Способ получения водных дисперсий полиуретанов с повышенной теплостойкостью и стойкостью к действию растворителей, осуществляемый с уменьшенным количеством растворителя.
Формула / Реферат
1. Способ получения стабильной водной дисперсии анионной поли(уретан/мочевины), содержащей 0,1-5% от веса дисперсии летучих растворителей, включающий взаимодействие при температуре, не превышающей 100°С, в присутствии водорастворимого летучего органического растворителя в количестве не более 5% от веса образующейся дисперсии диизоцианатного компонента с полиольным компонентом с получением содержащего концевые изоцианатные группы уретанового форполимера, причем полиольный компонент обеспечивает наличие карбоксилатных и сульфонатных групп; диспергирование содержащего концевые изоцианатные группы форполимера в воде; взаимодействие указанного содержащего концевые изоцианатные группы форполимера с, по меньшей мере, одним удлинителем цепи с функциональными аминогруппами или с обрывателем цепи с образованием указанной поли(уретан/мочевины); нейтрализацию карбоксилатных и сульфонатных групп указанного содержащего концевые изоцианатные группы форполимера гидроокисью щелочного металла или третичным амином до реакции указанного форполимера и указанного удлинителя с функциональными аминогруппами или обрывателя цепи или в процессе этой реакции; при этом способ осуществляют без отгонки растворителя.
2. Способ по п.1, в котором указанный растворитель используют в количестве от примерно 0,1 до примерно 3% от веса конечной дисперсии.
3. Способ по п.1, в котором полиольный компонент содержит, по меньшей мере, один сульфированный сложный полиэфир, при этом сульфированный сложный полиэфир характеризуется среднечисленными молекулярными весами в интервале от примерно 500 до 10000 и температурами плавления в интервале от примерно 10 до 100оС, и, по меньшей мере, одну гидроксикарбоновую кислоту формулы (HO)xR(COOH)y, где R означает линейный или разветвленный радикал, содержащий 1-12 атомов углерода, и х и у означают числа от 1 до 3, при условии, однако, что когда х равен 1, используют эквивалентное количество трифункционального изоцианата в полиизоцианатном компоненте, и, когда х равен 3, используют эквивалентное количество монофункционального изоцианата, причем образующийся уретановый форполимер остается практически несшитым.
4. Способ по п.3, в котором гидроксикарбоновая кислота представляет собой a,a-диметилолалкановую кислоту формулы
где R1 означает водород или алкильную группу, содержащую до 9 атомов углерода.
5. Способ по п.4, в котором гидроксикарбоновая кислота представляет собой 2,2-диметилолпропионовую кислоту.
6. Способ по п.1, в котором полиольный компонент дополнительно содержит некислый диол, имеющий молекулярный вес между примерно 60 и примерно 400.
7. Способ по п.1 или 5, в котором указанный сульфированный полиэфирполиол представляет собой сложный полиэфир на основе сульфированной двухосновной кислоты или сульфированного диола, несульфированной двухосновной кислоты и несульфированного диола.
8. Способ по п.7, в котором сульфированная двухосновная кислота выбрана из группы, состоящей из сульфоизофталевой кислоты и сульфоянтарной кислоты, а сульфированный диол представляет собой 1,4-дигидроксибутансульфокислоту.
9. Способ по п.1 или 5, в котором сульфированный полиэфирполиол представляет собой сложный полиэфир на основе мононатриевой соли 5-сульфоизофталевой кислоты, 1,6-гександиола и адипиновой кислоты.
10. Способ по п.1, в котором диизоцианатный компонент содержит гексаметилендиизоцианат (ГДИ).
11. Способ по п.10, в котором диизоцианат представляет собой смесь ГДИ и другого диизоцианата, выбранного из группы, состоящей из изофорондиизоцианата, циклопентилендиизоцианата, циклогексилендиизоцианата, метилциклогексилендиизоцианата, дициклогексилметандиизоцианата, тетраметилксилолдиизоцианата, фенилендиизоцианата, толуилендиизоцианата, ксилилендиизоцианата, бифенилендиизоцианата, нафтилендиизоцианата и дифенилметандиизоцианата.
12. Способ по п.1, в котором указанный удлинитель цепи с аминными функциональными группами выбран из группы, включающей этилендиамин, пропилендиамин, 1,4-бутилендиамин, пиперазин, 1,4-циклогексилдиметилдиамин, гексаметилендиамин, N-метилпропилендиамин, диаминофенилсульфон, диаминодифениловый эфир, диаминодифенилдиметилметан, 2,4-диамино-6-фенилтриазин, изофорондиамин, диамин димера жирной кислоты, N-изодециклоксипропил-1,3-диаминопропан, функциональные диамины имидазолидинона, диэтилентриамин, триэтилентетрамин и их смеси.
13. Способ по п.1, в котором указанный содержащий концевые изоцианатные группы форполимер взаимодействует со смесью, по меньшей мере, одного удлинителя цепи с функциональными аминогруппами и, по меньшей мере, одного обрывателя цепи.
14. Способ по п.13, в котором указанный удлинитель цепи выбирают из группы, состоящей из этилендиамина, диэтилентриамина и их смесей, и указанный обрыватель цепи представляет собой этаноламин.
15. Способ по п.1 или 6, в котором указанный полиольный компонент не содержит соединений, содержащих этиленоксиэтиленовые группы.
