专利名称：含有吡唑封端的异氰酸酯基的低溶剂或无溶剂交联剂分散体的制作方法
相关申请的交叉引用本申请根据35 U.S.C.§119(a)-(d)要求于2006年5月31日提交的德国专利申请第10 2006 025 313.2号的优先权。
背景技术：
本发明涉及含有吡唑封端的异氰酸酯基的水性、无溶剂或低溶剂、储存稳定的PU交联剂分散体的制备，还涉及由这些分散体制备的涂料组合物以及它们在涂料中的应用。
近年来，随着对油漆施涂过程中溶剂释放的日益严格的排放指示，水性油漆和涂料组合物的使用急剧增加。尽管对于许多施涂领域，目前已经可得到水性油漆体系，但是这些体系通常在耐溶剂和耐化学性、弹性和机械耐久性方面不能得到常规溶剂型油漆的高品质。
即使是基于水性聚氨酯分散体的水性油漆体系，通常仍含有相当多的溶剂。完全消除这些溶剂通常对于聚氨酯分散体来说是不可能的，因为通过预聚物制备这类分散体通常必须使用溶剂，或者通常需要向分散体中加入所谓的助溶剂(聚结剂)，以实现最低成膜温度的降低。助溶剂确保当由涂料组合物形成膜(即使在室温或低于室温)时，所形成的涂层的硬度足够高。另外，在无溶剂的情况下，聚氨酯分散体和油漆制剂通常缺乏储存稳定性。
溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)特别广泛地用于水性分散体和油漆领域。例如，EP-A 0942023中描述了含有二甲基吡唑封端的异氰酸酯基的羧酸-亲水化的多异氰酸酯交联剂分散体含有NMP作为助溶剂。
由于粘度增加，通过消除溶剂对EP-A 0942023中描述的二甲基吡唑封端的多异氰酸酯交联剂进行无助溶剂制备是不可能实现的。
WO 1997012924中描述的含有吡唑封端的异氰酸酯基的非离子亲水化的多异氰酸酯交联剂分散体含有约7％的丁二醇作为助溶剂。丁二醇类似于NMP，其显著特点是沸点相当高。除去丁二醇以制备无溶剂型分散体是不可能的。
DE 19914885描述了用于制备玻璃纤维胶液(sizes)的含有二甲基吡唑封端的异氰酸酯基的聚氨酯分散体。使用有机溶剂制备这些分散体，有机溶剂在分散在水中后，通过蒸馏从分散体中除去。实施例1描述使用浓度为62重量％的丙酮溶液的制备。使用在预聚物中占30％至90％的分子量至少为350克/摩尔的多元醇组分构成这些分散体。由于所描述的分散体软链段的比例很高，所以不能用作高值涂料组合物的交联剂组分，因为这些油漆不能达到足够的硬度。
DE 3613492描述了制备无助溶剂的聚氨酯-聚脲分散体的丙酮法。在浓度为20-50重量％的挥发性有机溶剂(例如，丙酮)的溶液中制备预聚物，该预聚物在此情况中是不封端的，然后分散在水中，通过蒸馏除去溶剂。
在EP-A 0942023的方法中，用如DE 19914885所述的50重量％或62重量％的丙酮替代NMP，得到不能稳定储存的二甲基吡唑封端的多异氰酸酯交联剂。
因此，本发明的目的是提供具有吡唑封端的异氰酸酯基的储存稳定的聚氨酯分散体，该分散体可按照与EP-A 0942023中所述类似的方法获得，但是它是无溶剂或低溶剂的，尤其是不含NMP或丁二醇。而且，由这些分散体生产的涂料应该具有良好的膜光学性质，良好的耐化学性和超过80秒的摆锤硬度。
