[發(fā)明專利]可輻射固化的聚氨酯分散體

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380056736.4
• 申請日: 2013-10-25
• 公開（公告）號: CN104884532A
• 公開（公告）日: 2015-09-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: R·R·羅斯勒;L·K·金丁;S·尤納爾;P·D·施米特;R·M·柯尼特斯內(nèi)
• 申請（專利權(quán)）人: 拜爾材料科學(xué)有限公司
• 主分類號: C08L75/04
• 分類號: C08L75/04;C08K5/17;C08J3/03;C08G18/62
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 陳哲鋒;江磊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及新的可輻射固化的水性陰離子型聚氨酯分散體，其用作中和劑時不會釋放揮發(fā)性胺。在輻射固化加工過程中可以將胺中和劑結(jié)合至聚合物主鏈。還公開了形成所述分散體的方法和由其形成的膜。

發(fā)明背景

聚氨酯的水性分散體通常用于制備聚合物涂料和膜組合物。這些聚氨酯可具有理想的性質(zhì)，例如耐化學(xué)性、耐水性、耐溶劑性、韌性、耐磨性和耐久性。

聚氨酯聚合物分散至水性溶液中的分散性可以通過將離子基團(例如陽離子基團或陰離子基團)或非離子型親水性基團結(jié)合至聚合物主鏈或者與聚合物直鏈側(cè)接來實現(xiàn)。離子基團或親水性基團的存在增加了水性溶劑中聚合物的溶解性。具有最大分散性增強效應(yīng)的官能團是羧酸官能團。當(dāng)采用羧酸取代時，通常在將聚氨酯或聚氨酯-聚丙烯酸酯分散在水性溶液中之前或過程中用揮發(fā)性叔胺來中和酸性羧酸官能團。叔胺與羧酸根官能團形成酸/堿離子對。

叔胺中和劑的揮發(fā)性可能存在這樣的問題，因為它們在形成膜的過程中會蒸發(fā)，因而造成環(huán)境污染。因此，需要避免使用揮發(fā)性胺中和劑的新的親水性聚合物化合物。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了新的水性陰離子型聚氨酯分散體，該分散體可用于形成聚合物膜和涂層。本發(fā)明的一個實施方式提供了一種水性聚合物分散體，其包含聚氨酯和叔氨基官能化的不飽和單體，所述聚氨酯包含主鏈并且沿著主鏈具有側(cè)接的(甲基)丙烯酸酯基團和沿著主鏈的側(cè)接羧酸基團。所述叔氨基官能化的不飽和單體具有通式I的結(jié)構(gòu)：

根據(jù)通式I，R¹,R²和R³各自獨立地是H或直鏈或支鏈的、取代或未取代的C₁-C₁₀烷基、R⁴和R⁵各自獨立地是對碳碳雙鍵或胺官能團沒有反應(yīng)性的有機基團，n的值為0或1，L是二價有機連接基團。

本發(fā)明的其它實施方式提供了已輻射固化的聚氨酯，所述聚氨酯包含以下組分的反應(yīng)產(chǎn)物，所述組分包含：多異氰酸酯單體，具有側(cè)接羧酸或羧酸根離子的多元醇單體，具有側(cè)接(甲基)丙烯酸酯基團的單體、低聚物或聚合物多元醇，以及叔氨基官能化的不飽和單體。根據(jù)這些實施方式，在輻射固化工藝過程中，所述叔氨基官能化的不飽和單體的叔胺基團與側(cè)接的羧酸或羧酸根離子形成離子對，叔氨基官能化的不飽和單體上的不飽和基團與側(cè)接的(甲基)丙烯酸酯基團反應(yīng)。如本文所述，根據(jù)各種實施方式，叔氨基官能化的不飽和單體具有通式I的結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的其它實施方式提供了形成水性聚氨酯分散體的方法。所述方法包括制備包含聚氨酯的預(yù)聚物，所述聚氨酯包含主鏈以及具有沿著主鏈的側(cè)接(甲基)丙烯酸酯基團和沿著主鏈的側(cè)接羧酸或羧酸根基團；用叔氨基官能化的不飽和單體中和沿著主鏈的側(cè)接羧酸基團；以及將預(yù)聚物分散在水性溶液中。

本發(fā)明的其它實施方式提供了形成輻射固化的聚氨酯膜的方法。所述方法包括：(a)將涂料施涂至基材的至少部分表面上，以形成膜；以及(b)將該膜暴露于紫外輻射或電子束輻射，其中所述涂料包含由以下方法形成的水性聚氨酯分散體：(i)制備包含聚氨酯的預(yù)聚物，所述聚氨酯包含主鏈以及具有沿著主鏈的側(cè)接(甲基)丙烯酸酯基團和沿著主鏈的側(cè)接羧酸或羧酸根基團，其中所述預(yù)聚物任選地在溶劑中；(ii)用叔氨基官能化的不飽和單體中和沿著主鏈的側(cè)接羧酸基團；以及(iii)將所述預(yù)聚物分散在水性溶液中，以形成分散體。

還公開了由所述方法形成的涂層和膜，以及本發(fā)明所述的聚氨酯分散體。

附圖簡要說明

接合以下附圖來閱讀本發(fā)明，其中：

圖1闡釋了本發(fā)明的可輻射固化的聚氨酯聚合物分散體的通用結(jié)構(gòu)。

圖2闡釋了圖2A的非交聯(lián)膜與圖2B的交聯(lián)膜的通用結(jié)構(gòu)。

發(fā)明詳述

聚氨酯的水性聚合物分散體可用于涂料組合物等。聚合物的分散性可以通過在聚合物骨架上結(jié)合離子基團或非離子型親水性基團來實現(xiàn)。羧酸官能團是更常見的離子官能團中的一種。在分散過程之前或過程中可以用揮發(fā)性叔胺來中和羧酸或其它酸性官能團。中和反應(yīng)形成羧酸根陰離子和季胺抗衡離子。但是，殘余揮發(fā)性胺在膜形成過程中或之后蒸發(fā)存在環(huán)境問題。本發(fā)明提供了適合用于形成水性分散體、形成膜以及其它用途的聚氨酯聚合物，其中減少或消除了揮發(fā)性胺蒸發(fā)。