Текст
1 Данное изобретение относится к способу получения водной анионной адгезионной дисперсии полиуретана, которая обладает хорошими теплостойкостью и водостойкостью. Водные дисперсии полиуретанов хорошо известны. Дисперсия может быть получена с использованием внешнего поверхностноактивного агента или путем получения основной цепи полиуретана с неионными этиленомидными фрагментами, или путем синтеза полиуретана с нейтрализованными катионными или анионными группами. В случае анионных водных дисперсий полиуретанов ионными группами солей являются группы солей карбоновых или сульфоновых кислот. При получении анионных дисперсий полиуретанов обычно предпочтительно синтезировать полиуретановый форполимер, имеющий небольшое содержание остаточных свободных изоцианатных групп, диспергировать форполимер в водной среде и затем добавить многофункциональный первичный и/или вторичный амин в качестве удлинителя цепи. Этот способ удлинения цепи является необходимым,поскольку после удлинения получается более высокомолекулярная поли(уретан/мочевина),обладающая более высокой теплостойкостью. Для облегчения диспергирования форполимера с изоцианатными функциональными группами и в некоторых случаях для регулирования реакции образования полиуретана при получении форполимера применяют летучий растворитель, такой как ацетон, метилатилкетон, N-метилпирролидон или т.п. Если после диспергирования содержание растворителя велико, его обычно нужно удалить путем дистилляции, сложной стадии, требующей применения дорогого оборудования. Кроме того стадия удаления растворителя приводит к маленькому выходу объем/время, а работа с большими объемами растворителя в реакционной среде и на стадии удаления растворителя повышает опасность взрыва или возникновения пожара в процессе производства. Полиуретановые форполимеры, полученные вышеописанным способом, являются продуктами реакции изоцианата с несколькими изоцианатными группами (полиизоцианата) и полиольного компонента, который включает полимерный полиол, например, полиэфирполиол или сложный полиэфир, и обычно мономерный и олигомерный полиол с очень короткой цепью. Полученный таким образом полиуретан. будет иметь блочную структуру типа ( А-В ),где А означает сравнительно эластичный сегмент на основе полимерного полиола и В означает жесткий сегмент на основе полиизоцианатного компонента и любого мономерного или короткоцепного олигомерного полиола, входящего в состав полиольного компонента. В случае почти всех имеющихся в продаже анионных 2 водных полиуретановых дисперсий ионные группы находятся в жестком сегменте. При выборе способа производства полиуретановых дисперсий следует также иметь в виду желательные полезные свойства конечного продукта. В случае дисперсий, используемых в качестве адгезивных продуктов, важными свойствами являются теплостойкость и водостойкость,на которые оказывают значительное влияние ингредиенты используемого полиольного компонента. Например, увеличение общего количества ионных групп в жестком сегменте полимера может привести к уменьшению относительного количества эластичного сегмента и снижению водостойкости, гибкости и эластичности конечного полимера. Добавление компонентов,которые включают неионные этиленоксидные или другие полиэфирные фрагменты, может улучшить диспергируемость, но скорее всего за счет снижения теплостойкости и водостойкости.Henning et аl. в патенте США N 4870129 описывают использование натриевой соли N-(2 аминоэтил)-2-аминоэтансульфоновой кислоты(ААС соли) для получения полиуретановых дисперсий. Указывается, что водные дисперсии полиуретанов обладают хорошей стабильностью при низких значениях рН (5-7), но весьма невысокой теплостойкостью. Имеющиеся в продаже продукты на основе этого мономера,такие как Bayer КА-8464, имеют низкую водостойкость. Далее, способ, используемый в указанной ссылке, осуществляют с использованием большого количества ацетона, которое перед удалением путем дистилляции составляет 80 вес.%. Удаление этого количества растворителя в промышленном масштабе представляет собой очень сложный процесс. При применении этого соединения в жесткий сегмент вводят сульфонатные группы.Reiff et аl. в патенте США 4108814 описывают водные дисперсии сульфированного полиуретана на основе сульфированных полиэфирдиолов и водорастворимого сульфированного диамина, получаемые в отсутствие растворителя. Однако этот способ без растворителя приводит к получению полимера, который не будет обладать высокой скоростью кристаллизации,высокой теплостойкостью или хорошей водостойкостью. В патенте США 5334690, Schatbeutle etal., раскрыто получение дисперсии полиуретана с использованием сложного полиэфира или полиэфирдиола, содержащих анионные группы. В ссылке указано, что полиуретан может быть получен в присутствии растворителя или в расплаве в отсутствие растворителя. В этой ссылке в примерах используются карбоксилированный сложный полиэфирполиол и ацетон в количестве примерно 40%. Однако высокая температура, 3 используемая при осуществлении реакции в расплаве, может вызвать побочные реакции,например взаимодействие диизоцианата с карбоксильными и/или уретановыми группами и даже тримеризацию