基于聚醚的水性聚氨酯分散体和其制备方法技术

提供了一种水性聚氨酯分散体。所述水性聚氨酯分散体是在存在扩链剂N

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于聚醚的水性聚氨酯分散体和其制备方法


[0001]本公开涉及一种基于聚醚的水性聚氨酯分散体和其制备方法。

技术介绍

[0002]几十年来，溶剂型聚氨酯一直在涂料、粘合剂、结合剂和合成皮革等应用领域占据主导地位。所述溶剂型聚氨酯逐渐被水性聚氨酯分散体(PUD)替代，以减少可释放到大气中的溶剂并减少对操作员和最终用户的危害。大多数PUD与其溶剂型对应物一样，使用聚酯多元醇作为主链而不是聚醚，因为前者可以提供更高的模量和强度，因为酯
‑
骨聚合物区段之间的极性
‑
极性相互作用更强。另一方面，酯键比醚键在水解方面更弱，使得PUD水的水解稳定性非常具有挑战性。从耐水解性的观点来看，基于聚醚的PUD是更优选的。此外，由于聚醚多元醇与聚酯对应物相比具有较低的成本和较低的粘度，因此从经济和工艺方面考虑是优选的。然而，基于聚醚的聚氨酯在各种应用中渗透到PUD中很慢，因为它在机械性能上不能与基于聚酯的PUD类似。因此，需要创新技术来提高基于聚醚的PUD的机械性能。
[0003]通过不断的探索，惊奇地发现，在基于聚醚的PUD的合成中使用N
‑
氨基乙基哌嗪(AEP)作为扩链剂，可以大大提高机械性能。令人惊讶地发现，AEP可以使PUD获得的模量是其它二胺的2或3倍。如此高的模量对于聚醚PUD渗透到以聚酯PUD为主的应用领域是非常关键的。由于聚醚PUD本质上比聚酯PUD具有更好的水解稳定性，这一新发现为抗水解PUD的商业供应铺平了道路。

