水性聚氨酯脲组合物包括分散体和膜的制作方法
【专利说明】水性聚氨醋服组合物包括分散体和膜
[0001 ] 本申请是W下申请的分案申请：申请日：2008年7月17日；申请号:200880107061.0 (PCT/US2008/070255);发明名称："水性聚氨醋脈组合物包括分散体和膜"。
[0002] 相关申请的交叉引用
[0003] 本申请是2007年5月8日提交的美国专利申请11/745,668的部分继续申请，11/ 745,668是2006年2月10日提交的美国专利申请11/351,967的部分继续申请，11/351,967是 2005年12月13日提交的美国专利申请11/300，229的部分继续申请，11/300，229是2005年10 月19日提交的11/253,927的部分继续申请，11/253,927是2005年2月11日提交的11/056， 067、现在的美国专利7,240,371的部分继续申请，所有运些通过全文引用结合到本文中。
[0004] 发明背景 发明领域
[0005] 本发明设及聚氨醋脈组合物如水性分散体、膜及其他成型制品。具体而言，本发明 设及任选无溶剂的稳定的水性分散体，所述分散体包含具有任选封闭的异氯酸醋端基的完 全形成的聚氨醋脈。所述分散体可通过预聚物混合工艺形成。
[0006] 相关技术概述
[0007] 聚氨醋(包括聚氨醋脈)可用作各种基材包括纺织品的粘合剂。通常，运样的聚氨 醋或为完全形成的非反应性聚合物或为反应性的异氯酸醋封端预聚物。运类反应性的聚氨 醋粘合剂常需要较长的固化时间来达到足够的粘结强度，运可能是制造工艺中的不利之 处。此外已知聚氨醋的异氯酸醋基团对湿气敏感，运将限制结合了运类聚氨醋的产品的胆 存稳定性而缩短货架寿命。
[000引通常，当完全形成时，运类聚合物或溶解在溶剂中（溶剂型）、或分散在水中（水基） 或加工为热塑性固体材料(热烙性）。值得一提的是，溶剂基粘合剂面临着旨在减少挥发性 有机化合物(V0C)和有害空气污染物化AP)的排放的日益严苛的健康和环境立法。因此，未 来可能需要常规溶剂基产品的替代品。
[0009]热烙性粘合剂虽然是环境安全的并易于W膜形式施用，但当经受反复的拉伸循环 时通常具有永久形变大和回复性差的问题。因此需要克服了热烙性粘合剂的性能问题的粘 合剂。希望运类粘合剂比常规热塑性聚氨醋和热烙性粘合剂还提供织物其他好处如柔性、 形状保持性及透气性。
[001日]发明概述
[0011] -些实施方案提供了一种含聚氨醋脈水性分散体的组合物。所述分散体含为如下 组分的反应产物的聚合物：
[0012] (a)至少一种选自聚酸、聚醋、聚碳酸醋及其组合的多元醇(polyol),其中所述多 元醇的数均分子量为600-4000;
[0013] (b)多异氯酸醋，所述多异氯酸醋包括选自芳族二异氯酸醋、脂族二异氯酸醋、环 脂族二异氯酸醋及其组合的成员；
[0014] (C)至少一种二醇化合物，所述二醇化合物包含：（i)能与多异氯酸醋反应的径基， 和(ii)至少一个中和时能成盐的簇酸基团，其中所述至少一个簇酸基团不能与所述多异氯 酸醋反应；
[001引 （d)中和剂；
[0016] (e)扩链剂；
[0017] (f)异氯酸醋基团的封端剂，所述封端剂包括至少一种单官能醇;和 [001引至少一种表面活性剂。
[0019] 另一实施方案中提供了一种含聚氨醋脈水性分散体的组合物。所述分散体含聚合 物，所述聚合物为包含预聚物组合物、中和剂和扩链剂的组合物的反应产物;其中所述预聚 物组合物为包含多元醇、多异氯酸醋、二醇和封端剂的组合物的反应产物。
