在醇－水体系中的聚氨酯分散体的制作方法
专利名称：在醇－水体系中的聚氨酯分散体的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种冷密封粘合剂组合物，以在醇-水体系中的稳定聚氨酯分散体形式存在。
就用于涂料应用，聚氨酯聚合物可以通过在主链上结合稳定基团使之分散在水中。包括已经使用过阴离子、阳离子和非离子分散稳定基团。多种含水聚氨酯分散体已经由本领域技术人员制备出来。例如美国专利号3,479,310(Dieterich等)公开了适于用作防水涂层的水分散聚氨酯聚合物。该聚合物是从多羟基化合物、多异氰酸酯、任选的增链剂和足够量的含有离子盐型基团的组分制备的。美国专利号4,307,219(Larson)公开了一种由亲水二醇、疏水二醇、二异氰酸盐和任选的增链剂反应制备的可用水分散的聚氨酯树脂。该聚氨酯树脂可以用作防护涂层、底层涂料和粘合剂。
尽管聚氨酯的水分散体已经被广泛地公开了，本发明人没有查到任何涉及在醇-水溶剂体系中稳定的聚氨酯分散体的文献，尤其是在缺少亲水稳定组成部分时。由于至少两个原因，在水-醇(即醇-水)体系中的稳定聚氨酯分散体特别困难。
首先，向水中加入低级醇(例如C1到C4)，降低了溶剂体系的表面张力。例如，含有40％(重量)乙醇的水体系表面张力为大约31达因/厘米，与此相比，纯水体系的表面张力在大约20℃时为大约72达因/厘米。含有60％(重量)乙醇的水体系表面张力在大约20℃下为27达因/厘米。表面张力的减少可能影响在分散体制备中亲水和疏水区域的自聚积能力。其次，许多聚氨酯组分(即起始反应物)是可溶于水-醇溶剂体系的，结果形成溶液而不是分散体。聚合物溶液粘度基本上比聚合物分散体高，使得溶液在某些操作中难以加工，例如涂敷和喷雾操作。聚合物溶液与聚合物分散体相比固体含量百分数较低，使得前者在涂敷操作和在运输中更没有优势。较低的固含量溶液与分散体相比也需要较长的干燥时间，因为存在更大量的溶剂和更高的聚合物与溶剂间的亲合能。此外，可溶性聚合物的分子量通常比分散体的分子量更低。
美国专利号4,507,430(Shimada等)公开了一种水基的聚氨酯乳液，其中包括氢化聚链二烯多元醇组分和多异氰酸酯组分。Shimada公开了该材料可用作聚烯烃树脂的粘合剂或涂敷材料，并可以通过需要加热和增压的干燥层积应用于润湿和干燥或键合。其中没有公开在水-醇溶剂体系中的聚氨酯分散体。
美国专利号Re.34,730(Salatin等)公开了一种水性底涂组合物包括(a)一种包括下列组分的阴离子聚氨酯树脂(i)聚酯树脂组分，通过由至少50％(重量)C18-60的长链酸组成的羧酸组分和多元醇反应制备，和(ii)至少一种含有至少一个活性氢官能团和至少一个被胺中和的羧酸官能团的多官能化合物的混合物，(b)与交联剂结合的多异氰酸酯；和(c)流变能力控制剂。美国专利号5,326,815(Serdiuk等)公开了一种水性底涂组合物，包括(a)含水介质；(b)水-可分散的聚氨酯树脂，为下述组分的反应产物(i)羟基官能的聚酯树脂组分，是包括至少两种羧酸、C36脂肪族醇二聚物和短链多元醇的羧酸组分的反应产物，(ii)多官能化合物，含有至少一个活性氢基团和至少一个水-稳定基团，(iii)含活性氢封端或增链剂，和(iv)多异氰酸酯；和(c)一种氨基塑料交联剂。过量使用该含活性氢封端剂对异氰酸酯官能预聚物进行封端，以提供用于和交联剂反应的末端羟基。其它的专利包括美国专利号4,423,179(Guagliardo)，5,334,650(Serdiuk等)和5,370,910(Hille等)公开了在用于底漆组合物的水基聚氨酯分散体中，使用了衍生自二聚酸的聚酯或脂肪族醇二聚物。上述的参考文献中没有一个公开了在乙醇-水体系中的聚氨酯分散体。
美国专利号5,672,653(Frisch等)公开了一种阴离子的水基聚氨酯分散体，其制备通过(a)由羟基封端的聚丁二烯树脂、脂肪族异氰酸酯和含酸基团的二醇形成的预聚合物；(b)中和该酸；使其分散于水中；和(c)使用二元胺使预聚合物链增长。
本领域技术人员已经研讨过粘结剂的冷密封性能。例如，美国专利号5,616,400(Zhang)公开了一种片状材料，涂有一种干燥冷密封粘结剂，其基本上由50-80％的聚酯多元醇，15-25％脂肪族二异氰酸酯和3-6％用碱中和的二羟甲基丙酸的反应产物组成，所述反应产物的Tg值约为-20至5℃。美国专利号5,981,650(Zhao等)公开了一种含水的冷密封粘结剂分散体，其中包含30％到55％Tg值在-50℃至10℃的聚氨酯离子聚合物，它是聚酯多元醇和聚醚多醇共混物、脂肪族二异氰酸酯和二羟甲基丙酸的反应产物，具有在原处和0.05％到4％胶态无定形二氧化硅反应的含有机NCO组分。在这些专利中既没有公开使用不溶于醇的二醇低聚物，重要的是也没有公开通过使用止链剂控制分子量以赋予冷密封粘结剂性能。
水溶的或水可分散的聚氨酯已经公开供化妆品配方使用。EP656,021B1(Son等)，WO 96/14049(Emmerling等)，US5,643,581(Mougin等)，US5,874,072(Alwattari等)，US5,972,354(de la Poterie等)，WO 99/43289(Ohta等)，EP 938,889A2(Son等)和US5,968,494(Kukkala等)是代表。其中在制备聚氨酯中没有使用不溶于多活性氢化合物的低聚醇，例如不溶于二醇的醇低聚物。
上述讨论中既没有一种技术认识到通过使用止链剂控制分子量以赋予冷密封粘结剂性能的重要性，也没有提出在化妆品或医药配方中利用这些材料。
本领域需要一种在醇-水溶剂体系中稳定存在的聚氨酯分散体，其中该分散体是有一种或多种下列性能能够在水-醇体系中形成稳定的分散体，能够仅通过简单的环境蒸发在皮肤或头发上快速地形成薄膜，和能够实现高固含量水平。此外，由该分散体干燥形成的薄膜显示出一种或多种下列性能高自粘性附和低粘性，低潮湿敏感性和高拉伸强度。
这里使用的″分散体″通常是指一种二相系统，其中一相包含分散在整个主体物质中的离散微粒，该颗粒是分散相或内相，该主体物质是连续的或外相。在本发明中，连续相是醇-水混合物，且至少一部分聚氨酯作为分散颗粒存在。就″分散体″来说，它也意味着未必整个聚氨酯聚合物都是醇-水不溶解的；某些聚合物可溶于醇-水混合物。通过利用某些不溶于溶剂体系的组分，分散体是可以制得的。所希望的是分散体在环境条件下保持稳定。优选分散体在室温下稳定存在超过30天，优选大于90天，更优选大于180天，和最优选大于360天。
本发明的一个方面，当涂敷在基底上，聚氨酯聚合物的分子量有意地局限于制备一种材料，形成一种具有高粘合强度的薄膜，即该薄膜的自粘附高。此外，这些新配方中的许多具有与其他表面例如玻璃有非常低的粘性。
总之，一方面，本发明提供了一种在醇和水混合物中稳定的聚氨酯分散体，该分散体包括以下组分的反应产物(a)一种异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物，其中包括下述组分的反应产物(i)至少一种不溶于醇的多活性氢化合物，其中多活性氢化合物是任选由N、O、S和其结合取代的烷基、芳基或芳烷基结构(为了方便起见，称为″A″组分)，(ii)至少一种多异氰酸酯，和(iii)至少一种可溶于醇和水混合物的多活性氢化合物(为了方便起见，称为″B″组分)；(b)一种多官能增链剂；和(c)一种止链剂。在一个实施方案中，增链剂的活性氢与预聚物异氰酸酯的当量比值为0.6∶1-1.20∶1。在另一个实施方案中，止链剂为一种单官能羟基或胺。
在一个优选实施方案中，本发明的聚氨酯分散体在醇和水混合物中是稳定的，该分散体包括下述组分的反应生成物(a)一种异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物，其中包括下述组分的反应生成物(i)大约20-30重量份氢化聚丁二烯二醇，(ii)大约15-30重量份异氟尔酮二异氰酸酯，和(iii)大约0-10重量份磺化的聚酯二醇和(iv)大约25-75重量份聚四氢呋喃二醇；(b)大约0.05-5重量份乙二胺；和(c)大约0-5重量份2-氨基-2-甲基-1-丙醇。
