[发明专利]水性聚氨酯分散体

说明书

一种水性聚氨酯分散体，所述水性聚氨酯分散体包括至少一种异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物，所述异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物是在选自由N‑正丁基吡咯烷酮、N‑异丁基吡咯烷酮、N‑仲丁基吡咯烷酮和N‑叔丁基吡咯烷酮组成的组中的至少一种吡咯烷酮的存在下，使混合物(M)发生反应制备的；所述混合物(M)包括：至少一种聚异氰酸酯化合物(a)，具有200～8000的分子量M_w和1.5～6的羟基官能度的至少一种多元醇化合物(b)，和在水中具有至少一个亲水基团或潜在的亲水基团的至少一种提高水分散性的组分。

技术领域

本发明涉及使用至少N-(C₄-烷基)-吡咯烷酮作为预聚物稀释剂、分散剂和成膜助剂(coalescing agent)的水性聚氨酯分散体，其中所述水性聚氨酯分散体在制造膜和涂层中非常有用。本发明进一步涉及所述聚氨酯类的膜和涂层，及其制造工艺。本发明还涉及所述水性聚氨酯分散体的制造工艺。

背景技术

水性聚氨酯分散体(PUD)是公知的，并且由于立法朝降低VOC(挥发性有机物浓度)且产生环保产物变革，而主要对其进行了开发。水基或水性的PUD在一些应用中越来越重要，这主要是由于它的性质，如对一些基底具有粘附性，对化学品、溶剂和水的耐受性，抗磨性和弹性等。水基PUD显示出非常好的机械和化学性质，并且符合含低挥发性有机化合物(VOC)的原料油漆的监管限制。

还努力开发了基本上不含溶剂的水性聚氨酯分散体，尤其如在美国专利申请公开号2011/0306724 A1中所描述的。所述不含溶剂的水性聚氨酯分散体的特征在于基本上不散发挥发性有机物。

因此，水性聚氨酯分散体(PUD)用于生产各种有用的聚氨酯产品，例如用于各种基底，包括纺织物、塑料、木材、玻璃纤维、金属等的粘合剂、密封剂和涂层。在这些涂层的很多期望性质中有耐化学品性、抗磨性、韧性、抗拉强度、弹性和耐用性。它们的主要优点在于聚氨酯(PU)体系的通用性，及其在生产用于很多要求苛刻的应用中的“定制”涂层中的效果。这是由可在合成过程中，以不同方式进行组合的广泛多样的原料带来的。

已经为PUD的合成开发出了几种工艺。所有工艺都具有相同的第一步骤，其中，通过适当的二醇或多元醇，尤其是聚醚多元醇、聚酯多元醇或聚碳酸酯多元醇，与摩尔过量的二异氰酸酯或聚异氰酸酯发生反应，来形成中等分子量的聚合物(即预聚物)。所述预聚物需要稳定化，以允许它分散在水中。存在两种稳定化方式，第一种稳定化方式由外部乳化剂稳定化的聚合物构成，而第二种稳定方式通过在聚合物中包含亲水中心来实现稳定化。这样的亲水中心可以是以下三种类型之一：非离子基团、阳离子基团和阴离子基团。这些亲水基团实现了作为内部乳化剂的功能，并且使得能产生稳定的水基乳化剂。因此，将水基PUD分类成阴离子体系、阳离子体系和非离子体系。

Noll等的美国专利号4,237,264和Markusch等的美国专利号4,238,378尤其记载了对于涂层应用，聚氨酯聚合物通过将所述亲水基团或潜在的亲水基团并入它们的骨架中可稳定地分散在水中。

现在，PUD的工业生产是发展成熟的技术。存在两种主要的生产PUD的合成路径：丙酮工艺和预聚物工艺。

Jansson R.C.在TECHNICAL INFORMATION.LEAFLET NO 0127，2004年1月第1(11)至11(11)页中记载了，预聚物混合工艺是用于制备PUD的通用且简单的工艺，从而允许在PU制剂中存在巨大变化。这就是说，在PUD制剂中，聚氨酯(PU)构成组分(即，异氰酸酯、多元醇组分、扩链剂、乳化剂，特别是内部乳化剂、有机溶剂、水等)的选择和相对用量对于目标涂层的性质很重要。Clausson A等在Paint and Coatings Industry，2007年1月，第23卷，第1期的第30页中，对此也进行了描述。