專利名稱：聚合物水分散體、包含其的組合物、以及形成多級聚合物顆粒的聚合物水分散體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包含儲存穩(wěn)定的環(huán)氧基的多級水乳液聚合物及其制備方法。更具體來說，本發(fā)明涉及包含一種或多種第一聚合物以及一種或多種第二聚合物的水乳液聚合物及其制備方法，所述第一聚合物包含一種或多鐘非離子烯鍵式不飽和單體形成，所述第二聚合物包含一種或多種包含環(huán)氧基的烯鍵式不飽和單體。
背景技術(shù)：
環(huán)境壓力以及對性能越來越高的要求，使得在許多重要的商業(yè)用途(包括保護涂層和裝飾涂層)中用水基聚合物體系代替有機溶劑系聚合物體系。然而，仍然需要提高水乳液聚合物的一些重要性能特征，特別是在不影響所需的成膜特性的前提下提高由水乳液聚合物形成的膜的韌性和/或硬度。人們很早便意識到，通過在成膜后進行交聯(lián)可達到該目標。然而，大多數(shù)適于成膜后交聯(lián)的化學(xué)物質(zhì)在水性環(huán)境下的儲存穩(wěn)定性不足，無法用于許多用途。Maeda等人在美國專利第5869568號中描述了一種制備一份式(one-part)冷交聯(lián)乳液組合物的方法，該方法包括制備包含組分(A)的細顆粒，所述組分(A)是包含在水性介質(zhì)中的含環(huán)氧基的單體和烯鍵式不飽和單體的共聚物；用組分(B)覆蓋由組分(A)制成的細粒的外周，組分(B)是包含不飽和羧酸和烯鍵式不飽和單體的共聚物；從而制得雙重結(jié)構(gòu)的細顆粒，該方法還包括在組分(A)和組分(B)中的一種或多種中包含組分(C)的步驟，所述組分(C)是低分子量多官能環(huán)氧化合物。盡管Maeda等人的乳液具有足夠的儲存穩(wěn)定性，但是Maeda等人的方法很耗時，在實施例I中，需要不少于4小時(不包括冷卻時間)。另外，Maeda等人依賴于有毒的低分子量環(huán)氧化合物，這種化合物具有汽油的臭味，不適合用于油漆、涂料、粘合劑或任何其他家用或辦公室使用的材料。本申請人致力于提供包含儲存穩(wěn)定的環(huán)氧基的儲存穩(wěn)定、低毒性且無臭味的可固化的水性聚合物。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，本發(fā)明人試圖提供包含共聚的環(huán)氧官能單體的水乳液聚合物，其中的環(huán)氧官能團即使在較為嚴酷的條件下儲存時，也可以保存。此外，本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)了可用來制備所述聚合物的水乳液聚合方法。在一個實施方式中，本發(fā)明提供了包含多級聚合物顆粒的聚合物水分散體，以所述聚合物顆粒的重量為基準計，該聚合物顆粒包含20-80重量％的一種或多種第一聚合物和一種或多種第二聚合物，所述第一聚合物是通過使以下單體a)和b)的第一單體混合物聚合形成的a) —種或多種非離子烯鍵式不飽和單體單體，b)以所述單體a)和b)的總重量計，O. 5-10重量％的一種或多種烯鍵式不飽和酸單體；所述第二聚合物是通過在一種或多種第一聚合物的水分散體的存在下，通過第二單體混合物聚合制備的，以所述第二單體混合物的重量為基準計，所述第二單體混合物包含1-90重量％的一種或多種包含環(huán)氧基的烯鍵式不飽和單體。根據(jù)本發(fā)明，以第二單體混合物中環(huán)氧基的摩爾數(shù)為基準計，在60°C的密封容器下儲存10天之后，第二聚合物中90摩爾％或更多的環(huán)氧基保持在水分散體中。根據(jù)適當(dāng)情況，以所述第一聚合物或第一聚合物與用來形成第二聚合物的組分的總重量為基準計，可在等于或小于O. 3重量％的一種或多種強酸表面活性劑存在下，形成一種或多種第一聚合物、一種或多種第二聚合物、或二者。另外，根據(jù)適當(dāng)情況，以所述第一聚合物或第一聚合物與用來形成第二聚合物的組分的總重量為基準計，可在等于或小于