在另一实施方案中，本发明的聚氨酯分散体被用作冷密封粘合剂。这里使用的术语″冷密封粘合剂″(一般称为″接触粘合剂″)意味着该粘合剂显示出良好的自粘附性能，通常在大约15℃-50℃的温度下与化学相异的表面不粘合或非常微弱地粘合。当彼此相对放置时，冷密封粘合剂通常需要适度的压力(例如施加指尖压力)以实现粘合，不需要使用高温。也就是说，粘合可以在室温下形成(即大约20℃-30℃)，并且甚至在较低的温度(例如大约15℃)，以及在高达大约50℃都可粘合。冷密封粘合剂通常不需要热固化或交联剂形成粘合。
这里使用的，一种材料具有″自粘附″性能，当它在压力下或作用力下择优地自身粘合或与化学上相似的材料粘合，不需要明显的高温(例如不需要大约50℃以上的温度)。优选本发明的组合物当在室温下大约20℃至30℃接触本身时立刻显示出自粘附性能。用于前面句子中的术语″立刻″意味着小于几分钟，例如大约5分钟，优选小于1分钟，更优选小于30秒，这取决于应用。
冷密封粘合剂与压敏粘合剂(PSA)不同。PSA通常在室温下具有粘性，需要适度压力以实现粘合(例如施加指尖压力)，而且与多种相异的基底粘合。PSA通常理解为一种在施加适度压力之后，显示出与多种基底永久和积极粘性的粘合剂。一种通用的PSA定量描述由Dahlquist标准曲线给出，它表明该材料具有储能模量(G’)小于大约3×105帕斯卡(于10弧度/秒，在大约20℃至22℃下测量)就具有PSA性能，具有G’超过该值的材料没有PSA性能。
本发明的聚氨酯分散体在许多需要冷密封性能的应用中有用。这些应用包括制造自封式信封；在需要避免加热的食品包装中的应用(特别是冰淇淋、糖块、茶叶袋、烘烤食品、点心、牛奶和乳制品、干燥和冷冻食品、巧克力及其他糖果、肉、饮料、调味品/香料、酱油和宠物食物)；密闭硬纸盒、袋，及其他容器；包装带；书藉封皮；香烟和洗涤剂包装；液体包装；和螺旋状包装纸、医药包装制品、尿布密封包和粘合于皮肤的医药制品。
本发明组合物的一个优点是利用了不溶于多活性氢化合物的醇低聚物。由于它的疏水性，该化合物提供了相对现有技术合成的冷密封粘结剂能更快地干燥和改进了水解稳定性。本发明组合物的另一个优点是它具有与低能量基底的粘附，类似于基于天然橡胶提供的冷密封粘结剂，但是没有与该粘结剂有关的缺点。该缺点包括变色、气味不良、在湿气中形成不合需要的泡沫、过敏症和由于天然胶乳蛋白质的存在导致过敏性休克的可能性。
本发明组合物的另一优点是它除显示出自粘附性能以外具有低粘度和快速干燥特性。因此，该组合物适合于用作在制备例如在美国专利号4,699,133(Schafer等)，5,230,701(Meyer等)，5,692,937(Zhang)和5,843,523(Mazza等)中公开的粘性弹性材料绷带过程中的饱和剂。
本发明组合物的另一个优点是它具有形成疏水性薄膜的能力，使得它可用于化妆品应用。该应用需要一定量的防水性、抗转移能力或直接与皮肤、指甲或头发接触。该应用包括例如化装用化妆品或护理化妆品的应用例如睫毛油、粉底、口红、扑面粉、眼线、眼影、驱虫剂、指甲油、皮肤增湿剂、护肤霜和润肤液、唇膏和防晒霜。
当本发明的分散体用于头发护理产品时，例如洗发剂和调理剂和类似物，该分散体可以提供更快地干燥性能。当以较低浓度和其它头发定型树脂共同使用时，它也可以改进头发定型试剂的抗湿性。此处所述的头发护理产品不是″再成形″头发定型组合物。“再成形″头发定型组合物意思指一种可以在不使用新材料或加热下进行修复或修饰的组合物。例如，为了恢复或修饰发型，防止″下垂″或损失定型(蓬乱)，不需要新材料，例如水或任何形式的固定剂，或加热。该组合物可以是耐用的，例如10-24小时，产生一种持久的定型效果。
在医药制品应用中，皮肤可以涂有本发明的聚氨酯分散体，并且使其干燥形成薄膜。医药制品也可以通过预涂覆本发明分散体附着在薄膜上。本发明组合物的一个重要优点是可以粘附在皮肤上，不需要在应用中再除去，例如造口或伤口敷料，以防止皮肤剥离。该粘结剂由本发明的聚氨酯分散体制成，也可以用于任何需要在环境温度下自密封的应用。发明详述总之，本发明分散体是通过形成异氰酸酯封端的聚氨酯预聚合物，对该预聚合物进行链增长，和对该预聚合物进行链封端以产生可稳定并分散在醇-水溶剂体系中的聚氨酯聚合物。尽管目前推荐以上述步骤顺序进行，但是这些不是必需的。步骤的顺序可以变化，某些步骤可以结合，例如链增长和链终止或预聚合物形成和链终止等。下面详细地论述进行时所必需的步骤和组分。使用中，该分散体通常涂敷在基底上，例如衬垫，干燥和固化以形成薄膜。
这里使用的术语″异氰酸酯封端的聚氨酯预聚合物″(或者称为″异氰酸酯官能化的聚氨酯预聚合物″)表示至少一种多异氰酸酯和至少一种多活性氢化合物(即多元醇)的反应产物。通常，该反应在具有摩尔过量的异氰酸酯基时发生以制备低聚物，它可以具有尿烷、脲、硫代氨基甲酸乙酯官能团和其结合。该预聚合物制备时异氰酸酯基与活性氢反应基团的当量比例可以是大于1.6，优选大于1.8，最优选约2.0或更大。
本文中的术语“多元醇”包括按Zerevitanov试验含有活泼氢的化合物，该试验在C.R.Noller，Chemistry of Organic Compounds，第6章，P121-22(1997)中描述。术语″多元醇″的表示一种平均官能度大于1的化合物，优选官能度大于1.8，最优选约2.0或更大，但是小于约6，优选小于约4，最优选约3或较少。可以理解包括的化合物具有(i)在伯、仲和叔碳原子上的醇基，(ii)伯和仲胺，(iii)硫醇，和(iv)这些官能团的混合物。因此，本发明的聚氨酯分散体可以包含脲键，例如由异氰酸酯官能化的聚氨酯和胺的反应，这些聚合物更适于被称为″聚氨酯-脲″。可用于制备预聚合物的多元醇具有62-10,000的分子量，优选200-5,000，最优选从400-3,000。
优选″A″组分浓度至少为5％，优选至少10％，最优选至少20％(重量)，基于″A″组分、多异氰酸酯和″B″组分的总重量。后两个组分下文详细地论述。″A″组分不溶于醇水混合物中的醇以形成分散体。惯用语″不溶于″通常表示在大约25℃下至少1克的化合物不可溶于约4克的醇。某些多元醇可能需要加热熔化，使用此表征鉴定方法来判断它们是否不溶。
适于用作″A″组分的多元醇具有任选由N、O、S和其结合在链内和/或链上取代的烷基、芳基或芳烷基结构。″A″组分具有优选超过约300的数均分子量，更优选超过约400，最优选超过约500，但是优选低于约10000，更优选低于约5000和最优选低于约3000。
可以使用单体多元醇，例如可从Uniqema NorthAmerica、ChicagoIL，USA购得的PRIPOL 2033，即C36脂肪族醇二聚物。优选多元醇低聚物具有平均从约1.6到约4的羟基或氨基。一种优选的可用作″A″组分多元醇低聚物类型是基于二酸和/或二醇的脂族聚酯多元醇，它具有大于10个碳原子，优选大于20个碳原子。工业上优选的聚酯多元醇是PRIPLAST 3191、3192、3196、3197、1906和1907，来自UniqemaNorthAmerica，Chicago，IL，USA，它们被认为基于36个碳原子的二酸和/或二醇。用于制备这些二醇具体成分相信是用于PRIPLAST 3192-二聚酸、己二酸和1，6-己烷二醇；用于PRIPLAST 3193-二聚酸和乙二醇；用于PRIPLAST 3194-二聚酸、己二酸和乙二醇；用于PRIPLAST3196-二聚酸和1，6-己二醇；用于PRIPLAST 3197二聚酸和二聚二醇；用于PRIPLAST 1906--间苯二酸和二聚二醇；和用于PRIPLAST 1907-对苯二酸和二聚二醇。术语″二聚酸″被理解为一种由不饱和的C18脂肪酸的二聚作用形成的C36二酸。术语″二聚二醇″被理解为一种由C36二聚酸的氢化作用形成的C36双官能的多元醇。另一种优选的多元醇低聚物是羟基封端的聚链二烯包括聚丁二烯和聚异戊二烯。工业上优选的羟基封端的聚丁二烯是来自ElfAtochem NorthAmerica，Philadelphia，PA.USA的POLY bd树脂。
