水基聚氨酯分散体和其制备制造技术

一种包含酸基的预聚物通过包含使以下接触的步骤的方法制备：(i)二异氰酸酯，(ii)含有酸基的多元醇，和(iii)不具有酸基的多元醇，所述接触在反应条件下并且在基本上由以下组成的溶剂中进行：(A)基本上由至少一种二醇醚酮组成的第一组分，和(B)任选地，由至少一种非质子二醇醚组成的第二组分。所述预聚物适用于制备水基聚氨酯分散体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】水基聚氨酯分散体和其制备
本专利技术的实施例涉及水基聚氨酯分散体(PUD)、用于制备PUD的预聚物的方法，和用于制备PUD的方法。
技术介绍
水基聚氨酯分散体(PUD)是通用产品，其通常单独或与其它类型的聚合物组合使用，用于配制各种涂料和粘合剂。在聚氨酯分散体的商业生产中存在两种不同方式，丙酮方法和预聚物方法。由于丙酮是易燃溶剂，因此更广泛使用预聚物方法。PUD制备预聚物方法为两步方法。在步骤1中，在非质子溶剂的存在下合成聚氨酯/聚脲，所述非质子溶剂有助于溶解反应物，如异氰酸酯、二醇和二羟甲基丙酸(DMPA)，以及降低反应混合物的粘度。在步骤2中，借助于表面活性部分将此预聚物分散在水中。通过用叔胺中和DMPA并入聚氨酯结构中的季铵盐提供足够的离子特性，以帮助将聚合物分散在水性介质中。N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)是PUD合成中使用最广泛的非质子溶剂的一种。NMP是用于预聚物合成的良好溶剂，有助于分散方法，并在将PUD作为膜涂覆在基板上时最终充当到聚结助剂。关于用NMP制备PUD的额外信息，可见于马萨诸塞州林恩市(Lynn,MA)的C.J.HauthawayandSonsCorp.的网络出版物“聚氨酯分散体(PolyurethaneDispersions)”，以及整个技术文献的其它地方。尽管NMP是PUD合成的优良溶剂，但最近已根据化学物质的注册、评估、授权和限制(Registration,Evaluation,AuthorizationandRestrictionofChemicalSubstances)(REACH)归类为潜在的生殖毒性物质，这驱动欧盟的安全性和监管问题并且影响全球范围内的法规。这促使人们积极寻找合适的替代品。烷基酮如丙酮、甲基异丁基酮(MIBK)和甲基戊基酮(MAK)可用作预聚物合成的溶剂。举例来说，宾夕法尼亚州匹兹堡的拜耳材料科学公司的Gertzmann等人的网络出版物“用于木地板的水性聚氨酯涂料(WaterbornePolyurethaneCoatingsforWoodFloors)”描述用于PUD的丙酮方法。然而，由于其高挥发性和作为聚结助剂的性能差，通常在产生PUD的分散步骤之前将烷基酮从预聚物中去除。这使得有必要添加聚结助剂，如二丙二醇单正丁基醚(例如DOWANOLTMDPnB)或其它已知的在油漆的配制中使用的聚结助剂，以便从PUD获得合适的膜(例如，参见Hauthaway出版物)。尽管单醇醚是极好的聚结助剂，但它们具有羟基，不能用于预聚物合成中，因为它们与异氰酸酯反应，破坏预聚物的形成。PUD合成中的理想溶剂应与水基PUD相容，并且对含有酸基的多元醇(例如DMPA)具有良好亲和力。
技术实现思路
本专利技术涉及用于制备包含酸基的预聚物的方法、用于制备水基PUD的方法、在制备PUD时可用作溶剂的共混物，并且涉及PUD。本专利技术利用二醇醚酮作为用于制备PUD的溶剂。已经发现这类二醇醚酮有利地涵盖PUD的完整制备期望特性，因为它们为非质子的，是用于预聚物合成的良好溶剂，可在分散步骤期间留在预聚物中而不损害最终PUD稳定性或挥发性问题，和/或可用作由PUD流延的聚氨酯膜的聚结助剂。在一些实施例中，本专利技术涉及用于制备包含酸基的预聚物方法，所述方法包含使以下接触的步骤(i)二异氰酸酯，(ii)含有酸基的多元醇，和(iii)不具有酸基的多元醇，所述接触在反应条件下并且在基本上由以下组成的溶剂中进行：(A)由至少一种二醇醚酮组成的第一组分，和(B)任选地，由至少一种非质子二醇醚组成的第二组分。在一些实施例中，本专利技术涉及用于制备水基聚氨酯分散体(PUD)的三步方法，所述方法包含以下步骤：(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，和(iii)不具有酸基的多元醇，所述接触在反应条件下并且在基本上由以下组成的溶剂中进行：(A)由至少一种二醇醚酮组成的第一组分，和(B)任选地，由至少一种非质子二醇醚组成的第二组分；(2)用碱中和预聚物的酸基和任何残余二异氰酸酯；和(3)将中和的预聚物分散在水中，并且任选地用扩链剂扩展分子量。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2,2-二羟甲基丙酸。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，碱为胺。在本专利技术的方法的各个实施例中，二醇醚酮具有以下结构：其中R1为具有1至8个碳原子的直链或支链烷基、苄基或苯基，其中R2和R3可独立地为氢、CH3或CH2CH3，不同之处在于，当R3为CH3或CH2CH3时，R2为氢，并且当R2为CH3或CH2CH3时，R3为氢，其中R4为CH3或CH2CH3，并且其中n为0、1或2。在一些实施例中，二醇醚酮为1-正丁氧基-2-丙酮、1-(2-甲氧基-1-甲基乙氧基)2-丙酮或1-(2-正丙氧基-1-甲基乙氧基)2-丙酮。在一些实施例中，本专利技术涉及可用于例如本文公开的各种方法的共混物，所述共混物包含二醇醚酮和非质子二醇醚。在一些实施例中，本专利技术涉及聚氨酯分散体，其包含(i)包含中和的酸基的预聚物，(ii)二醇醚酮，和(iii)水。在一些实施例中，分散体还包含非质子二醇醚。在一些实施例中，中和的酸基为胺中和的羧基。这些和其它实施例在下文的具体实施方式中更详细地论述。附图说明图1说明水基PUD的简单合成方案。通过使二异氰酸酯与含有酸基的多元醇和不具有酸基的多元醇反应制备PU聚合物。2,2-二羟甲基丙酸(DMPA)为多元醇(具体来说，二醇)，并且其用于将羧酸官能团并入PU预聚物中。在第二步中，用叔胺中和羧酸官能团，并且在第三步中，将中和的PU聚合物分散在水中，并且使其与二胺反应，以扩展分子量并且获得PUD。在步骤一中，在预聚物合成期间使用极性溶剂溶解DMPA。在商业实践中，出于此目的，NMP为最广泛使用的溶剂。在本专利技术中，极性溶剂为包含二醇醚酮并且任选地非质子二醇醚的体系。具体实施方式定义出于美国专利实践的目的，任何引用的专利、专利申请或公开的内容通过引用整体并入(或通过引用并入其等效的美国版本)，特别是关于限定的公开(在不与本公开中具体提供的任何限定不一致的程度上)和本领域的通常知识。除非相反地说明、由上下文暗示或在本领域中惯用，否则所有份数和百分比都按重量计，并且所有测试方法都为截至本公开的提交日的现行方法。本文公开的数值范围包括来自上限值和下限值的所有值，并且所述所有值包括上限值和下限值。对于含有确切值(例如1或2；或3至5；或6；或7)的范围，包括任何两个确切值之间的任何子范围(如，1至2；2至6；5至7；3至7；5至6；等)。术语“包含(comprising)”、“包括(including)”、“具有”和其衍生词不旨在排除存在任何额外的组分、步骤或程序，无论是否将其具体地公开。为了避免本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制备包含酸基的预聚物的方法，所述方法包含使以下接触的步骤/n(i)二异氰酸酯，/n(ii)含有酸基的多元醇，和/n(iii)不具有酸基的多元醇，/n所述接触在反应条件下并且在基本上由以下组成的溶剂中进行：/n(A)由至少一种二醇醚酮组成的第一组分，和/n(B)任选地，由至少一种非质子二醇醚组成的第二组分。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181206 US 62/7760471.一种用于制备包含酸基的预聚物的方法，所述方法包含使以下接触的步骤
(i)二异氰酸酯，
(ii)含有酸基的多元醇，和
(iii)不具有酸基的多元醇，
所述接触在反应条件下并且在基本上由以下组成的溶剂中进行：
(A)由至少一种二醇醚酮组成的第一组分，和
(B)任选地，由至少一种非质子二醇醚组成的第二组分。


