[发明专利]可辐射固化的聚氨酯分散体

说明书

技术领域

本发明涉及新的可辐射固化的水性阴离子型聚氨酯分散体，其用作中和剂时不会释放挥发性胺。在辐射固化加工过程中可以将胺中和剂结合至聚合物主链。还公开了形成所述分散体的方法和由其形成的膜。

发明背景

聚氨酯的水性分散体通常用于制备聚合物涂料和膜组合物。这些聚氨酯可具有理想的性质，例如耐化学性、耐水性、耐溶剂性、韧性、耐磨性和耐久性。

聚氨酯聚合物分散至水性溶液中的分散性可以通过将离子基团(例如阳离子基团或阴离子基团)或非离子型亲水性基团结合至聚合物主链或者与聚合物直链侧接来实现。离子基团或亲水性基团的存在增加了水性溶剂中聚合物的溶解性。具有最大分散性增强效应的官能团是羧酸官能团。当采用羧酸取代时，通常在将聚氨酯或聚氨酯-聚丙烯酸酯分散在水性溶液中之前或过程中用挥发性叔胺来中和酸性羧酸官能团。叔胺与羧酸根官能团形成酸/碱离子对。

叔胺中和剂的挥发性可能存在这样的问题，因为它们在形成膜的过程中会蒸发，因而造成环境污染。因此，需要避免使用挥发性胺中和剂的新的亲水性聚合物化合物。

发明内容

本发明提供了新的水性阴离子型聚氨酯分散体，该分散体可用于形成聚合物膜和涂层。本发明的一个实施方式提供了一种水性聚合物分散体，其包含聚氨酯和叔氨基官能化的不饱和单体，所述聚氨酯包含主链并且沿着主链具有侧接的(甲基)丙烯酸酯基团和沿着主链的侧接羧酸基团。所述叔氨基官能化的不饱和单体具有通式I的结构：

根据通式I，R¹,R²和R³各自独立地是H或直链或支链的、取代或未取代的C₁-C₁₀烷基、R⁴和R⁵各自独立地是对碳碳双键或胺官能团没有反应性的有机基团，n的值为0或1，L是二价有机连接基团。

本发明的其它实施方式提供了已辐射固化的聚氨酯，所述聚氨酯包含以下组分的反应产物，所述组分包含：多异氰酸酯单体，具有侧接羧酸或羧酸根离子的多元醇单体，具有侧接(甲基)丙烯酸酯基团的单体、低聚物或聚合物多元醇，以及叔氨基官能化的不饱和单体。根据这些实施方式，在辐射固化工艺过程中，所述叔氨基官能化的不饱和单体的叔胺基团与侧接的羧酸或羧酸根离子形成离子对，叔氨基官能化的不饱和单体上的不饱和基团与侧接的(甲基)丙烯酸酯基团反应。如本文所述，根据各种实施方式，叔氨基官能化的不饱和单体具有通式I的结构。

本发明的其它实施方式提供了形成水性聚氨酯分散体的方法。所述方法包括制备包含聚氨酯的预聚物，所述聚氨酯包含主链以及具有沿着主链的侧接(甲基)丙烯酸酯基团和沿着主链的侧接羧酸或羧酸根基团；用叔氨基官能化的不饱和单体中和沿着主链的侧接羧酸基团；以及将预聚物分散在水性溶液中。

本发明的其它实施方式提供了形成辐射固化的聚氨酯膜的方法。所述方法包括：(a)将涂料施涂至基材的至少部分表面上，以形成膜；以及(b)将该膜暴露于紫外辐射或电子束辐射，其中所述涂料包含由以下方法形成的水性聚氨酯分散体：(i)制备包含聚氨酯的预聚物，所述聚氨酯包含主链以及具有沿着主链的侧接(甲基)丙烯酸酯基团和沿着主链的侧接羧酸或羧酸根基团，其中所述预聚物任选地在溶剂中；(ii)用叔氨基官能化的不饱和单体中和沿着主链的侧接羧酸基团；以及(iii)将所述预聚物分散在水性溶液中，以形成分散体。

还公开了由所述方法形成的涂层和膜，以及本发明所述的聚氨酯分散体。

附图简要说明

接合以下附图来阅读本发明，其中：

图1阐释了本发明的可辐射固化的聚氨酯聚合物分散体的通用结构。

图2阐释了图2A的非交联膜与图2B的交联膜的通用结构。

发明详述

聚氨酯的水性聚合物分散体可用于涂料组合物等。聚合物的分散性可以通过在聚合物骨架上结合离子基团或非离子型亲水性基团来实现。羧酸官能团是更常见的离子官能团中的一种。在分散过程之前或过程中可以用挥发性叔胺来中和羧酸或其它酸性官能团。中和反应形成羧酸根阴离子和季胺抗衡离子。但是，残余挥发性胺在膜形成过程中或之后蒸发存在环境问题。本发明提供了适合用于形成水性分散体、形成膜以及其它用途的聚氨酯聚合物，其中减少或消除了挥发性胺蒸发。