[0020] 还提供了一种制备聚氨醋脈水性分散体的方法。所述方法包括：
[0021] (a)制备预聚物组合物，所述预聚物组合物含如下组分的反应产物
[0022] (i)至少一种选自聚酸、聚醋、聚碳酸醋及其组合的多元醇，其中所述多元醇的数 均分子量为600-4000;
[0023] (i i)多异氯酸醋，所述多异氯酸醋包括选自芳族二异氯酸醋、脂族二异氯酸醋、环 脂族二异氯酸醋及其组合的成员；
[0024] (iii)至少一种二醇化合物，所述二醇化合物含：（i)能与多异氯酸醋反应的径基， 和(ii)至少一个中和时能成盐的簇酸基团，其中所述至少一个簇酸基团不能与所述多异氯 酸醋反应
[0025] (b)将所述预聚物分散在含中和剂和表面活性剂的水性组合物中；
[0026] (C)对所述预聚物扩链W形成聚氨醋脈分散体，其中所述聚氨醋脈聚合物的重均 分子量为约40，000到约250，000;和
[0027] (d)通过异氯酸醋基团的封端剂的使用控制所述聚合物的分子量。
[0028] 另一实施方案中提供了由本文中公开的分散体制得的膜或其他成型制品。运类膜 可通过流延和干燥所述分散体制备。运些膜可涂布在基材上或与基材接触。
[0029] 再一实施方案中提供了制备聚氨醋脈水性分散体的工艺。稳定的分散体可在工业 规模上制备，包括大于约500加仑和大于约1000加仑的一次生产量。
[0030] 发明详述
[0031] 本发明范围内的水性聚氨醋分散体由特定的氨醋预聚物提供，所述氨醋预聚物也 构成一些实施方案的一个方面。
[0032] 在一些实施方案中，制备聚氨醋脈分散体的嵌段聚氨醋脈包括:a)数均分子量为 500-5000(例如约600-4000和600-3500)的多元醇或多元醇共聚物或多元醇混合物，包括但 不限于聚酸二醇、聚醋二醇、聚碳酸醋二醇、聚下二醇或其氨化衍生物和径基封端聚二甲基 硅氧烷;b)多异氯酸醋，包括二异氯酸醋如脂族二异氯酸醋、芳族二异氯酸醋和脂环族二异 氯酸醋;和C)二醇化合物，所述二醇化合物包含：（i)能与多异氯酸醋反应的径基，和（ii)至 少一个中和时能成盐的簇酸基团，其中所述至少一个簇酸基团不能与所述多异氯酸醋反 应;d)扩链剂如水或二胺扩链剂，包括脂族二胺扩链剂或脂族二胺扩链剂与一种或多种选 自具有2-13个碳原子的脂族二胺和脂环族二胺的二胺的组合，或氨基封端聚合物;和e)任 选的一元伯或仲醇或一元伯或仲胺作为封端剂或链终止剂;和任选的含至少Ξ个伯或仲胺 基团的有机化合物或聚合物。
[0033] -些实施方案的氨醋预聚物(也称封端二醇)在所述预聚物被分散在水中并扩链 前可通常概念化为多元醇、多异氯酸醋和中和时能成盐的化合物的反应产物。运样的预聚 物通常可在一个或多个步骤中制得，用或不用溶剂，但溶剂在降低预聚物组合物的粘度中 可能有用。
[0034] 取决于预聚物是溶解在将保留在分散体中的较低挥发性的溶剂(如NMP)中、溶解 在可后来除去的挥发性溶剂如丙酬或甲基乙基酬(MEK)中或是分散在无任何溶剂的水中， 分散工艺实际上可分别分为溶剂工艺、丙酬工艺或预聚物混合工艺。预聚物混合工艺具有 环境和经济优势并可用在基本不添加溶剂的水性分散体的制备中。
[0035] 在预聚物混合工艺中，重要的是预聚物的粘度应足够低W便可在用或不用溶剂稀 释的情况下输送和分散在水中。一个实施方案设及源自运样的预聚物的聚氨醋脈分散体， 所述分散体满足此粘度要求且所述预聚物或所述分散体中无任何有机溶剂。按本发明，所 述预聚物为多元醇、二异氯酸醋和二醇化合物的反应产物。
