CN1265682A - 包含聚氨酯的隐***联水性分散体 - Google Patents
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Abstract
隐***联的聚氨酯水性分散体,包含Ⅰ.分散相(P.Ⅰ),包含Ⅰa)一种聚氨酯(Ⅰa),除了能让其在水中分散的亲水基团以外还带有碳化二亚胺基团,但是基本上不带羧基基团或Ⅰb)一种物理混合物,包括Ⅰbi)一种聚氨酯(Ⅰbi),带有能让其在水中分散的亲水基团,但基本上不带碳化二亚胺基团或羧基基团和Ⅰbii)一种碳化二亚胺(Ⅰbii),基本上不带有能让其在水中分散的亲水基团,以及Ⅱ.分散相(P.Ⅱ),包含另一种聚合物(Ⅱ),带有羧基基团而基本上没有碳化二亚胺基团。
Description
本发明涉及隐***联的聚氨酯水性分散体,包含
I.分散相(P.I),包含
Ia) 一种聚氨酯(Ia),除了能让其在水中分散的亲水基团以外
还带有碳化二亚胺基团,但是基本上不带羧基基团或Ib) 一种物理混合物,包括Ibi)一种聚氨酯(Ibi),带有能让其在水中分散的亲水基团,但基
本上不带碳化二亚胺基团或羧基基团和Ibii)一种碳化二亚胺(Ibii),基本上不带有能让其在水中分散的
亲水基团,以及II.分散相(P.II),包含另一种聚合物(II),带有羧基基团而基本上没有碳化二亚胺基团。
本发明也涉及本发明的水性分散体作为浸渍剂、涂料组合物或粘合剂的用途,并涉及利用此类分散体制备的浸渍、涂覆或粘合制品。
包含分散态聚氨酯的水性分散体是人所共知的。为了让聚氨酯制涂层具有特别优良的机械性能,可向分散体中添加交联组份。此处所特别要求的是仅在聚氨酯分散体继施用到基体工作件并成膜之后,交联剂才起到增加聚氨酯分子量的作用。在此情况下,得到的膜体会具有特别高的粘接力,因为分散体粒子的聚合物分子可以借此与其它邻近分散体粒子的聚合物分子以共价键联结。
粘合区要求特别好的膜粘接力,比如在以热和机械应力同时作用于粘结部位的情况下。
为了甚至在此类条件下都能够获得足够强度的粘结,可参见比如EP-A-206059,在其加工成粘合剂之前马上将作为交联剂的水可乳化的聚异氰酸酯添加到分散体中。
但是,这些双组份体系的缺点是其适用期——即,体系在混合后允许施工的有效期限——太短。因为双组份体系无法贮存较长的时间,而且施工者必须预备出在一个操作周期内的待施工粘合剂,所以粘合剂施工者为双组份体系所付出的要比为单组份体系大得多。
US 4,977,219和5,117,059公开了碳化二亚胺水性分散体,此分散体借助常用的表面活性物质稳定,与带有羧酸酯基团的乳液聚合物的水性分散体的混合物。
US 5,574,083涉及一种碳化二亚胺水性分散体的混合物,靠碳化二亚胺所带的亲水性聚烯化氧基团实现稳定。这些分散体与带有羧酸酯基团的乳液聚合物的水性分散体混合。
EP-A-792 908公开了含羧基聚氨酯水性分散体与碳化二亚胺水性分散体的混合物,此分散体的稳定借助了常用的表面活性物质。
根据上述4件专利文献,碳化二亚胺引起了与其混合的含羧基聚合物的分子量的增加。但是,由这些分散体所得到的粘合强度,特别是在热的条件下,仍有一些问题尚待解决。除此之外,这些混合物的适用期有限。
在本发明的优先权期限内尚未公开的德国专利App.19733044.4,涉及的是带有碳化二亚胺基团的聚氨酯水性分散体。
本发明的一个目的是提供一种摈弃了现有技术缺点的单组份聚氨酯分散体。特别地,它应该具有良好的贮存稳定性并有望制备出耐热的粘合。
我们已发现借助开头定义的水性分散体可达到此目的。
就1kg的合成聚氨酯Ia或Ibi以及Ibii用单体而言,分散相P.I一般含有0.01~1、优选0.1~0.5并特别优选0.15~0.4mol的碳化二亚胺基团。
适宜的聚氨酯(Ia)例在EP-A-792908中有描述。
适宜的聚氨酯(Ia),原则上是在其合成中共用带有碳化二亚胺结构单元的单体的所有亲水性聚氨酯。优选利用含有一个或多个碳化二亚胺结构单元的聚异氰酸酯(Ia1.1)将碳化二亚胺结构单元引入到聚氨酯(Ia)中。此类聚异氰酸酯(Ia1.1)是优选结构式Ia1.1.1所示
OCN-(Rc-N=C=N)n-Rc-NCO (Ia1.1.1)其中Rc是带或不带氨酯基、脲基、酯基和/或醚基基团的二价烃基团,是通过将简单有机异氰酸酯或者将含有氨酯基团也可能是醚或酯基团、并为异氰酸酯基团封端的预聚物中的异氰酸酯基团消掉而得到的;如果同一个分子中含有两个或多个Rc基团,那么符合所给定义的不同Rc基团是可以同时存在的;并且n是整数或(按统计平均)1~20的小数,优选2~10。
一般地,聚氨酯(Ia)另外地由以下构成Ia1)二异氰酸酯,其Ia1.1)包含碳化二亚胺结构单元,包括或不包括一些种类,其Ia1.2)不带有碳化二亚胺结构单元,Ia2)二醇,其中Ia2.1)分子量500~5000的占10~100mol%,基于二醇(Ia2)的总量,以及Ia2.2)分子量60~500g/mol的占0~90mol%,基于二醇(Ia2)的总量,Ia3)与单体(Ia1)和(Ia2)不同的单体,其带有至少一个的异氰酸酯基团或者至少一个的异氰酸酯基反应活性基团,并也带有能让聚氨酯在水中分散的至少一个的亲水基团或隐性亲水基团,Ia4)如果需要的话,进一步的多官能化合物,其与单体(Ia1)~(Ia3)不同并带有醇羟基、伯或仲氨基或异氰酸酯基团等反应性基团,和Ia5)如果需要的话,单官能化合物,其与单体(Ia1)~(Ia4)不同并带有醇羟基、伯或仲氨基或异氰酸酯基团等反应性基团。
特别适宜的二异氰酸酯碳化二亚胺(Ia1.1)是结构式Ia1.1.1或Ia1.1.2所示。
结构式Ia1.1.1中的基团Rc优选通过将聚氨酯化学工业中常用的二异氰酸酯单体(Ia1.2)的异氰酸酯基团抽掉的方法来制备。
单体(Ia1.2)尤其指的是二异氰酸酯X(NCO)2,其中X是4~12个碳原子的脂肪烃基团、6~15个碳原子的脂环或芳香烃基团或7~15个碳原子的芳代脂肪烃基团。
此类二异氰酸酯的例子是四亚甲基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、十二亚甲基二异氰酸酯、1,4-二异氰酸酯基环己烷、1-异氰酸酯基-3,5,5-三甲基-5-异氰酸酯基甲基环己烷(IPDI)、2,2-双-(4-异氰酸酯基环己基)丙烷、三甲基己烷二异氰酸酯、1,4-苯二异氰酸酯、2,4-甲苯二异氰酸酯、2,6-甲苯二异氰酸酯、4,4’-二苯甲烷二异氰酸酯、2,4’-二苯甲烷二异氰酸酯、对二甲苯二异氰酸酯、四甲基二甲苯二异氰酸酯(TMXDI)、双(4-异氰酸酯基环己基)甲烷(HMDI)的异的异构体如反/反、顺/顺和顺/反异构体,以及上述化合物的混合物。
