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1、(10)申请公布号 CN 103154153 A (43)申请公布日 2013.06.12 CN 103154153 A *CN103154153A* (21)申请号 201180038367.7 (22)申请日 2011.06.06 61/351,657 2010.06.04 US 13/152,856 2011.06.03 US C09D 5/00(2006.01) (71)申请人 本杰明穆尔公司 地址 美国新泽西州 (72)发明人 永 . 扬 越 . 陈 罗伯特 .J. 希琳 简 .F. 贸克 纳温 . 提拉拉 约翰娜 . 加西亚德维西卡罗 (74)专利代理机构 北京市柳沈律师事务所 1。
2、1105 代理人 张平元 (54) 发明名称 水性交联组合物及方法 (57) 摘要 水性交联聚合物组合物以及相关实施方案, 如该组合物的制备和使用方法, 以及上述组合物 所形成的产品。例如, 水性组合物可以包括引入 了交联官能团的聚合物和封闭型交联剂, 该交联 官能团例如但不仅限于羰基或环氧基官能团, 该 封闭型交联剂例如腙。交联官能团不与封闭型交 联剂发生反应 ; 然而, 封闭型交联剂能够与替代 形式交联剂发生反应得到交联聚合物, 该替代形 式交联剂例如但不仅限于酰肼。所述替代形式交 联成分可以在包括封闭型交联剂的平衡反应中形 成。 (30)优先权数据 (85)PCT申请进入国家阶段日 20。
3、13.02.04 (86)PCT申请的申请数据 PCT/US2011/039283 2011.06.06 (87)PCT申请的公布数据 WO2011/153534 EN 2011.12.08 (51)Int.Cl. 权利要求书 5 页 说明书 21 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书5页 说明书21页 (10)申请公布号 CN 103154153 A CN 103154153 A *CN103154153A* 1/5 页 2 1. 水性聚合物组合物, 其包含 : 水, 至少一种含有一个或多个羰基、 一个或多个环氧基、 或同时含有一个或多个羰基和一 个或多。
4、个环氧基的聚合物, 和 其中引入了至少一个腙基的封闭型交联剂。 2. 根据权利要求 1 所述的水性聚合物组合物, 其包含含有一个或多个反应性羰基、 一 个或多个反应性环氧基、 或同时含有一个或多个反应性羰基和一个或多个反应性环氧基的 不同的链聚合物。 3.根据权利要求2所述的水性聚合物组合物, 其中所述聚合物在组合物中占3%-60%重 量。 4. 根据权利要求 3 所述的水性聚合物组合物, 其中所述封闭型交联剂的摩尔数与上述 反应性基团数量的比为 0.1:1-2:1。 5. 根据权利要求 1 所述的水性聚合物组合物, 其中所述封闭型交联剂包含至少两个腙 基。 6. 根据权利要求 1 所述的水性。
5、聚合物组合物, 其中所述封闭型交联剂还包含肼基。 7. 根据权利要求 1 所述的水性聚合物组合物, 其中所述组合物的 pH 值为 6.5-10.3。 8. 根据权利要求 7 所述的水性聚合物组合物, 其中所述组合物的 pH 值为 8.0-9.8。 9. 根据权利要求 8 所述的水性聚合物组合物, 其中所述组合物的 pH 值为 8.5-9.5。 10. 根据权利要求 1 所述的水性聚合物组合物, 其包含下式的封闭型交联剂 : 或至少一种上式的封闭型交联剂 ; 其中, R 是二价有机基团或共价键, 且各 R1、 R2、 R3 和 R4 彼此独立地选自氢或有机基 团。 11. 根据权利要求 10 的。
6、水性聚合物组合物, 其中所述各 R1、 R2、 R3 和 R4 彼此独立地选 自 : C1 至 C12 直链烷基、 链烯基或炔基 ; 或具有 C1 至 C12 主链的支链烷基、 链烯基或炔基 ; 或R1和R2、 或R3和R4连接在一起形成环状的有机基团, 或者所述的直链或支链的烷基、 链 烯基或炔基被羟基、 氨基、 苯基、 苄基或卤素所取代。 12. 根据权利要求 11 的水性聚合物组合物, 其中所述各 R1、 R2、 R3 和 R4 彼此独立地选 自 : 甲基、 乙基、 正丙基、 正丁基、 异丁基、 叔丁基, 正戊基、 异戊基、 正己基、 正庚基、 正辛基、 异辛基、 正壬基、 正癸基、 正。