发明概述目前已经发现可通过特定的制备方法实现上述目的。本发明提供一种制备封端的(blocked)聚氨酯预聚物的分散体的方法，包括I)通过使a)与b)、c)、d)和e)反应制备封端的聚氨酯预聚物a)100当量％的至少一种多异氰酸酯，b)以异氰酸酯-活性基团为基准计，50-90当量％的可热消除的封端剂，c)以异氰酸酯-活性基团为基准计，5-45当量％的作为亲水剂的一羟基羧酸，d)以异氰酸酯-活性基团为基准计，0-25当量％的作为亲水剂的多羟基羧酸，e)以异氰酸酯-活性基团为基准计，0-15当量％的增链剂组分，该组分以异氰酸酯-活性基团为基准至少是二官能或多官能的，分子量为32-350克/摩尔，其中，i)使用对NCO基呈惰性且沸点低于120℃(在1013毫巴下)的(部分)水混溶性有机溶剂进行步骤I)，和ii)组分a)-e)和有机溶剂的用量使得完全反应后反应溶液中聚氨酯预聚物的含量为70重量％至98重量％，II)在步骤(III)进行前，进行时或进行后，用碱使羧酸基至少部分地脱质子化，III)将由步骤(I)得到的聚氨酯预聚物溶液分散在水中，和IV)对分散体进行蒸馏，以完全除去有机溶剂，蒸馏在步骤III)的过程中或步骤III)之后进行。
本发明还提供可通过本发明的方法得到的分散体。
优选实施方式的详细描述在上文和权利要求中，“完全除去”指在蒸馏后，分散体中残留的溶剂小于5重量％，优选小于3重量％，更优选小于1.5重量％。
反应参与物质的比例优选为异氰酸酯组分a)与组分b)、c)、d)和e)的异氰酸酯-活性基团的当量比为1∶0.5至1∶1.7，更优选为1∶0.6至1∶1.5，特别优选为1∶0.7至1∶1.3。
适用于a)的多异氰酸酯是本领域技术人员已知的官能度优选等于或大于2的NCO官能化合物。这些化合物通常是脂族、脂环族、芳脂族和/或芳族二异氰酸酯或三异氰酸酯，以及它们的具有亚氨基二嗪二酮、异氰脲酸酯、脲二酮、氨基甲酸酯、脲基甲酸酯、缩二脲、脲、二嗪三酮、唑烷酮、酰基脲和/或碳二亚胺结构的更高分子量衍生物，所述衍生物还具有两个或多个游离的NCO基团。
这类二异氰酸酯或三异氰酸酯的例子是1，4-丁二异氰酸酯、环己烷1，3-和1，4-二异氰酸酯、1，6-己二异氰酸酯(HDI)、1-异氰酸基-3，3，5-三甲基-5-异氰酸基-甲基环己烷(异佛尔酮二异氰酸酯，IPDI)、亚甲基-二(4-异氰酸基环己烷)、四甲基苯二亚甲基二异氰酸酯(TMXDI)、三异氰酸基壬烷、甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯基甲烷-2，4’-和/或4，4’-二异氰酸酯(MDI)、三苯基甲烷4，4’-二异氰酸酯、1，5-萘二异氰酸酯、4-异氰酸甲酯基辛烷1，8-二异氰酸酯(壬烷三异氰酸酯，三异氰酸基壬烷，TIN)和/或1，6，11-十一烷三异氰酸酯以及任何所需的上述混合物，和任选的其它二异氰酸酯、三异氰酸酯和/或多异氰酸酯的混合物。
这类多异氰酸酯的异氰酸酯含量通常为0.5-50重量％，优选为3-30重量％，更优选为5-25重量％。
特别优选使用基于脂族和/或脂环族二异氰酸酯的具有异氰脲酸酯、氨基甲酸酯、脲基甲酸酯、缩二脲、亚氨基二嗪二酮、二嗪三酮和/或脲二酮基团的更高分子量化合物。
特别优选使用基于1，6-己二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯和/或4，4’-二异氰酸基二环己基甲烷的具有缩二脲、亚氨基二嗪二酮、异氰脲酸酯和/或脲二酮基团的更高分子量化合物。
优选使用的组分b)的封端剂是1H-吡唑，诸如吡唑、3-甲基吡唑或3，5-二甲基吡唑。特别优选使用容易得到(例如，通过水合肼与乙酰丙酮缩合得到)的3，5-二甲基吡唑。另外，可以使用这些封端剂的混合物以及它们与其它封端剂如丁酮肟、丙酮肟、N-叔丁基苄胺和/或二异丙胺的混合物。
合适的组分c)的一羟基羧酸是例如2-羟基乙酸、3-羟基丙酸、12-羟基-9-十八烷酸(蓖麻油酸)、羟基新戊酸(2-羟甲基-2-甲基丙酸)或乳酸。优选的是羟基新戊酸。