将含有氨酯基团、可能的醚或酯基团并含有封端异氰酸酯基团的预聚物中的异氰酸酯基团抽掉而得到的基团Rc,优选是由二醇(Ia2)和二异氰酸酯(Ia1.2)构成的。
单体(Ia1.1)的制备其本身是已知的,比如见US 2,840,589,US2,941,966,EP-A-628 541以及P.W.Campbell & K.C.Smeltz,J.Org.Chem.,28,(1963)2069。根据DE-A 2 504 400和2 552 350,在非常温和的工艺中通过异相催化也可以制备二异氰酸酯碳化二亚胺,没有副产物。DE-A 2 653 120描述了在微量氧化膦的存在下实现二异氰酸酯的碳化二亚胺化并以酰氯将催化剂随后进行封端。
除了制备二异氰酸酯(Ia1.1),二异氰酸酯(Ia1.2)一般也可直接用以合成本发明聚氨酯分散体中所含的聚氨酯,因为合成聚氨酯一般有必要提供比引入碳化二亚胺基团所需更多的异氰酸酯。
除了上述异氰酸酯之外,可作为合成聚氨酯用化合物(Ia1.2)的其它异氰酸酯是不仅要带有自由的异氰酸酯基团而且更要有封端的异氰酸酯基团,例如脲二酮。
考虑到良好的成膜性和弹性,理论上适宜作为二醇(Ia2)的化合物是极高分子量的二醇(Ia2.1),约500~5000,优选约1000~3000g/mol。
特别地,二醇(Ia2.1)是聚酯多元醇,比如可参见UllmannsEncyklopadie der Technischen Chemie,4th Edition,Vol.19,pp.62~65。以二羟基醇与二元羧酸的反应制备的聚酯多元醇是优选采用的。除了自由的多羧酸,也可以采用相应的多酸酐或低级醇的相应多羧酸酯,或者它们的混合物,来制备聚酯多元醇。多羧酸可以是脂肪族、脂环族、芳代脂肪族、芳香族或杂环并且可以是未取代的或为卤原子等取代,以及/或者是饱和或不饱和的。例子是辛二酸、壬二酸、苯二甲酸和间苯二甲酸,苯二甲酐、四氢化苯二甲酐、六氢化苯二甲酐、四氯化苯二甲酐、桥亚甲基四氢化苯二甲酐、戊二酸酐和马来酸酐,马来酸、富马酸和脂肪酸二聚体。优选结构式HOOC-(CH2)y-COOH的二羧基酸类,其中y是1~20的数值,优选2~20的偶数,其例是丁二酸、己二酸、癸二酸和十二烷二酸。
适宜的多羟基醇例是乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁烯二醇、1,4-丁炔二醇、1,5-戊二醇、新戊二醇、双(羟甲基)环己烷比如1,4-双(羟甲基)环己烷、2-甲基-1,3-丙二醇、甲基戊二醇、和二乙二醇、三乙二醇、四乙二醇、聚乙二醇、二丙二醇、聚丙二醇、二丁二醇、聚丁二醇。优选结构式HO-(CH2)x-OH的醇,其中x是1~20的数值,优选2~20的偶数。此类醇的例子是乙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇、1,8-辛二醇和1,12-十二烷二醇。优选新戊二醇。
聚碳酸酯二醇也是适宜的,比如可通过光气与过量的所述作为聚酯多元醇结构组份的低分子量醇的反应来制备。
内酯基的聚酯二醇也是适用的,为内酯的均聚物或共聚物,优选内酯与适宜的二官能起始物分子的羟基封端加合物。适宜的内酯优选衍生自结构式HO-(CH2)z-OH的化合物,其中z为1~20而且亚甲基单元的一个氢也可为C1~C4烷基所取代。例子是ε-己内酯、β-丙醇酸内酯、γ-丁内酯和/或甲基-ε-己内酯,及其混合物。适宜的起始物组份的例子是上述作为聚酯多元醇结构组份的低分子量多羟基醇。特别优选ε-己内酯的相应聚合物。低级的聚酯二醇或聚醚二醇也可用作起始物来制备内酯聚合物。除了内酯聚合物,也可采用与内酯相当的羟基羧酸的相应化学等当量缩聚物。
进一步适宜的单体(Ia2.1)是聚醚二醇。其制备尤其是可以借助氧化乙烯、氧化丙烯、环氧丁烷、四氢呋喃、氧化苯乙烯或表氯醇与自身的聚合反应,比如在BF3的存在下,或者将这些化合物单独或混合或者依次加成到含有反应性氢的起始物组份上,比如醇或胺,例如水、乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,2-双(4-羟基二苯基)丙烷或苯胺。特别优选聚四氢呋喃,分子量为240~5000,特别是500~4500。
同样适宜的是多羟基烯烃,优选带2个端羟基,例如将α,ω-二羟基聚丁二烯、α,ω-二羟基聚甲基丙烯酸酯或α,ω-二羟基聚丙烯酸酯作作为单体(Ia2.1)。此类化合物比如可参见EP-A-0622378。进一步适宜的多元醇是聚缩醛、聚硅氧烷和醇酸树脂。
多元醇也可以混合应用,比例为0.1∶1~1∶9。
若除了二醇(Ia2.1),还采用分子量约62~500、优选62~200g/mol的低分子量二醇(Ia2.2)作为二醇(Ia2),就可提高聚氨酯的硬度和弹性模量。
用作单体(Ia2.2)的化合物尤其指的是用于聚酯多元醇制备的所述短链链烷二醇结构组份,优选的是2、4、6、8、10或12个碳原子的非支链二醇,并优选1,5-戊二醇和新戊二醇。
二醇(Ia2.1)的百分含量,基于二醇(Ia2)的总量,优选为10~100mol%,而单体(Ia2.2)的百分含量,基于二醇(Ia2)的总量,为0~90mol%。特别优选地,二醇(Ia2.1)对单体(Ia2.2)之比为0.1∶1~5∶1,特别是0.2∶1~2∶1。
为了让聚氨酯分散在水中,合成聚氨酯不但采用了组份(Ia1)和(Ia2),还包括单体(Ia3),其不同于组份(Ia1)和(Ia2),并带有至少一个的异氰酸酯基团或至少一个的异氰酸酯反应性基团,而且除此之外还有至少一个的亲水基团或可转变成亲水基团的基团。后文中将亲水基团或隐性亲水基团一词简称为(隐性)亲水基团。同用以构造聚合物主链的单体的官能团相比,(隐性)亲水基团与异氰酸酯的反应要慢得多。
带有隐性亲水基团的组份在组份(Ia1)、(Ia2)、(Ia3)、(Ia4)和(Ia5)总量中的比例一般是这样的,基于所有单体(Ia1)~(Ia5)的总量,(隐性)亲水基团的摩尔数是30~1000,优选50~500,并特别优选80~300mmol/kg。
(隐性)亲水基团可以是非离子性或优选(隐性)离子性亲水基团。
