[发明专利]高度支化聚合物的水基分散体

说明书

相关申请的交叉引用

此美国专利申请案要求于2007年7月30日提交的美国临时专利申请60/952,689的优先权，对于所有的目的，将该专利的全部内容引入本文作为参考。

技术领域

总体而言，本发明涉及高度支化聚合物的水基分散体及该分散体的制备方法。

发明背景

高分子量的高度支化聚合物(包括微凝胶(microgel))可用于许多涂料中。如在美国专利6,034,157中所记载的，这些聚合物可通过使酸官能性丙烯酸系树脂与二环氧化合物反应而制备。但是，许多支化聚合物因为在有机溶剂中发生聚合并分散，所以不适合用于低挥发性有机化合物涂料。另外，无论是水基聚合物还是溶剂基聚合物，这些聚合物的酸值都可能限制由这些聚合物制备的涂料组合物的固含量。

发明概述

总体而言，本发明涉及制备高度支化聚合物的方法，该方法包括下列步骤：使分散于水中的酸官能性丙烯酸系树脂或苯乙烯-丙烯酸系树脂(arylic oratyrene-arylic resin)与具有至少两个环氧基团的多环氧官能性树脂发生反应来制备第一高度支化聚合物；以及，随后使所述第一高度支化聚合物与单环氧官能性树脂或化合物反应以形成第二高度支化聚合物、和/或进一步官能化的聚合物的水性分散体。

第二高度支化聚合物的水性分散体非常适用于各种涂料，包括油墨、双组份(2-pack)环氧涂料、紫外光(UV)固化涂料和气干型涂料(air dry coating)。水性分散体也可用作印刷油墨的粘结剂和平面造型艺术(graphic arts)中使用的套印清漆(overprint varnish)。

发明详述

本发明提供了用于涂料的高度支化聚合物的水性分散体以及制备该聚合物的方法。该聚合物可以具有高分子量，并且可以合意地采用微凝胶形式。可将聚合物和分散体配制成具有使其非常适用于各种涂料的官能团、粘度和固含量的形式，所述涂料包括但不局限于双组份环氧涂料、紫外光或过氧化物固化涂料及气干型涂料。该聚合物和分散体也可用作印刷油墨中的粘结剂和平面造型艺术中使用的套印清漆。

一种形成所述聚合物的基本方法包括如下步骤：使分散于水中的酸官能性丙烯酸系树脂(arylic resin)与含有至少两个环氧官能团的多环氧官能性树脂反应以制备第一高度支化聚合物。期望的是，该水性分散体介质不含或基本不含有机溶剂。丙烯酸系树脂具有较高的酸值，这能够实现良好的分散以形成第一高度支化聚合物。与多环氧官能性树脂的反应增加了聚合物的支化程度和分子量，在某些情况下导致形成了微凝胶。此反应步骤决定了聚合物的粘度，并且在微凝胶的情况下决定了粒径。随后使此第一聚合物与单环氧官能性树脂或化合物进行反应以形成第二高度支化聚合物或微凝胶的水性分散体。该第二反应进一步消耗了第一聚合物上的一些酸官能团，从而降低了酸值，并且能够实现固含量高于其他方式的分散体。此外，该第二反应还进一步对聚合物进行官能化。所得的聚合物具有良好的防水性(water-resistance)和韧性，在低VOC含量下成膜，并具有高光泽度(glosspotential)。

本文所使用的术语“微凝胶”是指聚合物颗粒的分散体，这些聚合物颗粒内部发生交联但在连续相中没有任何明显量的交联，从而赋予了分散体较低的粘度和较高的固含量。这些微凝胶在成膜时形成了连续的网络。

这些反应按照上述顺序发生是重要的，这是因为如果酸官能性树脂首先与单环氧官能性树脂或化合物反应，所引起的酸值降低以及伴随的pH升高会由于聚合物的解卷而导致粘度急剧增加。这种粘度增加可使得这些分散体不适合用于涂料。相反地，使酸官能性树脂首先与多环氧官能性树脂反应，产生了不会解卷的高度支化聚合物，因此在随后与单环氧官能性树脂或化合物反应时不会发生粘度的大量增加。这将在下述实施例1中说明。

本发明中使用的水分散性酸官能性丙烯酸系树脂合意地是羧酸官能性树脂，所述羧酸官能性树脂由一种或多种丙烯酸或甲基丙烯酸单体与一种或多种另外的烯键式不饱和单体聚合而制备。这些另外的单体可包括无官能性的丙烯酸酯类或甲基丙烯酸酯类、无官能性的苯乙烯类(styrenics)或它们的组合。也可将羟基官能性单体以及其他的官能性单体(例如双丙酮丙烯酰胺(DAAM)和甲基丙烯酸乙酰乙酰氧乙酯(AAEMA))聚合入丙烯酸系树脂中。如果要将聚合物用作双组份涂料，则在丙烯酸系树脂中包含羟基官能团是有利的。DAAM和AAEMA提供了在室温下能发生交联的分散体。