O.I重量％的一種或多種包含強酸基或者能夠在聚合條件下生成強酸基的引發(fā)劑存在下， 形成一種或多種第一聚合物、一種或多種第二聚合物、或二者。另外，在形成一種或多種第一聚合物時，可存在一種或多種中和劑，所述中和劑的含量足以中和掉第一單體混合物中等于或大于5%摩爾當(dāng)量的酸基。所述一種或多種第二聚合物可以在另外的包含一種或多種氧化劑和一種或多種亞磺酸衍生物的氧化還原引發(fā)體系的存在下形成。在一個實施方式中，等于或大于50重量％的第二單體混合物在等于或低于70°C的溫度下聚合。本發(fā)明提供了包含多級聚合物水分散體的涂料和/或粘合劑組合物，或粉末涂料。所述涂料組合物還包含一種或多種能夠與環(huán)氧基反應(yīng)的交聯(lián)劑。另外，本發(fā)明提供了制備如上所述的一種或多種第一聚合物和一種或多種第二聚合物的多級聚合物顆粒的方法，以及制備多級聚合物顆粒的水分散體的方法。所述制備多級聚合物顆粒的水分散體的方法包括提供一種或多種第一聚合物的水分散體，并在所述第一聚合物的水分散體的存在下使第二單體混合物聚合，以所述第二單體混合物的總重量為基準計，所述第二單體混合物包含1-90重量％的一種或多種包含一個或多個環(huán)氧基的烯鍵式不飽和單體。另外，所述第二單體混合物可以在以下物質(zhì)的存在下聚合1)所述第一聚合物的水分散體，2)以第一聚合物的總重量為基準計，等于或小于O. 3重量％的一種或多種強酸表面活性劑，3)以第一聚合物的總重量為基準計，等于或小于O. I重量％的一種或多種引發(fā)劑，所述引發(fā)劑包含強酸基或者能夠在聚合條件下生成強酸基。所述制備第一聚合物的方法可包括使第一單體混合物在水性介質(zhì)或溶劑基介質(zhì)中聚合，然后干燥或除去溶劑并加入水，或者轉(zhuǎn)換并除去溶劑以形成第一聚合物的水分散體。較佳的是，所述第二單體混合物的聚合在包含一種或多種氧化劑和一種或多種亞磺酸衍生物的氧化還原引發(fā)劑體系的存在下進行，其中，等于或大于50%的第二單體混合物在等于或低于70°C的溫度下聚合。本發(fā)明提供了包含環(huán)氧基的多級水乳液聚合物，所述環(huán)氧基以限制環(huán)氧基在成膜之前發(fā)生反應(yīng)的方式形成。盡管環(huán)氧基在水性環(huán)境下儲存時受到各種化學(xué)反應(yīng)影響，但是本發(fā)明的聚合物在聚合和儲存過程中能夠極好地保持環(huán)氧官能團。在本文中，“保持環(huán)氧官能團”表示環(huán)氧環(huán)不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，保持下式(I)所示結(jié)構(gòu)
權(quán)利要求
1.一種聚合物水分散體，它包含多級聚合物顆粒，以所述聚合物顆粒的重量為基準計，該聚合物顆粒包含20-80重量％的一種或多種第一聚合物和一種或多種第二聚合物，所述第一聚合物是通過使以下單體a)和b)的第一單體混合物聚合形成的a) —種或多種非離子烯鍵式不飽和單體，b)以所述單體a)和b)的總重量計，O. 5-10重量％的一種或多種烯鍵式不飽和酸單體；所述第二聚合物是通過在所述一種或多種第一聚合物的水分散體的存在下，通過使第二單體混合物聚合來制備的，以所述第二單體混合物的總重量為基準計，所述第二單體混合物包含1-90重量％的一種或多種包含一個或多個環(huán)氧基的烯鍵式不飽和單體， 其中，以所述第二單體混合物中環(huán)氧基的摩爾數(shù)為基準計，所述包含多級聚合物顆粒的聚合物水分散體在60°C的密封容器下儲存10天之后，90摩爾％或更多的所述環(huán)氧基保持在所述包含多級聚合物顆粒的聚合物水分散體中；并且， 以所述第一聚合物或第一聚合物與用來形成第二聚合物的組分的總重量為基準計，所述第一聚合物是在等于或小于O. 