изоцианата, так что у конечного продукта может не быть линейной структуры и, следовательно, полимер может иметь низкую скорость кристаллизации, невысокую когезионную прочность и недостаточную теплостойкость. Следовательно, получение водных дисперсий полиуретанов в расплаве является менее предпочтительным. Способ получения водных дисперсий полиуретанов без растворителя или при небольшом содержании растворителя описан в патенте США 4829122. Pedain et al, но в этом способе используют в качестве удлинителя цепи блокированный амин.Duan et аl. в сопутствующей заявке 08/343676, поданной 22 ноября 1994 г. как продолжение заявки 08/126508, поданной 24 сентября 1993 г., теперь отозванной, описывают водные дисперсии попиуретана на основе сульфированного сложного полиэфира и оксикарбоновой кислоты, например, ,-диметилолалкановой кислоты, такой как диметилолпропионовая кислота, что обеспечивает получение полиуретана, содержащего анионные группы как в жестком, так и в эластичном сегментах полимера. Способы с использованием ацетона или без растворителя используют для получения форполимеров и, в случае процесса с применением ацетона, после получения дисперсии и удлинения цепи ацетон отгоняют. В случае процесса, осуществляемого в отсутствие растворителя, сложные полиэфиры включают этиленоксидные фрагменты благодаря использованию диэтиленгликоля в полиэфире, имеют точки плавления ниже 50 С и, предпочтительно, являются жидкими при комнатной температуре. Полиуретаны, получаемые в отсутствии растворителя, обладают низкими теплостойкостью и водостойкостью.Duan et аl. в сопутствующей заявке 08/304653, поданной 9 сентября 1994 г., описывают водные дисперсии полиуретанов на основе как сульфированных сложных полиэфиров с использованием совместимого с водой растворителя, например ацетона, N-МП или ДПМК,так и сульфированных полиэфиров с более высоким молекулярным весом и низкомолекулярного некарбоксилированного диола, обладающих высокой теплостойкостью и хорошей водостойкостью. В случае использования N-МП или ДПМК применяют 3-15% растворителя в расчете на полученную дисперсию. При использовании ацетона после образования дисперсии и удлинения цепи ацетон отгоняют до тех пор,пока содержание его не станет равным 1% или менее. Неожиданно было установлено, что полимеры, подобные описанным в сопутствующей 4 заявке 08/304653, имеющие высокую теплостойкость и водостойкость, можно получить способом с применением небольшого количества ацетона, что позволяет регулировать реакцию образования форполимера, причем использование небольшого количества растворителя устраняет необходимость удаления растворителя из полученной дисперсии. Данное изобретение относится к усовершенствованному способу получения форполимеров поли(уретан/мочевин) и водных дисперсий поли(уретан/мочевин) (ПУД) на их основе,причем поли(уретан/мочевины) характеризуются высокой теплостойкостью и хорошей водостойкостью. Предлагаемый способ предусматривает использование водорастворимого летучего органического растворителя, например ацетона, в количестве от 0,1 до примерно 5%, предпочтительно не более 3% и наиболее предпочтительно 0,5-2%, в расчете на вес получаемой дисперсии,т.е. в количестве, которое не требует удаления,что благоприятно с точки зрения воспламенения. Соответственно, изобретение предусматривает способ получения стабильной водной дисперсии анионной поли(уретан/мочевины), при этом дисперсия содержит от 0,1 до примерно 5% от веса дисперсии летучих растворителей, а поли(уретан/мочевина) после сушки обладает высокими теплостойкостью и водостойкостью, а указанный способ заключается во: взаимодействии в присутствии водорастворимого летучего органического растворителя в количестве не более 5% от веса конечной дисперсии полиизоцианатного компонента, представляющего собой диизоцианат, с полиольным компонентом с получением полиуретанового форполимера с концевыми изоцианатными группами, причем полиольный компонент содержит карбоксилатные и сульфонатные группы; диспергировании форполимера с концевыми изоцианатными группами в водной среде; взаимодействии указанного диспергированного форполимера с концевыми изоцианатными группами с, по меньшей мере, одним удлинителем цепи с аминогруппами или с обрывателем цепи с образованием указанной поли(уретан/мочевины); нейтрализации карбоксилатных и сульфонатных групп указанного форполимера с концевыми изоцианатными группами при помощи гидроокиси щелочного металла или третичного амина до или одновременно с реакцией указанного форполимера и аминного удлинителя или обрывателя цепи; и указанный способ осуществляют без стадии отгонки растворителя. Полиольный компонент включает, по меньшей мере, один сульфированный сложный полиэфир, который характеризуется среднечисленными молекулярными весами в пределах от примерно 500 до 10 000, температурами плавления между примерно 10 и 100 С, и, по меньшей 5 мере. одну гидроксикарбоновую кислоту формулы(HO)xR(COOH)y,где R означает линейный или разветвленный углеводородный радикал, содержащий 1-12 атомов углерода, и х и у означают числа от 1 до 3, при условии, что, когда х равен 1, в полиизоцианатном компоненте используется эквивалентное