合适的组分d)的多羟基羧酸是例如二羟基羧酸，诸如二羟甲基乙酸、2，2-二羟甲基丁酸、2，2-二羟甲基戊酸、二羟基丁二酸、二羟甲基丁酸或二羟甲基丙酸。优选的是二羟甲基丙酸。
除了通过至少一种羟基羧酸进行亲水化作用外，还可以使用合适的具有非离子亲水化作用的化合物。合适的非离子亲水化合物是例如含有至少一个羟基或氨基的聚氧化烯醚。这些聚醚通过常规方法由合适的起始分子的烷氧基化作用得到。
合适的起始分子的例子是饱和一元醇，诸如甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、仲丁醇、异构体戊醇、己醇、辛醇和壬醇、正癸醇、正十二烷醇、正十四烷醇、正十六烷醇、正十八烷醇、环己醇、异构的甲基环己醇或羟甲基环己烷、3-乙基-3-羟甲基氧杂环丁烷或四氢糠醇，二甘醇单烷基醚，诸如二甘醇单丁醚，例如，不饱和醇，诸如烯丙醇、1，1-二甲基烯丙醇或油醇，芳香醇，诸如苯酚、异构的甲酚或甲氧基苯酚，芳脂族醇，诸如苯甲醇、茴香醇或肉桂醇，一元仲胺，诸如二甲胺、二乙胺、二丙胺、二异丙胺、二丁胺、二(2-乙基己基)胺、N-甲基-和N-乙基环己胺或二环己胺，以及杂环仲胺，诸如吗啉、吡咯烷、哌啶或1H-吡唑。优选的起始分子是饱和一元醇。特别优选使用二甘醇单丁醚作为起始分子。
特别适用于烷氧基化反应的环氧烷烃是环氧乙烷和环氧丙烷，它们可以任何次序或作为混合物用于烷氧基化反应。优选的是环氧乙烷和环氧丙烷嵌段加成到起始剂上。
聚氧化烯聚醚是简单的聚环氧乙烷聚醚或混合的聚氧化烯聚醚，混合的聚氧化烯聚醚中至少30摩尔％、优选至少40摩尔％的环氧烷烃单元由环氧乙烷单元组成。优选的非离子化合物是含有至少40摩尔％的环氧乙烷单元和不超过60摩尔％的环氧丙烷单元的单官能混合聚氧化烯聚醚。
以组分a)至e)的总固体含量为基准计，环氧乙烷单元的量小于5重量％，优选小于3重量％，更优选小于2重量％。
合适的增链剂组分e)的例子包括二元醇、三元醇和/或多元醇。例子是乙二醇、二甘醇、三甘醇、四甘醇、1，2-丙二醇、双丙甘醇、三丙二醇、四丙二醇、1，3-丙二醇、丁烷-1，4-二醇、丁烷-1，3-二醇、丁烷-2，3-二醇、戊烷-1，5-二醇、己烷-1，6-二醇、2，2-二甲基-1，3-丙二醇、1，4-二羟基环己烷、1，4-二羟甲基环己烷、辛烷-1，8-二醇、癸烷-1，10-二醇、十二烷-1，12-二醇、三羟甲基醚、三羟甲基丙烷、蓖麻油、丙三醇和/或所述产物任选地与其它二元醇、三元醇和/或多元醇的混合物。另外，可以使用乙氧基化和/或丙氧基化的二元醇、三元醇和/或多元醇，诸如乙氧基化和/或丙氧基化的三羟甲基丙烷、丙三醇和/或己烷-1，6-二醇。
另外，可以使用具有伯氨基和/或仲氨基的二胺、三胺和/或多胺。例子是乙二胺、1，3-丙二胺、1，6-己二胺、异佛尔酮二胺、4，4’-二氨基二环己基甲烷、二亚乙基三胺或肼。
此外，还可以使用氢氧化物，诸如己二酸二氢氧化物。
还可以使用胺和醇的混合物，可以使用具有不同异氰酸酯-活性基团的混合官能团的化合物，诸如N-甲基乙醇胺和N-甲基异丙醇胺1-氨基丙醇、二乙醇胺、1，2-羟基乙硫醇或1-氨基丙硫醇。
优选的增链剂是丁烷-1，4-二醇、丁烷-1，3-二醇、己烷-1，6-二醇和/或三羟甲基丙烷。组分e)的增链剂的分子量优选为32-350克/摩尔，更优选为62-200克/摩尔。
为了加快氨基甲酸酯化，还可以向反应混合物中加入催化剂。合适的催化剂的例子包括叔胺、锡化合物、锌化合物或铋化合物或碱性盐。优选的是二月桂酸二丁基锡和辛酸二丁基锡。