特别优选的非离子性亲水基团尤其是由优选5~100、更优选10~80个氧化乙烯重复单元构成的聚(C1-C4-亚烷基)二醇醚。聚氧化乙烯单元的含量一般为0~10%,优选0~6wt%,基于所有单体(Ia1)~(Ia5)的总量。
带有非离子性亲水基团的优选单体是聚氧化乙烯二醇,聚氧化乙烯一醇,以及聚乙二醇与二异氰酸酯的反应产物,其带有端基醚化的聚乙二醇基团。此类二异氰酸酯及其制备工艺在专利US 3905 929和US 3920 598中有专述。
离子性亲水基团,特别是阴离子基团如碱金属盐或铵盐形式的磺酸根、羧酸根和磷酸根基团,还有阳离子基团比如铵基基团,特别是质子化的叔胺基团或者是季铵基团。
隐性的离子性亲水基团,特别是借助简单的中和或水解反应能转变成上述离子性亲水基团的,即例如羧基。
(隐性)离子性单体(Ia3)例如详述于Ullmanns Encyklopadie derTechnischen Chemie,4th Edition,Vol.19,pp.311~313中,以及比如DE-A 14 95 745中。
带有叔胺基团的单体作为(隐性)阳离子单体(Ia3),尤其有着特别重要的实用价值,其例如:三(羟烷基)胺、N,N’-双(羟烷基)烷基胺、N-羟烷基-二烷基胺、三(氨烷基)胺、N,N’-双(氨烷基)烷基胺、N-氨烷基-二烷基胺,这些叔胺的烷基和链烷双基单元互不相关地由1~6个碳原子的烷基构成。
利用酸,优选强的无机酸比如磷酸、硫酸或氢卤酸或强的有机酸,或者与适当的季铵化剂如C1-C6-烷基卤化物或卤苯如溴化物或氯化物发生反应,将这些叔胺转化成铵盐。
带有(隐性)阴离子基团的适宜单体一般是脂肪族、脂环族、芳代脂肪族或芳香族的羧酸和磺酸,带有至少一个的醇羟基或至少一个的伯或仲氨基基团。优选二羟基烷基羧酸,特别是带有3~10个碳原子的,如可参见US-A 3,412,054。特别优选结构式(Ia3.1)的化合物其中R1和R2是C1-C4-链烷双基,而R3是C1-C4-烷基,并特别指的是二羟甲基丙酸(DMPA)。
相应的二羟基磺酸和二羟基膦酸,比如2,3-二羟丙基膦酸,也是适宜的。
其它的适宜化合物是分子量超过500至10,000g/mol并带有至少两个羧酸酯基团的二羟基化合物,参见DE-A 39 11 827。其制备是,二羟基化合物与四羧酸二酐如1,2,4,5-苯四酸二酐或环戊四羧酸二酐,在加聚反应中以摩尔比2∶1~1.05∶1发生反应。特别适宜的二羟基化合物是作为链增长剂的单体(IIa2),以及二醇(IIa1)。
带有异氰酸酯反应性氨基基团的适宜单体(Ia3)是氨基羧酸,比如赖氨酸、β-氨基丙酸或者在DE-A 20 34 479中专述的脂肪族二伯二胺与α,β-不饱和羧酸或磺酸的加合物。
此类化合物比如是符合结构式(Ia3.2)
H2N-R4-NH-R5-x (Ia3.2)其中R4和R5是彼此无关的C1-C6-链烷双基,优选亚乙基以及X是COOH或SO3H。
特别优选的结构式(IV)化合物是N-(2-氨乙基)-2-氨乙基羧酸和N-(2-氨乙基)-2-氨乙基磺酸以及相应的碱金属盐,Na是特别优选的抗衡离子。
上述脂肪族二伯二胺与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸的加合物也是特别优选的,比如参见DE-C 19 54 090。
如果采用了带有隐性离子基团的单体,在异氰酸酯的加聚反应之前或期间,但是优选之后将其转变成离子形式,因为离子性单体在反应混合物中的溶解性怎么说都是差的。特别优选地,磺酸根或羧酸根基团采取盐的形式,以碱金属离子或铵根离子作为抗衡离子。
如果用到了单体(Ia3),其带有羧基或者是继聚氨酯分散之后借助水解反应或羧酸根基团的质子化能转变成羧基基团的基团,本发明的水性分散体的pH值调成碱性,基本上不再含有任何的羧基,只是事实上这些基团几乎都被中和了。这通常是pH值>>pKa的情况,其中:pH=pKa-logC酸/C盐。
pH值优选至少是8。
单体(Ia4),其不同于单体(Ia1)~(Ia3),一般起到交联或链增长的作用。一般是官能度大于2的非酚醇,带有两个或更多伯和/或仲氨基基团的胺以及除了一个或多个醇羟基外还带有一个或多个伯和/或仲氨基基团的化合物。
官能度大于2的醇,可用于调配一定的支化或交联度,其例是三羟甲基丙烷、甘油和糖。
一元醇也是适宜的,其除了羟基外还带有一个进一步的异氰酸酯反应性基团,比如带有一个或多个伯和/或仲氨基基团的一元醇如一乙醇胺。
特别是要在有水存在的情况下进行链增长和/或交联时,就采用带有两个或多个伯和/或仲氨基基团的多胺,因为比起醇或水,胺类与异氰酸酯的反应一般更快速。当需要的是交联聚氨酯的水性分散体或者是高分子量的聚氨酯,这就更是必要的了。在此类情况下,遵循这样一个步骤,其中将带有异氰酸酯基团的预聚物制备出来、迅速分散在水中并随后通过添加带有两个或更多异氰酸酯反应性氨基基团的化合物来施以链增长或交联。
适于此目的的胺一般是多官能胺,分子量范围32~500g/mol,优选60~300g/mol,带有至少两个氨基基团,选择自伯和仲氨基基团。例子是二胺如二氨基乙烷、二氨基丙烷、二氨基丁烷、二氨基己烷、哌嗪、2,5-二甲基哌嗪、氨基-3-氨甲基-3,5,5-三甲基环己烷(异佛尔酮二胺,IPDA)、4,4’-二氨基二环己基甲烷、1,4-二氨基环己烷、氨乙基乙醇胺、肼、水合肼或者三胺如二亚乙基三胺或1,8-二氨基-4-氨甲基辛烷。
封端形式的胺也可采用,比如相应的酮亚胺(如见CA-A-1 129128)、酮连氮(参见US-A 4,269,748)或铵盐(见US-A 4,292,226)形式。噁唑烷,比如为US-A 4,192,937所采用,就是封端的多胺,在新型聚氨酯的制备当中用以达到预聚物的链增长。如果采用了此类的封端多胺,一般在无水的情况下与预聚物混合,混合物接着与分散水或其部分混合,以便通过水解释放出相应的多胺。
优选采用二胺和三胺的混合物,特别是异佛尔酮二胺(IPDA)和二亚乙基三胺(DETA)的混合物。
聚氨酯优选含有基于组分(Ia2)和(Ia4)总量的1~30%、特别是4~25mol%的带有至少两个异氰酸酯反应性氨基基团的多胺,作为单体(d)。
官能度大于2的醇,可用于调节一定的支化度或交联度,例如是异氰脲酸酯或六亚甲基二异氰酸酯的缩二脲。
基于同样的目的,也可采用官能度大于2的异氰酸酯,作为单体(Ia4)。工业试剂的例子是异氰脲酸酯或六亚甲基二异氰酸酯的缩二脲。