количество трифункционального изоцианата, и, когда х равен 3, используется эквивалентное количество монофункционального изоцианата, а получаемый форполимер остается практически несшитым. Полиольный компонент может дополнительно содержать несульфированный сложный полиэфирполиол и/или некарбоксилированный низкомолекулярный диол. Желательно, чтобы указанный полиольный компонент не содержал соединений, содержащих этиленоксиэтиленовые группы, и, предпочтительно, не содержал фрагментов простого полиэфира. Сульфированный полиэфирполиол, предпочтительно используемый для получения полиуретанового форполимера с концевыми изоцианатными группами, представляет собой полиэфирполиол, который содержит сульфонатные группы в остатках дикарбоновой кислоты с сульфонатными группами и/или остатках диола с сульфонатными группами. Сульфонатные функциональные группы могут быть в кислой или солевой форме. Подходящими солевыми формами являются соли щелочных металлов или соли третичных аминов. Обычно такие остатки дикарбоновой кислоты с сульфонатными группами и/или остатки диола с сульфонатными группами содержатся в незначительном количестве от диольных и/или дикислотных фрагментов полиэфира, предпочтительно, это 1,0-10% от веса полиэфира. Несульфированные дикислоты и диолы, используемые при получении сульфированных полиэфиров, могут быть ароматическими или алифатическими. Примерами несульфированных дикислот являются адипиновая, азелаиновая, янтарная, пробковая и фталевая кислота. Примеры несульфированных диолов включают этиленгликоль, бутандиол, бутендиол, пропандиол, неопентилгликоль, гександиол,1,4-циклогександиметанол,1,2-пропиленгликоль и 2-метил-1,3-пропандиол. Примеры сульфированных дикарбоновых кислот включают сульфоизофталевую кислоту, 1,3-дигидроксибутансульфоновую кислоту, 1,4-дигидроксибутансульфоновую кислоту и сульфоянтарную кислоту. Примером сульфированных диолов является 1,4-дигидроксибутансульфоновая кислота. Предпочтительные сульфированные полиэфирполиолы включают полиэфирполиолы на основе мононатриевой соли 5 000075 6 сульфоизофталевой кислоты, адипиновой кислоты и 1,6-гександиола. Сульфированные полиэфирполиолы, пригодные для осуществления данного изобретения, имеют среднечисленные молекулярные веса в интервале от примерно 500 до 10 000,предпочтительно 1000-4000, и температуры плавления между примерно 10 и 100 С. Предпочтительными являются сульфированные полиэфирполиолы с температурами плавления между 40 и 60 С. Особенно предпочтительны сульфированные полиэфирполиолы, полученные взаимодействием сульфированных двухосновных кислот или диолов с несульфированными короткоцепными диолами и короткоцепными дикарбоновыми кислотами или производными этих кислот. Полиольный компонент, использованный для получения дисперсий поли(уретан/мочевин) по изобретению, включает кроме сульфированного полиэфирполиола гидроксикарбоновую кислоту и может также включать некислый полиэфирполиол и некислый низкомолекулярный диол. Для целей данного изобретения полиолы,используемые при получении поли(уретан/мочевин), не содержат фрагментов окиси этилена,так как этиленоксидные звенья способствуют низкой влагостойкости и низкой теплостойкости получаемого полимера. Наиболее предпочтителен полиольный компонент, не содержащий соединений с фрагментами простого полиэфира. Помимо сульфонатных групп в сульфированных полиэфирполиолах дополнительной диспергируемости образующихся полиуретанов способствуют карбоксилатные группы гидроксиалкановой кислоты. Гидроксиалкановая кислота обеспечивает наличие анионных групп в жестком сегменте полиуретана, а сульфированный полиэфирполиол обеспечивает наличие анионных групп в эластичном сегменте полимера. Не опираясь на какую-либо теорию, полагают, что благодаря наличию анионных групп и в жестком, и в эластичном сегменте полимера форполимер лучше диспергируется в воде и тем самым способствует лучшей диспергируемости полимеров, что обеспечивает их высокие теплостойкость и водостойкость, с использованием только небольшого количества растворителя. Карбоксилатные группы в образующихся полиуретанах могут также действовать как центры сшивки при реакции с полифункциональными азиридинами. Гидроксикарбоновые кислоты, используемые для получения форполимера с концевыми изоцианатными группами,являются соединениями формулы(HO)xR(COOH)y,где R означает линейный или разветвленный углеводородный радикал, содержащий 1-12 атомов углерода, а х и у означают величины от 1 до 3, при условии, однако, что, когда х равен 7 1, используется эквивалентное количество трифункционального изоцианата и, напротив, когда х равен 3, вводят эквивалентное количество монофункционального изоцианата для того, чтобы образующийся форполимер оставался практически несшитым. Предпочтительно, х равен 2, и,более предпочтительно, гидроксикарбоновые кислоты являются -диметилолалкановыми кислотами формулы где R1 означает водород или алкил, содержащий до примерно 9 атомов углерода. Примеры таких соединений включают 2,2,диметилолуксусную кислоту, 2,2-диметилолпропионовую кислоту, 2,2-диметилолмасляную кислоту и 2,2-диметилолпентановую кислоту. Предпочтительной дигидроксиалкановой кислотой является 