7、十一烷基或正十二烷基。 权 利 要 求 书 CN 103154153 A 2 2/5 页 3 13. 根据权利要求 10 的水性聚合物组合物, 其中所述环状基团是环戊基或环己基。 14. 根据权利要求 1 的水性聚合物组合物, 其中所述羰基在酮、 醛、 或酸酐基团中被引 入。 15. 根据权利要求 1 的水性聚合物组合物, 其中所述聚合物组合物用作油漆、 底漆、 其 他涂料、 墨或粘合剂。 16. 根据权利要求 1 所述的水性聚合物组合物, 其中所述封闭型交联剂包括两个或更 多腙基。 17. 根据权利要求 16 所述的水性聚合物组合物, 其中所述封闭型交联剂如下式所示 : 其中, R 是二价有。
8、机基团或共价键, 且各 R1、 R2、 R3 和 R4 彼此独立地选自氢或有机基 团。 18.根据权利要求17所述的水性聚合物组合物, 其中所述R与所接羰基形成草酰基、 丙 二酰基、 琥珀酰基、 戊二酰基、 己二酰基或癸二酰基部分。 19. 根据权利要求 16 所述的水性聚合物组合物, 其中所述封闭型交联剂如下式所示 : 其中所述各 R 和 R” 彼此独立地选自环状有机基团。 20. 根据权利要求 1 所述的水性聚合物组合物, 其中所述封闭型交联剂是己二酸二 (2- 亚丁基酰肼 )。 21. 一种交联的聚合物材料, 其包含 第一聚合物部分和第二聚合物部分, 和 交联连接键, 其由交联剂与各第一。
9、和第二聚合物部分反应形成, 上述交联剂衍生自其 中引入了至少一个腙基的封闭型交联剂, 所述交联连接键存在于第一聚合物部分上的多个 位点和在第二聚合物部分上分别对应的位点之间, 其通过附接于第一聚合物部分上的上述 位点之一以及第二聚合物部分上分别对应的位点的交联部分而形成 ; 第一和第二聚合物部分的每个位点为在交联之前存在羰基或环氧基的位点。 22. 制备水性组合物的方法, 其包括 : 将包含至少一个腙基的封闭型交联剂和一种或多种可交联聚合物的水性分散体进行 组合, 其中所述分散体中的至少一种聚合物包含一个或多个羰基、 一个或多个环氧基、 或同 时含有一个或多个羰基和一个或多个环氧基。 23. 。
10、制备交联聚合物材料的方法, 该方法包括将水性分散体和其中引入了至少一个腙 基的封闭型交联剂进行混合, 所述水性分散体包含其中引入了一个或多个羰基、 一个或多 个环氧基、 或同时引入了一个或多个羰基和一个或多个环氧基的第一聚合物部分, 以及引 入一个或多个羰基、 一个或多个环氧基、 或同时引入了一个或多个羰基和一个或多个环氧 权 利 要 求 书 CN 103154153 A 3 3/5 页 4 基的第二聚合物部分。 24. 涂覆表面的方法, 其包括 : 将水性聚合物分散体涂布到表面上, 其中所述水性聚合 物分散体包含水、 一种或多种聚合物、 以及含有至少一个腙基的封闭型交联剂, 其中至少一 种所。
11、述聚合物包含一个或多个羰基、 一个或多个环氧基、 或者一个或多个羰基团和一个或 多个环氧基的组合。 25. 水性组合物, 其包含 : 水 ; 至少一种具有能够与交联剂反应的官能团的聚合物 ; 和 封闭型交联剂, 其包含至少一个官能团, 该官能团不能与聚合物的所述官能团反应但 通过平衡反应可转化为替代性官能团, 得到能与所述官能团反应的交联剂。 26. 根据权利要求 25 所述的水性组合物, 其中所述平衡反应产生副产物, 且所述平衡 通过副产物蒸发向第二官能团方向移动。 27. 一种水性底漆胶乳, 其包含 : 水 ; 多种聚合物, 其数均分子量小于 100,000 道尔顿, 玻璃化转变温度小于 。
12、10 C, 且含有 一个或多个羰基基团、 一个或多个环氧基、 或一个或多个羰基基团与一个或多个环氧基的 组合 ; 以及 其中引入了至少一个腙基的封闭型交联剂。 28. 根据权利要求 27 所述的水性底漆胶乳, 其中所述玻璃化转变温度小于 6 C。 29. 根据权利要求 27 所述的水性底漆胶乳, 其中所述玻璃化转变温度小于 4 C。 30.根据权利要求27所述的水性底漆胶乳, 其中所述聚合物的数均分子量小于50,000 道尔顿。 31.根据权利要求27所述的水性底漆胶乳, 其中所述聚合物的数均分子量小于25,000 道尔顿。 32. 根据权利要求 27 所述的水性底漆胶乳, 其中所述聚合物在组。