单体(Ia5),如果需要的话可共同选用,是单异氰酸酯、一元醇以及单伯和单仲胺。一般其百分含量不超过10mol%,基于单体的总摩尔数。这些单官能化合物一般带有其它的官能团如烯烃基团或羰基基团,并起到将官能团引入到聚氨酯中的作用,使得聚氨酯能够分散、交联或发生进一步的类聚合反应。适于此目的的单体比如是异丙烯基-α,α’-二甲基苄基异氰酸酯(TMI)以及丙烯酸或甲基丙烯酸酯如丙烯酸羟乙酯或甲基丙烯酸羟乙酯。
在聚氨酯化学领域,一般都知道如何通过选择共聚反应性单体的比例以及每分子反应性官能团数目的算术平均值来调节聚氨酯的分子量。
一般对组分(Ia1)~(Ia5)和各自的摩尔数要进行选择,以使得比例A∶B,其中A)是异氰酸酯基团的摩尔数,而B)是羟基摩尔数和能与异氰酸酯发生加成反应的官能团摩尔数的总和,是0.5∶1~2∶1,优选0.8∶1~1.5∶1和特别优选0.9∶1~1.2∶1。非常特别优选,比例A∶B尽可能接近1∶1。
所用的单体(Ia1)~(Ia5)一般带有按平均计算1.5~2.5,优选1.9~2.1和特别优选2.0个异氰酸酯基团和/或能与异氰酸酯发生加成反应的官能团。
组分(Ia1)~(Ia5)的加聚反应一般在20~180℃,优选50~150℃下以及在大气压力或自生压力下进行。
所需的反应时间可从几分钟长至几小时。聚氨酯化学领域中都知道温度、单体浓度和单体反应性等多个参数是如何影响反应时间的。
借助通常的催化剂可加速二异氰酸酯的反应,比如二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡(II)或重氮双环[2.2.2]辛烷。
带搅拌的容器是适宜的聚合反应设备,特别是在为达到低粘度和散热良好的目的而采用溶剂的情况下。
优选的溶剂要与水无限混溶,大气压力下的沸点为40~100℃,以及与单体不反应或反应很慢。
分散体一般按如下方法之一进行制备:
在丙酮工艺中,在与水混溶且其在大气压力中于100℃以下沸腾的溶剂中,由组分(Ia1)~(Ia3)制备出离子性聚氨酯。添加水直到形成分散体,其中水是连续相。
预聚物混合工艺不同于丙酮工艺,即,是事先制备带有异氰酸酯基团的预聚物,而不是充分反应的(隐性)离子性聚氨酯。在此情况下,选择各个组分,将先前定义的比例A∶B设置成大于1.0~3,优选1.05~1.5。预聚物首先分散在水中并随后交联,可能的是借助异氰酸酯基团与胺的反应,后者带有超过两个的异氰酸酯反应性氨基基团,或者是借助带有两个对异氰酸酯有反应性的氨基基团的胺来进行链增长。链增长也可以在不添加胺的情况下实现。在此情况下,异氰酸酯基团水解成氨基,并与预聚物的残余异氰酸酯基团发生反应,借此达到了链增长。
如果在制备聚氨酯时采用了溶剂,一般要从分散体中除掉大部分的溶剂,比如借助减压下的蒸馏。分散体优选含有低于10wt%的溶剂,并特别优选是不含溶剂。
分散体一般其固含量为10~75,优选20~65wt%,而粘度为10~500mPa·s(20℃测定,剪切速度250s-1)。
在某些情况下难于均匀分散在产品分散体中的疏水性助剂,例子是由醛与酚或酚衍生物形成的酚醛缩合树脂,或者是环氧树脂以及如DE-A-39 03 538,43 09 079和40 24 567所提供的其它聚合物,比如在聚氨酯分散体作为促粘剂,它们按照上述两文献所述的方法,在分散之前,添加到聚氨酯或预聚物中。
在本发明的一个变体中,分散相P.I中含有物理混合形式的亲水性聚氨酯Ibi和碳化二亚胺Ibii。
聚氨酯Ibi可以与聚氨酯Ia的组成完全相同,只是聚氨酯Ibi不带有有效量的碳化二亚胺基团。
因此,聚氨酯Ibi一般由以下构成Ibi1)不带有碳化二亚胺结构单元的二异氰酸酯,Ibi2)二醇,其中Ibi2.1)分子量500~5000的占10~100mol%,基于二醇(Ibi2)的总量,和Ibi2.2)分子量60~500g/mol的占0~90mol%,基于二醇(Ibi2)的总量,Ibi3)与单体(Ibi1)和(Ibi2)不同的单体,其带有至少一个的异氰酸
酯基团或者至少一个的异氰酸酯反应活性基团,并也带有能让聚
氨酯在水中分散的至少一个的亲水基团或隐性亲水基团,Ibi4)如果需要的话,进一步的多官能化合物,其与单体(Ibi1)~(Ibi3)
不同并带有醇羟基、伯或仲氨基或异氰酸酯基团等反应性基团,
和Ibi5)如果需要的话,单官能化合物,其与单体(Ibi1)~(Ibi4)不同
并带有醇羟基、伯或仲氨基或异氰酸酯基团等反应性基团。
特别适宜的结构组份(Ibi1)是(Ia1.2)所指的化合物,结构组份(Ibi2)是(Ia2)所指的,结构组份(Ibi3)是(Ia3)所指的,结构组份(Ibi4)是(Ia4)所指的,以及结构组份(Ibi5)是(Ia5)所指的。
碳化二亚胺Ibii基本上不带有能让其在水中分散的亲水基团;即,它基本上不带有离子基团或亲水性聚氧化亚烷基基团,而单体Ia3和Ibi3都分别带有。适宜的碳化二亚胺Ibii的例子为结构式Ibii1其中n是2~20的数值Rc如结构式Ia1.1.1所定义Rd是 -NH2
—N=C=N—Re以及Re,相互独立分别是C1-C20-烷基、C5-C12-环烷基、C6-C20-芳基或C7-C20-芳烷基,基团Re的1~4个氢原子可以为相对于碳化二亚胺基团而言惰性的取代基所取代。
在这些化合物中,优选结构式Ibii2和Ibii3其中Ra、Rb和Rd如结构式Ia1.1.2和Ibii1所定义,而p是2~20的数值;其中Ra和Rb如结构式Ia1.1.2所定义,p是2~20的数值而q是1~10的数值。
比如可通过结构式Ia1.1.1化合物与相应醇或胺的反应来制备带有末端脲或氨酯基团的碳化二亚胺Ibii。
此类化合物是已知的,可参见EP-A-628 541。
制备带有-N=C=N-Re型末端基团的碳化二亚胺Ibii,可通过结构式Ia1.1.1化合物与相应单异氰酸酯的缩合或者借助构成结构式Ia1.1.1化合物的二异氰酸酯,与单异氰酸酯共缩合。优选苯基异氰酸酯、环己基异氰酸酯或间-异丙烯基-α,α-二甲基苯基异氰酸酯(TMI)。
比如可象制备含有疏水助剂的聚氨酯Ia那样来制备含有分散相I的水性分散体,其中聚氨酯Ibi和碳化二亚胺Ibii以物理混合的形式存在。意思是说,碳化二亚胺Ibii,如果不带有异氰酸酯反应性基团如醇羟基或伯和仲氨基基团,在任何需要的时刻都可添加到形成聚氨酯Ibi的反应混合物当中去,前提是在聚氨酯Ibi于水中分散之前进行添加。如果碳化二亚胺Ibii确实带有异氰酸酯反应性基团,那么直到反应混合物充分反应之后才进行添加,即,全然不再含有NCO基团时。