2,2-диметилпропионовая кислота(ДМПК). Несульфированные полиэфирполиолы, которые может содержать полиольный компонент и которые используются для получения форполимера с концевыми изоцианатными группами,обычно являются менее дорогими, чем сульфированные полиэфирполиолы. Несульфированные дикислоты и диолы, используемые для получения несульфированных полиэфирполиолов,могут быть ароматическими или алифатическими. Примеры несульфированных двухосновных кислот включают адипиновую, азелаиновую,янтарную, пробковую и фталевую кислоты. Примерами несульфированных диодов служат этиленгликоль, бутандиол, бутендиол,пропандиол, неопентилгликоль, гександиол, 1,4 циклогександиметанол, 1,2-пропиленгликоль и 2-метил-1,3-пропандиол. В некоторых случаях низкомолекулярный диол можно также использовать как часть полиольного компонента. Низкомолекулярными диолами, применяемыми для получения форполимера с концевыми изоцианатными группами, могут быть алифатические диолы, в частности алкилендиолы. Их молекулярный вес составляет от 60 до 400. Предпочтительно низкомолекулярными диолами служат С 2-C8-алкилендиолы и, наиболее предпочтительно, С 3-С 6-алкилендиолы,примерами низкомолекулярных диолов являются этиленгликоль, 1,3-пропиленгликоль и, более предпочтительно, 1,4-бутандиол (1,4-БД) и 1,6 гександиол. Также низкомолекулярные диолы могут обеспечивать повышенную скорость кристаллизации, высокую когезионную прочность,водостойкость и высокую теплостойкость. Диизоцианаты, которые используются при получении форполимера с концевыми изоцианатными группами, могут быть алифатическими или ароматическими или их смесями. Примеры 8 подходящих алифатических диизоцианатов представляют изофорондиизоцианат (ИФДИ),циклопентилендиизоцианат, циклогексилендиизоцианат,метилциклогексилендиизоцианат,дициклогексилметандиизоцианат,гексаметилендиизоцианат (ГДИ), дициклогексилметандиизоцианат (Г 12 МДИ) и тетраметилксилолдиизоцианат (ТМКДИ). Примерами подходящих ароматических диизоцианатов являются фенилендиизоцианат,толуилендиизоцианат(ТДИ), ксилилендиизоцианат, дифенилендиизоцианат, нафтилендиизоцианат, дифенилметандиизоцианат (МДИ). Форполимер получают в присутствии небольшого количества летучего водорастворимого органического растворителя, имеющего точку кипения ниже 100 С, предпочтительным является ацетон. Количество растворителя является таким,что после получения дисперсии и удлинения цепи форполимера полученная дисперсия будет содержать не более примерно 3% и, предпочтительно, 0,5-3,0% растворителя, что не вызывает необходимости удаления растворителя. Примерами других растворителей, которые могут быть использованы, являются 1-метил-2-пирролидон(N-МП), метиловый эфир дипропиленгликольацетата (ДПМА) и метилэтилкетон (МЭК). Температуры вспышки полиуретановых дисперсий, содержащих различное количество ацетона, приведены ниже в табл. 1. Таблица 1 Содержание Температура вспышки, F ацетона,вес.%ASTM D-3278 7 62 (16,7 С) 77 (25 С) 5 75 (23,9 С) 90 (32,2 С) 3 102 (38,9 С) 130 (54,4 С) 2 140 (60 С) 140 (60 С) 1 150(65,6 С) 150(65,6 С) Температура вспышки чистого ацетона равна 15 F (-9,4 С). Водяной пар в водной дисперсии полиуретана, содержащей 1 вес.% ацетона, влияет на температуру вспышки при температуре выше 150F, поэтому 150F означает максимальную температуру вспышки, которую можно измерить этим методом. Из вышеприведенного можно видеть, что содержание ацетона не более 5%, предпочтительно не более примерно 3% и наиболее предпочтительно не более 2%, обеспечивает желаемый состав. В полиольном компоненте полиолы обычно применяются в следующих весовых отношениях: сульфированный полиэфирполиол/гидроксикарбоновая кислота/некислый низкомолекулярный диол/несульфированный полиол = 10 9 50/0,5-5,0/0,1-2,0/0-20, пpeдпoчтительнo 20-40/13/0,5-1,5/0-10. При получении уретанового форполимера отношение NCO-групп в диизоцианатном компоненте к ОН-группам в полиольном компоненте равно 1,1-1,9, предпочтительно, 1,2-1,6. Форполимер содержит 1 - 5 вес.% NCO-групп. Уретановый форполимер образуется при температуре от комнатной до 100 С, обычно при температуре 50-80 С. Если это желательно,можно использовать катализатор, такой как третичный амин или соль олова. После образования форполимера осуществляют его диспергирование в воде. Для завершения получения дисперсии сульфонатные группы, если они уже не находятся в солевой форме, и, по меньшей мере, часть карбоксильных групп форполимера нейтрализуют третичным амином. Третичный амин может быть добавлен с водой, но более предпочтительно осуществлять нейтрализацию до добавления воды, вводят его в смесь форполимер/растворитель. После добавления третичного амина кислотное число дисперсии должно быть не более 15, предпочтительно менее 5 и, более предпочтительно третичный амин вводят в избытке по отношению к кислотным группам с тем, чтобы при получении дисперсии не содержалось свободной кислоты. В водной дисперсии проводится удлинение и обрыв цепи форполимера с концевыми изоцианатными группами по реакции с первичными и вторичными аминогруппами. Полученный диспергированный полимер является, следовательно, поли(уретан/мочевиной). Удлинители цепи, предпочтительно, являются