13、合物中占 3%-60% 重 量。 33. 根据权利要求 27 所述的水性底漆胶乳, 其中所述封闭型交联剂摩尔数与聚合物链 上反应性羰基和环氧基数量的比为 0.1:1 至 2:1。 34. 根据权利要求 27 所述的水性底漆胶乳, 其中所述封闭型交联剂包含至少两个腙 基。 35. 根据权利要求 27 所述的水性底漆胶乳, 其中所述封闭型交联剂还包含肼基。 36. 根据权利要求 27 所述的水性底漆胶乳, 其中所述组合物的 pH 值为 6.5-10.3。 37. 根据权利要求 27 所述的水性底漆胶乳, 其中所述封闭型交联剂如下式所示 : 权 利 要 求 书 CN 103154153 A 4 4/。
14、5 页 5 或其组合 ; 其中, R 是二价有机基团或共价键, 且各 R1、 R2、 R3 和 R4 彼此独立地选自氢或有机基 团。 38. 根据权利要求 37 所述的水性底漆胶乳, 其中所述各 R1、 R2、 R3 和 R4 彼此独立地选 自 : C1 至 C12 直链烷基、 链烯基或炔基 ; 或具有 C1 至 C12 主链的支链烷基、 链烯基或炔基 ; 或R1和R2、 或R3和R4连接在一起形成环状的有机基团, 或者所述的直链或支链的烷基、 链 烯基或炔基被羟基、 氨基、 苯基、 苄基或卤素所取代。 39. 根据权利要求 38 所述的水性底漆胶乳, 其中所述各 R1、 R2、 R3 和 R。
15、4 彼此独立地选 自 : 甲基、 乙基、 正丙基、 正丁基、 异丁基、 叔丁基、 正戊基、 异戊基、 正己基、 正庚基、 正辛基、 异辛基、 正壬基、 正癸基、 正十一烷基或正十二烷基。 40. 根据权利要求 38 所述的水性底漆胶乳, 其中所述环状基团是环戊基或环己基。 41. 根据权利要求 27 所述的水性底漆胶乳, 其中所述羰基在酮、 醛、 或酸酐基团中被引 入。 42. 根据权利要求 35 所述的水性底漆胶乳, 其中所述封闭型交联剂如下式所示 : 其中, R 是二价有机基团或共价键, 且各 R1、 R2、 R3 和 R4 彼此独立地选自氢或有机基 团。 43.根据权利要求42所述的水性。
16、底漆胶乳, 其中所述R与所接羰基形成草酰基、 丙二酰 基、 琥珀酰基、 戊二酰基、 己二酰基或癸二酰基部分。 44. 根据权利要求 27 所述的水性底漆胶乳, 其中所述封闭型交联剂如下式所示 : 其中所述各 R 和 R” 彼此独立地选自环状有机基团。 45. 根据权利要求 27 所述的水性底漆胶乳, 其中所述封闭型交联剂是己二酸二 (2- 亚 权 利 要 求 书 CN 103154153 A 5 5/5 页 6 丁基酰肼 )。 46. 一种交联的聚合物材料, 其包含 第一聚合物部分和第二聚合物部分 ; 和 交联连接键, 其由交联剂与各第一和第二聚合物部分反应形成, 上述交联剂衍生自具 有至少一。
17、个官能团的封闭型交联剂, 该官能团不能与上述第一和第二聚合物部分任何官能 团反应但通过平衡反应可转化为替代性官能团, 得到所述交联剂 ; 所述交联连接键存在于 第一聚合物部分上的多个位点和在第二聚合物部分上分别对应的位点之间, 其通过附接于 第一聚合物部分上的上述位点之一以及第二聚合物部分上分别对应的位点的交联部分而 形成 ; 在第一和第二聚合物部分的每个位点为存在能够与所述交联剂反应的基团的位点。 47. 制备水性组合物的方法, 其包括 : 将封闭型交联剂和一种或多种可交联聚合物的 水性分散体进行组合, 其中分散体中的至少一种聚合物具有能够与交联剂反应的官能团 ; 封闭型交联剂, 其不能与上。
18、述官能团反应但通过平衡反应可转化为上述交联剂。 48. 制备交联聚合物材料的方法, 该方法包括 : 将含有第一聚合物部分和第二聚合物 部分的水性分散体与封闭型交联剂进行混合, 上述每个聚合物部分含有能够与交联剂反应 的官能团, 上述封闭型交联剂不能与上述官能团反应但通过平衡反应可转化为上述交联 剂。 49. 将粘合材料沉积在表面的方法, 其包括 : 将水性聚合物分散体涂布到表面上, 其中 所述水性聚合物分散体包含水、 一种或多种含有能够与交联剂反应的官能团的聚合物, 以 及不能与上述官能团反应但通过平衡反应可转化为上述交联剂的封闭型交联剂。 50. 根据权利要求 24 中定义的方法所形成的粘合。