如果在包含单体Ibi1~Ibi5的反应混合物充分反应之后才进行添加,也可采用单体Ia1.1来代替碳化二亚胺Ibii。在此情况下,单体Ia1.1的异氰酸酯基团与水反应消耗而生成氨基基团,而氨基基团可与单体Ia1.1其它分子的进一步异氰酸酯基团反应生成脲基团,结果是增长了分子链。
适宜作为存在于分散相(P.II)中的聚合物(P)的聚合物,基本上是所有的带有羧基基团的成膜聚合物。
特别优选的是本发明的水性分散体,其中相(P.II)主要由以下构成IIa)聚氨酯(IIa),带有羧基基团而基本上不含碳化二亚胺基团,或IIb)聚合物(IIb),其衍生自 IIb1)基本单体,占30~99.9wt%,选择自(甲基)丙烯酸C1-C20-烷酯、C1-C20羧酸乙烯酯、多达20个碳原子的乙烯基芳香族化合物、烯型不饱和腈、卤化乙烯和带有2~8个碳原子以及1~2个双键的脂肪烃,IIb2)带有一个烯型双键的羧酸,占0.01~20wt%,和IIb3)与(IIb1)和(IIb2)不同的自由基可聚合型单体,或者IIc)带有羧基基团的水分散性聚酯(聚合物IIc)。
就聚合物(IIb)的含义范围来讲,(甲基)丙烯酸某某就是甲基丙烯酸某某或丙烯酸某某的简称。
为使聚合物P.II形成分散相P.II,聚合物P.II在本发明分散体的连续水相中的溶解度一般要小于1g/l,温度为25℃。
就1kg聚氨酯(IIa)而言,聚氨酯(IIa)优选含有0.01~1,更优选0.1~0.5mol的羧基基团。特别优选地,聚氨酯(IIa)中的羧基基团数与聚氨酯(Ia)中的碳化二亚胺结构单元数基本上是相当的。
聚氨酯(IIa)一般并优选由以下构成IIa1)不带有碳化二亚胺结构单元的二异氰酸酯。IIa2)二醇,其中IIa2.1)分子量500~5000的占10~100mol%,基于二醇(IIa2)的总量,和IIa2.2)分子量60~500g/mol的占0~90mol%,基于二醇(IIa2)的总量,IIa3)与单体(IIa1)和(IIa2)不同的单体,其带有至少一个的异氰酸
酯基团或者至少一个的异氰酸酯反应活性基团,并也带有能让聚
氨酯在水中分散的至少一个的亲水基团或隐性亲水基团,至少一
部分单体(IIa3)的亲水基团或隐性亲水基团是羧基基团或隐性羧
基基团,其能够在聚氨酯分散在酸性的水性介质中之后自发反应
生成羧基基团,IIa4)如果需要的话,进一步的多官能化合物,其与单体(IIa1)~(IIa3)
不同并带有醇羟基、伯或仲氨基或异氰酸酯基团等反应性基团,
和IIa5)如果需要的话,单官能化合物,其与单体(IIa1)~(IIa4)不同
并带有醇羟基、伯或仲氨基或异氰酸酯基团等反应性基团。
适宜的结构组份(IIa1)尤其是(Ia1.2)所指的化合物,适宜的结构组份(IIa2)是(Ia2)所指的,适宜的结构组份(IIa3)是(Ia3)所指的,适宜的结构组份(IIa4)是(Ia4)所指的,适宜的结构组份(IIa5)是(Ia5)所指的。特别适宜的结构组份(IIa1)是(Ia1.2)所指的化合物,结构组份(IIa2)是(Ia2)所指的,结构组份(IIa3)是(Ia3)所指的,结构组份(IIa4)是(Ia4)所指的,以及结构组份(IIa5)是(Ia5)所指的。但是对于结构组份(IIa3)而言,同(Ia3)所指的物质相比是有其特殊性的,即至少一部分的单体(IIa3)中亲水基团或隐性亲水基团必须是羧基基团或隐性羧基基团,其能够在聚氨酯分散在水性介质中之后自发反应生成羧基基团。
隐性羧基基团指的是,比如以盐形式存在的羧酸根基团,至少在水中部分质子化,也比如是可在水中水解的羧酸酐基团。分散后,通过刻意地改变分散体的pH值,如DE-A-4 300 162所述,或者是借助在分散之前并且是聚氨酯(IIa)合成之后添加酸或碱的方法,就能轻而易举地调配羧基基团对羧酸酯基团的所需比例。
优选的是本发明的分散体,其中相(P.I)基本上由聚氨酯(Ia)构成,其结构组份(Ia3)的亲水基团是磺酸根基团,而其中相(P.II)基本上由聚氨酯(IIa)构成,其结构组份(IIa3)的亲水基团是混以磺酸根基团的羧基基团,其中有些是以铵盐或碱金属盐的形式存在的。
聚合物(IIb)优选由如下的单体构成。
单体(IIb1)的例子是(甲基)丙烯酸C1-C10烷酯如甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸乙酯和丙烯酸2-乙基己酯。
(甲基)丙烯酸烷酯的混合物也特别适宜。
1~20个碳的羧酸乙烯酯的例子是月桂酸、硬脂酸、丙酸以及乙酸的乙烯酯。
适宜的乙烯基芳香族化合物是乙烯基甲苯、α-和对甲基苯乙烯、α-丁基苯乙烯、4-正丁基苯乙烯、4-正癸基苯乙烯并优选苯乙烯。
腈的例子是丙烯腈和甲基丙烯腈。
卤乙烯是氯、氟或溴取代的烯型不饱和化合物,优选氯乙烯和1,1-二氯乙烯。
有2~8个碳原子以及一个或多个烯型双键的非芳香烃包括丁二烯、异戊二烯和氯丁二烯,也包括乙烯、丙烯和异丁烯。
基本单体(IIb1)也优选以混合物的方式采用。
乙烯基芳香族化合物比如苯乙烯,比如经常与(甲基)丙烯酸C1-C20-烷酯,特别是(甲基)丙烯酸C1-C8-烷酯,或者与非芳香烃如异戊二烯或优选丁二烯混合应用。
适宜的单体(IIb2)优选(甲基)丙烯酸或马来酸。
适宜单体(IIb3)的例子是丙烯酸和甲基丙烯酸与1~20碳醇的酯,醇基团中除氧原子外进一步含有至少一个其它的杂原子以及/或者含有一个脂肪族或芳香族环,比如丙烯酸2-乙氧基乙酯、(甲基)丙烯酸2-丁氧基乙酯、(甲基)丙烯酸二甲基氨乙酯、(甲基)丙烯酸二乙基氨乙酯,(甲基)丙烯酸芳酯、烷芳酯或环烷酯如(甲基)丙烯酸环己酯、(甲基)丙烯酸苯基乙酯、(甲基)丙烯酸苯基丙酯或者杂环醇的丙烯酸酯如(甲基)丙烯酸糠酯。
带有氨基基团或酰胺基团的单体(IIb3)也是适宜的,比如(甲基)丙烯酰胺以及C1-C4-烷基氮位取代的衍生物。
作为单体(IIb3)特别重要的是羟基官能单体,例子是被一个或两个羟基取代的(甲基)丙烯酸C1-C15-烷酯。作为羟基官能共聚单体特别重要的是(甲基)丙烯酸C2-C8-羟基烷酯,比如(甲基)丙烯酸正羟基乙酯、正羟基丙酯或正羟基丁酯。
以自由基聚合反应来制备聚合物(IIb)。适宜的聚合方法如本体、溶液、悬浮液或乳液聚合,是熟练的技术人员已知的。
共聚物优选以溶液聚合的方法制备,随后分散在水中,或特别优选利用乳液聚合反应。
就乳液聚合而言,共聚单体可在水溶性引发剂和乳化剂的存在下并优选在30~95℃下如常进行聚合。
适宜的引发剂的例子是过硫酸钠、钾和铵盐,特丁基氢过氧化物、水溶性偶氮化合物或氧化还原引发剂。