另一优选的多元醇低聚物是氢化的聚链二烯多元醇，包括氢化聚异戊二烯和氢化聚丁二烯，后者具有不少于19％(重量)的1，2-丁二烯的加入量。工业上优选的氢化聚丁二烯二醇包括来自Shell Chemical，Houston，TX，USA的KRATON L2203和来自Mitsubishi Chemical，Tokyo，Japan的POLYTAIL树脂。一种优选的聚胺低聚物类型是胺封端的丁二烯聚合物和丁二烯-丙烯腈共聚物。一种可买到的优选的胺是来自B.F.Goodrich，Cleveland，Ohio，USA的HYCARATBN。
基于美国专利号5,679,754(Larson等)的教导，当使用硅氧烷多元醇和全氟烃基官能多元醇时，因为它们的低表面能性能可能降低所需的粘附特性，优选用量不大于全部组合物的约5wt％。
除不溶于多元醇的醇以外，低分子量″单体″多元醇可以用于形成预聚合物。单体多元醇的例子包括乙二醇，丙二醇，丁二醇，己二醇，二甘醇，1，1，1-三羟甲基丙烷，季戊四醇，氨基乙醇等。当使用时，优选单体多元醇的量保持较低以将预聚合物的粘度减到最低。
用于形成预聚合物的多元醇和异氰酸酯的用量影响最终的聚合物的物理和化学性能。可能变化的性能包括但是不局限于韧性、吸水性、拉伸强度、模量、抗磨性、最低成膜温度、玻璃化转变温度、抗紫外线性能、抗水解性能和色泽稳定性。通常，较长链的多元醇易于提供由分散体构成的薄膜，该薄膜更易延展并且具有较低的Tg值、较高的延伸率和较低的拉伸强度。相反，较短链的多元醇倾向于提供具有高模量、更大拉伸强度和较高Tg值的薄膜。脂肪族多元醇倾向于提供具有较低吸水性的材料，然而在主链含有杂原子(例如聚醚多元醇)的二醇倾向于增加吸水性。薄膜中剩余水的含量可能影响它的拉伸和伸长性能。当抗水解性能重要时，应该选择水解稳定的多元醇例如聚醚和聚硅氧烷多元醇，以及基于聚烯烃主链的多元醇。可以使用抗水解的聚酯多元醇，如基于疏水亚单元(PRIPLAST多元醇，购自Unigema)，基于间苯二酸，以及基于聚己内酯多元醇的聚酯多元醇。
可用于形成异氰酸酯官能化聚氨酯的代表性多异氰酸酯包括脂肪族和芳香族多异氰酸酯。适合的多异氰酸酯优选是脂肪族或环脂族异氰酸酯。不太优选芳香族异氰酸酯，因为它们在紫外线下易于变色，使得它们不适于在户外应用。特别优选的二异氰酸酯包括二环己基甲烷4，4′-二异氰酸酯(一般称为H12MDI)和3，5，5三甲基-1-异氰酰基-3-异氰酰基甲基环己烷(一般称为异氟尔酮二异氰酸酯或IPDI)，两者可以从Bayer Corp.，Pittsburgh，PA.，USA获得，商品名称分别为DESMODUR W和DESMODUR I。其它的优选的二异氰酸酯包括(i)四亚甲基二异氰酸酯，(ii)1，3-双(异氰酰基甲基)环己烷，(iii)1，3-双(1-异氰酰基-1-甲基乙基)苯，(iv)二苯基甲烷4，4′-二异氰酸酯(一般称为MDI)，(v)4，4′，4″-三异氰酰基三苯基甲烷，(vi)聚亚甲基聚亚苯基多异氰酸酯(一般称为聚MDI)，(vii)甲苯二异氰酸酯(一般称为TDI)，(viii)二异氰酸己二酯(一般称为HDI)，(ix)十二亚甲基二异氰酸酯，和(x)间和对二甲苯二异氰酸酯。
其他可用的多异氰酸酯包括在美国专利号No.3,700,643(Smith等)和3,600,359(Miranda)中公开的。也可以使用多异氰酸酯的混合物，例如可以从Dow Chemical Co.，Midland，MI.，USA获得的ISONATE 2143L。
通过使用含有至少一种醇-水溶性的多活性氢化合物的″B″组分制得的聚氨酯预聚物是醇-水可分散的。也就是说，″B″组分的作用主要是在水或醇-水溶剂体系中稳定聚氨酯分散体。短语″醇-水溶性的″通常意味着在大约25℃下，至少1克所述化合物可溶于大约4克醇-水混合物。加热熔化可能需要使用此鉴定方法的某些化合物以判断它们是否可溶。用于该鉴定方法的醇-水混合物应该与用于制备水-醇分散介质的醇-水混合物相同。赋予该化合物醇-水可溶性通过存在离子基，能够形成离子基的组成部分，或具有碳原子与氧原子的比值为5或更少的聚酯、聚醚、聚碳酸酯基团，优选4或更少，和其混合物。
当存在时，″B″组分的离子基可以是阴离子、阳离子或两性离子。阳离子的基团可以来自异氰酸酯或多元醇组分，但是最方便的是作为多元醇组分加入。阳离子的基团可以直接引入预聚物。例如，四级二醇例如VARIQUAT 1215可以直接反应引入预聚物。另外，一种前体基团可以反应引入预聚物，然后在随后的反应中补偿阳离子。例如，活性氢官能化的叔胺例如甲基二乙醇胺和其聚乙氧基化加合物可以引入预聚物主链，随后使用无机或有机酸进行质子化以形成离子盐，或者烷基化以形成季铵基团。与过氧化氢、丙磺内酯或内酯引入叔胺的反应得到两性离子组成部分。优选稳定的阳离子组分是水溶性很强的，通常在水中的溶解度至少1％(重量)，优选超过10％(重量)。优选稳定的阳离子化合物具有下式结构R-N+(R2)[(CH2CH2O)nH]2X-其中R是任选在链内和/或链上被N，O，S和其结合取代的C1-C18烷基或C6-C18芳基或芳烷基；R2是氢或C1-C18烷基；n是大约1-200的整数，优选1-50，最优选1-20；和X是卤素，硫酸根，甲基硫酸根(methosulfate)，乙基硫酸根(ethosulfate)，乙酸根，碳酸根，或磷酸根。
优选阳离子稳定的化合物包括质子化和烷基化甲基二乙醇胺，以及可以从CK Witco，Greenwich，CT，USA获得的分别为VARIQUAT638和VARIQUAT K1215的PEG 2氯化cocomonium和PEG-15氯化cocomonium。
可以引入具有单个活性氢基团的阳离子化合物。然而，它们不是优选的。
用于本发明的阴离子稳定剂可以存在于异氰酸酯组分或多元醇组分两者之一。通常和最方便地，阴离子稳定剂作为多元醇组分出现。阴离子基团可以是磺酸盐、膦酸盐、磷酸盐和羧酸盐，但是优选磺酸盐或羧酸盐两者之一，最优选磺酸盐。最优选的磺酸盐是在美国专利号4,738,992(Larson等)中所述的磺化多元醇。特别优选的磺酸盐是具有下列结构的聚二醇酯 其中每个R1独立地是二价的脂族基，具有平均分子量200-600，包括选自由聚(C2-C4烯化氧)构成的醚或酯官能团，优选-CH2-CH2-(OCH2-CH2-)n-，-C(CH3)H-CH2-(OC(CH3)H-CH2-)n-，-(CH2)4-(O(CH2)4)n-，-(CH2)m-CO-[-O-(CH2)m-CO-]n-基团，和其混合物，其中m是大约2-5的整数，n是大约2-15的整数，和M是阳离子，优选M是Na，但是M可以是H、K、Li或伯、仲、叔或季铵阳离子例如铵、甲基铵、丁基铵、二乙基铵、三乙基铵、四乙铵和苯甲基三甲基-铵阳离子。
合适的羧酸盐和羧酸官能化多元醇包括二羟甲基丙酸及其聚乙氧基化衍生物和酸接枝的聚醚，例如可以从Union Carbide SpecialtyChemicals Div.，Danbury，CT，USA获得的UCARMOD多元醇。可以在制备预聚物之前或之后用有机或无机碱中和。
为得到醇-水或水分散性，预聚物的离子当量(每当量离子官能团的预聚物克数)应该在1000-15000范围内，优选1500-12500，更优选2000-10000，最优选2500-7500。