适合作为组分i)的(部分)水混溶性溶剂的是脂族酮或脂族或脂环族醚。这类溶剂的例子是丙酮、甲乙酮、叔丁基甲基醚或四氢呋喃。优选的是具有3-6个碳原子的脂族酮。特别优选的是丙酮。
还可以使用所述溶剂的混合物。
溶剂的用量应使反应溶液中聚氨酯聚合物的含量为70重量％至98重量％，优选为80重量％至95重量％。
溶剂可以分批加入或一次全部加入。在各步中，加入操作在分散之前进行。在一个优选的方式中，在一些异氰酸酯基团已经反应但同时仍有一些游离异氰酸酯基存在时加入溶剂。
蒸馏除去溶剂优选在真空中完成。
该方法的优点在于预聚物的制备中粘度降低，并且在分散体中没有大量溶剂存在。
用于步骤II)的脱质子化剂的例子是碱性化合物，诸如氨、三乙胺、N，N-二甲基氨基乙醇、二甲基环己胺、三乙醇胺、甲基二乙醇胺、二异丙醇胺、乙基二异丙基胺、二异丙基环己胺、N-甲基吗啉、2-氨基-2-甲基-1-丙醇或它们的任何所需混合物。优选的脱质子化剂是2-氨基-2-甲基-1-丙醇和叔胺如三乙胺和N，N-二甲基乙醇胺，特别优选的是N，N-二甲基乙醇胺。
通常对脱质子化剂的用量加以计算，使得本发明的聚氨酯中存在的羧酸基的脱质子化程度(使用的胺与存在的酸基的摩尔比)至少为40％，优选为70％至130％，更优选为90％至110％。该脱质子化步骤在分散步骤之前，分散步骤之中和分散步骤之后进行。然而优选脱质子化步骤在加入水之前进行。
对于依据步骤III)的分散在水中，聚氨酯预聚物溶液可以任选地在强剪切(例如，剧烈搅拌)下加入到分散水中，或者将分散水搅拌加入预聚物溶液中。优选的是将水加入到溶解的预聚物中。
在分散之后，在步骤IV)中，通过蒸馏完全地除去溶剂(如上所述)。优选在真空中，在20-70℃(更优选30-50℃)的温度下进行蒸馏。优选将真空度设定在50-500毫巴，更优选在100-200毫巴。在此情况下，可以首先设定所需温度，将真空度调节到蒸馏所需的数值，或者反之亦然。在一个优选的过程中，开始时将真空度设定在100-200毫巴，然后将分散体由室温加热到40℃。
在本发明方法的一个优选实施方式中，首先加入多异氰酸酯(组分I)a))，在约70℃的第一反应阶段用一部分DMP(作为组分I)b)的封端剂)部分地封端。优选在该第一步中，25-60当量％的异氰酸酯基团发生反应。然后，相继地加入剩余的异氰酸酯-活性组分和溶剂，将反应混合物在回流状态下加热，直到不再检测到异氰酸酯基为止。在优选的实施方式中，随后用碱使酸基全部或部分地脱质子化，然后分散在水中，在真空下除去丙酮。
本发明的分散体的平均粒度(例如，通过LCS测量确定，在用约100倍体积的去离子水稀释样品后在23℃测量，设备Malvern Zetasizer 100，Malvern Instr.Limited)为5-300纳米，优选为10-150纳米。该范围适用于至少90％的颗粒，优选至少75％，更优选至少60％。
分散体的固体含量优选为20重量％至55重量％，更优选为25重量％至45重量％。
本发明的封端的多异氰酸酯分散体可用于例如制备可烘烤的涂料组合物(烤漆)，用于涂布基材(优选由金属、矿物、玻璃、木材或塑料制成的基材)。对于此目的，可通过展涂、刮涂、浸涂、喷涂(例如压缩空气喷涂或无空气喷涂)和静电施涂(例如高速旋转带施涂)来施涂本发明的涂料。干膜的厚度例如为10-120微米。可通过在90-190℃、优选110-180℃、更优选120-160℃的温度下进行烘烤来固化干膜。
因此，本发明还提供本发明的封端的聚氨酯预聚物分散体在制备涂料、粘合剂、密封剂和弹性体中的应用。
本发明还提供使用本发明的分散体可得到的涂料、粘合剂、密封剂和弹性体。
