含水聚氨酯分散体制造技术

本发明专利技术涉及一种含水聚氨酯分散体、用于制备其的方法、包含其的组合物、包含其的涂料以及通过用该涂料涂覆制品获得的涂覆制品。及通过用该涂料涂覆制品获得的涂覆制品。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】含水聚氨酯分散体


[0001]本专利技术涉及一种含水聚氨酯分散体(aqueous polyurethane dispersion，水性聚氨酯分散体)、其制备方法、包含其的组合物、包含其的涂料以及通过用该涂料涂覆制品获得的涂覆制品。

技术介绍

[0002]含水聚氨酯分散体广泛用于涂料、粘合剂、密封剂和印刷油墨。含水聚氨酯分散体的配方涉及许多组分，即多元醇、异氰酸酯、扩链剂(chain extension agent，增链剂)和使聚氨酯能够分散在水中的离子中心。含水聚氨酯分散体是迄今为止最常见的可商购产品。可用于制备含水聚氨酯分散体的几种方法是本领域已知的。已知的方法包括例如丙酮法、预聚物混合法、乳化剂/剪切力法、熔融乳化法、酮亚胺法和固体自发分散法。这些方法总结于有机化学方法中(Houben
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Weyl.4.Auflage,Volume E20,H Bartl,J.Falbe,Stuttgart,New York,Thieme 1987,p.1671
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1682和H.Pandya,P.Mahanwar；Advanced Industrial and Engineering Polymer Research 3(2020)102
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110。
[0003]类似于US3,479,310和DE1,495,847的教导，丙酮法尤其重要。在该方法中，首先制备NCO封端的聚氨酯预聚物，然后溶解在惰性溶剂中，最后在溶液中扩链以形成相对高分子量的聚氨酯。分散所需的亲水基团的并入优选通过在预聚物中并入含有离子、潜在离子或非离子亲水基团的二醇或通过使用相应的胺作为扩链剂来实现。分散在配备有搅拌器和任选的挡板的容器中不连续地进行。所用溶剂通常在分散于水中后立即从容器中蒸馏出。
[0004]在预聚物混合法中，最初通过使多异氰酸酯(polyisocyanate)、多元醇和阴离子内部表面活性剂(anionic internal surfactant)反应来制备聚氨酯预聚物，有时在溶剂和/或反应性稀释剂的存在下进行反应。阴离子内部表面活性剂被包括在聚合物主链中或悬挂在聚合物主链上。这种阴离子内部表面活性剂通常是二羟甲基丙酸(DMPA)，一种含有两个羟基和一个羧酸基团的分子。羟基与异氰酸酯基团反应生成具有侧链羧基的NCO封端预聚物。该预聚物在剪切力下分散在水中，任选地有或没有表面活性剂或乳化剂，任选地有合适的挥发性中和剂(诸如三甲胺(TEA))。中和剂与DMPA的羧基反应以形成水溶性盐。然后，添加二胺或三胺扩链剂以产生分散在水中且不含游离NCO基团的成品聚氨酯。
[0005]US5692937公开了用选自叔胺(诸如三乙胺)和碱金属氢氧化物的碱中和的聚酯多元醇(诸如聚(二乙二醇己二酸酯))、脂族二异氰酸酯(诸如IPDI)、二羟甲基丙酸的聚氨酯离聚物反应产物的水分散体。
[0006]US5965195公开了由脂族二异氰酸酯、大分子二醇、2,2
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双
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(羟甲基)烷单羧酸(2,2
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bis
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(hydroxymethyl)alkane monocarboxylic acid，2,2
‑
双
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(羟甲基)烷烃单羧酸)和Mw为62至400的二醇、单官能链终止剂、水和中和剂制备的NCO预聚物的聚氨酯
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脲的无共溶剂、含水、阴离子分散体。使用氨和二甲基乙醇胺(2
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(二甲基氨基)乙醇(DMAE)或N,N,
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二甲基乙醇胺(DMEA))作为中和剂。
[0007]WO2003/035710A1公开了由聚碳酸酯多元醇、IPDI、DMPA、丁二醇、三羟甲基丙烷
(TMP)、二乙醇胺(DEA)和TEA制备的羟基官能的聚氨酯分散体。
[0008]US2006/0205869公开了基于异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚丙二醇(PPG)、1,4
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丁二醇、二甲基丙酸(2,2