为得到醇-水溶性，具有足够极性的非离子基团(例如醚或酯官能团，提供了碳原子与氧原子比值为5或更少)的多元醇低聚物的例子包括(i)聚氧化烯二醇、三醇和四醇，(ii)聚氧化烯二元胺和三胺，(iii)有机多羧酸和多元醇的聚酯二醇、三醇和四醇，和(iv)聚内酯二醇、三醇和四醇，分子量为106-大约2000。优选多元醇低聚物和聚胺包括(i)聚氧化乙烯均聚物(例如来自Union Carbide，Danbury，CT，USA的CARBOWAX系列)，环氧乙烷和环氧丙烷的嵌段共聚物(例如来自BASF Corporation，Mount Olive，NJ，USA的PLURONIC表面活化剂)，环氧乙烷和环氧丙烷的无规共聚物(例如来自Union Carbide，Danbury，CT，USA的UCON FLUIDS)，硅氧烷共聚多元醇，以及基于聚氧乙烯的表面活化剂，如美国专利号4,667,661(Scholz等)的公开，(ii)聚氧丙烯二醇和三醇，例如来自Arco Chemical，NewtownSquare，PA，USA的ACCLAIM系列多元醇，(iii)聚醚二元胺和三胺，例如可以从Huntsman Corporation，Salt Lake City，UT，USA获得的JEFFAMINE系列，(iv)聚醚多醇，例如可以从E.I.du Pont Co.，Wilmington，DE，USA获得的TERATHANE系列(这是一种聚四氢呋喃二醇)，和可以从Quaker Oats Co.，Chicago，IL，USA获得的POLYMEG系列，(v)聚酯多元醇例如MULTRON，这是一种聚(己二酸亚乙基酯)多元醇，可以从Bayer Corporation，Pittsburgh，PA，USA获得，(vi)聚碳酸酯二醇，例如可以从Stahl USACo.，Peabody，MA，USA获得，和(vii)聚己内酯多元醇，例如可以从Union Carbide，Danbury，CT，USA获得的TONE系列。也可使用多硫醚多元醇。
上述组分的形成预聚物的反应(即″A″组分，多异氰酸酯和″B″组分)取决于它们的选择。芳香族异氰酸酯通常比脂肪族异氰酸酯具有更大的反应性，可以与多元醇反应，不需要加热，因为该反应放热。该反应可以以100％固体进行(即很少至没有溶剂)，或可以在任选的不与异氰酸酯起反应的极性有机溶剂中进行。该溶剂包括，例如丙酮、甲基乙基酮(MEK)、甲氧基丙酮乙酸酯(PM乙酸酯)、二甲基乙酰胺、四氢呋喃、N-甲基-吡咯烷酮和其混合物。优选使用的溶剂不需要从最终的组合物中除去。也可以引入在预聚物中留下的溶剂和/或增塑剂成为最终分散体的组成部分。
当使用优选的脂肪族异氰酸酯和多官能醇时，理想的是选取高含固量浓度和升高的反应温度从大约50℃-80℃，以便在合理期间得到单体至聚合物的高转化率，例如少于八小时，优选少于三小时。优选实施方案包括在少量催化剂的存在下，通常将异氟尔酮二异氰酸酯或己撑二异氰酸酯和脂肪族伯或仲醇加热到大约80℃2小时。
可用的催化剂包括金属盐例如二月桂酸二丁基锡和二乙酸二丁基锡，和胺，例如三乙胺；DBU(1，8-二氨杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯，和DABCO(1，4-二氨杂双环[2.2.2]辛烷)；使用浓度从大约0.01至1.0mol％(相对于异氰酸酯试剂)。优选的催化剂是对皮肤无刺激性的和非皮肤敏感性的。最优选的催化剂是那些可以与聚合物主链键合的和不可浸出的，例如来自ElfAtochem NorthAmerica，Philadelphia，PA，USA的FASTCAT 4224，和某些醇和胺官能化的叔胺催化剂例如甲基二乙醇胺和四甲基胍。由大约100至1000克成批地制备中，通常每100克树脂总量使用大约0.1克的FASTCAT 4224。
调节多异氰酸酯与多元醇的比例使得预聚物的分子量为大约1000至25000。优选多异氰酸酯的当量超过多元醇的总当量(即活性氢的总当量)，优选过量当量从大约1.1∶1至6∶1，更优选大约1.5∶1至3∶1，最优选大约1.8∶1至2.2∶1。
一旦形成预聚物，应该增加分子量以产生具有所需性能的组合物。通过令预聚物和一种″增链剂″反应完成该步骤。这里使用的术语″增链剂″表示一种多活性氢化合物，具有官能度为大约2-4，更优选2-3，最优选大约2，通常分子量为大约30-2000，优选30-1000。优选的增链剂是多官能醇、胺或羧酸酰肼。最优选的增链剂是多官能胺和羧酸酰肼。
可用的多元胺包括乙二胺；1，6-己二胺；哌嗪；三(2-氨基乙基)胺；和胺封端的聚醚例如来自Huntsman Corporation，Salt Lake City，UT，USA的JEFFAMINE D230和JEFFAMINE D400。
可用的羧酸酰肼包括己二酸二酰肼和草酸二酰肼。尤其有用的多官能醇包括具有2-24个碳原子的亚烷基二醇，例如乙二醇；1，4-丁二醇；和1，8-辛二醇。可用的多元硫醇包括1，2-乙二硫醇；1，4-丁二硫醇；聚(环氧乙烷)二醇和三醇的2，2′-氧代(乙硫醇)，二和三巯基丙酸酯。水也可用作一种增链剂，由于它与异氰酸酯反应形成不稳定的氨基甲酸，它失去二氧化碳释放出一种胺，然后该胺可与另一个异氰酸酯反应。
当预聚物具有2或更少的官能度和增链剂是双官能时，异氰酸酯与活性氢在链增长阶段的比例优选为0.6∶1-1.2∶1，更优选0.75∶1-1∶1，最优选0.80∶1-1∶1(除了当水被用作仅有的增链剂的时候，无论在哪种情况下水应该大量地摩尔过量)。当预聚物的官能度高于2时，由于使用官能度大于2的多元醇或多异氰酸酯，存在于增链剂中的异氰酸酯与活性氢的比例应该相应地向下调节以防止凝胶化和维持聚氨酯聚合物的分子量在一个适当的范围，以提供冷密封性能。同样地，当预聚物的官能度为2或更少时，可以使用某些高官能度增链剂，例如少量三官能胺。
本发明的分散体在水或醇-水中具有相对高浓度的低级醇(通常超过20∶80w/w醇/水)。在该情况下，异氰酸酯与醇溶剂反应可以产生异氰酸酯官能化预聚物的端基。因此，优选使用多官能胺作为增链剂，因为胺比低级醇更具有与异氰酸酯的反应性，得到较好的对分子量的控制。当用于接触皮肤或头发的应用，其中涉及刺激性和/或敏感性时，最优选的异氰酸酯当量与胺当量的比例是大约1∶0.60-1∶0.99，以便保证在最终的分散体中很少至没有剩余的游离胺残留。
用作分散介质的溶剂选自低级醇(C1至C4支链或直链的脂族醇)、水和其混合物。优选的低级醇是乙醇、正丙醇和2-丙醇(iPA)。最优选的溶剂是水、IPA、乙醇和其混合物。优选醇与水的比例是20∶80-90∶10w/w，更优选该比例是70∶30-85∶15。通常，较高量的醇将导致分散体缩短干燥时间。
溶剂体系也可以包含另外的溶剂。例如，可以使用其它快速蒸发溶剂，例如六甲基二硅氧烷(HMDS)；环硅氧烷(D4和D5)；C4-C10链烷包括异链烷烃例如Permethyl 97A和Isopar C；丙酮；氢氟化醚(HFEs)和类似物。某些HFEs，例如HFE 7100在某些应用中具有额外的优点。当它以高于大约15至25％(重量)加入到水醇混合物时，组合物成为阻燃的。
在一种实施方案中，形成聚氨酯聚合物的反应可以通过使用止链剂类物质中止。该类物质中止聚合体链的增长，因此控制了聚合物的分子量和物理性能。在一种实施方案中，使用过量二元胺增链剂。该过量二元胺起止链剂的作用。另一种可用的止链剂是2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP)，基于聚氨酯聚合物的总重量，其用量大约0.1至2.0份。单官能胺或醇可用作止链剂。优选的单官能醇的例子是乙醇，它也可以起部分分散介质的作用。链终止可以发生在预聚物形成时，在链增长之前或之后，或者在分散于溶剂混合物之前或之后。在本发明中优选的方法中，胺止链剂与增链剂混合，在加入预聚物之前加入到溶剂中。制备分散体本发明分散体可以用许多方法制备。在第一种方法中，预聚物加入到溶剂中，可以用100％固体，或先用一种不同的溶剂稀释，随后该溶剂可以除去或不需除去。如果该溶剂是要除去的，优选是比水或低级醇更容易挥发。在另一种方法中，预聚物可以分散在溶剂混合物的部分或全部之中，或分散在随后加入其余溶剂的部分溶剂混合物中。在分散体形成之后加入的任一另外的溶剂优选缓慢加入以便确保分散体保持稳定性。在另一方法中，预聚物和/或分散体溶剂可以加热或冷却。在另一方法中，预聚物分散在溶剂中可以在链增长和止链剂加入溶剂混合物之前，同时或之后。
