[发明专利]不含溶剂的水性能固化的聚氨酯分散体和制造不含溶剂的水性聚氨酯分散体的方法

说明书

本发明涉及能固化的水性(含水，aqueous)聚氨酯分散体和用于制造所述水性聚氨酯分散体的方法、得自其的能固化的组合物和最终的(完工的)固化的产品。更具体地，本发明涉及能通过光化辐射固化的不含溶剂的水性聚氨酯分散体。

聚氨酯分散体在工业中找到许多用途。例如，聚氨酯分散体可用于涂覆木材、塑料、金属、玻璃、纤维、织物、皮革、石头、混凝土、陶瓷或复合材料和其它基底以提供针对机械、化学和/或环境影响的保护。聚氨酯分散体还可用于胶粘剂、密封剂、墨和化妆品等。

由聚氨酯分散体形成的聚氨酯涂层可用于提供划痕、磨损和磨耗耐受性；UV保护；耐腐蚀性；光滑或平的外观；化学和污渍耐受性；耐水解性；阻燃性；抗微生物活性；电传导或绝缘；对气体的阻隔或渗透性；粘附性；触觉效果例如软的触感；易于清洁和防指纹性。

聚氨酯分散体典型地通过如下制造：首先形成聚氨酯预聚物，它包括端基例如异氰酸酯(NCO)基团，其可经历随后的扩链反应。为了促进分散体的形成，经常将聚氨酯预聚物用有机溶剂稀释，之后分散在水中，以降低所述预聚物的粘度。在分散在水中之前或之后，预聚物可经历扩链反应以增加聚合物链的长度和/或向聚氨酯添加另外的功能性(官能度)。

由于挥发性、可燃性和在从聚氨酯分散体除去有机溶剂方面的困难，有机溶剂的使用可为不合乎需要的。还存在对于工业过程使挥发性有机化合物(VOC)的使用最小化的日益增加的压力。许多VOC已被与环境问题关联并且对于暴露于它们的工作者可为有害的。

经常在分散在水中之后除去有机溶剂。蒸馏是用于除去有机溶剂的典型方法，但是还可使用其它的方法。丙酮是在聚氨酯分散体的制备中使用的常见溶剂。由于成本，丙酮常常被再循环用于重复使用。然而，湿的丙酮，即包含水的丙酮，不能在聚氨酯制造过程中被再使用。在聚氨酯制造中的丙酮的分离增加成本、复杂性和时间。由于除去的困难，预计至少一些丙酮保留在聚氨酯分散体中。

美国专利申请公布No.2002/0259065公开了用于制备具有低粘度的异氰酸酯封端的预聚物的工艺。所述预聚物是使用特定的反应顺序形成的，其中NCO官能化的化合物与OH官能化的化合物的反应最初在不存在携带酸的化合物的情况下发生。所述异氰酸酯封端的预聚物是在丙酮溶剂中形成的，所述丙酮溶剂随后通过蒸馏除去。

WO2012/126911公开了用于形成聚氨酯分散体的工艺，所述聚氨酯分散体包含具有足够低的粘度的聚氨酯预聚物，使得它们可在不使用溶剂或其它稀释剂的情况下被分散。然而，所述工艺使用羟基端基而不是异氰酸酯端基，这限制了聚氨酯的功能性。此外，所述预聚物不是丙烯酸酯化的并且无法是UV能固化的。

进一步的信息在美国专利No.5,596,065和公布WO2012/089538A1中可得到。

因此，期望提供用于以不含溶剂的工艺制造聚氨酯分散体的工艺。还期望提供异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物以向所形成的聚氨酯分散体提供功能柔性。

本发明涉及水性能固化的聚氨酯分散体和制造水性能固化的聚氨酯分散体的方法、所得能固化的组合物和最终的固化的产品。

本发明的一个方面涉及不含非反应性溶剂的水性能固化的聚氨酯分散体、优选地辐射能固化的和更优选地光化辐射能固化的聚氨酯分散体，所述分散体包括在至少一种反应性稀释剂(F)中的聚氨酯聚合物，其中所述聚氨酯聚合物、特别是具有烯属不饱和端基和任选的侧基(烯属不饱和基团)的聚氨酯聚合物是通过如下形成的：将至少一个(种)异氰酸酯封端的烯属不饱和聚氨酯预聚物(P)扩链，特别地用至少一种具有至少2个异氰酸酯反应性基团的扩链剂(E)进行扩链，其中所述预聚物(P)是通过使如下进行反应而形成的：

(A)一种或多种包含至少一个烯属不饱和基团的异氰酸酯反应性组分，其优选地选自包含活性氢的(甲基)丙烯酸酯；

(B)一种或多种二异氰酸酯或多异氰酸酯、优选二异氰酸酯；

(C)一种或多种包含如下的异氰酸酯反应性组分：离子型基团、潜在地离子型基团(意指离子型基团的前体)或亲水性醚基团，优选得自酸性基团的离子型基团，特别地所述组分(C)具有两个异氰酸酯反应性基团、更特别地具有两个OH基团；和

(D)任选的一种或多种不同于组分(A)或组分(C)的异氰酸酯反应性组分，其优选地具有两个异氰酸酯反应性基团、特别是OH基团，使得组分(A)、(B)、(C)和(D)的摩尔比率导致包含末端异氰酸酯基团的聚氨酯预聚物。

本发明的另一个方面涉及用于制造不含非反应性溶剂的水性能固化的聚氨酯分散体的方法，包括：