本发明还提供具有使用本发明的涂料可得到的涂层的基材。
为了制备涂料(烤漆)、粘合剂和弹性体，可以将本发明的具有封端的异氰酸酯基的多异氰酸酯交联剂分散体与至少一种二官能异氰酸酯-活性化合物混合，二官能异氰酸酯-活性化合物的例子是任何所需的多元醇组分，优选为水性分散体形式。
这类多元醇组分可以是多羟基聚酯、多羟基聚氨酯、多羟基聚醚、聚碳酸酯二醇或含羟基的加成聚合物，例子是常规多羟基聚丙烯酸酯、聚丙烯酸酯-聚氨酯和/或聚氨酯-聚丙烯酸酯。这些组分的羟值通常为20-200，优选为50-130毫克KOH/克。为了制备分散体通常必须对这些多羟基化合物进行的亲水改性通过常规方法完成，例如EP-A-0157291、EP-A-0498156或EP-A-0427028中描述的方法。
在烘烤过程中，还可以使用其它醇-活性化合物的混合物进行其它交联，这些醇-活性化合物例如是氨基交联剂树脂，诸如蜜胺树脂和/或脲树脂。
通过常规方法完成由本发明的分散体制备油漆、油墨、粘合剂和其它制剂。除了封端的多异氰酸酯和多元醇以外，还可以向这些制剂中加入典型的添加剂和其它助剂(例子是颜料、填料、流动控制剂、消泡剂、催化剂)。
实施例化学品DesmodurN 3300基于1，6-己二异氰酸酯的异氰脲酸酯，Bayer MaterialScience AG，Leverkusen，德国DesmodurW4，4’-二异氰酸基二环己基甲烷，Bayer MaterialScience AG，Leverkusen，德国BayhydrolD 270含羟基的水性聚酯分散体，Bayer MaterialScience AG，Leverkusen，德国Additol XW 395流动控制助剂/消泡剂，UCB Chemical，St.Louis，美国SurFynol 104流动控制助剂/消泡剂，Air Products，Hattingen，德国羟基新戊酸Perstorp Specialty Chemicals AB，Perstorp，瑞典其它化学品通过化学品交易(Sigma-Aldrich Chemie GmbH，Taufkirchen，德国)购得。
除非另有指示，所有百分数为重量百分数。
除非另有指示，所有分析测试涉及的温度是23℃。
所报导的粘度通过旋转粘度测定法确定，该方法根据DIN 53019在23℃使用来自德国Ostfildern的Anton Paar Germany GmbH的旋转粘度仪进行。
除非另有提及，依据DIN-EN ISO 11909通过体积确定NCO含量。
根据激光相关光谱确定所报导的粒度(设备Malvern Zetasizer 1000，Malvern Instr.Limited)。
通过以下步骤确定固体含量在120℃加热称重的样品，当达到恒重时，再称重样品，计算固体含量。
通过红外光谱(2260cm-1处的谱带)进行游离NCO基的监控。
作为储存测试，将分散体分配成250毫升的多份，并在室温或40℃的温度储存。对各实施例记录各自的储存时间。确定稳定性的数值是根据底部面积为25cm2的容器得到的沉淀的高度。高度超过0.5毫米，认为分散体不稳定。
1)对比例1非本发明的交联剂分散体，根据EP-A 0942023中实施例1制备，但没有NMP和助溶剂向标准搅拌设备中加入200克(1当量)Desmodur N 3300，将该初始进料在氮气下加热到50℃。然后在30分钟内，向熔体中分批加入一部分3，5-二甲基吡唑(DMP)(48.0克；0.5当量)。将所述熔体在70-80℃搅拌，直到异氰酸酯含量约为8.5％为止。