所用乳化剂的例子是相当长链脂肪酸、烷基硫酸、烷基磺酸、烷基化芳基磺酸或烷基化二苯醚磺酸的碱金属盐。进一步适宜的乳化剂是氧化烯烃,特别是氧化乙烯或氧化丙烯与脂肪醇或脂肪酸或酚或烷基酚的反应产物。
对于水性二次分散体的情况,首先在有机溶剂中以溶液聚合的方式制备出共聚物,并随后借助成盐物如氨在含羧基共聚物中的添加将其分散在水中,无需乳化剂或分散助剂。蒸馏除掉有机溶剂。水性二次分散体的制备对熟练技术人员是已知的,比如参见DE-A-37 20 860。
为调节分子量,可在聚合反应期间采用调节剂。适宜的例子是含有-SH-的化合物,比如巯基乙醇、巯基丙醇、苯硫酚、硫甘油、巯基乙醇酸乙酯、巯基乙醇酸甲酯和叔十二烷基硫醇。其用量比如可以是0~0.5wt%,基于共聚物。
对共聚单体的种类及量进行优选,以便得到的共聚物其玻璃化转变温度为-60~+140℃,优选-60~+100C。共聚物的玻璃化转变温度按ASTM 3418/82以差热分析或差示扫描量热法进行测定。
数均分子量Mn优选是103~5×106,特别优选105~2×106(以凝胶渗透色谱法测定,聚苯乙烯为标)。
带有羧基基团的水分散性聚酯(聚合物d)是已知的,参见Encyclopedia of polymer science and engineering,John Wiley &Sons,2th Edition,Vol.12,pp.300~313。
适宜的聚酯,比如是由式(Ia3.1)化合物以及用于合成聚氨酯(Ia)的聚酯多元醇结构组份(结构组份Ia2.1)制备而来的。
制备分别含有分散相(I)和(II)的分散体并随后将所述的分散体相互混合,这样就能以特别简单的方式制备出本发明的分散体。混合是没有严格限制的,比如可通过将一个分散体搅拌入另一个的方式实现。分散体在使用前的任何时候都可进行混合。
本发明的聚氨酯分散体可进一步包括水可乳化或水可分散的树脂,比如聚氨酯、聚酯、环氧树脂或醇酸树脂,以及常用的工业助剂和添加剂,比如助流剂、消泡剂、乳化剂、增稠剂和触变剂,着色剂比如染料和颜料。但是,本发明的分散体一般不含任何有效量的三聚氰胺、高岭土或阻燃剂。
分散体适用于,比如各种基体如木材、金属、塑料、纸、皮革或织物等的粘合或涂覆,织物的浸渍以及模塑物和印刷墨水的制备。
就这些应用而言,本发明的聚氨酯分散体可采用对粘合剂、皮革或涂料工业熟悉的方法进行施工;即,采取将分散体喷涂、辊涂或刮涂到基体上并随后将其干燥的方式。
对作为粘合剂施工的情况,在分散体膜干燥之前或之后,将涂覆的工作件连接到另一个工作件上,优选施以压力。
如果在连接之前、期间或之后,将覆有粘合剂干膜的工作件在约50℃~100℃下直接加热,那么就会得到特别强的粘结力。
利用这些方法得到的粘合体,特别引人注意的地方是其贮存稳定性和高的热稳定性。实验部分缩写词:P = 份数CDI = 碳化二亚胺基团OHN = 羟值TDI = 甲苯二异氰酸酯HDI = 六亚甲基二异氰酸酯DBTL = 二月桂酸二丁基锡DMPA = 二羟甲基丙酸RT = 室温
实施例中采用如下结构的碳化二亚胺
OCN-(Rc-N=C=N)n-Rc-NCO (Ia1.1.1)其中m平均约为4。
采用带有同心圆筒的旋转式流变仪,在20℃下以250s-1的剪切速率测定分散体的粘度(转筒直径38.7mm,杯直径:42.0mm)。
K值是衡量聚合物分子量的尺度,按Kirk-Othmer,Encyclopedia ofChemical Technology,3rd Edition,John Wiley & Sons Inc.,Vol.23,p.967中所述的方法测定。A 制备分散体A1 制备初始分散体A1.1 制备(I)型初始分散体A1.1.1 制备(Ia)型初始分散体分散体Ia1:以碳化二亚胺分散
542.9g从己二酸、新戊二醇和己二醇(OHN=56)制备的聚酯、0.1gDBTL和36.6g 1,4-丁二醇在92.2g丙酮中与58.6g TDI于65℃反应1小时。然后,添加处于100g丙酮中的88.3g NCO封端的碳化二亚胺,含有8%的NCO和15%的CDI。10分钟后,计量加入56.5g HDI并且将混合物在65℃搅拌153分钟。然后以756g丙酮稀释并冷却到50℃。NCO含量为0.38%。以33.8g的氨乙基氨基乙烷磺酸钠50%水溶液实施链增长,并以1200g去离子水分散产物。减压下于最高43℃的温度下将丙酮蒸掉,并且将固体含量调整到40%。分析值:LT:69 粘度:32mPas K值:51 pH:8.8分散体Ia2:以碳化二亚胺分散
563.2g从己二酸、新戊二醇和己二醇(OHN=56)制备的聚酯、0.1gDBTL和38g 1,4-丁二醇在191.4g丙酮中与63.4g TDI于62℃反应1小时。然后,添加处于100g丙酮中的57.3g NCO封端的碳化二亚胺,含有8%的NCO和15%的CDI。10分钟后,计量加入61.2g HDI并且将混合物在65℃搅拌139分钟。然后以756g丙酮稀释并冷却到50℃。NCO含量为0.41%。以33.8g的氨乙基氨基乙烷磺酸钠50%水溶液实施链增长,并以1200g去离子水分散产物。减压下于最高43℃的温度下将丙酮蒸掉,并且将固体含量调整到40%。分析值:LT:78 粘度:46mPas K值:58 pH:8.3分散体Ia3:以碳化二亚胺分散
552.6g从己二酸、新戊二醇和己二醇(OHN=56)制备的聚酯、0.1gDBTL和37.3g 1,4-丁二醇在191.4g丙酮中与60.9g TDI于65℃反应1小时。然后,添加处于100g丙酮中的73.5g NCO封端的碳化二亚胺,含有8%的NCO和15%的CDI。10分钟后,计量加入58.8g HDI并且将混合物在65℃搅拌140分钟。然后以756g丙酮稀释并冷却到50℃。NCO含量为0.41%。以33.8g的氨乙基氨基乙烷磺酸钠50%水溶液实施链增长,并以1200g去离子水分散产物。减压下于最高43℃的温度下将丙酮蒸掉,并且将固体含量调整到40%。分析值:LT:80 粘度:50mPas K值:53 pH:7.8A1.1.2制备Ib型初始分散体分散体Ib1
