[发明专利]水可分散的环状碳酸酯官能化的乙烯基共聚物体系

说明书

本发明涉及一种水可分散的环状碳酸酯官能化的乙烯基共聚物粘合剂、一种制备所述粘合剂的方法、一种含有此粘合剂的水性分散体、一种包括此粘合剂、水和固化剂的体系、以及所述粘合剂用于制备硬化涂层的用途。

基于聚异氰酸酯的双组份体系是现有技术的一部分。它们被用作，例如，粘合剂、密封剂、接缝填充化合物，用于腐蚀保护和用于涂层。这样制得的硬化组合物对酸、碱和化学品的高耐受度是有利的。然而，NCO基团对水分敏感。因此制备基于异氰酸酯的储存稳定的基于水的体系是不可能的。此外，单体的和低分子量的异氰酸酯化合物在毒理上不安全，特别是如果它们易挥发或迁移时。

聚氨酯也可以由环状碳酸酯化合物起始获得。已知带有环状碳酸酯基团的乙烯基化合物的聚合与相应的未取代的乙烯基化合物相比大幅加速，这是由于这些基团分子内和分子间的效应(Macromolecules，2008，9035-9043)。此外，环状碳酸酯基团可进一步通过胺交联。

为制备基于水的体系，需要粘合剂在水中有足够的分散性。为达到此目的，已存在一种转变，将需要的乳化剂以化学方式引入粘合剂链中，以获得粘合剂的分子分散性。

WO 97/23516 A1记载了一种水性的、可交联的涂料组合物，其含有一个聚合物体系，该聚合物体系可通过一种方法交联，此方法包括将一种环状碳酸酯基团与一种胺基团反应。通过羧酸酯基团的协助达到水分散性。通过将羧酸酯基团与氮丙啶反应引入氨基团。环状碳酸酯基团和胺基团可以键合至相同或不同的聚合链上。乙烯基加聚物、包括(甲基)丙烯酸酯聚合物和聚氨酯，作为聚合物体系而提及。

然而，此单组份体系的固化是通过加温或在室温保持较长时间而实现的。氮丙啶通常是有毒并致癌的。此外，羧酸酯基团在水溶液中具有高pH值，这可不利地影响耐水解稳定性，从而不利地影响水性分散体的储存稳定性。

JP 09278982 A记载了一种可固化的树脂组合物，其包括至少一种含有碳酸酯基团的乙烯基聚合物、一种具有OH基团的聚硅氧烷、或者分别地，含有连接到硅原子上的可水解基团、以及一种硬化催化剂。尽管JP 09 278982 A提及了含有直链碳酸酯基团的乙烯基聚合物连同含有环状碳酸酯基团的乙烯基聚合物，可以很容易地从此专利申请的段落[0021]中理解这是含碳酸酯基团的乙烯基聚合物的两个可替代的实施方案的问题。

EP 0737 726 A1在表1中公开了甘油基碳酸酯甲基丙烯酸酯与其他的(甲基)丙烯酸酯和乙烯基单体的组合，但是不含有乳化剂组分。

本发明的一个目的实质上是克服上述现有技术的至少一部分缺陷。特别地，期望提供一种不带有NCO基团并且在制备过程中不使用氮丙啶的水基乙烯基共聚物粘合剂，所述粘合剂能制得具有高固体含量的可固化的稳定水性分散体。此水性分散体的储存稳定性应当满足商业需求。此分散体应当不需要有机溶剂或添加的乳化剂。粘合剂应当易于制备和使用。

独立权利要求的特征实现了这些目标。从属权利要求涉及优选实施方案。

令人惊讶地发现一种乙烯基共聚物粘合剂制得固体含量最高达≥30重量％的稳定的水性分散体，所述乙烯基共聚物粘合剂具有引入聚合物链的环状碳酸酯基团，并且其中本发明的乳化剂基团同样引入聚合物链。

本发明提供一种水可分散的、环状碳酸酯官能化的乙烯基共聚物粘合剂，其具有衍生自以下物质的结构基团：i)至少一种乙烯基单体(I)，其具有至少一个环状羧酸酯基团；ii)至少一种乙烯基单体(II)，其具有至少一个乳化剂基团；以及(iii)任选地至少一种可共聚的乙烯基单体(III)，其不同于单体(I)和(II)。

为本发明的目的，“乙烯基单体”的含义应理解为烯键式不饱和化合物。因此，“乙烯基单体”也包括烯丙基单体、丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯。“结构基团衍生自相应的单体”的叙述包括相应的单体被共聚的可能性；也包括相应的结构基团仅在聚合反应后通过化学改性而获得的可能性。

所述环状碳酸酯基团特别是一个5元或6元环，优选为一个2-氧代-1，3-二氧戊环。

一种优选的乙烯基单体(I)是下式的化合物，即

其中

R₁为H或CH₃；

R₂为H、烷基、芳基、芳烷基或烷芳基，优选为H、C_1-8烷基、C_6-14芳基、C_7-20芳烷基或者C_7-20烷芳基，特别是H；