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双(羟甲基)丙酸；DMPA)以及氢氧化钠(作为中和剂)的无溶剂的电稳定的聚氨酯分散体。
[0009]US2011/0306724公开了一种无溶剂含水聚氨酯分散体，其包括含有异氰酸酯封端的预聚物的反应产物的聚氨酯聚合物，该预聚物包括多异氰酸酯、多元醇、每分子包括一个或多个离子基团或潜在离子基团的异氰酸酯反应性化合物、至少一种异氰酸酯链终止剂(诸如单官能醇或胺)、与异氰酸酯反应性化合物反应的中和剂以及扩链剂的反应产物。更易挥发的叔胺(例如沸点低于100℃的那些)当用作中和剂时被教导是有利的，因为由这些胺形成的盐能够分解。
[0010]WO2017/042178A1公开了一种用于制备含水聚氨酯分散体的方法。该方法包括在不存在含锡催化剂的情况下，由包括聚醚多元醇、阴离子内部表面活性剂(如DMPA)和脂族多异氰酸酯(如IPDI)的反应混合物形成NCO封端的聚氨酯预聚物。滴加N,N
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二甲基乙醇胺(DMEA)以中和DMPA的羧基。
[0011]WO2017/137237A1公开了一种用于制备含水、不含有机溶剂的聚氨酯分散体的方法。该方法包括由包括多元醇、多异氰酸酯、阴离子稳定剂(如DMPA)和至少一种包括至少两个羟基的非离子稳定剂(如二醇)的反应混合物形成NCO封端的聚氨酯预聚物。通过滴加二甲基氨基乙醇(DMAE)来中和聚氨酯预聚物中的DMPA。
[0012]CN111171272A公开了一种基于IPDI、PPG、氨基磺酸盐亲水扩链剂和阳离子封端剂(如二甲基乙醇胺(DMEA)或二乙基乙醇胺(DEEA))的含水聚氨酯分散体。
[0013]根据用TEA作为中和剂的多步骤方法制备的常规含水聚氨酯分散体在pH 6.5至9下是稳定的。然而，当pH降至低于6.5时，含水聚氨酯分散体就会不稳定，因为聚氨酯在酸性环境中没有稳定胺。结果，聚氨酯聚合物将从分散体中沉淀出来并且变得无用。
[0014]另一个缺点是，当含水聚氨酯分散体干燥时，中和剂(诸如挥发性TEA)会蒸发到大气中。因此，TEA成为一种空气污染物。
[0015]玻璃纤维生产商长期以来一直需要基于含水聚氨酯分散体的玻璃纤维浆料，其具有精细粒径，可在酸性和碱性条件下使用，对环境无害。因此，一个目的是提供一种含水聚氨酯分散体，其克服了现有技术的含水聚氨酯分散体的障碍和缺陷。
[0016]现在令人惊奇地发现，在生产过程的聚氨酯预聚物形成步骤中避免挥发性中和剂(如TEA)并且添加二烷基乙醇胺(如二甲基乙醇胺或二乙基乙醇胺)导致避免了VOC，因此避免了空气污染。通过将二甲基乙醇胺或二乙基乙醇胺添加至聚氨酯预聚物形成步骤，二甲基乙醇胺或二乙基乙醇胺与聚氨酯预聚物链反应以形成至少部分DMEA封端的聚氨酯预聚物，并且其充当非挥发性聚合叔胺。这使得能够生产具有玻璃纤维浆料所需的精细粒径的含水聚氨酯分散体。此外，该含水聚氨酯分散体可在pH 4.1至9本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于制备含水聚氨酯分散体的方法，包括以下步骤：i)由包括以下的反应混合物形成NCO封端的聚氨酯预聚物：a)至少一种多元醇，b)至少一种阴离子内部表面活性剂，其中，所述至少一种阴离子内部表面活性剂包括至少两个NCO反应性基团和至少一个带负电的官能团，优选羧基，c)二甲基乙醇胺或二乙基乙醇胺，以及d)至少一种多异氰酸酯，优选至少一种脂族、脂环族或芳族二异氰酸酯或三异氰酸酯，其中，相对于异氰酸酯基团与所述反应混合物的其他组分的所述NCO反应性基团和羟基的摩尔比，以过量使用所述至少一种多异氰酸酯，ii)在施加剪切力下，将所述聚氨酯预聚物分散到连续水相中，以获得预聚物分散体，所述剪切力优选通过机械搅拌施加；以及iii)使所述预聚物分散体与至少一种扩链剂反应以获得含水聚氨酯分散体，其中，步骤i)、ii)和iii)在不存在有机溶剂的情况下进行。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一种多元醇是聚醚多元醇，优选聚亚烷基二醇均聚物或共聚物，更优选聚丙二醇均聚物或共聚物、聚乙二醇均聚物或共聚物、聚四亚甲基醚二醇均聚物或共聚物、聚丙二醇/聚乙二醇嵌段共聚物、或它们的混合物。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一种阴离子内部表面活性剂包括2,2
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双(羟甲基)丙酸(DMPA)或2,2
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二羟甲基丁酸。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一种多异氰酸酯选自由以下组成的组：二环己基甲烷
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4,4'
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二异氰酸酯(H12MDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、2,4

【专利技术属性】
技术研发人员：马东昌，
申请(专利权)人：朗盛公司，
类型：发明
国别省市：