[发明专利]非离子水性聚氨酯分散体及其生产方法

说明书

本发明涉及含有由疏水聚氨酯和一种聚合物(由一种或多种烯不饱和单体制备)的互穿聚合物分散体和可选的至少一种加聚物(增强最终分散体的性能)分散体组成的水分散体生产方法。本发明还涉及用该方法生产的水分散体。

水基聚氨酯历史上尚未达到溶剂型聚氨酯的性能。为了克服该缺陷，化学工业已配制了双组分分散体，以通过各个聚合物的性质，获得多种溶剂型分散体的性质。

生产双组分分散体的一个配制技术是将聚氨酯分散体与第二聚合物分散体掺混。如果聚氨酯是疏水的，那么难以进行分散，因此，首先将其溶于作为分散助剂的水混溶性溶剂中。然后，利用高剪切力和表面活性剂，将溶剂中的聚氨酯通过转相，用水分散。该方法的问题是，溶剂最终必须馏出，提高了成本，并增加环境的考虑。此外，当该聚氨酯分散体与另一聚合分散体掺混时，掺混本身受到化学、热动力学和动力学的限制。当配制两个以上的不同聚合物质时，掺混过程变得更困难和更复杂，可能导致相分离、大颗粒、使用高浓度的分散助剂、高粘度和非均相分散体或胶凝/凝聚。

避免使用有机溶剂和掺混方法的另一技术包括生产聚氨酯和通过乙烯基加聚形成的聚合物的互穿聚合物分散体。将聚氨酯预聚物溶于乙烯基加成的单体中，然后用水分散该混合物。所得的水分散体经过乙烯基加聚条件，将单体聚合，并形成互穿聚合物。然而，该技术依赖于亲水性聚氨酯的使用。通过将离子部分或两性部分、或将来自聚乙二醇的非离子部分加入到聚合物中，聚氨酯可以制成亲水性的或自分散性的。在聚氨酯上使用阴离子部分或阳离子部分，使pH不稳定。阴离子聚氨酯的pH应该高于6.5，阳离子聚氨酯的pH应该低于7.5。此外，亲水性聚氨酯降低抗水性和耐溶剂性，是某些应用不希望的。

因此，这些方法都有其局限性。如果聚氨酯为疏水性的，那么完成分散体需要使用完成分散体的水混溶性有机溶剂和表面活性剂。因此，这意味着随后除去有机溶剂。将单体用作反应性稀释剂、然后聚合形成互穿聚合物时，本领域指出，聚氨酯需要为亲水性的。当将亲水性部分加入聚合物中时，成品的耐溶剂性和抗水性比溶剂型聚氨酯的差。

这些问题产生了对疏水性聚氨酯的需要，特别是需要由疏水性聚氨酯和一种聚合物(由烯不饱和单体制备)制备的互穿聚合物。此外也需要提供性能范围比由现有方法生产的分散体可以达到的性能更宽的分散体，特别是通过可以加入聚合物性能增强剂的分散体来提供。本发明满足了这些需要。

本发明涉及水性聚合分散体的制备方法，该分散体包含疏水性聚氨酯和一种聚合物(由一种或多种烯不饱和单体制备)的互穿聚合物分散体以及可选的一种或多种加聚物(能够赋予聚合分散体以增强的性能)分散体。

本发明的疏水性聚氨酯为本身基本上不溶于水或不自分散的任何聚氨酯。(例如自分散聚氨酯可能含有离子或两性部分，或基于聚(环氧乙烷)的非离子部分)。

由一种或多种烯不饱和单体制备的聚合物在本文中称为乙烯基聚合物，而给予增强性能的加聚物在本文中称为聚合物性能增强剂或PPE。

本文所用的互穿聚合物是指由没有共有的共价键、而是物理上互连的两种或多种聚合物制备的聚合物。

水性聚合分散体的制备方法基本上是互穿聚合物分散体的形成。如果PPE为水性聚合分散体的部分，那么互穿聚合物的形成在PPE存在下进行。

该方法包括以下步骤：提供聚氨酯预聚物和一种或多种烯不饱和单体的混合物；在分散助剂存在下，用水(可选地含有多元胺)分散混合物，直至发生转相；然后用常规的自由基乙烯基加聚技术，将烯不饱和单体聚合。烯不饱和单体可以基本上是疏水的，多元胺最好为二胺。

将一种或多种芳族或芳脂族多异氰酸酯与一种或多种有机化合物(至少具有两个活性氢原子)，以有效产生未反应异氰酸酯官能团的摩尔比进行反应，制备聚氨酯预聚物。可以制备纯预聚物，然后溶于烯不饱和单体中，或可以直接在烯不饱和单体中制备。这些单体最好不与聚氨酯合成的单体组分反应。在分散期间，未反应的异氰酸酯官能团与水反应，或与水和多元胺反应，扩展预聚物链(增加分子量)，并形成完全反应的聚氨酯。正如大家所理解的，与多元胺的反应会形成脲键，与水的反应会形成尿烷键。

典型的分散助剂是已知并用于本领域的那些分散助剂，诸如胶体和表面活性剂。