19、到表面的材料。 51. 根据权利要求 30 中定义的方法所形成的粘合到表面的材料。 权 利 要 求 书 CN 103154153 A 6 1/21 页 7 水性交联组合物及方法 0001 发明人 : YongYang、 YueChen、 RobertSheerin、 JeanF.Mauck、 NavinTilara、 JohannaGarciadeVisicaro。 0002 相关申请的交叉引用 0003 该申请要求了申请日为2011年6月3日的美国专利申请No.13/152856的优先权, 上述申请又要求了申请日为 2010 年 6 月 4 日的系列号为 No.61/351657 的美国临时。
20、专利申 请的优先权, 两篇参考文献均以参考方式整体引入本文中, 如同整体阐述于下文。 技术领域 0004 本发明涉及水性交联聚合物组合物及相关实施方案, 如该组合物的制备和使用方 法, 以及上述组合物所构成的产品。 背景技术 0005 水性油漆、 底漆、 墨、 粘合剂 (adhesive) 以及其他水性成膜组合物 (“水性组合 物” ) 可以包括溶剂、 粘结剂 (binder)、 颜料以及其他有助于影响组合物各种性能的添加剂 成分, 例如聚合物表面活性剂和分散剂。 如果存在, 则粘结剂和颜料是水性组合物的主要固 体成分, 随着溶剂的蒸发它们留在表面用于形成固态涂层。在水性组合物中, 主要溶剂是。
21、 水。典型的水性组合物包括胶乳油漆。 0006 聚合物溶胶或分散体被广泛地用于水基涂层中。聚合物溶胶或分散体被干燥, 通 过聚结形成薄膜, 得到所需机械和物理性能。聚结是水性分散体中的聚合物颗粒在干燥过 程中相互接触, 聚合物链沿着胶乳 / 分散体颗粒的边界形成, 得到颗粒之间结合良好的连 续薄膜的过程。 0007 改善水性组合物所形成薄膜的性能的方法涉及能够交联的聚合物。 该聚合物可以 自交联或者需要交联剂与聚合物反应。该交联剂能够用来交联粘结剂和 / 或其它的聚合物 添加剂, 如聚合物表面活性剂和分散剂 ( 美国专利 No.5348997) 或流变改性剂 ( 公开号为 No.2009/01。
22、62669 的美国专利申请 )。交联聚合物在涂料、 墨和其他水性的膜形成组合物 中, 可以提高物理和机械强度, 粘合性和耐久性。 在涂层应用中, 交联也可改善刷洗性、 抗粘 连性、 耐化学性和耐候性 ( 参见美国专利 No.7547740 和公开 No.2007/0265391 的美国专利 申请 )。聚合物成分的交联, 也可增强粘合剂的粘附性和粘接强度。此外, 为了提高印刷的 耐机械性和耐化学性, 交联被广泛利用在印刷墨的配方中。 0008 聚结中和聚结后的交联进一步增强了薄膜的物理和机械性能。但是, 如果该聚合 物交联反应在水性组合物涂布到表面之前开始, 得到的膜的物理和机械性能可能较差。过。
23、 早的交联就是水性组合物涂布到表面之前在聚合物溶胶或分散体中发生的, 其可能阻碍涂 层形成聚结薄膜。 0009 在用于油漆、 墨、 胶粘剂、 分散剂、 聚合物表面活性剂或流变改性剂时, 组合物中过 早的交联也会造成粘度不稳定的缺点, 从而降低储藏寿命。 例如, 典型的胶乳基油漆批量制 造后分配到用于运输和储存的零售容器中。零售容器及其内容物在销售和最终使用之前, 说 明 书 CN 103154153 A 7 2/21 页 8 可能会被保存在一个仓库或零售商店。在存储期间聚合物的交联可能会发生, 从而降低胶 乳油漆的质量。交联的聚合物可能凝胶和 / 或提高罐中的黏度, 因此减少其形成的油漆膜 的。
24、物理和机械性能, 如降低刷洗性 (scrubability)。 0010 因此, 为了改善性能, 水性组合物由包含单体如双丙酮丙烯酰胺 ( “DAAM” ) 的聚合 物和交联剂己二酸二酰肼 ( “ADH” ) 制备。若没有明显的涂布前交联, 这样的水性组合物使 得性能优于包含非交联性聚合物的油漆, 但如果有任何实质性的涂布前交联, 上述改善将 无法实现。研究已经表明, 包含 DAAM 与 ADH 交联剂的聚合物通过酮基酰肼反应在水溶液中 的交联, 反应速率很快。 ( “Thediacetoneacrylamidecross-linkingreactionanditsinflue nceonth。
25、efilmformationofanacryliclatex” , JournalofCoatingsTechnologyandResearch, 5(3), 285-297, 2008)。所以过早的交联阻碍所需性能的实现。 0011 其他聚合物是自交联的。自交联的聚合物, 如含有乙酰乙酸基甲基丙烯酸乙酯 ( “AAEM” )、 缩水甘油甲基丙烯酸酯、 氧化或 UV 固化的官能团的聚合物, 也可用于水性涂料、 墨和粘合剂。 不幸的是, 自交联聚合物只能最低限度地改进所得膜的机械性能, 特别是对于 水性油漆的刷洗性。 0012 此前解决交联问题的尝试是包含酰肼等的聚合物组合物, 出现在美国专利 。
