用于木器涂料的聚氨酯脲的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及特定聚氨酯脲，并还涉及包含该聚氨酯脲的水性（aqueous)分散体和 涉及包含该聚氨酯脲或相应的水性分散体的涂料组合物。本发明的进一步的主题是使用本 发明的涂料组合物涂覆基底的方法，以及可以在此类方法中获得的涂覆的基底。
【背景技术】
[0002] 在基底涂层中，越来越多地使用水性粘合剂，尤其是聚氨酯脲（PUR)分散体。PUR 分散体相对于许多其它类别的水性粘合剂的特定特征是对化学品和水的高耐受性水平、高 机械鲁棒性以及高抗拉强度与弹性。通过现有技术的聚氨酯-聚脲分散体可以大致满足这 些要求。通过亲水性基团的优点，现有技术中确定的体系可以是自乳化的，即它们可以在没 有来自外部乳化剂的辅助的情况下分散在水中。为此，将离子或非离子亲水化基团引入该 聚氨酯脲的聚合物骨架中。
[0003] 此外，对于木材的涂覆，要求该涂料组合物满足许多进一步的性质，如快速干燥、 木结构的极大增强、有效和快速的打磨性能（8311(^13；[1；^7)，均仍须具有高硬度、耐擦伤性 和对含有油或脂肪的日常使用的物质如护手霜的耐受性。因此，始终需要基于水性粘合剂 的适用于木器的涂料组合物以便在这些品质方面得到改善。
【发明内容】
[0004] 本发明的一个目的因此是提供适于制造基于水性PUR分散体的木器涂料组合物 的聚氨酯脲，其具有快速初始干燥和高硬度，以及有效的打磨性能和对含有油或脂肪的日 常使用的物质如护手霜的耐受性。
[0005] 已经按照本发明通过阳离子亲水化的聚氨酯脲实现了该目的，所述阳离子亲水化 的聚氨酯脲由以下组分合成： a) 至少一种脂族、芳脂族和/或环脂族多异氰酸酯， b) 具有Μη彡400且彡6000克/摩尔的数均分子量和彡1.5且彡4的羟基官能度 的多元醇，该多元醇包含至少一种聚酯多元醇bl)，其具有无定形结构，并且其包含至少一 种芳族二羧酸和/或相应的羧酸酐作为合成组分，该聚酯多元醇中芳族二羧酸和/或其酸 酐的分数（fraction)为该聚酯多元醇的总质量的彡35重量％， c) 至少一种阳离子亲水化组分，其具有至少一个对异氰酸酯基团为反应性的基团，并 具有至少一个阳离子或潜在阳离子的基团， d) 至少一种脂族的氨基官能化合物，其具有至少两个异氰酸酯-反应性氨基基团， e) 任选至少一种醇，其具有至少两个羟基基团和多60且< 399克/摩尔的摩尔质量， 和 f) 任选至少一种具有对异氰酸酯基团为反应性的基团的化合物。
[0006] 基于本发明点的聚氨酯脲的水性分散体的木器涂料组合物表现出快速干燥、高硬 度以及除此之外的有效的打磨性能和对日常使用的物质如护手霜的耐受性。
[0007] 按照本发明，阳离子亲水化的聚氨酯脲是具有键合到聚合物骨架上的阳离子或潜 在阳离子基团的聚氨酯脲。潜在阳离子基团是可以通过化学反应，尤其是通过中和转化为 阳离子基团的那些。
[0008] 本发明的聚氨酯脲优选具有彡0.2且< 5毫当量/克聚合物、更优选彡0.5且 < 2毫当量/克聚合物和非常优选多0.6且< 1毫当量/克聚合物的阳离子和/或潜在 阳呙子基团含量。
[0009] 在本发明的一个优选实施方案中，该聚氨酯脲不具有非离子亲水化基团。
[0010] 非离子亲水化基团尤其理解为是经由具有异氰酸酯-反应性基团的非离子亲水 化化合物引入该聚氨酯脲的那些。此类非离子亲水化化合物的实例是包含至少一个羟基或 氨基基团的聚氧化烯醚。这些聚醚优选包含30重量％至100重量％分数的衍生自环氧乙 烧的单元。
[0011] 非离子亲水化化合物还包括例如具有每分子平均5至70个、优选7至55个环氧 乙烧单元的一元聚氧化稀聚醚醇（polyalkylene oxide polyether alcohol)，该类化合物 可以方便地通过合适的起始剂分子的烷氧基化来获得。
