[发明专利]基于含水聚氨酯分散体的冷封粘合剂

说明书

本发明涉及在没有催化剂或极低负载量有机催化剂的情况下制备的含水聚氨酯分散体，其可以用作可冷封粘合剂，不含表面活性剂和溶剂，具有低VOC排放，对环境友好，并且提供可用于化妆品、药物和食品包装应用的均质且耐老化的粘合剂。本发明还包括其制备方法、含有其的组合物和其用作粘合剂的用途。

本发明涉及在没有催化剂或极低负载量有机催化剂的情况下制备的含水聚氨酯分散体，其可以用作可冷封粘合剂，不含表面活性剂和溶剂，具有低VOC排放，对环境友好，并且提供可用于化妆品、药物和食品包装应用的均质且耐老化的粘合剂。本发明还包括其制备方法、含有其的组合物和其作为粘合剂的用途。

可冷封粘合剂是一种特殊类型的粘合剂，其在被涂布到基材上后形成在室温下施加压力时与其自身牢固结合的层。用于冷封应用的大多数粘合剂组合物基于与天然橡胶胶乳共混的聚合物分散体。然而，天然胶乳分散体易受细菌降解和氧化的不利影响，因此在储存期限、散发臭味和变黄方面具有缺点。另外，其是过敏反应的潜在原因。尽管存在替代物，例如合成橡胶或聚异戊二烯，但它们缺乏天然橡胶的性能，因为它们表现出降低的与其自身的密封性能和较低的密封强度。其它替代物(如聚氯丁二烯)表现出与天然橡胶相似的性能，但其主链中存在的氯使其不合乎食品和医疗应用的需要。另外，它们也表现出变色(变黄)和散发臭味。

聚氨酯含水分散体是创新材料，其越来越多地用于替代天然橡胶和合成橡胶来制备冷封粘合剂。然而，已知的PU分散体的缺点在于其含有有机溶剂、基于金属的催化剂(特别是有机金属催化剂)以及其制备所需的挥发性有机化合物(VOC)，因而使得其不适合用于符合现有法规(如FDA法规(FDA 175.105))的食品、化妆品和药物包装应用。其它已知的PU分散体易于水解，因此由于酯键的存在而表现出较低的耐水性；含有芳香族残基，因而使得它们在暴露于UV光时易于降解和变色；或表现出较差的粘合特性。

因此在本领域中需要克服已知体系的主要缺点并且可用于替代冷封粘合剂中的天然橡胶胶乳的聚氨酯分散体。

本文描述的本发明解决了一些已知问题，从而能够制备这样的含水聚氨酯分散体，其适合替代天然橡胶胶乳(因为它们具有类似的机械性能和粘合性能)，同时克服了天然橡胶的主要缺点(因为它们具有低臭味、优异的透明度并且不变色)，并且克服了现有PU分散体的主要缺点(因为它们可以在不存在催化剂或使用非常低的有机催化剂负载量(低于5ppm)的情况下制备)；是纯脂肪族的，从而防止变黄；而且是基于聚醚的，从而改善水稳定性。在最终的分散体中不存在有机溶剂、VOC或无机填料。本发明总体上还涉及一种通过施加剪切力而不使用任何表面活性剂来制备聚氨酯颗粒的水分散体的方法。为了获得稳定的分散体，将阴离子稳定剂掺入聚氨酯链中，而不影响最终产品的耐水性。

因此，在第一方面中，本发明涉及一种用于制备含水聚氨酯分散体(PUD)的方法，所述方法包括：

(1)由包含以下物质或由以下物质组成的反应混合物形成NCO封端的聚氨酯预聚物：

(a)至少一种数均分子量Mn为400～10000g/mol、优选500g/mol～3000g/mol的聚醚多元醇，其中所述至少一种聚醚多元醇优选为脂肪族聚醚多元醇；

(b)至少一种阴离子稳定剂，其中所述至少一种阴离子稳定剂包含至少两个羟基和至少一个带负电荷的官能团，所述带负电荷的官能团优选为羧基或磺酸基团；和

(c)至少一种脂肪族多异氰酸酯，优选至少一种脂肪族二异氰酸酯和/或三异氰酸酯，其中所述至少一种多异氰酸酯以相对于反应混合物的其它组分的羟基摩尔过量使用，以获得NCO封端的聚氨酯预聚物；

其中所述NCO封端的聚氨酯预聚物的形成在不存在含锡催化剂的情况下进行，优选在不存在金属催化剂的情况下进行；

(2)在施加剪切力下，将所述预聚物分散到连续的含水相中以获得乳液，其中优选通过机械搅拌施加剪切力；和

(3)使所述预聚物与至少一种扩链剂反应以获得含水聚氨酯分散体。