26、No.4786676 中。其教导在水溶液或分散体中具有很长储藏寿命的, 且在室温或高温度干燥 后经历交联的聚合物组合物, 是具有羰基和羧基基团的聚合物有机化合物在单酮和 / 或单 醛存在的情况下与聚酰肼反应可以得到的。然而, 在该专利中所讨论的进展不足以可靠地 抑制过早交联, 这是因为存在引入杂质的副反应, 其降低了所需的化学计量 ( 因为任何可 能防止过早交联的化学物质, 在干扰反应可以被排除的时间范围内不会产生足够的量 ), 也 因为 ( 至少 ) 酮的使用可能存在安全隐患。因此, 该专利的教导不构成一个实用的解决方 案。 0013 需要物理、 化学和机械性能 ( 如刷洗性 ) 改善的水性。
27、组合物。 0014 此外, 需要可交联的聚合物成分在组合物应用之前不经历明显交联的水性组合 物, 特别是水性油漆。 0015 发明概述 0016 本发明的一个目的是提供一种水性组合物, 该组合物含有可交联的聚合物, 该聚 合物的过早交联被减轻。 0017 本发明的另一个目的是提供一种水性组合物, 该组合物含有可交联的聚合物, 其 涂布到表面时形成的膜具有良好的机械和物理性能。 0018 本发明还有另一个目的是提供一种交联的聚合物材料, 其作为所形成膜的成分导 致该膜显示出良好的机械和物理性质。 0019 本发明的又一目的是提供上述水性组合物的制备和使用方法, 以及由其制成的显 示出一种或多种有。
28、利的机械或物理性能的涂料等。 0020 因此, 本发明一方面涉及一种水性聚合物组合物, 其包含 : 水 ; 含有一个或多个羰 基、 一个或多个环氧基、 或同时含有一个或多个羰基和一个或多个环氧基的聚合物 ; 和其中 引入了至少一个腙基的封闭型交联剂。 0021 另一方面, 本发明涉及一种交联的聚合物材料, 其包含 : 第一聚合物部分和第二聚 合物部分 ; 交联连接键, 其由交联剂与各第一和第二聚合物部分反应形成, 上述交联剂衍生 说 明 书 CN 103154153 A 8 3/21 页 9 自其中引入了至少一个腙基的封闭型交联剂, 所述交联连接键存在于第一聚合物部分上的 多个位点和在第二聚合。
29、物部分上分别对应的位点之间, 其通过附接于第一聚合物部分上的 上述位点之一以及第二聚合物部分上分别对应的位点的交联部分而形成 ; 第一和第二聚合 物部分的每个位点为在交联之前存在羰基或环氧基的位点。 0022 本发明的另一方面涉及一种制备水性组合物的方法, 其包括 : 将含有至少一个腙 基的封闭型交联剂与一种或多种可交联的聚合物的水性分散体组合, 其中该分散体中的至 少一种聚合物包含一个或多个羰基、 一个或多个环氧基、 或同时包含一个或多个羰基和一 个或多个环氧基。 0023 本发明另一方面涉及制备交联的聚合物材料的方法, 其包括将其中引入了一个或 多个羰基、 一个或多个环氧基、 或其中同时引。
30、入了一个或多个羰基和一个或多个环氧基的 第一聚合物部分的水分散体, 其中引入了一个或多个羰基、 一个或多个环氧基、 或其中同时 引入了一个或多个羰基和一个或多个环氧基的第二聚合链, 以及其中引入了至少一个腙基 的封闭型交联剂混合。 0024 此外, 本发明的另一方面涉及一种涂覆表面的方法, 其包括 : 将水性聚合物分散体 涂布到表面上, 其中所述水性聚合物分散体包含水、 一种或多种聚合物、 和包含至少一个腙 基的封闭型交联剂, 其中至少一种所述聚合物包含一个或多个羰基、 一个或多个环氧基、 或 同时包含一个或多个羰基和一个或多个环氧基, 并相应地涉及通过该方法形成的涂层。 0025 本发明更广。
31、阔的方面涉及 : 0026 (i) 前述水性组合物, 不同之处在于该聚合物具有能够与交联剂相互作用的官能 团, 该官能团可以是 ( 但不限于 ) 羰基、 环氧基或同时为两者, 且所述封闭交联剂与所述交 联剂一起, 使得所述封闭型交联剂具有至少一个不能与聚合物的所述官能团发生反应、 但 通过平衡反应可转化为替代官能团的官能团, 从而提供能与上述官能团发生反应的交联 剂。 0027 (ii) 前述交联聚合物材料, 不同的是第一和第二聚合物部分含有官能团, 且所述 封闭型交联剂和所述交联剂如前面的 (i) 所述 ; 0028 (iii) 制备前述水性组合物的方法, 不同之处在于 : 所述的至少一种聚。
