[发明专利]基于水的聚氨基甲酸酯分散液和其制备

说明书

一种包括酸官能团的预聚物是通过包括使以下接触的步骤的方法制备的：(i)二异氰酸酯，(ii)含有酸基的多元醇，(iii)不具有酸基的多元醇，和(iv)金属盐催化剂，所述接触在反应条件下且在基本上由以下组成的溶剂中进行：(A)二烷基酰胺，和(B)任选地，非质子二醇醚。所述预聚物适用于制备基于水的聚氨基甲酸酯分散液，并且某些基本上由二烷基酰胺和任选的非质子二醇醚组成的溶剂掺合物为共沸或假共沸的。

技术领域

本发明涉及基于水的聚氨基甲酸酯分散液(PUD)。

背景技术

基于水的聚氨基甲酸酯分散液(PUD)为用于不同涂层、墨水和粘合剂应用的熟知环保树脂。在聚氨基甲酸酯分散液的商业生产中存在两种不同方式，丙酮方法和预聚物方法。因为丙酮为可燃溶剂，所以预聚物方法为较广泛使用的方法。在此方法中，PUD由二异氰酸酯和多元醇制备。在此两步法中，首先通过使二异氰酸酯与多元醇在锡催化剂存在下反应来制备聚合物。含有酸基的多元醇(例如2,2-二羟甲基丙酸(DMPA))用于与二异氰酸酯反应并将酸官能团并入到聚氨基甲酸酯(PU)预聚物中。在第二步中，用胺中和酸和残余二异氰酸酯，并且将经中和的PU聚合物分散于水中以获得PUD。在步骤一中，由于如N-甲基-2-吡咯啶酮(NMP)的溶剂对DMPA的良好亲和力，已经在预聚物合成期间使用所述溶剂来溶解DMPA许多年。

NMP由于其低挥发性、热稳定性、高极性、非质子性、非腐蚀性和良好溶解度特性而为用于PUD化工的尤其重要的通用溶剂和优选的反应介质。然而，已证实NMP在动物测试中展示生殖毒性。因此，NMP最近已经在《关于化学品注册、评估、许可和限制法案(Registration,Evaluation,Authorization and Restriction of ChemicalSubstances，REACH)》下被分类为潜在的生殖毒性物质，这在全球层面上引起了越来越多的安全性和监管性顾虑。

因此，期望具有更好的环境、健康和安全性(EHS)概况和类似溶解度特性的溶剂来代替NMP。二丙二醇二甲醚(DPGDME)和N-乙基吡咯啶酮(NEP)为两种制造商用来代替NMP的市售溶剂。NEP的危害性小于NMP，但仍具有毒性。DPGDME不危害健康，但对DMPA的溶解度有限，因此PU聚合物制备通常以比用NMP更慢的速率进行。另外，PUD中的最终溶剂浓度为约5到8重量％。因此，溶剂的水溶性在产生稳定分散液中是重要的。NMP完全可溶于水，但DPGDME仅部分可溶于水。PUD生产商也已经用酮(例如甲基异丁基酮)或酯代替NMP，但这些溶剂需要在分散于水中之前从预聚物去除，因为其不可溶于水。PUD合成中的理想溶剂应与基于水的PUD相容，并且对含有酸基的多元醇(例如DMPA)具有良好亲和力。

发明内容

在一个实施例中，本发明为一种用于制备包括酸基的预聚物的方法，所述方法包括使以下接触的步骤：

(i)二异氰酸酯，

(ii)含有酸基的多元醇，

(iii)不具有酸基的多元醇，和

(iv)金属盐催化剂，

所述接触在反应条件下且在基本上由以下组成的溶剂中进行：(A)由至少一种二烷基酰胺组成的第一组分，和

(B)任选地，由至少一种非质子二醇醚组成的第二组分。

在一个实施例中，含有酸基的多元醇的酸基为羧酸基。在一个实施例中，含有酸基的多元醇为DMPA。在一个实施例中，金属盐催化剂为有机锡盐。在一个实施例中，存在任选的非质子二醇醚。

在一个实施例中，本发明为一种用于制备基于水的聚氨基甲酸酯分散液(PUD)的三步方法，所述方法包括以下步骤：

(1)通过使以下接触形成具有酸基的预聚物：

(i)二异氰酸酯，

(ii)含有酸基的多元醇，