[0012] 该聚氧化稀聚醚醇是纯聚氧化乙稀聚醚或其环氧烧（alkylene oxide)单元的至 少30摩尔％、优选至少40摩尔％由环氧乙烷单元组成的混合聚氧化烯聚醚。优选的非离子 化合物是单官能混合聚氧化烯聚醚，其具有至少40摩尔％的环氧乙烷单元和不超过60摩 尔％的环氧丙烷单元。
[0013] 本发明的意义上的聚氨酯脲是聚合化合物，其具有至少两个、优选至少三个含氨 基甲酸酯基团的重复单元
以及，此外，含脲基团的重复单元：
这里的脲基团优选通过异氰酸酯官能的聚氨酯预聚物与具有氨基的化合物的反应来 形成。
[0014] 本发明的聚氨酯脲还可以包含进一步的合成组分，但是优选排它地由组分a)至 f)合成，更排它地由组分a)至e)合成。
[0015] 对本发明而言，对异氰酸酯基团为反应性的基团特别是伯和仲氨基、羟基和/或 硫醇基。
[0016] 对本说明书而言，数均分子量总是通过凝胶渗透色谱法（GPC)在四氢呋喃中在 23°C下测定。该程序按照 DIN 55672-1 :"Gel permeation chromatography, Part 1 -Tetrahydrofuran as Eluent"（来自 PSS Polymer Service 的 SECurity GPC-System，流速 1.0毫升/分钟；柱：2 X PSS SDV linear M，8 X 300 mm，5微米；RID检测器）。已知摩 尔质量的聚苯乙烯样品用于校准。在软件辅助下计算该数均分子量。根据DIN 55672 Part 1规定基准点与评估极限。
[0017] 组分a)包含至少一种脂族、芳脂族和/或环脂族多异氰酸酯。
[0018] 适于作为组分a)的化合物的实例是1，4-亚丁基二异氰酸酯、1，5-五亚甲基二异 氰酸酯（PDI)、1，6-六亚甲基二异氰酸酯（HDI)、异佛尔酮二异氰酸酯（ΙΗ)Ι)、2,2,4-和/ 或2, 4, 4-三甲基六亚甲基二异氰酸酯、异构的双（4, 4' -异氰酸根合环己基）甲烷或其具 有任何所需异构体含量的混合物（H12-MDI)、1，4-亚环己基二异氰酸酯、4-异氰酸根合甲 基-1，8-辛烷二异氰酸酯(壬烷三异氰酸酯)、1，3-和/或1，4-双（2-异氰酸根合丙-2-基） 苯（了1?01)、1，3-双（异氰酸根合甲基）苯（乂01)以及具有(：1-08-烷基的2,6-二异氰酸根 合己酸烷基酯(赖氨酸二异氰酸酯)，以及其混合物。
[0019] 除了上述多异氰酸酯之外，还有可能按比例伴随使用具有异氰脲酸酯、氨基甲酸 酯、脲基甲酸酯、缩二脲、亚氨基噁二嗪二酮和/或噁二嗪三酮结构的改性的二异氰酸酯或 三异氰酸酯。
[0020] 所讨论的化合物优选是具有彡2且彡4、优选彡2至2. 6和更优选彡2且彡2.4 的平均NC0官能度的多异氰酸酯或前述种类的多异氰酸酯混合物。
[0021] 优选用作组分a)的是HDI、H12-MDI和/或IPDI。
[0022] 特别优选地，组分a)包含组分a)总质量的多90重量％、更优选多95重量％和尤 其优选100重量％的IPDI。
[0023] 该聚氨酯脲中组分a)的分数优选为该聚氨酯脲的总重量的彡5且< 75重量％、 更优选多10且< 65重量％和非常优选多20且< 55重量％。组分a)至f)总计100重 量％。
[0024] 组分b)优选具有多600且< 4000克/摩尔、更优选多800且< 3000克/摩尔 的数均分子量和/或彡1.8且彡3和更优选彡1.9且彡2.1的平均0H官能度。
[0025] 作为组分b)，除了聚酯多元醇bl)之外，特别有可能使用聚酯多元醇、聚醚多元 醇、聚碳酸酯多元醇、聚醚-聚碳酸酯多元醇和/或聚酯-聚碳酸酯多元醇。优选地，该聚 酯多元醇排它地用作组分b)。