将该熔体与29.0克(0.25当量)羟基新戊酸混合，在65℃下搅拌，直到异氰酸酯含量达到3.8％。
然后，加入另一些24.0克(0.25当量)DMP，将该批料在65℃搅拌，直到通过红外光谱不再检测到异氰酸酯基为止。此时，预聚物变得非常粘，部分地缠绕到搅拌器周围。
然后加入22.2克(0.25当量)N，N-二甲基乙醇胺，搅拌10分钟，在剧烈搅拌下，加入451.4克70℃的去离子水。
所得分散体的性质如下
固体含量 约38％pH 约8.4粘度 约400mPas平均粒度(LCS) 74纳米储存测试在40℃储存若干天和在室温储存两周后，形成大量沉淀。
该分散体不是储存稳定的。而且，由于预聚物的高粘度，可制备性是有问题的。
2)对比例2非本发明的交联剂分散体，根据EP-A 0942023中实施例1制备，但没有NMP，通过丙酮法(预聚物的丙酮溶液，浓度50％)制备向标准搅拌设备中加入200克(1当量)Desmodur N 3300，将该初始进料在氮气下加热到50℃。然后在30分钟内，向熔体中分批加入一部分3，5-二甲基吡唑(DMP)(48.0克；0.5当量)。将所述熔体在70-80℃搅拌，直到异氰酸酯含量约为8.5％为止。将该熔体与29.0克(0.25当量)羟基新戊酸和302克丙酮混合，在50-65℃下搅拌，直到异氰酸酯含量达到1.8％。
然后，加入另一些24.0克(0.25当量)DMP，继续搅拌，直到通过红外光谱不再检测到异氰酸酯基为止。
然后加入22.2克(0.25当量)N，N-二甲基乙醇胺，然后搅拌10分钟，在剧烈搅拌下，加入451.4克50℃的去离子水。
在除去丙酮后，在大约40℃的真空(120毫巴)下进行蒸馏。产物不是分散体；而有大量白色沉淀形成。
3)对比例3按照对比例2的交联剂分散体，但是预聚物中固体含量增加重复对比例2描述的步骤，使用浓度为62％的预聚物的丙酮溶液替代50％的溶液。
在此情况下，也没有形成稳定的分散体。
4)本发明实施例1本发明的交联剂分散体，根据EP-A 0942023中实施例1制备，但没有NMP，使用少量丙酮制备(预聚物的丙酮溶液，浓度95％)重复对比例1描述的步骤，但是16克丙酮与羟基新戊酸一起加入。在加入去离子水之后，通过在约40℃的真空下(120毫巴)进行蒸馏来除去丙酮。
得到的细分散的分散体的性质如下固体含量 约39％pH约8.4粘度 约9600mPas平均粒度(LCS) 36纳米储存测试能够在室温和40℃稳定储存至少3个月。
5)本发明实施例2本发明的交联剂分散体，按照实施例1制备(预聚物的丙酮溶液，浓度为85％)重复对比例1描述的步骤，但是45克丙酮与羟基新戊酸一起加入。在加入去离子水之后，通过在约40℃的真空下(120毫巴)进行蒸馏来除去丙酮。
得到的细分散的分散体的性质如下固体含量 约39％pH约8.7粘度 约1300mPas平均粒度(LCS) 38纳米储存测试能够在室温和40℃稳定储存至少3个月。
6)本发明实施例3本发明的交联剂分散体，按照实施例1制备(预聚物的丙酮溶液，浓度为70％)重复对比例1描述的步骤，但是129克丙酮与羟基新戊酸一起加入。在加入去离子水之后，通过在约40℃的真空下(120毫巴)进行蒸馏来除去丙酮。
得到的细分散的分散体的性质如下固体含量 约38％pH 约8.9粘度 约165mPas平均粒度(LCS)22纳米储存测试能够在室温和40℃稳定储存至少3个月。
7)实施例4本发明的交联剂分散体，用二醇组分增链，用少量丙酮制备(预聚物的丙酮溶液，浓度为90％)向标准搅拌设备中加入429.0克(2.2当量)Desmodur N 3300，将该初始进料在氮气下加热到70℃。然后在30分钟内，向熔体中分批加入一部分DMP(76.9克；0.8当量)。将所述熔体在70℃搅拌，直到理论异氰酸酯含量达到11.62％或小于11.62％为止。