优选的分散方法包括加热预聚物至温度为大约45℃-80℃以降低其粘度。将加热的预聚物加入到包含溶剂的快速搅拌高剪切混合装置中，例如匀化器。此后，以预定速率加入胺，一种增链剂。另外，在某些配方中，可以首先将胺加入到溶剂混合物中，并将加热的预聚物加入到快速混合的溶剂混合物中。
至于醇-水体系，低级醇的含量优选为至少20％(重量)，更优选至少40％，更加优选至少60％，和最优选至少70％(重量)。优选低级醇的含量不超过90％和更优选不大于85％。这里使用的″固体含量百分数″定义为存在于分散体中的非挥发性组分的百分比。对于需要均匀连续的10至50微米涂层的冷密封应用，该固体含量百分数应该高于大约15％，优选大于25％，和最优选大于大约40％(重量)。用于其它较少需要或不需要连续的涂层的应用，可以使用低至2％和更少的固体含量百分数。
本发明的一方面，可以由分散体产生的薄膜具有与大部分表面例如皮肤、头发和玻璃极少的粘附，但是具有与自身较高的粘附。当根据本文所述的测试方法进行测试时，自身粘附与和玻璃的粘附的比例大于大约2∶1，优选大于大约3∶1，更优选大于大约5∶1和最优选大于大约10∶1。在某些实施方案中，该比例超过20∶1，甚至超过30∶1，尽管这样的高比例可能不为全部应用所需要。当用于冷密封应用时(它需要极少的粘性，但是需要高自身粘附)，优选与玻璃的粘附为少于大约10牛顿每分米(N/dM)，更优选少于大约8N/dM和最优选少于大约5N/dM，而与自身的粘附为大于大约10N/dM，优选大于大约20N/dM，更优选大于大约25N/dM和最优选大于大约30N/dM。
我们已经发现制备高自粘附涂层的必要条件是在最终的分散体中的聚氨酯的分子量。优选的重均分子量是大约5000-50000，更优选大约15000-35000和最优选大约20000-30000。当分子量过高时，得到的粘合剂具有非常小的自粘附作用。当分子量太低时，该粘合剂倾向于具有更高的粘性或与其它的基底的粘附性。
最终分散体中的聚合物的分子量可以用几种途经控制。第一种方法涉及用作分散介质的醇和水的比例。我们已经发现某些聚合物可以在醇和水的比例超过大约75∶25wt/wt时具有自粘附作用，优选超过80∶20，更优选等于或超过大约85∶15。然而不想受理论的限制，人们相信在更高的醇和水比例时，有更多的异氰酸酯与单官能醇溶剂反应，因此限制了分子量。也可相信的是更高的醇比例导致预聚物更好的溶剂化和溶解，因此也增加异氰酸酯基和单官能低级醇溶剂的反应可能性。
预聚物的分子量也可以通过用作溶剂的醇的类型来控制。伯醇可以比仲醇溶剂例如异丙醇导致更高的自粘附作用。
预聚物的分子量可以通过对分散体加工和对加入的增链剂的工艺来进一步控制。现在，我们相信首先将预聚物分散在溶剂中，随后以减慢的速率加入胺(作为增链剂)，也可以改善自粘附作用的水平。然而缓慢的胺加入速率可能增加粘性水平。
本发明优选的控制自粘附作用水平的方法是在链增长步骤之前或之中加入单官能胺。该方法将导致某些异氰酸酯基封端，因此限制了分子量。该单官能胺通常具有下列结构R1R2NH其中R1和R2独立地是H或任选在可利用的位置被N，O和S取代的C1-C22烷基；C6-C28芳基或C6-C28芳烷基，包括醇、叔胺、季胺、酮和羧酸取代。优选的单官能胺是那些如果残留在组分中未反应时具有低皮肤刺激性的，例如2-氨基-2-甲基丙醇或高级的烷基伯和仲胺与伯和仲链烷醇胺。
离子稳定剂的含量也可能影响自粘附作用。现在，人们相信较高含量的稳定剂可能导致较低的自粘附作用。
本发明的制剂中也可以包括增塑剂，它可以直接加入到预聚物或加入到溶剂混合物。使用增塑剂可以允许使用更少的溶剂，因此制备出更快干燥的薄膜。使用增塑剂时，应将基本预聚物制剂，以确保增塑的粘合剂具有足够的拉伸强度。这可能需要使用较低分子量的多元醇(较低NCO当量重量的预聚物)。优选的增塑剂是化妆品可接受的软化剂，例如在美国专利号5,951,993的17栏35行至21栏6行公开的。
可以加入其它的化合物以提高或得到特定的性能，条件是它们不影响涂敷和成膜性能。分散体可以包含去泡剂。特别有用的去泡剂包括例如SurfynolTMDF 110L(可以从Air Products & Chemicals，Inc获得的高分子量乙炔二醇非离子表面活性剂)，SWS-211(可以从WackerSilicone Corp.获得的聚硅氧烷添加剂)，DehydranTM1620(来自HenkelCorp.的改性多元醇/聚硅氧烷加成物)，Additive 65(可以从Dow Corning获得的聚硅氧烷添加剂)。
分散体也可以包含助流剂和均染机例如IgepalTMCO-630(一种可以从Rhone-Poulenc Surfactant & Specialty Div获得的乙氧基化壬基苯酚非离子表面活性剂)，FLUORAD FC-171(一种可以从3M公司获得的非离子表面活性剂)，FLUORAD FC-430(一种可以从3M公司获得的非离子表面活性剂)和RexolTM25/9(一种可以从Hart Chemical Ltd.获得的烷基苯酚乙醇盐非离子表面活性剂)。选择性地，分散体可以包含流变改性剂例如联合增稠剂AcrysolTMRM-825、Acrysol TT-935，它们都可以从Rohm和Haas公司获得。
为增加从这些分散体产生的涂层的使用寿命，特别是户外的应用，可以加入光稳定剂。可用的光稳定剂包括TinuvinTM400，(一种受阻胺光稳定剂)，TinuvinTM292(一种受阻胺光稳定剂)，两者的都可从Ciba-Geigy Ltd.购得。也可以加入抗氧化剂例如可以从Ciba-GeigyLtd.获得的IRGANOX 245，和可以从Uniroyl Chemicals获得的Naugard445，4，4′-双(α，α-二甲基苄基)二苯胺。至于经受紫外线(UV)降解作用的应用，每100重量份聚氨酯分散体使用至少大约0.1重量份的紫外线稳定剂以防止和阻止变黄和光降解。通常每100份聚氨酯分散体，使用大约0.1-10份，优选大约1-大约10份。
180°剥离粘附是在存放指定时间后，以特定的角度和除去速率，测量从基底上除去粘合涂层、可弯曲的表面材料需要的外力。它是根据Pressure-Sensitive Tape Council测试标准PSTC#1测定的。在我们的测试中，表面材料是一种0.0015英寸(38微米)的聚酯薄膜，停留时间是1分钟(除非另有说明)，拉出速率是每分钟12英寸(30.5厘米)。关于与玻璃粘附，在刚使用甲基乙基酮清洁过的玻璃板上放置1/2英寸(1.3厘米)乘6英寸(15厘米)的条。将玻璃板固定到来自Instrumentors，Inc.的I-Mass Peel Tester，Strongsville，OH，USA的平台上。使用一种4.5磅(2千克)橡胶辊将条带压在基底上两次(两次方向相反)。在停留1分钟之后，折叠条的一端直到几乎接触本身，使得与玻璃的角度为180°，并用I-Mass Tester的夹子夹住。从玻璃板分离粘合剂涂层的条所需的平均作用力被记录为与玻璃的粘附。通过乘以转换因子2.189，这些以每半英寸盎司为单位测量得到的作用力被转换为牛顿/分米(N/dm)。