[0026] 聚酯多元醇是例如二醇以及任选三醇和四醇与二羧酸以及任选三羧酸和四羧酸 或羟基羧酸或内酯的常规缩聚物。还有可能使用相应的多羧酸酐或相应的低级醇的多羧酸 酯（polycarboxylic esters)取代游离多羧酸来制备该聚酯。
[0027] 适于该目的的二醇的实例是乙二醇、丁二醇、二乙二醇、三乙二醇、多亚烷基二醇 如聚乙二醇，以及1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、丁 -1，3-二醇、丁 -1，4-二醇、己-1，6-二醇和 异构体、新戊二醇或羟基新戊酸新戊二醇酯。此外，还有可能使用诸如三羟甲基丙烷、丙三 醇、赤藓醇、季戊四醇、三羟甲基苯或三羟乙基异氰脲酸酯的多元醇。
[0028] 可以使用的二羧酸包括邻苯二甲酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸、四氢邻苯二甲酸、 六氢邻苯二甲酸、环己烷二甲酸、己二酸、壬二酸、癸二酸、戊二酸、四氯邻苯二甲酸、马来 酸、富马酸、衣康酸、丙二酸、辛二酸、2-甲基琥珀酸、3, 3-二乙基戊二酸和/或2, 2-二甲基 琥珀酸。相应的酸酐是用于使用的另一可能的酸源。
[0029] 其中，用于酯化的多元醇的平均官能度大于2,此外还可以使用一元羧酸，如苯甲 酸和环己烷甲酸。
[0030] 可以在具有末端羟基的聚酯多元醇的制备中用作反应参与物的羟基羧酸的实例 包括羟基己酸、羟基丁酸、羟基癸酸、羟基硬脂酸等等。合适的内酯是己内酯、丁内酯和同系 物。己内酯是优选的。
[0031] 该聚氨酯脲中组分b)的分数优选为该聚氨酯脲的总重量的彡5且< 70重量％、 更优选多10且< 60重量％和非常优选多20且< 50重量％。组分a)至f)总计100重 量％。
[0032] 组分b)包含至少一种聚酯多元醇bl)，其具有无定形结构，并且其包含至少一种 芳族二羧酸和/或相应的羧酸酐作为合成组分，该聚酯多元醇中芳族二羧酸和/或其酸酐 的分数为该聚酯多元醇的总质量的多35重量％。
[0033] 该聚酯多元醇bl)优选具有彡-25°C、更优选彡0°C且< 80°C和非常优选> 10°C 且< 50°C的通过DSC测定的玻璃化转变温度Tg。
[0034] 在本发明的上下文中，该玻璃化转变温度Tg按照DIN ΕΝ 61006，Method A使用 为了测定1^用铟和铅校准的DSC仪器(来自Perkin-Elmer的Pyris Diamond DSC量热计） 通过动态扫描量热法（DSC)来测定。将10毫克用于分析的物质称重到可密封的铝坩埚中， 将其密封。进行由-l〇〇°C至+150°C的三次直接连续加热过程，加热速率20 K/分钟，并随 后冷却，冷却速率320 K/分钟，第三加热曲线用于测定该值。该1；定义为一个玻璃化转变 过程的中间高度处的温度。
[0035] 对本发明而言，无定形结构是指该聚酯多元醇不在其结构中形成任何结晶部分， 并且因此DSC测量对该聚酯多元醇可以仅显示一个或多个玻璃化转变点，而不显示任何熔 点或恪融范围。
[0036] 在本发明的一个优选实施方案中，组分b)包含至少一种聚酯多元醇bl)，其包含 至少一种芳族二羧酸和/或相应的羧酸酐作为合成组分。合适的芳族二羧酸或羧酸酐在这 里特别是邻苯二甲酸、间苯二甲酸或对苯二甲酸、相应的酸酐，以及所述化合物的混合物。
[0037] 在该聚酯多元醇中芳族二羧酸和/或其酸酐的分数优选为该聚酯多元醇的总质 量的多45重量％和非常优选多70重量％。
[0038] 脂族和芳族二羧酸和/或其酸酐的混合物可以用作用于该制备的酸组分，尽管优 选芳族二羧酸和/或酸酐排它地用作酸组分，不使用脂族羧酸和/或酸酐。
[0039] 该聚酯多元醇bl)优选可获自酸和醇