600.6g从己二酸、新戊二醇和己二醇(OHN=56)制备的聚酯、0.15gDBTL、40.5g 1,4-丁二醇在191.4g丙酮中与72.2g TDI于69℃反应1小时。然后,计量加入69.8g HDI并且将混合物在69℃搅拌147分钟。然后以765.8g丙酮稀释并冷却到50℃。NCO含量为0.40%。以33.8g的氨乙基氨基乙烷磺酸钠50%水溶液实施链增长,随后添加处于100g丙酮中的50g NCO封端的碳化二亚胺,含有8%的NCO和15%的CDI,并以1200g去离子水分散产物。减压下于最高43℃的温度下将丙酮蒸掉,并且将固体含量调整到40%。分析值:LT:84.5 粘度:29mPas K值:62 pH:6.9分散体Ib2
591.1g从己二酸、新戊二醇和己二醇(OHN=56)制备的聚酯、0.25gDBTL、39.9g 1,4-丁二醇在189.8g丙酮中与74g TDI于68℃反应90分钟。然后,计量加入71.5g HDI并且将混合物在68℃搅拌104分钟。然后以759g丙酮稀释并冷却到50℃。NCO含量为0.54%。以47.3g的氨乙基氨基乙烷磺酸钠50%水溶液实施链增长,随后添加处于100g丙酮中的80g NCO封端的碳化二亚胺,含有8%的NCO和15%的CDI,并以1200g去离子水分散产物。减压下于最高43℃的温度下将丙酮蒸掉,并且将固体含量调整到40%。分析值:LT:86.7 粘度:38.6mPas K值:58 pH:6.9分散体Ib3
600.6g从己二酸、新戊二醇和己二醇(OHN=56)制备的聚酯、0.25gDBTL、40.5g 1,4-丁二醇在191.4g丙酮中与72.2g TDI于65℃反应90分钟。然后,计量加入69.8g HDI并且将混合物在65℃搅拌77分钟。然后以765g丙酮稀释并冷却到50℃。NCO含量为0.48%。以33.8g的氨乙基氨基乙烷磺酸钠50%水溶液实施链增长,随后添加处于100g丙酮中的30g NCO封端的碳化二亚胺,含有8%的NCO和15%的CDI,并以1200g去离子水分散产物。减压下于最高43℃的温度下将丙酮蒸掉,并且将固体含量调整到40%。分析值:LT:82 粘度:32.6mPas K值:55 pH:7.5分散体C.1:(对比用)分散之后蒸馏之前以碳化二亚胺分散
600.6g从己二酸、新戊二醇和己二醇(OHN=56)制备的聚酯、0.15gDBTL和40.5g 1,4-丁二醇在91.4g丙酮中与72.2g TDI于65℃反应1小时。然后,计量加入69.8g HDI并且将混合物在65℃搅拌199分钟,在此期间以100g丙酮稀释之。然后以765.8g丙酮稀释并冷却到50℃。NCO含量为0.41%。以33.8g的氨乙基氨基乙烷磺酸钠50%水溶液实施链增长,并以1200g去离子水分散产物。然后,添加处于100g丙酮中的50g NCO封端的碳化二亚胺,含有8%的NCO和15%的CDI。减压下于最高43℃的温度下将丙酮蒸掉,并且将固体含量调整到40%。分析值:LT:73.4 粘度:25mPas K值:59 pH:7.0A1.2制备(II)型初始分散体分散体IIa1:以羧酸分散
515.5g从己二酸、新戊二醇和己二醇(OHN=56)制备的聚酯、0.5gDBTL、34.5g DMPA和34.8g 1,4-丁二醇在187.3g丙酮中与92.3g TDI于65℃反应1小时。然后,添加89.2g HDI并且将混合物在65℃搅拌177分钟。然后以749.3g丙酮稀释并冷却到30℃。NCO含量为0.91%。以67.6g的氨乙基氨基乙烷磺酸钠50%水溶液实施链增长,并以1200g去离子水分散产物。减压下于最高43℃的温度下将丙酮蒸掉,并且将固体含量调整到40%。分析值:LT:84 粘度:179mPas K值:40 pH:5.9分散体IIb1:
由丙烯酸丁酯、丙烯腈和丙烯酸制备的分散体,其商品名为AcronalA 378。A1.3制备一种现有技术的3型分散体,不含羧基和碳化二亚胺基团分散体C.2:不含碳化二亚胺及DMPA
588.7g从己二酸、新戊二醇和己二醇(OHN=56)制备的聚酯、0.1gDBTL和39.7g 1,4-丁二醇在189.7g丙酮中与74.4g TDI于65℃反应1小时。然后,添加71.9g HDI并且将混合物在65℃搅拌155分钟。然后以757.5g丙酮稀释并冷却到30℃。NCO含量为0.65%。以50.7g的氨乙基氨基乙烷磺酸钠50%水溶液实施链增长,并以1200g去离子水分散产物。减压下于最高43℃的温度下将丙酮蒸掉,并且将固体含量调整到40%。分析值:LT:67 粘度:27mPas K值:52.2 pH:7.9A.2制备隐***联的分散体以及对比实施例
分散体用于硬纸板/PVC的粘合,并测定其热稳定性。
分散体Ia1-IIa1:50p分散体Ia1与50p分散体IIa1混合。 分散体Ia2-IIa1:50p分散体Ia2与50p分散体IIa1混合。分散体Ia2-IIb1:45p分散体Ia2与60p分散体IIb1混合。分散体Ia3-IIa1:50p分散体Ia3与50p分散体IIa1混合。分散体Ib1-IIa1:250p分散体I.1与298p分散体IIa1混合。分散体Ib2-IIa1:250p分散体Ib2与297.4p分散体IIa1混合。分散体C.1-IIa1(C):250p分散体I.4与299p分散体IIa1混合。分散体C.2-异氰酸酯:分散体III.1与7.5%的DesmodurDA混
合,后者是一种脂肪族聚异氰酸酯。B.进行性能试验加热条件下的静态剥离强度——硬纸板/柔性PVC分散体以Collacral VL增稠至约300mPasB.1制备测试样品按如下的测试项目进行试验:基体: 硬纸板/PVC片,Benecke 577/E28型尺寸: 200×200mm粘合面积: 200×170mm(分成5个样条,每条30mm)施用方法: 2mm线涂棒
沿长度方向到硬纸板上干燥: 60℃下3分钟粘合方法: 80℃热压,仅PVC一侧压制压力: 0.1N/mm2压制时间: 30s样品贮存: RT下1天试验负载: 300g/30mm宽试样条剥离角度: 180样品数量: 1盘=5个样品B.2负载试验和评定按如下的试验步骤进行试验
在粘合剂施用,干燥并压制之后,以10mm的间距将得到的表面切割成30mm宽的样条。切割时,只将试片分割而不破坏硬纸板。去掉10mm宽的中间条,并在每个30mm宽的试样条上夹一个300g的砝码。
测试从40℃开始。温度每30分钟升高10℃。在持续15分钟的加热期间,对试样条不施加负载。断裂形态的判定:Co=粘合层内断裂,而不是从某侧物质上剥离(内聚断裂)C试验结果
试验结果汇总于表1
表1
“C”指的是对比试验HS指的是热稳定性
分散体 | HS[℃] | 断裂形态 |
Ia1-IIa1 | 5×>120 | Co |
Ia2-IIa1 | 5×>120 | Co |