3重量％的一種或多種強酸表面活性劑存在下形成的，并且所述第二聚合物是在一種或多種自由基引發(fā)劑的存在下形成的，所述自由基引發(fā)劑不含強酸基團，也不在乳液聚合反應(yīng)中形成強酸基團； 其中，所述第二聚合物是在包含一種或多種氧化劑和一種或多種亞磺酸衍生物的氧化還原引發(fā)體系的存在下形成的。
2.如權(quán)利要求I所述的聚合物水分散體，其特征在于，以所述第一聚合物的總重量為基準計，所述第一聚合物是在等于或小于O. I重量％的包含強酸基團或者在聚合條件下生成強酸基團的一種或多種引發(fā)劑的存在下形成的。
3.如權(quán)利要求I所述的聚合物水分散體，其特征在于，所述第一聚合物是在足以中和所述第一單體混合物中等于或大于5%當(dāng)量的酸基團的中和劑的存在下形成的。
4.如權(quán)利要求I所述的聚合物水分散體，其特征在于，以所述第一聚合物和第二聚合物的總重量為基準計，所述第一聚合物是在等于或小于O. 05重量％的包含強酸基團或者在聚合條件下生成強酸基團的一種或多種引發(fā)劑的存在下形成的。
5.如權(quán)利要求I所述的聚合物水分散體，其特征在于，等于或大于50%的所述第二單體混合物是在等于或低于70°C的溫度下聚合的。
6.如權(quán)利要求I所述的聚合物水分散體，其特征在于，所述第二聚合物是在包含一種或多種氧化劑和一種或多種亞磺酸衍生物的氧化還原引發(fā)體系的存在下形成的。
7.一種包含權(quán)利要求I的聚合物水分散體的組合物，該組合物選自水性涂料組合物、水性粘合劑組合物和粉末涂料組合物。
8.如權(quán)利要求7所述的涂料組合物，其特征在于，該組合物包含一種或多種能與環(huán)氧基反應(yīng)的交聯(lián)劑。
9.一種形成多級聚合物顆粒的聚合物水分散體的方法，該方法包括 提供一種或多種第一聚合物的水分散體，以及 在所述一種或多種第一聚合物的水分散體，以及不含強酸基團、也不在乳液聚合反應(yīng)中形成強酸基團的一種或多種自由基引發(fā)劑的存在下，使以第二單體混合物的總重量為基準計，1-90重量％的一種或多種帶有一個或多個環(huán)氧基的烯鍵式不飽和單體聚合， 其中，所述第二聚合物是在包含一種或多種氧化劑和一種或多種亞磺酸衍生物的氧化還原引發(fā)體系的存在下形成的。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述第一聚合物是通過使包含一種或多種非離子烯鍵式不飽和單體、以及以所述第一聚合物的總重量為基準計，O. 5-10重量％的一種或多種烯鍵式不飽和酸單體的第一單體混合物進行水性聚合而形成的。
全文摘要
本發(fā)明涉及聚合物水分散體、包含其的組合物、以及形成多級聚合物顆粒的聚合物水分散體的方法，提供了一種聚合物水分散體，一種包含該聚合物水分散體的組合物，以及一種形成多級聚合物顆粒的聚合物水分散體的方法。
文檔編號C09J163/00GK102675797SQ20121012414
公開日2012年9月19日 申請日期2006年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月1日
發(fā)明者R·C·伊文, W·德文波特 申請人:羅門哈斯公司