2.一种用于制备水基聚氨酯分散体(PUD)的三步方法，所述方法包含以下步骤：
(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，和
(iii)不具有酸基的多元醇，
所述接触在反应条件下并且在基本上由以下组成的溶剂中进行：
(A)由至少一种二醇醚酮组成的第一组分，和
(B)任选地，由至少一种非质子二醇醚组成的第二组分；
(2)用碱中和所述预聚物的所述酸基和任何残余二异氰酸酯；和
(3)将所述中和的预聚物分散在水中，并且任选地用扩链剂扩展分子量。


3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述二醇醚酮具有以下结构：



其中R1为具有1至8个碳原子的直链或支链烷基、苄基或苯基，其中R2和R3可独立地为氢、CH3或CH2CH3，不同之处在于，当R3为CH3或CH2CH3时，R2为氢，并且当R2为CH3或CH2CH3时，R3为氢，其中R4为CH3或CH2CH3，并且其中n为0、1或2。


4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述二醇醚酮为1-正丁氧基-2-丙酮、1-(2-甲氧基-1-甲基乙氧基)2-丙酮或1-(2-正丙氧基-1-...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·A·多纳特，R·J·瓦霍维奇，E·D·霍克，J·L·特朗布尔，D·S·莱塔尔，K·L·凯德，
申请(专利权)人：陶氏环球技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US