一个样品的自粘附是通过将标准PSTC#1测试中的层压1/2英寸乘6英寸条改为涂覆粘合剂侧边的3/4英寸(1.9厘米)乘8英寸(20厘米)的条，相同的带两次通过2千克橡胶辊。在停留1分钟之后，将3/4英寸条和3M的SCOTCH双面带粘附在I-Mass Peel Tester的平台上，以180°剥离剥离1/2英寸条。磺基聚酯二醇前体的制备磺基聚酯二醇A将5-钠代磺基间苯二甲酸二甲酯(DMSSIP 337.3g，1.14mol，来自E.I.DuPont de Nemours，Wilmington，DE，USA)，二甘醇(DEG，424g，3.99mol，来自Aldrich Chemical Co.，Milwaukee，WI，USA)，和乙酸锌(0.82g，来自Aldrich)的混合物加热至大约180℃，并从反应混合物中蒸馏出甲醇副产物。在4.5小时之后，反应生成物的核磁共振分析显示出在反应产物中残余的甲酯少于大约1％。
在上述反应产物中加入二月桂酸二丁基锡催化剂(1.51g，2.4mmol，来自Alfa Chemical Co.，Ward Hill，MA，USA)，温度保持在大约180℃，在大约30分钟内分批加入ε-己内酯(650g，5.7mol，来自Aldrich)。当加入完成时，反应混合物保持在大约180℃4小时。产品被确定为磺基聚酯二醇A。
反应产物的羟基当量可按下述的方法测定。将5.12g产品混合物的样品溶于20mL的甲基乙基酮(MEK)。加入异佛尔酮二异氰酸酯(3.13g，14.1mmol，来自Aldrich)和二月桂酸二丁基锡(0.02g)。在大约80℃下加热溶液大约4小时。冷却溶液至室温。加入二丁基胺溶液(4毫升(mL)，在MEK中的1.72摩尔溶液)，搅拌溶液15分钟。然后加入20mL的甲醇和4至5滴溴酚蓝指示剂，使用2.17mL的1.0摩尔的盐酸水溶液滴定溶液至变黄终点。这相当于羟基当量为大约218(磺基聚酯二醇A的理论羟基当量为235)。磺基聚酯二醇B在装有机械搅拌器、氮气吹扫和蒸馏器的反应器中装入5-钠代间苯二甲酸二甲酯(700克，4.73当量，来自Du Pont，Wilmington，DE，USA)，分子量400的聚乙二醇(1947克，9.735当量，来自Union CarbideCorp.，Danbury，CT，USA)，和分子量为425的聚丙二醇(1947克，9.184当量，来自Arco Chemical Co.，Newton Square，PA，USA)。反应器被加热到345°F(174℃)在反应器中应用真空并保持大约1.5小时。用氮气中止真空。加入丁醇钛(3.6克)，将混合物加热至430°F(220℃)保持3小时，然后收集甲醇。然后温度降低至345°F(174℃)，对反应混合物施加真空1小时。随后将内容物冷却至200°F(93℃)，在氮气存在下排出，得到澄清无色的液体多元醇。测得该多元醇的OH当量重量为313克/摩尔OH(理论OH为305)。该多元醇混合物的理论磺化当量重量为1879克聚合物/摩尔磺酸酯。磺基聚酯二醇C在5升反应容器中装入4100克聚乙二醇-600(13.67当量)和505.67克5-钠代间苯二甲酸二甲酯(3.42当量)。原料在高真空、100℃下干燥1小时。随后加入四丁基钛酸酯(0.08wt％)加热至220℃，直至大约85％的理论甲醇已经除去。将反应温度降低至170℃并在真空下保持1小时，得到澄清淡黄色的材料。计算羟基当量重量为428，计算磺化当量重量为2632。实施例1至3实施例1至3显示了改变聚氨酯分散体的乙醇-水比例如何改变分子量，和因此改变的剥离粘附值。
在1升反应器加入下列组分使每批为600克120.6克(1.09 NCO当量)异氟尔酮二异氰酸酯；147.6克(0.089 OH当量)KRATON L-2203氢化聚丁二烯二醇(OH当量重量1660)，来自Shell Chemical Co.，Houston，TX，USA；296.4克(0.291 OH当量)TERATHANE 2000聚四氢呋喃二醇(OH当量重量1020)来自EI.du Pont Co.，Wilmington，DE，USA；6克(0.05 OH当量)SURFYNOL 104表面活化剂，一种来自Air Products，Lehigh Valley，PA，USA的二醇(OH当量重量113.2)；和24克(0.110当量)上述制备的磺基聚酯二醇A。该不透明的混合物在氮气下搅拌加热至大约80℃，并加入0.5克的二月桂酸二丁基锡催化剂。发生放热反应升温至大约90.5℃，继续在80±5℃搅拌下反应大约2.5小时。
然后，将60克得到产品的等分试样(理论上包含58.5毫克当量的残余的NCO)加入到200mL玻璃瓶中，其中在85.5克乙醇溶剂和4.5克水溶剂(比例95∶5，实施例1)中，或在76.5克乙醇和13.5克水(比例85∶15，实施例2)中，或在67.5克乙醇和22.5克水(比例75∶25，实施例3)中含有1.48克(49毫克当量的胺)乙二胺增链剂。中速搅拌得到乳白色40wt％固态分散体，基于全部重量。将得到的分散体涂敷到0.0015英寸(38微米)厚的聚酯薄膜上，润湿涂层厚度为大约0.005英寸(127微米)，在70℃的强制空气炉中干燥10分钟产生透明的薄膜，然后在恒温下(大约22℃)和恒湿下(大约50％相对湿度)老化过夜。样品使用上述的测试方法进行测试。结果列于下面的表I。
表I实施例1至3的测试数据
在实施例1的剥离试验中，注意到样品显示出无内聚性。这里提出的粘接强度是薄膜与其本身粘附的尺度。因此，实施例1不是一个在冷密封粘合剂应用上特别有用的实施方案。然而，实施例2和3显示出与玻璃的低粘附，但是与自身颇佳的粘附，使得它们更适用作冷密封粘合剂。实施例4至8实施例4至8显示出改变增链剂与止链剂的重量比如何影响聚氨酯分散体的分子量。
按照实施例1中使用的方法，将78.8克(47.5毫克当量OH)KRATON L-2203二醇，157.6克(154.5毫克当量OH)TERATHANE 2000二醇，12.0克(40毫克当量OH)上述制备的磺基聚酯二醇B，和51.5克(464.3毫克当量NCO)异氟尔酮二异氰酸酯加入到500mL反应器中，在氮气下加热并搅拌至大约80℃。加入大约两滴二月桂酸二辛基锡，发生放热反应升温至大约87℃。在反应进行大约2.5小时之后，混合物稍微冷却，装入30克等分试样(具有22.2毫克当量理论上未反应的NCO)到含有45克的85∶15乙醇与水溶液的乙二胺(EDA，增链剂)和以多种比例的2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP，止链剂)的100mL瓶中。使用来自Omni International，Marietta，GA，USA的Omni Macro均化器匀化该混合物。进行实施例1中所述的涂敷和测试，结果列于下面的表II。
表II实施例4至8的配方和测试数据
在测试中，实施例8显示出无粘合性。实施例9和10按照实施例1中使用的方法，将46.7克(28.1毫克当量OH)KRATON L-2203二醇，93.3克(91.5毫克当量OH)TERATHANE 2000二醇，20.0克(66.7毫克当量OH)上述制备的磺基聚酯二醇B，和40克(360.4毫克当量NCO)异氟尔酮二异氰酸酯加入到500mL反应器中，在氮气下加热并搅拌至大约80℃。加入1滴二月桂酸二辛基锡，发生放热反应升温至大约82℃。在反应进行大约2小时之后，混合物稍微冷却，装入30克等分试样(具有26.1毫克当量理论上未反应的NCO)到含有45克的85∶15乙醇与水溶液中的0.81克或0.65克(27毫克当量)EDA和0.48克(5.4毫克当量)AMP的100mL瓶中。使用Omni Macro均化器匀化该混合物.对比实施例A和B对比实施例A和B分别根据根据上述实施例9和10制备，只是将得到的聚氨酯分散体分散在100％水中。对比实施例A和B形成干酪样沉淀，不能涂覆。ND表示“未检测”。
表III配方和测试数据