32、合物具有 官能团, 且所述封闭型交联剂和所述交联剂如前面的 (i) 所述 ; 0029 (iv) 涂覆表面的方法, 以及由前述方法形成的涂层, 不同之处在于 : 所述的至少 一种聚合物具有官能团, 且所述封闭型交联剂和所述交联剂如前面的 (i) 所述。 0030 本文所用的,“聚合物” 是指单体 ( 通常是五个或更多的单体 ) 以化学方式结合形 成的大分子。术语聚合物包括均聚物和共聚物, 后者包括无规共聚物、 统计共聚物、 交替共 聚物、 梯度共聚物、 周期共聚物、 遥爪聚合物和任何拓扑结构的聚合物, 其包含嵌段共聚物、 接枝聚合物、 星形聚合物、 瓶刷共聚物、 梳状聚合物、 支化或超支化聚合。
33、物、 交联聚合物和这 些系链到颗粒表面或平坦表面的聚合物, 以及其他聚合物结构。 0031 本发明给予从业人员实在的好处。 在创新的水性组合物中利用封闭型交联剂减少 过早交联的发生。因此, 沉积在表面上的组合物中聚合物固体的聚结由于过早交联而受到 的抑制减少, 并且可达到较好的机械或物理性能, 包括粘结性、 韧性、 防水性和刷洗性。此 外, 丙酮等物质的存在可以从生产操作中消除, 因此减少了副反应产物和易燃性或挥发性 物质的来源。这提供了更高水平的化学计量控制和操作安全性。 说 明 书 CN 103154153 A 9 4/21 页 10 0032 通过考查下述本发明示例性实施方案以及附图, 。
34、本领域的普通技术人员将明了本 发明实施方案的其他方面和特征。 虽然本发明中讨论的特征可能与特定的实施方案和附图 相关, 但本发明的所有实施方案均可以包括本文所讨论的一个或更多的特征。虽然所讨论 的一个或多个实施方案可能具有一定的有利特征, 但这些特征中的一个或多个也可能被使 用在本发明所讨论的各种实施方案中。类似的是, 虽然下文讨论的示例性实施方案是系统 或方法实施方案, 但应理解这样的示例性实施方案可以在不同的系统和方法中实施。 0033 特定优选实施方案的详述 0034 本发明的核心特征是调节薄膜形成, 以及具有可交联官能团的其他聚合物中的交 联。这通过受抑制的交联剂来实现, 所述受抑制的。
35、交联剂经历不能与可交联官能团反应得 到交联聚合物的化学形式 (“封闭型交联剂” ) 与能够与上述官能团发生交联反应的替代形 式 (“交联剂” ) 之间的平衡反应。交联官能团可能是悬垂交联 (pendingcorss-linking) 的官能团。 在优选实施方案中, 在包含上述聚合物的组合物涂布到表面之前, 反应平衡向封 闭型交联剂方向移动 ; 在所述组合物涂布到表面后, 平衡向交联剂方向移动。 0035 虽然不希望被任何机理或理论约束或限制, 但我们得出这样的结论 : 聚合物成分 的交联可以被抑制, 是因为腙不直接与聚合物上的羰基或环氧基反应, 结果是不会发生明 显程度的交联, 尤其是在任何相。
36、关时间段内。例如, 在一个优选的实施方案中, 封闭型交联 剂包含腙基, 且该聚合物包含一个或多个羰基和 / 或环氧基。 0036 因此, 水性组合物包括引入了交联官能团的聚合物 P1-RCL和 P2-RCL, 以及封闭型交 联剂 NCLA。交联官能团 RCL不与封闭型交联剂 NCLA 反应, 但能够与另一种替代形式的交联 剂(CLA)反应, 得到交联的聚合物P-CL-P, 其中CL是两个聚合物链P之间的交联结构, 如下 所示 : 0037 P1-RCL+P2-RCL+CLA P1-CL-P2+A(I) 0038 在其涂布在表面以前, 反应所需的交联剂优选不包括在本发明提到的水性组合物 内, 或。
37、者在实质的范围内(即一定程度上任何实质性的过早交联可能发生的范围内)存在, 但根据封闭型交联剂和交联剂之间的平衡反应在所需的时间内形成 : 0039 0040 化学反应 II 的平衡在任何主要条件的变动下均可能移动, 所述主要条件例如但 不限于, 水的浓度、 化合物 N 的还原、 化合物 CLA 的反应、 或暴露于可见光或紫外线光。 0041 封闭型交联剂是如下的任何化合物 : 当存在于包含可交联聚合物的水性组合物中 时, 面对聚合物处于非反应性 ( 即封闭 ) 的状态, 但通过平衡反应可以转化为交联剂, 所述 交联剂是具有能够与两种或多种聚合物的官能团反应使聚合物链接在一起的性质的化合 物。。
