[发明专利]水分散性聚氨酯-乙烯基单体聚合物组合物

说明书

相关申请的交叉引用

本申请是申请日为2004年8月12日的中国申请200480029678.7(题目为“水基聚氨酯-聚乙烯组合物”)的分案申请。本申请要求2003年8月13日提交的美国临时申请系列第60/494,667号的优先权，该申请通过引用结合到本文中来。

发明背景

本发明涉及聚氨酯聚合物，特别是可空气固化的水基聚氨酯-乙烯基单体聚合物组合物，更具体地讲，本发明涉及适用于涂料(例如地板涂料)的可空气固化的水基聚氨酯-乙烯基单体聚合物分散体。

聚氨酯(PU)聚合物具有优异的耐磨、耐化学品和耐溶剂性，因此已知在涂料行业中聚氨酯聚合物用作聚合物涂料的一部分。这些聚合物可设计成高度柔韧和非常耐久的聚合物。在有机溶剂(例如脂肪烃)中制备常规的油改性的聚氨酯聚合物并用作透明的或有色的涂料。涂布后，溶剂挥发，与聚氨酯主链相连的烯基经空气氧化，通过交联固化薄膜。这些涂料主要用作木地板的透明涂料。具有较高固含量的涂料组合物比具有较高挥发性有机物(VOC)的组合物释放的烃溶剂更少。

为了努力降低VOC的释放量并保持其性能，生产者已使用水分散性聚氨酯。例如水基阴离子稳定的聚氨酯聚合物可如下制备：将多元醇和二羟基羧酸化合物与过量的二异氰酸酯反应，得到具有NCO端基的羧基官能的预聚物。用叔胺中和酸基，得到盐基。已中和的预聚物易分散于水中。NCO端基可与含有活性氢基的化合物反应，其中活性氢基比水活性更高，得到完全反应的聚氨酯聚合物。通常为了便于生产，在溶剂存在下制备预聚物，所述溶剂或者留在分散体中，或者在最后的制备步骤中除去，得到低溶剂或无溶剂的产品。易除去的溶剂通常为挥发性溶剂，例如丙酮或甲乙酮。或者水分散性聚氨酯聚合物的阴离子稳定基团可被阳离子稳定基团或非离子稳定基团置换，以促进水分散性。通常所述聚合物为线形的，且薄膜从硬和较不柔韧至柔软和很柔韧。这些水性聚氨酯聚合物的应用包括用于混凝土、金属、木材、半刚性和柔韧的塑料、橡胶、皮革、玻璃纤维施胶、印刷油墨和粘合剂的透明的和有色的涂料。

所述水基聚氨酯聚合物通常为线形聚合物。这些聚合物制备的薄膜比双组分溶剂型聚氨酯体系的高度交联的薄膜耐化学性差。通过预交联水基聚氨酯聚合物来制备聚氨酯涂料组合物可通过在预聚物阶段加入大量的含有多于两种的活性官能团的单体完成。但是，这样导致预聚物共混物非常粘稠，不易分散于水中。在分散阶段使较高百分含量的预聚物预交联或使用具有多于两种活性官能团的扩链剂，可导致聚合物显著凝胶化。

发明概述

由于环境对涂料体系中挥发性有机化合物(VOC)含量的限制越来越严格，在涂料行业中需要低溶剂或无溶剂的聚合物体系。还需要稳定的和可自交联的聚氨酯-聚乙烯组合物，所述组合物为在室温下快速干燥的可空气固化的聚氨酯-聚乙烯组合物，并能制备耐磨、耐化学品和耐污染的交联的涂料。

还需要在室温下快速干燥的稳定的单组分含有烯基的可自交联的聚氨酯-聚乙烯组合物。

本发明提供了含有磺化聚氨酯聚合物和乙烯基单体聚合物(第二种聚合物)的水分散性聚氨酯-乙烯基单体聚合物组合物(或分散体)。所述聚氨酯聚合物为多异氰酸酯与磺化多元醇的反应产物。任选所述聚氨酯聚合物包含含有活性氢原子的扩链剂。在附加的权利要求中，本发明的磺化聚氨酯聚合物包含烯属基团。所述乙烯基单体聚合物由烯属不饱和单体制备。

此外，本发明提供了一种制备含有磺化聚氨酯聚合物和乙烯基单体聚合物的水分散性聚氨酯-乙烯基单体聚合物组合物(或分散体)的方法。向氨基甲酸酯官能的聚合物主链中加入二羧酸磺基单体或其盐(例如5-(钠代磺基)间苯二甲酸(SSIPA)、5-(锂代磺基)间苯二甲酸(LSIPA)等)，得到不需要胺中和剂的水分散性聚氨酯树脂，胺中和剂会产生VOC。但是，使用少量的胺中和剂是可接受的。本发明提供了这样一种方法，其中在聚氨酯聚合步骤中，所述烯属不饱和单体可代替有机溶剂用作活性稀释剂。使用烯属不饱和单体作为活性稀释剂提供了一种制备低(例如零)VOC的聚氨酯分散体(例如脂肪酸和/或油改性的聚氨酯分散体)的方法。

本发明还提供了挥发性有机化合物含量(VOC)低或基本为零的聚氨酯聚合物组合物。所述组合物的VOC少于所述组合物总重量的约5％。优选所述组合物的VOC少于所述组合物总重量的约3％。更优选所述组合物的VOC少于所述组合物总重量的约1％。最优选所述组合物的VOC基本为零，基于所述组合物总重量计算。本发明的组合物为可空气固化的、在室温下快速干燥的可自交联的油和/或脂肪酸改性的聚氨酯-乙烯基单体聚合物组合物，且能制备耐磨、耐化学品和耐污染的涂料。