водорастворимыми соединениями, так как они увеличивают диспергируемость полученного полимера в воде. Предпочтительно используются органические диамины, так как они обычно обеспечивают максимальное увеличение молекулярного веса, не вызывая желирования поли(уретан/мочевинной) дисперсии. Пригодные удлинители цепи включают алифатические, циклоалифатические и ароматические диамины. Примерами подходящих диаминов являются этилендиамин (ЭДА), пропилендиамин, 1,4-бутилендиамин, пиперазин, 1,4 циклогексилдиметилдиамин, гексаметилендиамин (ГДА), N-метилпропилендиамин, диаминофенилсульфон, диаминодифениловый эфир,диаминодифенилдиметилметан, 2,4-диамино-6 фенилтриазин, изофорондиамин, диамин димера жирной кислоты, N-изодецилоксипропил-1,3 диаминопропан и диамины имидазопидинона. Можно также использовать полиамины, содержащие концевые первичные аминогруппы, а также боковые вторичные аминогруппы, например диэтилентриамин (ДЭТА) и триэтилентетрамин. 10 Благодаря вторичным аминогруппам в таких соединениях в диспергированной поли(уретан/мочевине) может происходить сшивка, но такая сшивка может быть сведена к минимуму соответствующим подбором соотношений. Примеры пригодных обрывателей цепи включают аминоспирты, например, этаноламин,пропаноламин, бутаноламин, N-метилэтаноламин, N-метилизопропаноламин, таурин и изотионовую кислоту. Составы по изобретению могут быть сшиты за счет добавления сшивающего агента в дисперсию в момент нанесения на субстрат и сушки или же незадолго перед этим. Для этой цели могут быть непригодны обычные сшивающие агенты для полиизоцианатов, так как полимер, предпочтительно, не содержит или содержит мало аминогрупп на концах цепи. Однако сшивку можно осуществить по карбоксилатным группам, введенным в сульфированный полиуретан через оксикарбоновую кислоту,входящую в состав полиольного компонента. Карбоксилатные группы реагируют с реакционноспособными сшивающими агентами, которые активны при комнатной температуре, такими как полифункциональные азиридиновые соединения, цинкаммонийкарбонат, карбонат циркония или полифункциональные карбодиимиды. Обычно сшивающие агенты вводят в количестве 1-10 вес.%. Полученные составы могут быть использованы в автомобильной промышленности для соединения вспененного полипропилена с поливинилхлоридом при температуре примерно 90110 С;в аэрокосмической промышленности для соединения DuPont Tedlar ПВФ с фенольным композитом при температуре от комнатной до 100 С; при изготовлении обуви для соединения кожи с бутадиенстирольным каучуком (температура активации 60-90 С) и соединения ПВХ с ПВХ или другими субстратами (температура активации 60-90 С); в деревообрабатывающей промышленности для соединения ПВХ с волокнистыми плитами средней плотности (температура активации 60-90 С); при облицовке домов для соединения Tedlar с ПВХ, древесиной,древесными композитами, бумажным вторсырьем и/или бумажными продуктами; и при получении слоистых пленок на основе полиэтилентерефталата и пленок из полипропилена, полиэтилена или алюминиевой или другой металлической фольги (температура активации 5070 С). Составы по изобретению хорошо совмещаются с другими водными полимерными дисперсиями, даже с теми, которые имеют низкий рН (рН 4-7). Эта совместимость делает составы по изобретению пригодными для получения смесей с акриловыми, эпоксидными и поливинилацетатными или другими поливинильными дисперсиями, а также с другими полиуретано 11 выми дисперсиями. Смеси с водными дисперсиями акриловых полимеров можно использовать в обувной промышленности и для аппретирования стекловолокон. Смеси с поливинилацетатной дисперсией или дисперсиями других виниловых полимеров используют в автомобильной, деревообрабатывающей и полиграфической промышленности. Далее изобретение иллюстрируется примерами, не ограничивающими объем изобретения, в которых все части и проценты даны по весу, если не оговорено иное. Теплостойкость полиуретановых дисперсионных клеев, описанных в следующих примерах, была определена путем нанесения дисперсии, содержащей или не содержащей сшивающий агент, на прозрачную пленку ПВХ (поливинилхлоридная пленка, производимая LairdPlastics) толщиной 10 мил (0,0254 х 10-3 м) при помощи 28 Mylar прутка для грунтования поверхности полосок ПВХ пленки шириной 2,5 см с площадью 2,5 х 2,5 см (1 х 1 дюйм). После высыхания слоя адгезива загрунтованная ПВХ пленка разрезается на полоски 2,5 х 2,5 см (1 х 2 дюйма). Загрунтованная полоска сваривается с другой 2,5 х 5 см пленкой ПВХ без покрытия с использованием Sentinal Heat Sealer при давлении 345 кПа (30 ф/дюйм 2) в течение 30 с. Температура сваривания (температура активации) выбирается как показано в табл.2. Сваренные полосы оставляют для старения на 7 дней и затем измеряют теплостойкость. К каждой ПВХ пленке в форме буквы Т прикладывают нагрузку 100 г и затем помещают в печь Tenney. Т-образные полоски характеризуются склеенной поверхностью площадью 1 дюйм 2 (6,4510-4 м 2). Т-образные образцы выдерживают при нагревании со скоростью 25 С в час до 127 С(260F). Температура регистрируется сенсорным элементом Tenney при разрушении соединения. В примерах используются следующие сокращения:Rucoflex