Ia2-IIb1 | 1×80,4×>120 | Co |
Ia3-IIa1 | 5×>120 | Co |
Ib1-IIa1 | 5×>120 | Co |
Ib2-IIa1 | 5×>120 | Co |
Ia1(C) | 5×70 | Co |
Ia2(C) | 5×90 | Co |
Ia3(C) | 5×80 | Co |
Ib1(C) | 5×90 | Co |
Ib2(C) | 4×90,1×100 | Co |
Ib3(C) | 5×100 | Co |
C.1(C) | 5×80 | Co |
IIa1(C) | 5×<50 | Co |
C.1-IIa1(C) | 5×100 | Co |
C.2(C) | 5×<90℃ | Co |
C.2+异氰酸酯(C) | 5×120℃ | Co |
Claims (13)
1.隐***联的聚氨酯水性分散体,包含I.分散相(P.I),包含Ia) 一种聚氨酯(Ia),除了能让其在水中分散的亲水基团以外
还带有碳化二亚胺基团,但是基本上不带羧基基团或Ib) 一种物理混合物,包括Ibi)一种聚氨酯(Ibi),带有能让其在水中分散的亲水基团,但基
本上不带碳化二亚胺基团或羧基基团和Ibii)一种碳化二亚胺(Ibii),基本上不带有能让其在水中分散的
亲水基团,以及II.分散相(P.II),包含另一种聚合物(II),带有羧基基团而基本上没有碳化二亚胺基团。
2.权利要求1的水性分散体,其中利用结构式Ia1.1.1的聚异氰酸酯(Ia1)将碳化二亚胺结构单元引入到聚氨酯(Ia)中
OCN-(Rc-N=C=N)n-Rc-NCO (Ia1.1.1)其中Rc是带或不带氨酯基、脲基、酯基和/或醚基基团的二价烃基团,是通过将简单有机异氰酸酯或者将含有氨酯基团和可能有醚或酯基团、并带末端异氰酸酯基团的预聚物中的异氰酸酯基团消掉而得到的;如果同一个分子中含有两个或多个Rc基团,那么符合所给定义的不同Rc基团是可以同时存在的;并且n是整数或(按平均计算)1~20的小数,优选2~10。
4.权利要求1~3任何一项的水性分散体,其中相(P.I)基本由聚氨酯(Ia)形成,后者由以下构成:Ia1)二异氰酸酯,其Ia1.1)包含碳化二亚胺结构单元,包括或不包括一些种类,其Ia1.2)不带有碳化二亚胺结构单元,Ia2)二醇,其中Ia2.1)分子量500~5000的占10~100mol%,基于二醇(Ia2)的总量,以及Ia2.2)分子量60~500g/mol的占0~90mol%,基于二醇(Ia2)的总量,Ia3)与单体(Ia1)和(Ia2)不同的单体,其带有至少一个的异氰酸酯基团或者至少一个的异氰酸酯反应活性基团,并也带有能让聚氨酯在水中分散的至少一个的亲水基团或隐性亲水基团,Ia4)如果需要的话,进一步的多官能化合物,其与单体(Ia1)~(Ia3) 不同并带有醇羟基、伯或仲氨基或异氰酸酯基团的反应性基团,和Ia5)如果需要的话,单官能化合物,其与单体(Ia1)~(Ia4)不同并带有醇羟基、伯或仲氨基或异氰酸酯基团的反应性基团。
5.权利要求1~4任何一项的水性分散体,其中聚氨酯(Ibi)由以下构成Ibi1)不带有碳化二亚胺结构单元的二异氰酸酯,Ibi2)二醇,其Ibi2.1)分子量500~5000的占10~100mol%,基于二醇(Ibi2)的总量,和Ibi2.2)分子量60~500g/mol的占0~90mol%,基于二醇(Ibi2)的总量,Ibi3)与单体(Ibi1)和(Ibi2)不同的单体,其带有至少一个的异氰酸酯基团或者至少一个的异氰酸酯反应活性基团,并也带有能让聚氨酯在水中分散的至少一个的亲水基团或隐性亲水基团,Ibi4)如果需要的话,进一步的多官能化合物,其与单体(Ibi1)~(Ibi3)不同并带有醇羟基、伯或仲氨基或异氰酸酯基团的反应性基团,和Ibi5)如果需要的话,单官能化合物,其与单体(Ibi1)~(Ibi4)不同并带有醇羟基、伯或仲氨基或异氰酸酯基团的反应性基团。
8.权利要求1~7任何一项的水性分散体,其中相(P.II)基本上由以下构成IIa)聚氨酯(IIa),带有羧基基团而基本上不含碳化二亚胺基团,或IIb)聚合物(IIb),其衍生自IIb1)基本单体,占30~99.9wt%,选择自(甲基)丙烯酸C1-C20-烷酯、C1-C20羧酸乙烯酯、多达20个碳原子的乙烯基芳香族化合物、烯型不饱和腈、卤化乙烯和带有2~8个碳原子以及1~2个双键的脂肪烃,IIb2)带有一个烯型双键的羧酸,占0.01~20wt%,和IIb3)与(IIb1)和(IIb2)不同的自由基可聚合型单体,或者IIc)带有羧基基团的水分散性聚酯(聚合物IIc)。
9.权利要求8的水性分散体,其中聚氨酯(IIa)由以下构成IIa1)不带有碳化二亚胺结构单元的二异氰酸酯,IIa2)二醇,其中IIa2.1)分子量500~5000的占10~100mol%,基于二醇(IIa2)的总量,和IIa2.2)分子量60~500g/mol的占0~90mol%,基于二醇(IIa2)的总量,IIa3)与单体(IIa1)和(IIa2)不同的单体,其带有至少一个的异氰酸酯基团或者至少一个的异氰酸酯反应活性基团,并也带有能让聚氨酯在水中分散的至少一个的亲水基团或隐性亲水基团,至少一部分单体(IIa3)的亲水基团或隐性亲水基团是羧基基团或隐性羧基基团,IIa4)如果需要的话,进一步的多官能化合物,其与单体(IIa1)~(IIa2)不同并带有醇羟基、伯或仲氨基或异氰酸酯基团的反应性基团,和IIa5)如果需要的话,单官能化合物,其与单体(IIa1)~(IIa4)不同并带有醇羟基、伯或仲氨基或异氰酸酯基团的反应性基团。
10.权利要求8的水性分散体,其中相(P.I)基本上由聚氨酯(a)或Ibi构成,其结构组份(a3)或Ibi3带有磺酸根基团,而其中相(P.II)基本上由聚氨酯(IIa)构成,其结构组份(IIa3)带有羧基,其中有些是以铵盐或碱金属盐的形式存在的。
11.权利要求8的水性分散体,其中相(P.II)基本上由聚合物(IIb)构成,其衍生自(甲基)丙烯酸C1-C20烷酯,含有或不含作为单体(IIb1)的丙烯腈以及作为单体(IIb2)的(甲基)丙烯酸。
12.权利要求1~11任何一项分散体的用途,作为浸渍剂、涂料组合物或粘合剂。
13.经权利要求1~11任何一项的水性分散体粘合、浸渍或涂覆制备的木材、金属、织物、皮革或塑料制品。
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