[0036] -些实施方案为无溶剂的稳定的水性聚氨醋分散体，其可直接作为涂覆、粘结和 层合基材的粘合剂材料通过常规技术加工和施用（即不需要任何其他粘合剂材料）。水性聚 氨醋分散体可:基本不排放挥发性有机物资;生产中具有可接受的固化时间；在成品和实际 应用中具有良好的粘合强度、耐热性和拉伸/回复性。
[0037] 另一实施方案中提供了可由所述水性聚氨醋脈分散体通过例如流延和干燥所述 分散体制备的成型制品如膜。所述膜(可为或可不为粘合剂)可涂覆在离型纸上或直接施加 到基材包括纺织品上W粘结和层合。粘合可通过向基材和粘合剂膜上施加热和/或压力而 活化，停留时间少于一分钟，例如约15秒到约60秒。如此粘结的制品具有良好的拉伸/回复 性并预期耐穿耐洗。
[0038] 本文中用到的术语"多孔的"指在基材表面中或基材内或整个基材厚度上的任何 点处含空隙或孔的基材或指本发明的制品可能与之接触进入的任何材料。
[0039] 本文中用到的术语"压缩"或"被压缩"指经受热和/或压力W提供基本平面的结构 的制品。
[0040] 本文中用到的术语"泡沫"指可用于织物构造中的任何适宜泡沫如聚氨醋泡沫。
[0041] 本文中用到的术语"分散体"指其中分散相由细颗粒组成、连续相可为液体、固体 或气体的体系。
[0042] 本文中用到的术语"水性聚氨醋分散体"指含至少聚氨醋或聚氨醋脈聚合物或预 聚物(如本文中所述的聚氨醋预聚物）、任选含溶剂的已分散在水性介质如水(包括去离子 水)中的组合物。
[0043] 本文中用到的术语"溶剂"指非水介质，另有指出除外，其中所述非水介质包括有 机溶剂，所述有机溶剂包括挥发性有机溶剂(如丙酬)或挥发性稍低的有机溶剂(如N-甲基 化咯烧酬(NMP))。
[0044] 本文中用到的术语"无溶剂的"或"无溶剂体系"指其中组合物的体相或分散的组 分未溶解或分散在溶剂中的组合物或分散体。
[0045] 本文中用到的术语成型制品可指聚氨醋脈组合物的各种实施方案中的任何一种， 包括膜、带、点、网、条、珠和泡沫。膜可描述任何形状的片材。带可描述窄条形的膜，包括约 0.5cm到约3cm的窄条。膜可呈带的形式。本文中用到的术语"成型制品"指可直接施用到基 材或离型纸上的包含水性聚氨醋分散体(如含本文中所述聚氨醋预聚物的水性聚氨醋分散 体)的层，所述层可用于粘合和/或形成刚性或弹性制品。
[0046] 本文中用到的术语"制品"指包含分散体或成型制品和基材如纺织品和离型纸的 制品，其可或可不部分地因如本文中所述分散体或成型制品的施用而具有至少一种弹性性 质。所述制品可呈任何适宜的构型如一维、二维和/或Ξ维构型。
[0047] 本文中用到的术语"织物"意在包括任何针织、机织或非织造材料。针织物可为平 针织物、圆筒形针织物、经编针织物、窄幅弹力织物或网眼织物。织造织物可W是任何结构 的，例如锻纹织物、斜纹织物、平纹织物、牛津织物、方平织物或窄幅弹力织物。非织造材料 可为烙喷、纺粘、湿法成网、基于梳理纤维的短纤网等。
[0048] 本文中用到的术语"基材"指本发明的膜或分散体可能与之接触的任何材料。基材 可W像纤维一样是基本一维的、像平板一样是二维的、或为Ξ维制品或不平的板。平板可例 如包括纺织品、纸张、植绒制品和纤网。Ξ维制品可例如包括皮革和泡沫。其他基材可包括 木材、纸张、塑料、金属及复合材料如混凝±、渐青、体育馆地板和塑料片。
[0049] 本文中用到的术语"硬纱化ard yarn)"指基本非弹性的纱。
[0050] 本文中用到的术语"模塑"制品指制品或成型制品的形状随热和/或压力的施加而 改变的结果。
[0051 ]本文中用