[发明专利]制备基本上不含挥发性有机化合物并且具有高固含量的聚氨基甲酸酯水性分散体的方法

说明书

一种用于制备聚氨基甲酸酯分散体的方法，所述聚氨基甲酸酯分散体具有至少一种具有x个羟基和y个胺基的扩展剂B，其中x+y≥2，其中x和y等于或大于0，并且所述聚氨基甲酸酯分散体具有能够形成盐的另外的官能团，使得所述聚氨基甲酸酯的分散体具有至少50重量％的固含量并且不含有丙酮或沸点低于250℃的其它溶剂或胺。

本发明涉及制备基本上不含挥发性有机化合物的高固含量的聚氨基甲酸酯水性分散体的方法，因此所述聚氨基甲酸酯水性分散体不含溶剂、不含挥发性胺并且在没有丙酮或乙酸甲酯或任何其它挥发性溶剂的情况下制备。

聚氨基甲酸酯的水性分散体是众所周知的用于生产涂料组合物的基础。它们可任选地与添加剂如着色剂、颜料、消光剂等组合用于保护性或装饰性涂层。聚氨基甲酸酯可以具有许多期望的性质，例如良好的耐化学性、耐水性、耐溶剂性、韧性、耐磨性、耐久性。

如本领域所熟知的，聚氨基甲酸酯水性分散体特别有利地通过以下方法制备：将携带离子分散基团的异氰酸酯封端的聚氨基甲酸酯预聚物分散到水性介质中，然后使预聚物与含活性氢的链扩展剂反应，同时分散在水性介质中。参见例如US 4046729和US4066591。

聚氨基甲酸酯在水中的分散性通常通过在聚氨基甲酸酯预聚物的结构中引入适当的侧链离子基团来实现。如果合适的话，可以另外施加外部表面活性剂。优选地，通过具有至少一个酸基团的异氰酸酯反应性化合物与多异氰酸酯的反应，将阴离子基团引入聚氨基甲酸酯主链中，例如羧基、磺酸基、硫酸酯或磷酸酯基团。最常见的是引入羧酸官能化的化合物。羧酸官能团通常在聚氨基甲酸酯预聚物在水中分散之前或期间用挥发性叔胺中和。应用挥发性叔胺作为中和剂的缺点是它们在成膜期间蒸发，因此将引起环境污染，并且在成膜期间这种蒸发通常不完全，这导致固化涂层中残留的挥发性胺，其随后可以在涂层的寿命期间缓慢蒸发。挥发性胺增加了聚氨基甲酸酯水性分散体中挥发性有机化合物(VOC)的总含量。

在早期，聚氨基甲酸酯水性分散体还包含除水之外的溶剂，该溶剂在预聚物制备阶段期间用作加工助剂。还有许多可商购的聚氨基甲酸酯水性分散体含有溶剂。众所周知，也可以不使用溶剂来制备聚氨基甲酸酯水性分散体。这可以通过避免使用溶剂来实现，但也可以通过在制备聚氨基甲酸酯水性分散体期间使用丙酮，然后从聚氨基甲酸酯水性分散体蒸馏出丙酮来实现，但这具有将在聚氨基甲酸酯水性分散体中保留一定量的丙酮的缺点。溶剂，包括丙酮，增加了聚氨基甲酸酯水性分散体中VOC的总含量。

US 2005/003102描述了含水的UV可固化的聚氨基甲酸酯乳液，其通过使指定的羟基官能化的组分(包括具有羟基和/或氨基和能够与二异氰酸酯和/或多异氰酸酯形成盐的另外的官能团的化合物)与水反应，形成所得产物与水的分散体，并使所述分散体与作为扩展剂的胺官能化的材料反应来制备。聚氨基甲酸酯预聚物的形成在溶剂如丙酮的存在下进行，然后将其蒸馏出。此外，可用于成盐的碱和酸的列表包括挥发性胺，例如三乙胺和三乙醇胺，其也增加了VOC。

残余VOC的存在是不希望的，因为在固化涂层的寿命期间这种VOC的释放可能使人暴露于VOC，这可能引起头痛、恶心、乏力等，特别是当固化涂层用于有限的空间如汽车内部时。此外，几个国家具有限制公司在一段时间内可能释放的VOC的量的立法，这进一步促使减少VOC的量。

使用较高固含量的聚氨基甲酸酯分散体是有利的，因为当施加相同湿厚度的聚氨基甲酸酯水性分散体时可以获得较高厚度的固化涂层。当需要类似厚度的固化涂层时，这意味着当使用较高固含量的聚氨基甲酸酯水性分散体时需要蒸发较少量的水，这节省了时间和能量。如果需要厚度大的固化涂层，则不能总是通过干燥和固化水性聚氨基甲酸酯层的一个湿层来实现这一点，因此需要几个步骤：施加湿涂层，干燥和固化，然后再次施加湿涂层并干燥和固化，直到获得所需的干燥层厚度。使用具有较高固含量的聚氨基甲酸酯水性分散体允许使用较少量的涂层，因为由具有较高固体的聚氨基甲酸酯水性分散体制成的每一层提供较高的干燥厚度，条件是已经施加相同的湿厚度，这节省了加工步骤。