XS-5483-55 - сульфированный полиэфирполиол на основе мононатриевой соли 5-сульфоизофталевой кислоты, адипиновой кислоты и 1,6-гександиола, гидроксильное число равно 49,0; ДМПК диметилолпропионовая кислота; 1,4-БД 1,4-бутандиол; ИФДИ изофорондиизоцианат; ГЦИ гексаметилендиизоцианат; ТМКДИ тетраметилксилилендиизоцианат; ЭДА тилендиамин; ТЭА риэтиламин; МЭК метилэтилкетон. Пример 1. Для получения форполимера проводят взаимодействие 213,8 г Rucoflex XS5483-55, 10,05 г ДМПК и 11,25 г 1,4-БД с 31,08 г ИФДИ в присутствии 18,1 г ацетона в течение 3 12 ч при 70 С. Затем в раствор форполимера добавляют 6,0 г ТЭА для нейтрализации карбоксильных групп форполимера. Затем для диспергирования нейтрализованного форполимера добавляют 554,3 г воды и сразу же после этого вводят 5,4 г ЭДА в 50 г воды с получением водной дисперсии полиуретана. Мелкодисперсная дисперсия характеризуется содержанием твердых частиц, равным 34,9%, рН 7,0 и содержанием ацетона, равным 1,9%. Из этой водной дисперсии полиуретана отливают пленку. Кусочки этой пленки погружают в воду с комнатной температурой на 24 ч и в МЭК на 7 дней. В обоих случаях пленка остается очень прочной после погружения, что свидетельствует о высокой стойкости к действию воды и растворителей. Теплостойкость приведена в табл. 2. Пример 2. Для получения форполимера проводят взаимодействие 213,8 г Rucoflex XS5483, 10,05 г ДМПК и 9,0 г 1,4-БД с 28,53 г ИФДИ и 42,84 г ГДИ в присутствии 18,1 г ацетона при 70 С в течение 3 ч. Затем к раствору форполимера добавляют 8,0 г ТЭА для нейтрализации части карбоксильных групп в форполимере. Для диспергирования нейтрализованного форполимера добавляют 520,9 г воды и затем немедленно 4,95 г ЭДА в 50,0 г воды, получают водную дисперсию полиуретана. Дисперсия имеет содержание твердых частиц 34,9%, рН 8,6 и содержание ацетона,равное 2,0%. Кусочки пленки, полученные из этой дисперсии, погружают в воду на 24 ч и в МЭК на 7 дней, пленка остается прочной. Теплостойкость приведена в табл. 2. Пример 3. Получение дисперсии осуществляют, как в примере 1, но нейтрализованный форполимер диспергируют в воде в открытом пластиковом контейнере при перемешивании. Содержание твердых частиц в дисперсии равно 35,0%, рН 7,2, содержание ацетона равно 1,0%. Кусочки пленки, полученной из этой дисперсии, выдерживают 24 ч в воде и 7 дней в МЭК, после чего они сохраняют прочность. Теплостойкость приведена в табл. 2. Пример 4 (сравнительный). В этом примере отливают пленку из Dispercoll КА-8464, водной дисперсии полиуретана, производимойBayer Corporation, на основе сульфированного алифатического диамина, ГДИ и ИФДИ, полученной способом с использованием 40-80% ацетона по патенту США 4870129. После выдержки в воде в течение 24 ч при комнатной температуре пленка, полученная из этой дисперсии, стала очень непрочной и совершенно не растягивалась. Другая пленка из этой дисперсии после выдержки в МЭК в течение 7 дней полностью растворилась в нем. Теплостойкость приведена в табл. 2. Пример 5. Для получения форполимера проводят взаимодействие 45,39 кг Rucoflex XS5483, 2,13 кг ДМПК и 2,39 кг 1,4-БД с 6,60 кг ИФДИ и 9,99 кг ГДИ в присутствии 4,24 кг ацетона при 70 С в течение 2,5 ч. Для нейтрализации карбоксильных групп форполимера к нему добавляют 1,27 кг ТЭА. Смесь перемешивают 15 мин. Форполимер диспергируют в воде непрерывным способом. Для получения дисперсии используют смеситель Т.К. Homomic Line Flow 100S, изготовляемый Tokushu Kika Kogyo Co.,Ltd. Форполимер подают в смеситель насосом со скоростью 3,6 кг/мин при 80 С. Воду подают в смеситель со скоростью 6,4 кг/мин при 60 С. Среднее время пребывания в смесителе составляет 61 с при скорости мешалки 3600 об/мин. Дисперсию перемещают в емкость, снабженную турбинной мешалкой со скоростью вращения 5-10 мин-1. В емкость подают 9,78% раствор ЭДА в воде. Дисперсию промешивают 30 мин при 60 С после завышения добавления дисперсии и раствора диамина. Водная дисперсия полиуретана содержит мелкодисперсные частицы, содержание твердых частиц равно 31,38%, рН равен 7,9, средний размер частиц равен 189 нм, вязкость составляет 36 сПз. Вышеприведенные примеры не ограничивают изобретение. Эти примеры и описание позволяют специалисту вносить различные изменения. Все эти изменения и вариации охватываются данным изобретением, объем которого определяется формулой изобретения. Специалисты в данной области могут осуществить другие примеры, равнозначные описанным, которые также входят в объем данного изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ получения стабильной водной дисперсии анионной поли(уретан/мочевины),содержащей 0,1-5% от веса дисперсии летучих растворителей, включающий взаимодействие при температуре, не превышающей 100 С, в 14 присутствии водорастворимого летучего органического растворителя в количестве не более 5% от веса образующейся дисперсии диизоцианатного компонента с полиольным компонентом с получением содержащего концевые изоцианатные группы уретанового форполимера,причем полиольный компонент обеспечивает наличие карбоксилатных и сульфонатных групп; диспергирование содержащего концевые изоцианатные группы форполимера в воде; взаимодействие указанного содержащего концевые изоцианатные группы форполимера с, по меньшей мере, одним удлинителем цепи с функциональными аминогруппами или с обрывателем цепи с образованием указанной поли(уретан/мочевины); нейтрализацию карбоксилатных и сульфонатных групп указанного содержащего концевые изоцианатные группы форполимера гидроокисью щелочного металла или третичным амином до реакции указанного форполимера и указанного удлинителя с функциональными аминогруппами или обрывателя цепи или в процессе этой реакции; при этом способ осуществляют без отгонки растворителя. 