至少一个阴离子基团或潜在的阴离子基团，其中所述阴离子基团或潜在的阴离子基团选自由
‑
COOY、
‑
SO3Y和
‑
PO(OY)2组成的组，其中各个Y彼此相同或不同，且选自由氢、铵盐、碱金属、碱土金属组成的组。6.根据权利要求1至4中任一项所述的水性聚氨酯分散体，其中，化合物(WD
HN
)选自具有通式(HN)的化合物：FG
‑
R1‑
Z
‑
X
‑
R
’ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(HN)其中FG是至少一个官能团，其中该官能团优选选自由
‑
OH、
‑
SH、
‑
NH2或
‑
NHR2组成的组，其中R2是烷基或芳基，优选R2选自由甲基、乙基、异丙基、正丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、环戊基或环己基组成的组，R1是含1至20个碳原子的脂肪族基团、脂环族基团或芳香族基团，X是具有5～100个、优选10～80个重复的环氧烷烃单元的聚环氧烷烃链，所述聚环氧烷烃链在至少40％、优选至少65％的程度上可由重复的环氧乙烷单元构成，并且除了所述重复的环氧乙烷单元之外，所述聚环氧烷烃链还可以由环氧丙烷单元、环氧丁烷单元或苯基环氧乙烷单元构成，Z是氧或
‑
NR6‑
，其中R6是H、烷基或芳基，优选R6选自由甲基、乙基、异丙基、正丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、环戊基或环己基组成的组，并且R
’
是具有1～12个碳原子的一价烃基，优选是具有1～4个碳原子的未经取代的烷基。7.根据权利要求1至4中任一项所述的水性聚氨酯分散体，其中，所述化合物(WD
HC
)选自具有至少一个叔氨基或至少一个季氨基的化合物。8.根据权利要求1至6中任一项所述的水性聚氨酯分散体，其中，在所述混合物(M)中存在的组分(WD
H
)包括以下化合物，基本由以下化合物组成：i.x mmol/kg的化合物(WD
HA
)，和/或ii.y mmol/kg的化合物(WD
HN
)，其中并且，x或y中的至少一个不为0，且所有的mmol/kg均是基于在所述混合物(M)中初始存在的所有组分的重量。9.根据权利要求1至8中任一项所述的水性聚氨...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰弗瑞，
申请(专利权)人：塔明克公司，
类型：发明
国别省市：