将下列组分相继地加入到熔体中63克丙酮；11.8克(0.2当量)1，6-己二醇；47.2克(0.4当量)羟基新戊酸；和另一部分57.7克(0.6当量)DMP。然后将该混合物在回流下搅拌，直到通过红外光谱检测不到异氰酸酯基为止。然后加入39.2克(0.44当量)N，N-二甲基乙醇胺，然后搅拌10分钟，在剧烈搅拌下加入976.6克50℃的去离子水。在约40℃的真空(120毫巴)下蒸馏除去丙酮，将该分散体在该温度再搅拌3小时。
得到的细分散的分散体的性质如下固体含量约37％pH 约8.7粘度约1000mPas平均粒度(LCS) 14纳米储存测试能够在室温和40℃稳定储存至少3个月。
8)实施例5本发明的交联剂分散体，用三醇组分增链，用少量丙酮制备(预聚物的丙酮溶液，浓度为90％)重复本发明实施例4描述的步骤，但是通过三羟甲基丙烷添加相应量的OH基来代替己二醇。
得到的细分散的分散体的性质如下固体含量约37％pH 约8.9粘度约3000mPas平均粒度(LCS) 14纳米储存测试能够在室温和40℃稳定储存至少3个月。
9)本发明实施例6本发明的交联剂分散体，如实施例5所述，用三醇组分增链，但使用不同多异氰酸酯的混合物重复本发明实施例5的步骤，但是加入174.0克Desmodur N 3300和26克Desmodur W的混合物来代替Desmodur N 3300。
得到的细分散的分散体的性质如下固体含量约37％pH 约9.0粘度约950mPas平均粒度(LCS) 20纳米储存测试能够在室温和40℃稳定储存至少3个月。
10)本发明实施例7本发明的交联剂分散体，用羟基新戊酸和二羟甲基丙酸进行混合亲水化作用，用少量丙酮制备(预聚物的丙酮溶液，浓度为90％)重复本发明实施例5描述的步骤，但是用二羟甲基丙酸(13.4克)的相应量的OH基代替己二醇，羟基新戊酸的比例降低了25％。
得到的细分散的分散体的性质如下
固体含量约37％pH 约8.9粘度约3500mPas平均粒度(LCS) 13纳米储存测试能够在室温和40℃稳定储存至少3个月。
表1性能测试(数量单位克)油漆制剂的制备，透明清漆的烘烤和测试
*BayhydurVP LS 2310，商购的用丁酮肟封端的多异氰酸酯水性分散体，固体含量38％，Bayer MaterialScience AG，Leverkusen，德国。
(1)1分钟，溶剂的顺序如下二甲苯/乙酸甲氧基丙基酯/乙酸乙酯/丙酮评价0很好-5差所描述的溶剂必须具有等于或小于4的耐化学性。
(2)依据DIN 53157通过Knig法测量摆锤硬度。摆锤硬度必须至少为80秒。
(3)依据DIN 53 211确定流动时间。
无法对对比例进行类似测试，因为这些对比例在测试开始就已经含有大量沉淀。这些沉淀妨碍了通过性能测试进行可靠的油漆测试。
发现本发明的多异氰酸酯分散体是储存稳定的，本发明的可烘烤涂料组合物符合膜光学性质、耐化学性和摆锤硬度方面的标准。
包含交联剂BayhydurVP LS 2310的涂料与包含本发明的交联剂的涂料相比具有许多缺点(流动时间相当时涂料制剂的固体含量低，耐化学性较差，膜硬度较低)。
虽然在前文中为了说明起见对本发明进行了详细的描述，但应理解，这些详细描述仅仅是为了说明，在不偏离本发明的精神和范围的情况下本领域技术人员可对其进行修改，本发明仅由权利要求书限定。
权利要求