38、 0042 交联剂和封闭型交联剂 0043 交联剂可以包括少至一个腙基, 虽然可以存在能够与可交联聚合物的交联官能团 发生反应的至少一个其他部分, 例如肼部分。然而, 在优选的实施方案中, 交联剂包含至少 两个腙基。例如, 交联剂可以是己二酸二 ( 亚丙基酰肼 )。在水相中或者仅仅是在水分的存 在下, 己二酸二 ( 亚丙基酰肼 ) 与丙酮和己二酸二酰肼具有下列平衡 : 0044 说 明 书 CN 103154153 A 10 5/21 页 11 0045 腙是不会明显与含有如羰基或环氧基官能团的聚合物发生反应的封闭型交联剂。 然而, 己二酸二 ( 亚丙基酰肼 )( 一种腙 ), 与水反应形成丙。
39、酮 ( 一种酮 ) 和己二酸二酰肼 ( 一种酰肼 )。但是, 酰肼是能与聚合物的羰基或环氧基发生反应的交联剂。该反应是可逆 的, 水可随着腙的再形成而被放出。最终可逆反应如在方程 III 所示, 在腙和酰肼之间达到 平衡。 0046 在某些情况下, 这种可逆反应的平衡强烈向左边或向产生腙的方向移动, 且只有 少量 ( 不超过几个百分点, 例如不超过 5且优选不超过 3 ) 的酰肼存在于水性组合物 中。腙将不与含有羰基或环氧基的聚合物直接反应, 从而减轻聚合物的过早交联。在这样 一个实施方案中, 聚合物的交联在水或水分 (moisture) 的存在下被抑制。然而, 组合物涂 布到表面后的干燥过程。
40、中, 平衡将转向形成酰肼基团 (NH2NH-), 它能与羰基和环氧基反应。 这是由于在干燥过程中酮或醛成分蒸发, 并且酰肼基团发生反应来交联聚合物, 因此平衡 移动形成更多的酰肼。 更多的腙, 最终几乎所有的腙都将转化为酰肼, 其当膜干燥和固化时 发生反应以交联聚合物。 0047 更具体地, 形成的酮或醛在腙转化为酰肼的过程中具有低沸点。 由于低沸点, 当涂 层干燥时酮或醛蒸发, 甚至水也蒸发, 酮或醛的耗尽防止腙的再形成。 0048 由于酮或醛的耗尽使得酰肼产生, 其导致交联反应的完成。 因此, 酮或醛的挥发性 将决定交联的速率和程度。 挥发性较高时, 低沸点的酮或醛导致酰肼形成速率加快, 。
41、并改善 早期干燥产品的物理和力学性能。在特定实施方案中, 酮和醛沸点低于 200时, 在 25蒸 气压高于 1.7 毫米汞柱, 蒸发率 ( 相对于乙酸丁酯 ) 大于 0.1 ; 在另一实施方案中, 酮和醛 沸点低于 150时, 在 25蒸气压高于 15 毫米汞柱, 蒸发率 ( 相对于乙酸丁酯 ) 大于 0.2 ; 在甚至另一实施方案中, 酮和醛沸点低于100时, 在25蒸气压高于23毫米汞柱, 蒸发率 ( 相对于乙酸丁酯 ) 大于 0.3。 0049 合适的包含两个腙基的交联剂具有下式 : 0050 0051 和 / 或下式 : 0052 说 明 书 CN 103154153 A 11 6/2。
42、1 页 12 0053 且合适的包含一个腙基和酰肼基的交联剂具有下式 : 0054 0055 和 / 或下式 : 0056 0057 其中, 在通式 (IV) 到 (VII) 的交联剂的任何实施方案中, R 是二价有机基团或共 价键, R1、 R2、 R3 和 R4 各自独立地选自氢和有机基团。更具体地, R1、 R2、 R3 和 R4 各自独 立地选自 : C1 至 C12 直链烷基、 链烯基或炔基 ; 具有 C1 至 C12 主链的支链烷基、 链烯基或炔 基。或者, R1 和 R2、 或 R3 和 R4 结合在一起形成环状有机基团。上述基团可以是未取代的, 或者直链或支链的烷基、 链烯基或。
43、炔基 ( 包括两个连接在一起的情况 ) 上的任意氢可以被 羟基、 氨基、 苯基、 苄基或卤素所取代。例如, R1、 R2、 R3 和 R4 可以独立地选自甲基、 乙基、 正 丙基、 正丁基、 异丁基、 叔丁基、 正戊基、 异戊基、 正己基、 正庚基、 正辛基、 异辛基、 正壬基、 正 癸基、 正十一烷基或正十二烷基, 如果 R1 和 R2、 或 R3 和 R4 是一个环状基团, 则环状基团可 以是环戊基或环己基。 0058 腙的实例包括但不限于, 琥珀酸二 ( 亚丙基酰肼 )、 草酸二 (2- 亚丙基酰肼 )、 己二 酸二 (2- 亚丙基酰肼 )、 己二酸二 (2- 亚丁基酰肼 ) 和己二酸二。
