[发明专利]包含聚氨酯的可交联涂料组合物

说明书

本申请要求2007年12月18日提交的美国临时专利申请61/008,039的优先权，所述申请全文通过引用结合到本文中。

发明背景

包含聚氨酯(PU)聚合物的涂料组合物一般显示极佳的抗磨损、抗化学品和抗溶剂性。PU涂料可用于多种应用，例如木料、混凝土、金属、半刚性和柔韧性塑料、橡胶和皮革的涂料以及玻璃纤维施胶、印刷油墨和粘合剂。

可用油改性的PU聚合物制备用于这些应用的显示适合机械性质的PU涂料组合物。常规油改性的PU聚合物一般在有机溶剂中制备，并且应用于透明涂料或着色涂料。在PU涂料组合物施加到基材后，有机溶剂蒸发，以形成薄膜，然后一般通过薄膜的PU聚合物中包含的乙烯基的空气氧化作用固化。

政府已越来越多地制定限制挥发性有机化合物(VOCs)释放到大气的法规，这些法规影响包含油改性PU聚合物的PU涂料组合物的使用。为了减少释放的VOCs的量，制造商已通过使用水分散性PU聚合物减少PU涂料组合物中有机溶剂的量。例如，通过使多元醇和二羟基羧酸化合物与过量二异氰酸酯反应，以提供具有异氰酸酯(NCO)末端基团的羧基官能预聚物，可制备常规水分散性PU聚合物。可中和酸基，以提供可分散于水的经中和预聚物，可进一步使经中和预聚物改性，以得到不同的性质。

用常规水分散性PU聚合物形成的PU薄膜一般为硬和相对不柔韧的薄膜到软和高柔韧的薄膜。通常难以从常规水分散性PU聚合物制备显示适合性能特性组合(例如，良好的硬度和柔韧性两种特性)的PU薄膜。为了用常规水分散性PU聚合物达到良好的硬度和柔韧性两种特性，制造商一般用增加量的异氰酸酯配制PU聚合物，这可增加材料成本，此成本对很多应用而言过高。

因此，仍需要新的水性低VOC或基本不含VOC的PU涂料系统。也需要通过在水蒸发时交联固化的此类水性涂料组合物。

发明概述

本发明提供一种包含水分散性聚氨酯(PU)聚合物的水性可交联涂料组合物。在某些实施方案中，涂料组合物还包含具有羰基的乙烯基聚合物(即，羰基官能乙烯基聚合物)。在某些实施方案中，涂料组合物还包含胶乳聚合物。组合物也可包含羰基反应性胺和/或肼官能团。虽然此官能团可结合到乙烯基聚合物(或胶乳聚合物)中，但它们优选在不同于乙烯基聚合物(或胶乳聚合物)和聚氨酯聚合物的交联剂中。

在一个实施方案中，本发明提供一种水性可交联涂料组合物，所述组合物包含水、水分散性聚氨酯聚合物、羰基官能乙烯基聚合物和羰基反应性胺和/或肼官能团。水分散性聚氨酯聚合物包含多个氨基甲酸酯键；多个具有结构X-Z-X的脂环族基团，其中Z为脂族环结构，各X为独立选自酯基、醚基、酰胺基、碳酸酯基、氢或CR_n的基团，其中R独立选自氢、卤素、氧、氮、有机基团或其组合，n为0、1或2，其中至少一个X基团为使脂环族基团连接到聚氨酯聚合物的另一个部分的二价连接基；多个盐或成盐基团；和多个空气可固化烯键式不饱和基团。

在某些实施方案中，羰基官能乙烯基聚合物为具有羰基的多级乙烯基胶乳聚合物。在另一个实施方案中，多级乙烯基胶乳聚合物包含具有-65℃至50℃的Tg的至少一个软级(stage)和具有30℃至230℃的Tg的至少一个硬级。

在某些实施方案中，多级乙烯基胶乳聚合物包含具有高浓度羰基官能单体的至少一个级，优选浓单体进料包含90％至100％用于制备完成(completed)乙烯基聚合物的羰基官能单体。例如，在一种二级聚合物中，聚合物的第一个50％以低量C＝O制备，第二个50％包含高量C＝O。

在某些实施方案中，羰基反应性胺和/或肼官能团结合在乙烯基聚合物内。在某些实施方案中，乙烯基聚合物的胺和/或肼含量为10至300毫当量/100克聚合物。

在某些实施方案中，羰基反应性胺和/或肼官能团在不同于乙烯基聚合物和聚氨酯聚合物的交联剂中。在某些实施方案中，交联剂为每分子含2至10个伯氨基的多官能胺(即，多元胺)。在某些实施方案中，交联剂为多官能肼(即，多元肼)。

在某些实施方案中，组合物中交联剂的量为提供至少0.2当量胺和/或肼基团/摩尔存在于组合物的羰基官能团的量。

在某些实施方案中，组合物中聚氨酯聚合物与具有羰基官能团的乙烯基聚合物的重量比在90∶10至10∶90的范围内。

在某些实施方案中，固体含量为基于组合物总重量20％重量(wt％)至60％重量。在某些实施方案中，组合物包含基于组合物总重量小于30％重量挥发性有机化合物。