[发明专利]不含异氰酸酯的单官能或多官能的氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物

说明书

本发明涉及新型的在丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯基团方面单官能或多官能的氨基甲酸酯低聚物，其中氨基甲酸酯基团通过有利于环境和健康的碳酸酯-胺反应而不使用任何异氰酸酯获得。本发明使用NIPU(非-异氰酸酯聚氨酯)路线。其使得可选择性地产生丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯基团，其具有1的最小官能度，但所述官能度可为高的，且除该官能度之外，具有每个产生的氨基甲酸酯键的一个羟基官能度。这些低聚物可用作用于涂料、用于胶粘剂、用于模塑或用于防漏剂、用于化学密封、用于3D物品的逐层制造的系统、用于3D打印系统或用于混凝土或用于复合材料的组合物的可交联粘合剂。

(甲基)丙烯酸酯氨基甲酸酯低聚物的当前合成采取异氰酸酯化合物或多异氰酸酯化合物用于多官能的低聚物。这些化合物是有毒的，并且其处理和使用一般需要特别和严格的预防措施以保护人类健康和环境。此外，氨基甲酸酯化反应(通过醇与异氰酸酯反应形成氨基甲酸酯键)通常使用基于锡的催化剂，该化合物也是有毒的且对环境有害。

近年来已经见到了在如下中的重要发展：碳酸酯-胺反应作为替代的路线用于形成氨基甲酸酯键，而不使用异氰酸酯。这是因为当其涉及环状碳酸酯(也就是说具有5或6个原子的碳酸酯环)时，该反应使得可获得羟基化的氨基甲酸酯化合物，而没有释放二次(副)化合物，其中羟基在相对于氨基甲酸酯基团的相应β和γ位置中。于是获得“非-异氰酸酯聚氨酯”(缩写为NIPU)化合物。碳酸酯一般不被视为非常毒性的或危险的。此外，可通过将CO₂加成至环氧化物化合物的环氧官能团来制备这些碳酸酯。因此，通过这样的路线制备所述碳酸酯消耗CO₂，其为温室气体。因此，在采用该制备方法的条件下，以碳酸酯-胺反应替代醇-异氰酸酯反应一般对安全性和环境均是有益的。

本发明的目的是如下的新型的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯氨基甲酸酯低聚物：当携带2至5个伯和/或仲胺基团的多胺与可携带最高达两个环状碳酸酯官能团的碳酸酯化合物反应时，所述低聚物具有在链长度和官能度方面良好受控和可再现的结构，特别地没有交联的结构。这些低聚物在丙烯酸酯方面和在甲基丙烯酸酯方面二者可为单官能的，和/或特别地在丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯方面为多官能的低聚物，和更特别地具有至少3的官能度，其适于通过UV自由基路线或通过过氧化物路线或通过双重路线交联，所述双重路线为使用过氧化物通过热路线和光引发剂通过UV路线的混合路线。

本发明使得可特别地获得这样的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯氨基甲酸酯低聚物，在所使用的起始材料的处理或存储方面没有特别限制，所述起始材料一般为无毒的且对人体健康和环境友好的并且为可商购的。

本发明更特别地涉及低聚物，所述低聚物携带氨基丙烯酸酯氨基甲酸酯基团和作为最终的反应性基团的丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯以及在分别随着5或6个原子的碳酸酯环的原子数变化的相对于所述氨基甲酸酯键的β或γ位置中的羟基。所产生的氨基甲酸酯和羟基的数目不同(较低)且氨基甲酸酯键的位置独立于丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯基团，而没有直接的氨基甲酸酯-丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯键。因此，存在对本发明的低聚物在丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯基团方面的最终官能度的倍增(乘法)效应，具有所述低聚物的结构和官能度的控制，而在它们的制备期间没有形成凝胶的风险，特别地当目标是在丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯方面多官能的低聚物时。这些低聚物显示出特别地在UV辐射下非常令人满意的交联速率，并且使得可获得交联的最终应用产物，特别地涂层(涂料)，其具有良好的柔性和可作为反应物选择的函数而调节的硬度。因此，所获得的涂层显示出特别地在硬度和柔性之间的性能的良好折衷，同时具有另外存在氨基甲酸酯和氨基丙烯酸酯基团的优点。这些优点特别地是：在光交联期间对氨基丙烯酸酯键的协同作用效果、化学耐受性、耐溶剂性、耐磨性和抗磨损性。

本发明的其它特定的优点在于，与在用于获得丙烯酸酯化和/或甲基丙烯酸酯化的氨基甲酸酯低聚物的一般方法中经常必须的多个阶段，其使得可通过较简单的方法且仅以两个阶段(步骤)获得多丙烯酸酯和/或多甲基丙烯酸酯聚氨酯低聚物。

本发明的第一个主题为在丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯方面单官能或多官能的的氨基甲酸酯低聚物，所述低聚物由如下得到：特定的多胺a)与环状碳酸酯化合物b)反应，所述多胺为化学计量过量，且得到携带残余反应性胺基团的中间产物c)，和在第二阶段中，所述残余反应性胺-NH-基团各自加成至化合物d)的丙烯酸酯基团，所述化合物d)携带除了所述丙烯酸酯基团之外的额外的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯基团，制造根据本发明的所述氨基甲酸酯低聚物。