实施例11至13按照实施例1中使用的方法，将36.8克(22.2毫克当量OH)KRATON L-2203二醇，73.6克(72.2毫克当量OH)TERATHANE 2000二醇，40.0克(133.3毫克当量OH)磺基聚酯二醇B，和49.6克(446.8毫克当量NCO)异氟尔酮二异氰酸酯加入到500mL反应器中，在氮气下加热并搅拌至大约80℃。加入1滴二月桂酸二辛基锡，发生放热反应升温至大约85℃。在反应进行大约2小时之后，混合物稍微冷却，将30克等分试样(具有32.9毫克当量理论上未反应的NCO)加入含有在45克的水或85∶15乙醇与水溶液中的1.00克(33毫克当量)EDA或0.80克(26.7毫克当量)EDA和0.60克(6.7毫克当量)AMP的100mL瓶中。使用Omni Macro均化器匀化该混合物。EDA/AMP/100％水溶液(实施例11)分散很好，并形成粗糙/模糊的涂层。按实施例1所述对其它进行涂层和试验。结果列于下面的表IV，其中ND表示“未检测”。对比实施例C对比实施例C类似于实施例12的制备，分散在100％水溶剂体系中。对比实施例C包含EDA增链剂，但是没有止链剂。它形成干酪样的沉淀，不能涂敷。表IV配方和测试数据
实施例14至17按照实施例1中使用的方法，将157.84克(95.1毫克当量OH)KRATON L-2203二醇，315.45克(309.3毫克当量OH)TERATHANE2000二醇，24.39克(81.3毫克当量OH)磺基聚酯二醇B，和103.4克(931.5毫克当量NCO)异氟尔酮二异氰酸酯加入到500mL反应器中，在氮气下加热并搅拌至大约55℃。加入3滴二月桂酸二辛基锡，发生轻微放热反应升温至大约80℃，保持大约2小时，混合物稍微冷却，装入90克等分试样(具有67.2毫克当量理论上未反应的NCO)到含有135克的85∶15乙醇与水的溶剂体系并含有多种比例的EDA与AMP的500mL瓶中。使用Omni Macro均化器匀化该混合物。进行实施例1中所述的涂覆和测试，结果列于下面的表V。
表V实施例14-17的配方和测试数据
实施例18至21按照实施例1中使用的方法，将52.55克(31.7毫克当量OH)KRATON L-2203二醇，105.09克(105.1毫克当量OH)来自AldrichChemical Co.的聚乙二醇2000二醇，8克(36.7毫克当量OH)磺基聚酯二醇B，和34.34克(30.9毫克当量NCO)异氟尔酮二异氰酸酯加入到500mL反应器中，在氮气下加热并搅拌至大约80℃。加入2滴二月桂酸二辛基锡，发生放热反应升温至大约86℃，反应持续大约2小时，然后混合物稍微冷却，装入30克等分试样(具有20.4毫克当量理论上未反应的NCO)到含有45克水或85∶15乙醇-水的溶剂体系含有多种比例EDA与AMP的200mL瓶中。使用Omni Macro均化器匀化该混合物，在任何情况下分散良好。当从烤箱上除去时，涂层透明，具有粘性，但是在过夜老化后，有轻微模糊，与玻璃或自身没有粘性。实施例22至24按照实施例1中使用的方法，将78.85克(47.5毫克当量OH)KRATON L-2203二醇，157.6克(157.6毫克当量OH)来自EM Science，Gibbstown，NJ，USA的聚乙二醇2000二醇，12.2克(40.7毫克当量OH)磺基聚酯二醇B，和52.25克(470.7毫克当量NCO)异氟尔酮二异氰酸酯加入到500mL反应器中，在氮气下加热并搅拌至大约80℃。加入2滴二月桂酸二辛基锡，发生放热反应升温至大约81℃，反应大约2小时后，混合物稍微冷却，装入30克等分试样(具有22.4毫克当量理论上未反应的NCO)到含有45克的85∶15乙醇与水的溶剂混合物并含有多种比例EDA与AMP的100mL瓶中。使用OmniMacro均化器匀化该混合物。进行实施例1中所述的涂覆和测试，结果列于下面的表VI。表VI实施例22-24的配方和测试数据
实施例25至28按照实施例1中使用的方法，将25克(15.1毫克当量OH)KRATONL-2203二醇，50克(40.5毫克当量OH)来自Texaco Chemical，Houston，TX，USA的TEXOX 5WL-1400，分子量2470，75/25的乙二醇/丙二醇无规共聚物二醇，4克(13.3毫克当量OH)磺基聚酯二醇B，和15.3克(137.8毫克当量NCO)异氟尔酮二异氰酸酯加入到500mL反应器中，在氮气下加热并搅拌至大约80℃。加入1滴二月桂酸二辛基锡，反应持续大约2小时后，混合物稍微冷却，装入30克等分试样(具有14.7毫克当量理论上未反应的NCO)到含有30克水或85∶15乙醇与水的溶剂混合物并含0.42克(14毫克当量)EDA或0.37克(12.3毫克当量)EDA和0.13克(1.5毫克当量)AMP的100mL瓶中。使用0mni Macro均化器均化该混合物。100％水分散体(实施例25和26)非常粘，进行实施例1中所述的涂覆和测试，结果列于下面的表VII。
表VII实施例25至28的配方和测试数据
实施例26在自剥落测试中显示出无内聚性。实施例27在自剥落测试中显示出部分分层。实施例28在全部自剥落测试中显示出无粘性。实施例29至31按照实施例1中使用的方法，将26.4克(15.9毫克当量OH)KRATON L-2203二醇，36.5克(182.5毫克当量OH)来自AldrichChemical Co.的聚乙二醇，分子量400，4.8克(16.0毫克当量OH)磺基聚酯二醇B，和31.1克(280.2毫克当量NCO)异氟尔酮二异氰酸酯加入到500mL反应器中，在氮气下加热并搅拌至大约80℃。加入1滴二月桂酸二辛基锡，发生放热反应升温至大约97℃，反应持续大约1小时，这期间粘度增加.
将混合物稍微冷却，装入20克等分试样(具有13.3毫克当量理论上未反应的NCO)到含有30克水或85∶15乙醇与水溶剂混合物并含1.86克(62.0毫克当量)EDA或1.66克(55.3毫克当量)EDA和0.58克(6.5毫克当量)AMP的100mL瓶中。使用Omni Macro均化器匀化该混合物，稠糊剂不能分散在水中，但是可以困难的分散在醇-水中并产生粒状涂层。进行实施例1中所述的涂覆和测试，结果列于下面的表VIII。
表VIII实施例29至31的配方和测试数据
实施例32至37按照实施例1中使用的方法，将40.4克(24.3毫克当量OH)KRATON L-2203二醇，80.7克(65.3毫克当量OH)来自Texaco Chemical的TEXOX WL-1400，分子量2470，75/25的乙二醇/丙二醇无规共聚物二醇，6克(13.3毫克当量OH)磺基聚酯二醇B，和23.1克(208.1毫克当量NCO)异氟尔酮二异氰酸酯加入到500mL反应器中，在氮气下加热并搅拌至大约80℃。加入1滴二月桂酸二辛基锡，发生放热反应升温至大约82℃。
在反应2小时后，将混合物稍微冷却，装入20克等分试样(具有14.0毫克当量理论上未反应的NCO)到含有30克水或85∶15乙醇-水溶液并含0.40克或0.41克(分别为13.3或13.7毫克当量)EDA和13.9克(13.9毫克当量)来自Huntsman Corporation，Salt Lake City，UT，USA.的JEFFAMINE ED2001分子量2000的聚氧乙烯二胺的100mL瓶中。TWEEN 40和STANDAPOL ES2表面活性剂以2wt％活性加入到选择的分散体中。使用Omni Macro均化器匀化该混合物，全部样品具有良好分散性。进行实施例1中所述的涂覆和测试，结果列于下面的表IX。
表IX实施例32至37的配方和测试数据
实施例38至41按照实施例1中使用的方法，将78.8克(47.5毫克当量OH)KRATON L-2203二醇，51.6克(464毫克当量OH)TERATHANE 2000二醇(T-2000)，12.2克(40.7毫克当量OH)磺基聚酯二醇B，和51.6克(464毫克当量NCO)异氟尔酮二异氰酸酯加入到500mL反应器中，在氮气下加热并搅拌至大约60℃。加入3滴二月桂酸二辛基锡，发生放热反应升温至大约77℃。反应温度增加至80℃，保持2小时。
