[发明专利]水性可分散聚合物组合物

说明书

技术领域

本发明涉及水性可分散聚合物组合物、其制备方法及其用途。

背景

由于树枝状聚合物的独特结构能形成高性能涂料，树枝状聚合物已被用于制造防护涂料领域。防护涂料为表面提供保护，使其免受诸如水、雪、冰、热、尘、雾、有机废物、化学侵蚀和酸雨等自然环境的损害。

由于树枝状聚合物为可以包含暴露在树枝状聚合物的外周边缘的大量的反应性官能团的超支化结构，因而它们被认为是用于提供具有高交联密度和高表面保护性能的涂料薄膜的最有前途的树脂体系之一。

根据支化度，可以将树枝状聚合物分为第一代、第二代、第三代、第四代或甚至第五代树枝状聚合物。第一代树枝状聚合物理论上可以具有总共八个外周反应性官能团，而第二代聚合物理论上将具有十六个外周官能团，并且第三代聚合物理论上将具有三十二个外周官能团，以此类推。每分子的外周官能团总数也被称为外周官能度。

树枝状聚合物可以模拟球体的流体力学体积，因此，它们可以用于提供具有高分子量同时保持相对低的粘度的涂料。同时，树枝状聚合物可以用于为涂料提供高交联密度同时保持涂料的柔韧性。

由于树枝状聚合物在水中缺乏溶解性，通常以有机溶剂基涂料体系来提供包含树枝状聚合物的防护涂料。

这样的溶剂基体系提供优异的耐磨性、柔韧性、粘附性和耐化学性。然而，由于存在本身为挥发性的有机溶剂，由溶剂基体系制备的涂料通常会释放不期望的高水平的挥发性有机化合物(“VOC”)。近年来，很多国家实行了日益严格的监管要求，其促使涂料生产商探索具有低VOC释放水平的涂料组合物的可能性。因此，本领域中已有不涉及使用有机溶剂的水基涂料的设想。

然而，由于大型聚合物如树枝状聚合物的疏水性，因而需要在这些聚合物上接枝至少一定量的离子性物质以使得聚合物组合物可溶于水。

一种已知的用于将离子基团结合至树枝状聚合物上的方法为使羟基官能团树枝状聚合物与酸酐反应并随后中和该混合物。在这种方法中，羧基接枝在树枝状聚合物的外周表面上以提高其在水中的溶解性。在一种已知的水基树枝状聚合物涂料中，所述涂料包含含氟的树枝状聚合物，该树枝状聚合物具有至少一个悬吊的氟碳部分和至少一个悬吊的阴离子部分。可推测阴离子部分的存在提高了树枝状聚合物在水中的溶解度。

然而，这种额外的修饰步骤很麻烦并且导致与采购用于实施修饰步骤所需的化学试剂和溶剂相关的支出增加。此外，某些所需的化学试剂和溶剂为有机污染物，并且对其的处理将造成后勤和环境上的问题。

更重要的是，已观察到过量的离子基团(例如羧基)的并入会对涂料性能产生不良影响，尤其在涂料的耐化学性和耐水性方面。

因此，需要提供克服或至少改善一个或多个如上描述的缺点的聚合物组合物。

具体地，本发明的一个目的是提供水性可分散聚合物组合物，该聚合物组合物不需要为了获得其在水性溶剂中的溶解度而进行额外的修饰步骤，同时能提供表现出与常规水基涂料可比的(如果不是更优异的话)性能的涂料。

概述

第一方面，提供了水性可分散聚合物组合物，其包含：(i)羟基官能化树枝状聚合物；(ii)一种或多种极性化合物，所述极性化合物既可与所述羟基官能化树枝状聚合物混溶又可与水性溶剂混溶；其中所述一种或多种极性化合物以足以使所述羟基官能化树枝状聚合物在所述水性溶剂中分散的量存在。

有利地，所述树枝状聚合物能够在水性溶剂中分散而不需要用一种或多种离子基团将树枝状聚合物的外周表面官能化。

已观察到，当树枝状聚合物已用离子基团(例如羧基基团)官能化后，由该官能化的树枝状聚合物制备的涂料的性能，相较于由未经悬吊的离子基团官能化的树枝状聚合物制备的涂料，可表现为较差的耐化学性/耐水性。相反地，未经官能化的树枝状聚合物不能在水性溶剂中分散，并且当与水性溶剂混合时倾向于经历相分离。这导致不稳定的聚合物组合物，如果真用该聚合物组合物形成涂料薄膜的话，其不易于形成涂料薄膜。

有利地，本文公开的水性可分散聚合物组合物能够在水性溶剂中分散而不需要用离子部分进行官能化，从而避免了上述缺点。因此，所公开的聚合物组合物还可以用于制备具有优异的涂料性能(尤其是在耐化学性和耐水性方面)的水基涂料。同样有利地，所公开的水性可分散聚合物组合物在与水性溶剂的混合物中稳定，并且可以容易地与交联剂混合以形成涂料组合物。