1.一种制备封端的聚氨酯预聚物的分散体的方法，包括I)通过使a)与b)、c)、d)和e)反应制备封端的聚氨酯预聚物a)100当量％的至少一种多异氰酸酯，b)以异氰酸酯-活性基团为基准计，50-90当量％的可热消除的封端剂，c)以异氰酸酯-活性基团为基准计，5-45当量％的作为亲水剂的一羟基羧酸，d)以异氰酸酯-活性基团为基准计，0-25当量％的作为亲水剂的多羟基羧酸，e)以异氰酸酯-活性基团为基准计，0-15当量％的增链剂组分，该组分以异氰酸酯-活性基团为基准至少是二官能或多官能的，分子量为32-350克/摩尔，其中，i)使用对NCO基呈惰性且沸点低于120℃(在1013毫巴下)的(部分)水混溶性有机溶剂进行步骤I)，和ii)组分a)-e)和有机溶剂的用量使得完全反应后反应溶液中聚氨酯预聚物的含量为70重量％至98重量％，II)在步骤(III)进行前，进行时或进行后，用碱使羧酸基至少部分地脱质子化，III)将由步骤(I)得到的聚氨酯预聚物溶液分散在水中，和IV)对分散体进行蒸馏，以完全除去有机溶剂，蒸馏在步骤III)的过程中或步骤III)之后进行。
2.如权利要求1所述的制备封端的聚氨酯预聚物的分散体的方法，其特征在于，所述多异氰酸酯是基于选自下组的化合物的多异氰酸酯1，6-己二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、4，4’-二异氰酸基二环己基甲烷和它们的混合物。
3.如权利要求1所述的制备封端的聚氨酯预聚物的分散体的方法，其特征在于，所述封端剂是1H-吡唑。
4.如权利要求1所述的制备封端的聚氨酯预聚物的分散体的方法，其特征在于，所述一羟基羧酸是羟基新戊酸。
5.如权利要求1所述的制备封端的聚氨酯预聚物的分散体的方法，其特征在于，所述多羟基羧酸是二羟甲基丙酸。
6.如权利要求1所述的制备封端的聚氨酯预聚物的分散体的方法，其特征在于，所述增链剂选自下组丁烷-1，4-二醇、丁烷-1，3-二醇、己烷-1，6-二醇、三羟甲基丙烷和它们的混合物。
7.如权利要求1所述的制备封端的聚氨酯预聚物的分散体的方法，其特征在于，所述(部分)水混溶性溶剂是具有3-6个碳原子的脂族酮。
8.如权利要求1所述的制备封端的聚氨酯预聚物的分散体的方法，其特征在于，所述步骤II)中使用的碱选自下组2-氨基-2-甲基-1-丙醇、三乙胺、N，N-二甲基乙醇胺和它们的混合物。
9.如权利要求1所述的制备封端的聚氨酯预聚物的分散体的方法，其特征在于，在步骤IV)中，除去分散体中的溶剂，使溶剂含量降低至小于3重量％。
10.如权利要求1所述的制备封端的聚氨酯预聚物的分散体的方法，其特征在于，异氰酸酯组分I)a)与组分I)b)、c)、d)和e)的异氰酸酯活性基团的当量比为1∶0.5至1∶1.7。
11.如权利要求1所述的制备封端的聚氨酯预聚物的分散体的方法，其特征在于，在步骤III)之前进行步骤II)。
12.通过如权利要求1所述的方法得到的封端的聚氨酯预聚物的分散体。
13.包含如权利要求12所述的封端的聚氨酯预聚物的分散体的组合物，所述组合物选自下组涂料组合物、粘合剂、密封剂和弹性体。
14.基材，其具有使用如权利要求12所述的分散体得到的涂层。
全文摘要
本发明涉及含有吡唑封端的异氰酸酯基的水性、无溶剂或低溶剂、储存稳定的聚氨酯交联剂分散体的制备，还涉及由这些分散体制备的涂料组合物以及它们在涂料中的应用。
文档编号C09K3/10GK101081893SQ200710109808
公开日2007年12月5日 申请日期2007年5月30日 优先权日2006年5月31日
发明者S·多尔, H·穆勒, H·布卢蒙 申请人:拜尔材料科学股份公司