44、 (4- 羟基 -4- 甲基 -2- 亚戊 基酰肼 )。 0059 例如, 交联剂也可以包含一个酰肼基和一个腙基。酰肼基团可能与聚合物链中的 一个羰基反应, 但没有腙基反应的情况下交联不会发生。直到腙被转化为第二酰肼基团时 才会发生交联。 0060 封闭型交联剂可以以液体形式, 以固体形式, 或是以浆料 ( 如封闭型交联剂在水 中的浆料 ) 形式加入到水性组合物中。 0061 腙类物质能够通过醛或酮与二酰肼或多酰肼如羧酸二酰肼或多酰肼来制备, 例 如 : 0062 说 明 书 CN 103154153 A 12 7/21 页 13 0063 多官能酰肼的实例包括但不限于 : C2-C18 饱和。
45、二羧酸二酰肼, 如草酸二酰肼、 丙 二酸二酰肼、 戊二酸二酰肼、 琥珀酸二酰肼、 己二酸二酰肼、 癸二酸二酰肼等 ; 单烯烃不饱和 二羧酸二酰肼, 如马来酸二酰肼, 富马酸二酰肼, 衣康酸二酰肼等 ; 对苯二甲酸二酰肼或间 苯二甲酸二酰肼 ; 均苯四甲酸二酰肼, 含有三个或更多酰肼基团的多官能酰肼, 三酰肼或四 酰肼, 如柠檬三酰肼, 次氮基乙酸三酰肼, 环己三羧酸三酰肼, 乙二胺四乙酸四酰肼等 ; 次 氮基三酰肼, 柠檬酸三酰肼, 1, 2, 4- 苯三酰肼, 乙二胺四乙酸四酰肼, 1, 4, 5, 8- 萘甲酸四酰 肼 ; 聚酰肼, 如通过具有羧酸低级烷基酯基的低分子量聚合物与肼或水合肼反。
46、应得到的聚 酰肼 ; 和多官能团的氨基脲。 0064 酰肼或二酰肼可以与下式的化合物发生反应 : 0065 0066 其中 R5 和 R6 各自独立地选自氢或有机基团, 其中至少一个是有机基团。 0067 上述有机基团的实例是烷基, 优选 1 至 12 个碳原子的直链或支链烷基, 例如, 甲 基、 乙基、 正丙基、 正丁基、 异丁基、 叔丁基、 正戊基、 异戊基、 正己基、 正庚基、 正辛基、 异辛 基、 正壬基、 正癸基、 正十一烷基或正十二烷基。烷基更优选为从 1 到 3 个碳原子, 最优选的 是 1 个碳原子。R5 或 R6 可以被取代, 例如被羟基、 氨基、 胺或其它官能团取代。此外,。
47、 R5 和 R6 可以连接在一起以形成环状基团, 例如但不限于, 环戊基或环己基。 0068 如果R5和R6之一是氢原子, 式VIII的化合物是醛(醛为含有甲酰基-HCO的有机 基团 )。醛的实例包括但不限于, 甲醛、 乙醛、 丁醛、 苯甲醛、 肉桂醛和甲基苯甲醛。如果 R5 和 R6 同时都是有机基团, 式 VIII 的化合物是酮。酮的实例是丙酮、 甲基乙基酮、 二乙基酮、 异丙基甲基酮、 正丙基甲基酮、 二异丙基和二正丙基酮、 叔丁基甲基酮、 异丁基甲基酮、 仲丁 基甲基酮和二异丁基酮、 双丙酮醇、 环己酮、 1- 丙酮、 2- 丙酮和苯乙酮。 0069 形成水性组合物方法的实施方案中包括。
48、向组合物中添加腙。 腙可以以任何形式加 入, 然而, 以固体形式添加腙可能更有利。 腙可以以固体形式(如以粉末形式)添加, 或以浆 料形式 ( 例如腙的水性浆料或分散体 ) 添加。腙也可以在水性组合物中原位形成。然而, 相比于在水性组合物形成腙, 以固体形式加入腙有几个优势, 例如, 在配制水性组合物时以 固体形式加入腙避免使用易燃材料如丙酮, 允许更精确在控制腙形成和超过化学计量的酰 肼转化, 更好地控制副反应和副产物的形成, 并且减少水性组合物的过早交联。 0070 可交联的聚合物 0071 可交联聚合物的实施方案可以是包含能与反应性交联剂反应, 且不显著与封闭型 交联剂反应的官能团的任何。
49、聚合物。将与酰肼交联剂反应的合适聚合物包括含有羰基 ( 如 醛或酮基 ) 和 / 或环氧基的聚合物。交联的相互作用可以发生在单一聚合物单元 ( 例如 链 ) 的聚合物部分 ( 例如段或片段 ) 之间, 或不同聚合物单元的部分或组成之间, 如第一聚 说 明 书 CN 103154153 A 13 8/21 页 14 合物链和第二聚合物链之间。 0072 包含至少一个羰基和 / 或环氧基的聚合物实例, 为乙烯基共聚物、 丙烯酸共聚物、 和 / 或苯乙烯化共聚物, 所述共聚物包含乙烯基烷基酮单体单元, 该单元包括但不限于乙 烯基甲基酮、 乙烯基乙基酮、 和 / 或乙烯基丁基酮 ; 乙酸乙烯基乙酰基酯, 丙烯酸乙酰基乙 酰氧基乙基酯, 甲基丙烯酸乙酰基乙酰氧基乙基酯, 以及脂族二醇与 ( 甲基 ) 丙烯酸和乙 酰基乙酸的混合酯 ; ( 甲基 ) 丙烯醛, 巴豆醛, 双丙酮丙烯酰胺, 双丙酮 ( 甲基 ) 丙烯酰胺, ( 甲基 ) 丙烯酸双丙酮酯, 如马来酸酐或卤代马来酸酐单体的。