技术实现思路

[0004]本公开提供了一种独特的水性聚氨酯分散体和其制备方法。
[0005]在本公开的第一方面中，本公开提供了一种水性聚氨酯分散体，其包括分散在水中的聚氨酯颗粒，其中所述水性聚氨酯分散体衍生自包括以下的体系：
[0006](A)包括一种或多种具有至少两个异氰酸酯基团的化合物的异氰酸酯组分；
[0007](B)按聚醚多元醇的总重量计，EO含量小于80wt％的聚醚多元醇组分；
[0008](C)任选地，选自由以下组成的组的组分：Mw在350到3000的范围内的甲氧基聚(乙二醇)、Mw在350到3000的范围内的聚(乙二醇)和Mw在62到500的范围内的低Mw二醇；
[0009](D)任选地，催化剂；
[0010](E)任选地，由式I表示的亲水性氨基硅氧烷化合物：
[0011][0012]其中每个R独立地表示甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、异戊基、叔戊基、新戊基、环己基、苯基、乙烯基、烯丙基或
‑
(OCH2CH2)
a
‑
O
‑
CH2‑
CH＝CH2；
[0013]R1为
‑
(CH2)
m
NH2或
‑
(CH2)
s
‑
NH
‑
(CH2)
t
NH2；
[0014]R2为
‑
CH2CH2CH2O(CH2CH2O)
n
H；并且
[0015]R3、R4、R5、R6和R7中的每一个独立地选自由以下组成的组：甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、异戊基、叔戊基、新戊基、环己基和苯基；
[0016]其中a为1到10的整数；x为20到500的整数；y为1到10的整数；z为1到10的整数；m为1到5的整数；s为整数1、2、3、4或5；t为整数1、2、3、4或5；并且n为5到20的整数；
[0017](F)表面活性剂；
[0018](G)扩链剂N
‑
氨基乙基哌嗪；以及
[0019](H)水。
[0020]在本公开的第二方面中，本公开提供了一种用于制备第一方面的所述水性聚氨酯分散体的方法，所述方法包括：(i)任选地在存在所述催化剂(D)的情况下使所述异氰酸酯组分(A)与所述聚醚多元醇组分(B)和所述任选组分(C)反应以形成预聚物；(ii)在存在所述表面活性剂(F)的情况下将所述预聚物分散在水(H)中以形成乳液；以及(iii)任选地将所述亲水性氨基硅氧烷化合物(E)和所述扩链剂N
‑
氨基乙基哌嗪(G)添加到所述乳液中以形成所述水性聚氨酯分散体。
[0021]应当理解，前述一般性描述和以下详细描述都仅是示例性和解释性的，并且不限制所要求保护的本专利技术。
具体实施方式
[0022]除非另外定义，否则本文所用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属领域中的普通技术人员通常所理解相同的含义。而且，本文提及的所有出版物、专利申请、专利和其它参考文献均通过引用并入本文。
[0023]如本文所公开的，术语“组合物”、“调配物”或“混合物”是指不同组分的物理共混物，其是通过用物理手段简单地混合不同组分获得的。
[0024]如本文所公开的，“和/或”意指“和、或作为替代方案”。除非另外指示，否则所有范围均包含端点。
[0025]异氰酸酯组分(A)
[0026]在各个实施例中，异氰酸酯组分(A)的平均官能度为至少约2.0、优选地约2到10、更优选地约2到约8、并且最优选地约2到约6。在一些实施例中，异氰酸酯组分包含包括至少两个异氰酸酯基团的聚异氰酸酯化合物。合适的聚异氰酸酯化合物包含具有两个或更多个异氰酸酯基团的芳香族、脂肪族、环脂族和芳脂族聚异氰酸酯。在优选的实施例中，聚异氰酸酯组分包括选自由以下组成的组的聚异氰酸酯化合物：包括至少两个异氰酸酯基团的C4‑
C
12
脂肪族聚异氰酸酯、包括至少两个异氰酸酯基团的C6‑
C
15
脂环族或芳香族聚异氰酸酯、包括至少两个异氰酸酯基团的C7‑
C
15
芳脂族聚异氰酸酯和其组合。在另一个优选的实施例中，合适的聚异氰酸酯化合物包含间苯二异氰酸酯、2，4
‑
甲苯二异氰酸酯和/或2，6
‑
甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)的各种异构体、碳化二亚胺改性的MDI产物、六亚甲基
‑
1，6
‑
二异氰酸酯、四亚甲基
‑
1，4
‑
二异氰酸酯、环己烷
‑
1，4
‑
二异氰酸酯、六氢甲苯二异氰酸酯、氢化MDI、萘基
‑
1，5
‑
二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)或其混合物。
[0027]可替代地或另外地，聚异氰酸酯组分还可以包括异氰酸酯官能度在2到10、优选地2到8、更优选地2到6的范围内的异氰酸酯预聚物。异氰酸酯预聚物可以通过以下获得：使一种或多种上述聚异氰酸酯与一种或多种选自由以下组成的组的异氰酸酯反应性组分反应：包括至少两个羟基的C2
‑
C16脂肪族多元醇、包括至少两个羟基的C6...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种水性聚氨酯分散体，其包括分散在水中的聚氨酯颗粒，其中所述水性聚氨酯分散体衍生自包括以下的体系：(A)包括一种或多种具有至少两个异氰酸酯基团的化合物的异氰酸酯组分；(B)按聚醚多元醇的总重量计，EO含量小于80wt％的聚醚多元醇组分；(C)任选地，选自由以下组成的组的组分：Mw在350到3000的范围内的甲氧基聚(乙二醇)、Mw在350到3000的范围内的聚(乙二醇)和Mw在62到500的范围内的低Mw二醇；(D)任选地，催化剂；(E)任选地，由式I表示的亲水性氨基硅氧烷化合物：其中每个R独立地表示甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、异戊基、叔戊基、新戊基、环己基、苯基、乙烯基、烯丙基或
‑
(OCH2CH2)
a
‑
O
‑
CH2‑
CH＝CH2；R1为
‑
(CH2)
m
NH2或
‑
(CH2)
s
‑
NH
‑
(CH2)
t
NH2；R2为
‑
CH2CH2CH2O(CH2CH2O)
n
H；并且R3、R4、R5、R6和R7中的每一个独立地选自由以下组成的组：甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、异戊基、叔戊基、新戊基、环己基和苯基；其中a为1到10的整数；x为20到500的整数；y为1到10的整数；z为1到10的整数；m为1到5的整数；s为整数1、2、3、4或5；t为整数1、2、3、4或5；并且n为5到20的整数；(F)表面活性剂；(G)扩链剂N
‑
氨基乙基哌嗪；以及(H)水。2.根据权利要求1所述的水性聚氨酯分散体，其中所述聚氨酯颗粒中不存在与所述聚氨酯的主链共价连接的阳离子或阴离子亲水侧基或能转化为所述阳离子或阴离子亲水侧基的基团，并且所述聚氨酯被外部乳化。3.根据权利要求1或2所述的水性聚氨酯分散体，其中所述一种或多种具有至少两个异氰酸酯基团的化合物选自由以下组成的组：a)包括至少两个异氰酸酯基团的C4
‑
C12脂肪族聚异氰酸酯、包括至少两个异氰酸酯基团的C6
‑
C15脂环族或芳香族聚异氰酸酯、包括至少两个异氰酸酯基团的C7
‑
C15芳脂族聚异氰酸酯和其组合；以及b)通过使a)的一种或多种聚异氰酸酯与选自由以下组成的组的一种或多种异氰酸酯反应性组分反应来制备的异氰酸酯预聚物：包括至少两个羟基的C2
‑
C16脂肪族多元醇、包括至少两个羟基的C6
‑
C15脂环族或芳香族多元醇、包括至少两个羟基的C7
‑
C15芳脂族多元醇、分子量为500到5,000的聚酯多元醇、分子量为200到5,000的聚碳酸酯二醇、分子量为200到5,000的聚醚二醇、包括至少两个氨基的C2到C10聚胺、包括至少两个硫醇基的C2到C10聚硫醇、包括至少一个羟基和至少一个氨基的C2
‑
C10烷醇胺以及其组合，条件是所述异氰酸酯预聚物包括至少两个自由的异氰酸酯端基。4.根据权利要求1或2所述的水性聚氨酯分散体，其中按所述异氰酸酯组分(A)、所述聚
...

【专利技术属性】
技术研发人员：邰向阳，祝庆，
申请(专利权)人：陶氏环球技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：