[发明专利]用于交联的聚氨酯的具有环状碳酸酯基团的有机树脂和水分散体

说明书

本发明涉及携带环状碳酸酯基团和羧基基团的特定树脂(特别地丙烯酸类、乙烯基或丙烯酸类-乙烯基树脂)、包含它的水(性)分散体(含水分散体)、用于制备这种水分散体的方法和用于在不使用任何异氰酸酯的情况下制备交联的聚氨酯的包含所述树脂或水分散体的水性(含水)可交联组合物(特别是涂料)，这种树脂能够形成不含表面活性剂的水分散体。

更具体地，本发明涉及从如下的两组分反应物体系开始获得交联的聚氨酯(PU)：一种为分散在水性介质中的本发明的具有环状碳酸酯官能团的树脂，另一种为选自携带伯胺和/或仲胺基团的多胺的交联剂，这不需要为了以惯常的方式获得聚氨酯而通常与多元醇联合的异氰酸酯。

已经公知，通过与多异氰酸酯的反应从多元醇树脂开始，由在有机溶剂介质中或在水性介质中分散的两组分体系获得交联的聚氨酯。更具体地，已知丙烯酸类多元醇由于它们较好的性能(特别是在老化方面)而被用于涂料应用。这样的多元醇是包括如下的丙烯酸类单体的共混物的共聚物：(甲基)丙烯酸羟烷基酯，如(甲基)丙烯酸羟乙基酯(HE(M)A)、或(甲基)丙烯酸羟丙基酯或(甲基)丙烯酸羟丁基酯。

这样的现有技术体系的主要缺点与如下事实有关：对于这样的基于丙烯酸-多元醇树脂的交联的两组分聚氨酯体系，异氰酸酯(多异氰酸酯)作为交联剂是不可缺少的。事实上，这样的使用通常引起关于对人类健康和对环境的毒性、安全性和有害性的问题；这些问题在它们的处理方面(甚至在水性介质中)施加严格的限制，并且因此处理变得更加复杂和昂贵。由于它们的毒性和它们从对环境也有毒和有害的起始材料(如具有盐酸的排放的光气，其也是对环境有害的)的制备，基于异氰酸酯的使用的这类化学需要用如下的解决方案替代：其是更为环境友好和人类友好的，且其注重环境和人类的健康，如使用容许这样的新起始材料的可持续发展。

此外，除健康和环境问题之外，使用可交联的多元醇-异氰酸酯体系对施用的条件是极为敏感的，即，不论使用溶剂还是水性介质(甚至更高的异氰酸酯消耗)，其中一些异氰酸酯官能团被溶剂介质中的残留水或被水性介质中的水消耗，具有难以控制的化学计量，结果是为了最终性能的重复性，导致与必要的化学计量相比异氰酸酯的过度消耗。在体系中的异氰酸酯被环境湿气或被水性介质中的水以副反应(脱羧和转化成聚脲的多胺的形成)消耗可影响涂层的结构和最终性能。特别地，通过与水的反应的CO₂的释放导致在最终涂层中形成CO₂的气泡(缺陷)，特别是在厚涂层的情况中。这是对常规的多元醇-异氰酸酯体系在如下方面的主要限制：对于常规的PU涂层，没有所述缺陷(CO₂气泡)的可能最大干厚度。将这种没有所述缺陷的最大干厚度性能称为“针孔限制(pinhole limit)”，其由实验部分中定义的针孔限制试验测量。在基于常规PU(基于异氰酸酯的)的涂层体系中，这种最大厚度为最多70μm。在本发明的涂层中，不存在这些缺陷，因此没有限制。在这些涂料中的异氰酸酯的其它缺点是它们对成本价格的高度影响，这特别地被通过与水的副反应引起的异氰酸酯的过度消耗增强。本领域中已知不使用多异氰酸酯的新型两组分体系(称为NIPU：非异氰酸酯PU)用于替代基于多元醇-多异氰酸酯的PU体系。它们是基于携带环状碳酸酯基团的树脂，其可通过多胺交联。

更具体地，BE 1009543描述基于通过溶液聚合获得的碳酸酯官能化的丙烯酸类树脂的体系，所述树脂在基于溶剂的介质中使用用于透明涂层应用的伯多胺交联。

US2012/0251730描述两组分的基于溶剂的组合物，其能够在不使用多异氰酸酯或不使用三聚氰胺-甲醛树脂作为交联剂的情况下干燥。它由通过自由基聚合获得且含有至少一个环状碳酸酯基团的共聚物，含有至少两个伯胺和仲胺基团的多胺，任选地至少一种溶剂、颜料和添加剂组成。实例显示具有感兴趣的硬度的膜，但未显示具有低VOC水平(VOC：挥发性有机化合物)的组合物的制造。

WO 2011/035982描述基于可分散于水中的丙烯酸类树脂的体系，所述丙烯酸类树脂具有用于以多胺交联的碳酸酯官能度，合成在溶剂介质中进行。使用可聚合的表面活性剂仅获得在水中的分散性。

US2012/316286描述类似的可水分散(hydrodispersible)粘合剂，所述粘合剂基于由环状碳酸酯官能化的单体、单体型乳化剂和另外的共聚单体获得的乙烯基共聚物，其可用于获得水分散体。