2. Способ по п.1, в котором указанный растворитель используют в количестве от примерно 0,1 до примерно 3% от веса конечной дисперсии. 3. Способ по п.1, в котором полиольный компонент содержит, по меньшей мере, один сульфированный сложный полиэфир, при этом сульфированный сложный полиэфир характеризуется среднечисленными молекулярными весами в интервале от примерно 500 до 10000 и температурами плавления в интервале от примерно 10 до 100 оС, и, по меньшей мере, одну гидроксикарбоновую кислоту формулы(HO)xR(COOH)y,где R означает линейный или разветвленный радикал, содержащий 1-12 атомов углерода, и х и у означают числа от 1 до 3, при условии, однако, что когда х равен 1, используют эквивалентное количество трифункционального изоцианата в полиизоцианатном компоненте, и,когда х равен 3, используют эквивалентное количество монофункционального изоцианата,причем образующийся уретановый форполимер остается практически несшитым. 4. Способ по п.3, в котором гидроксикарбоновая кислота представляет собой ,диметилолалкановую кислоту формулы где R1 означает водород или алкильную группу,содержащую до 9 атомов углерода. 5. Способ по п.4, в котором гидроксикарбоновая кислота представляет собой 2,2 диметилолпропионовую кислоту. 6. Способ по п.1, в котором полиольный компонент дополнительно содержит некислый диол, имеющий молекулярный вес между примерно 60 и примерно 400. 7. Способ по п.1 или 5, в котором указанный сульфированный полиэфирполиол представляет собой сложный полиэфир на основе сульфированной двухосновной кислоты или сульфированного диола, несульфированной двухосновной кислоты и несульфированного диола. 8. Способ по п.7, в котором сульфированная двухосновная кислота выбрана из группы, состоящей из сульфоизофталевой кислоты и сульфоянтарной кислоты, а сульфированный диол представляет собой 1,4-дигидроксибутансульфокислоту. 9. Способ по п.1 или 5, в котором сульфированный полиэфирполиол представляет собой сложный полиэфир на основе мононатриевой соли 5-сульфоизофталевой кислоты, 1,6-гександиола и адипиновой кислоты. 10. Способ по п.1, в котором диизоцианатный компонент содержит гексаметилендиизоцианат (ГДИ). 11. Способ по п.10, в котором диизоцианат представляет собой смесь ГДИ и другого диизоцианата, выбранного из группы, состоящей из изофорондиизоцианата, циклопентилендиизоцианата, циклогексилендиизоцианата, метилциклогексилендиизоцианата, дициклогексилметандиизоцианата, тетраметилксилолдиизоцианата, фенилендиизоцианата, толуилендиизоцианата, ксилилендиизоцианата, бифенилендиизо 16 цианата, нафтилендиизоцианата и дифенилметандиизоцианата. 12. Способ по п.1, в котором указанный удлинитель цепи с аминными функциональными группами выбран из группы, включающей этилендиамин,пропилендиамин,1,4-бутилендиамин, пиперазин, 1,4-циклогексилдиметилдиамин, гексаметилендиамин, N-метилпропилендиамин, диаминофенилсульфон, диаминодифениловый эфир, диаминодифенилдиметилметан, 2,4-диамино-6-фенилтриазин, изофорондиамин, диамин димера жирной кислоты, Nизодециклоксипропил-1,3-диаминопропан,функциональные диамины имидазолидинона,диэтилентриамин, триэтилентетрамин и их смеси. 13. Способ по п.1, в котором указанный содержащий концевые изоцианатные группы форполимер взаимодействует со смесью, по меньшей мере, одного удлинителя цепи с функциональными аминогруппами и, по меньшей мере,одного обрывателя цепи. 14. Способ по п.13, в котором указанный удлинитель цепи выбирают из группы, состоящей из этилендиамина, диэтилентриамина и их смесей, и указанный обрыватель цепи представляет собой этаноламин. 15. Способ по п.1 или 6, в котором указанный полиольный компонент не содержит соединений, содержащих этиленоксиэтиленовые группы.
МПК / Метки
МПК: C08G 18/08, C09J 175/06
Метки: осуществляемый, водных, растворителей, дисперсий, теплостойкостью, способ, повышенной, уменьшенным, действию, получения, стойкостью, полиуретанов, растворителя, количеством
Код ссылки
<a href="https://eas.patents.su/9-75-sposob-polucheniya-vodnyh-dispersijj-poliuretanov-s-povyshennojj-teplostojjkostyu-i-stojjkostyu-k-dejjstviyu-rastvoritelejj-osushhestvlyaemyjj-s-umenshennym-kolichestvom-rastvorite.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Способ получения водных дисперсий полиуретанов с повышенной теплостойкостью и стойкостью к действию растворителей, осуществляемый с уменьшенным количеством растворителя.</a>
Предыдущий патент: Способ получения циклопропилацетилена.
Следующий патент: Препараты лейкосоединений кубового красителя в форме гранулята
Случайный патент: Способы и системы для добычи флюида с использованием процесса конверсии in situ