[发明专利]水分散性聚氨酯聚合物

说明书

技术领域

本发明主要涉及聚氨酯聚合物，并且更具体地，涉及水分散性聚氨酯 聚合物。

背景技术

包含聚氨酯(PU)聚合物的涂料组合物通常对磨蚀、化学品以及溶剂显 示出优异的抵抗性。PU涂料可以被用于各种应用诸如，例如，用于以下 的涂料：木材、混凝土、金属、木材、半刚性和挠性塑料、橡胶、皮革、 玻璃纤维上浆、印刷墨水以及粘合剂。

显示用于这种应用的适当的机械性质的PU涂料组合物可以使用油-改 性的PU聚合物制备。常规油-改性PU聚合物典型地在有机溶剂中制备， 并且被以透明或着色的涂料的形式涂敷。在将PU涂料组合物涂敷到基底 上以后，有机溶剂被蒸发掉，以形成膜，然后所述膜典型地通过空气氧化 包含在所述膜的PU聚合物中的烯基而固化。

政府已经逐渐建立了限制将挥发性有机化合物(VOC)释放到大气中的 法规，这影响了含有油-改性PU聚合物的PU涂料组合物的使用。为了减 少释放的VOC的量，制造商已经通过使用水分散性PU聚合物，减少了 有机溶剂在PU涂料组合物中的量。常规的水分散性PU聚合物例如可以 通过下列方法制备：将多元醇和二羟基羧酸化合物与过量的二异氰酸酯反 应，以提供具有异氰酸酯(NCO)端基的羧基-官能的预聚物。酸基可以被中 和，以提供可在水中分散的中和的预聚物，所述可在水中分散的中和的预 聚物可以被进一步改性，以得到各种性质。

使用常规水分散性PU聚合物形成的PU膜典型地从坚硬并相对刚性 的膜变化到柔软并高挠性的膜。通常难以从常规水分散性PU聚合物制备 显示性能特征的适当组合(例如，良好的硬性和挠性)的PU膜。为了使用 常规的水分散性PU聚合物获得良好的硬性和挠性，制造商典型地使用增 加量的异氰酸酯配制PU聚合物，这可能导致对于各种应用所禁止的增加 的材料成本。

同样地，存在着对新的低VOC或基本上无VOC的涂料体系的需求。

发明概述

在一个实施方案中，本发明提供了一种水分散性PU聚合物，所述水 分散性PU聚合物包含许多氨基甲酸酯键、许多盐或成盐基团、许多空气- 可固化烯键式不饱和基，以及许多具有结构X-Z-X的脂环基，其中Z是脂 族环结构，每一个X是独立选自酯基、醚基、酰胺基、碳酸酯基、氢或 CRn中的一个基团，其中R独立选自氢、卤素、氧、氮、有机基、或它们 的组合，并且n是0、1或2，并且其中X基的至少一个是将脂环基连接 到聚氨酯聚合物的另一个部分的二价连接基。优选地，基于PU聚合物的 总的干重，PU聚合物包括至少约30重量％的脂环基和空气-可固化烯键式 不饱和基。

在另一个实施方案中，本发明提供了一种包括本文中所述的PU聚合 物以及水性载体的涂料组合物。

在又一个实施方案中，本发明提供了一种形成可用于制备本发明的PU 聚合物的PU预聚物的方法。该PU预聚物可以被中和，被分散在水性载 体中，并且任选被链增长。

本发明的以上概述不意欲描述本发明的每一个公开的实施方案或每一 个实施。随后的说明书更加具体地说明示意性实施方案。在遍及整个申请 的多个地方，通过实施例的列举提供了指导，所述实施例可以以各种组合 使用。在每一种情形下，陈述的列举仅起代表性组的作用，而不应当被解 释为是排他性的列举。

定义

除非另外规定，本说明书中使用的下列术语具有以下提供的含义。

术语“脂环的”是指含有饱和或不饱和的非芳族闭环结构的有机化合物 或基团。

如在本文中在预聚物或聚合物的上下文中所使用的术语“干重”，是指 用于形成PU预聚物或聚合物的反应物(不包括任何溶剂)的总重量。

术语“异氰酸酯”是指具有至少一个异氰酸酯或-NCO基的有机化合物。 除非另外指出，该术语包括异氰酸酯和多异氰酸酯(例如，二异氰酸酯、三 异氰酸酯等)。

术语“预聚物”是指在PU聚合物的制备期间形成的中间聚合物阶段。

术语“有机羟基”是指具有共价地键合到碳原子的羟基的官能团，并且 不包括存在于羧基官能团中的羟基。