将混合物稍微冷却，装入50克预聚物等分试样(具有40.0毫克当量理论上未反应的NCO)到含有60克85/15的乙醇/水混合物的200mL瓶中。在预聚物很好分散后一次加入包含在15克85∶15醇-水中的1.04克(34.7毫克当量)EDA和1.9毫克当量多种胺中止剂的混合物。具体使用的胺中止剂是0.17克2-氨基-2-甲基-1-丙醇(实施例38)，0.36克十二烷胺(实施例39)，0.52克十八烷胺(实施例40)和0.77二(十二烷基)胺(实施例41)。进行实施例1中所述的涂覆和测试，结果列于下面的表X。
表X实施例38至41的配方和测试数据
实施例42至45按照实施例38至41中使用的方法，将77.0克(76.9毫克当量OH)来自Uniqema的PRIPLAST 3197，分子量2000，二酸二聚物和二醇二聚物的聚酯二醇，154.0克(151毫克当量OH)TERATHANE 2000二醇，12.2克(40.7毫克当量OH)磺基聚酯二醇B，和56.8克(511毫克当量NCO)异氟尔酮二异氰酸酯以相同的方式进行反应和分散。
表XI实施例42至45的配方和测试数据
实施例46至49按照实施例38至41中使用的方法，将78.8克(47.5毫克当量OH)KRATON L-2203二醇，154.0克(152毫克当量OH)分子量为2200的聚丙二醇(PPG 2200)，12.2克(40.7毫克当量OH)磺基聚酯二醇B，和51.6克(464毫克当量NCO)异氟尔酮二异氰酸酯以相同的方式进行反应和分散。
表XII实施例46至49的配方和测试数据
实施例50至55令实施例38至41和实施例46至49(分别使用Terathane 2000或PPG 2200)制得的预聚物与如下面表XIII所示的改变用量的乙二胺和氨基甲基丙醇反应。
表XIII实施例50至55的配方和测试数据
实施例56至59按照实施例1中使用的方法，将25.6克(20.5毫克当量OH)聚丁二烯多元醇(OH当量重量为1250，平均官能度大于2，由ElfAtochemPiladelphia，PA，出售，商品名为POLY bd)，51.4克(51.4毫克当量OH)TERATHANE 2000二醇，4.2克(13.4毫克当量OH)磺基聚酯二醇B，和18.9克(170毫克当量NCO)异氟尔酮二异氰酸酯加入到250mL反应器中，在氮气下加热并搅拌至大约60℃。加入2滴二月桂酸二辛基锡，发生放热反应升温至大约71℃。反应温度提高至80℃，保持2小时。
将混合物稍微冷却，搅拌下装入20克预聚物的等分试样(具有16.9毫克当量理论上未反应的NCO)到含有30克85∶15乙醇-水混合物和包含用量变化的EDA和AMP的100mL瓶中。进行实施例1中所述的涂覆和测试，结果列于下面的表。
表XIV实施例56至59的配方和测试数据
实施例60至79按照实施例1中使用的方法，使KRATON L-2203二醇和TERATHANE 2000二醇以多种比例与异氟尔酮二异氰酸酯(iPDI)和配套的稳定剂包括来自Witco的VARIQUAT K1215阳离子二醇、分子量为600的聚乙二醇、二羟甲基丙酸(DMPA)、磺基聚酯二醇B反应，或者没有另外加入的稳定剂。将预聚物分散在包含下文详述的EDA增链剂和AMP止链剂的乙醇和水中。进行实施例1中所述的涂敷和测试，结果也列于下面的表XV。
表XV
化妆品实施例1制备了一种适用作防水防晒霜或驱虫剂的润肤液，其中加入了活性成分。使用列于表XVI中的A相和B相的特定组分和以重量百分数表示的用量制备水包油乳液。在分开的容器中连续的搅拌加热A相和B相至70℃，使用高剪切混合器将B相加入到A相并使之均匀。在冷却至室温之后，缓慢搅拌产生中等粘度的乳剂。
表XVI润肤液用水包油乳液
化妆品实施例2使用列于表XVII的A相和B相的特定组分和以重量百分数表示的用量来制备用于睫毛油的水包油乳液。在分开的容器中连续的搅拌加热A相和B相至90℃。使用高剪切混合器将B相加入到A相并使之均匀。在冷却之后，得到的糊状物提供了抗碎、防污和防水的睫毛油。
表XVII睫毛油用水包油乳液
化妆品实施例3通过向容器中装入35.7wt％十二烷基硫酸铵(28％固体)，24wt％laureth-2-硫酸铵(25％固体)，3wt％乙二醇二硬脂酸酯，1wt％古柯酰胺(cocamide)MEA和31.2wt％去离子水制备一种调理香波。将得到的混合物搅拌加热到80℃，加入在5wt％C12至C15烷基苯甲酸酯中含5wt％实施例16的分散体的混合物。在冷却之后，得到的珠光液体提供了一种在漂洗和快速干燥后具有良好保湿柔顺性的香波。化妆品实施例4按照下述方法制备透明指甲油将大约20份20％固体的来自3MCorporation，St Paul，MN，商品名为VS 80 Silicone Plus共聚物的接枝硅氧烷的丙烯酸酯共聚物乙醇溶液与1份实施例16的分散体溶液结合。提供了一种具有良好光泽和抗碎性的快速干燥透明指甲油。化妆品实施例5通过向容器中装入36wt％十二烷基硫酸铵(28％固体)，24wt％laureth-2-硫酸铵(25％固体)，3wt％乙二醇二硬脂酸酯，1wt％古柯酰胺(cocamide)MEA和6wt％去离子水制备一种香波。将得到的混合物搅拌加热到80℃得到珠光液体。在冷却之后，加入30wt％的含40wt％固体的实施例36的分散体，提供了一种具有泡沫光滑感觉的香波，当在2克头发样品上使用0.5毫升时，在漂洗和快速干燥后具有良好的保湿柔顺性。化妆品实施例6通过向容器中装入50wt％十二烷基硫酸铵(28％固体)，11wt％cocoampho二乙酸钠(50％固体)和9wt％去离子水制备一种香波。将得到的混合物搅拌加热到80℃得到透明液体。在冷却之后，加入30wt％的含40wt％固体的实施例36的分散体，提供了一种具有泡沫光滑感觉的乳状香波，当在2克头发样品上使用0.5毫升时，在漂洗和快速干燥后具有良好的保湿柔顺性。化妆品实施例7通过向容器中装入39wt％十二烷基硫酸铵(28％固体)，11wt％椰油酰氨基丙基甜菜硷(35％固体)和20wt％去离子水制备一种香波。将得到的混合物搅拌加热到80℃得到透明液体。在冷却之后，加入30wt％的含40wt％固体的实施例36的分散体，提供了一种具有泡沫光滑感觉的香波，当在2克头发样品上使用0.5毫升时，在漂洗和快速干燥后具有良好的保湿柔顺性。化妆品实施例8至19使用与化妆品实施例7相同的成分和方法，如下面的表所示改变聚合物分散体和水的用量，使得聚合物含量范围为0.5至11wt％。
这里引用的所有参考文献全文引入作为参考。
权利要求
1.一种在醇和水混合物中稳定的聚氨酯分散体，所述分散体包含如下组分的反应产物(a)至少一种异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物，其中包括下述组分的反应产物(i)至少一种不溶于所述醇的多活性氢化合物，其中多活性氢化合物是在其链中或链上任选由N、O或S或其结合取代的烷基、芳基或芳烷基结构；(ii)至少一种多异氰酸酯，和(iii)至少一种可溶于所述醇和水混合物的多活性氢化合物；(b)至少一种多官能增链剂；和(c)至少一种止链剂。
2.权利要求1的聚氨酯分散体，其中所述增链剂与预聚物异氰酸酯的当量比值为0.6∶1-1∶1.2。
3.权利要求1的聚氨酯分散体，其中所述止链剂是单官能的。
4.权利要求1的分散体，其中所述(a)(i)选自含有平均约1.6至4个羟基和/或氨基基团的多元醇低聚物和多元胺低聚物。
5.权利要求1的分散体，其中所述(a)(i)选自聚丁二烯多元醇、聚异戊二烯多元醇、氢化聚丁二烯多元醇、氢化聚异戊二烯多元醇、由二酸二聚物制得的聚酯多元醇、由二醇二聚物制得的聚酯多元醇、二醇二聚物和其组合。
6.权利要求1的分散体，其中基于a(i)、a(ii)和a(iii)组分的总重量包含至少5wt％的组分(a)(i)。
7.权利要求1的分散体，其中所述多异氰酸酯选自二环己基甲烷4，4′-二异氰酸酯，3，5，5-三甲基-1-异氰酰基-3-异氰酰基甲基环己烷，四亚甲基二异氰酸酯，1，3-双(异氰酰基甲基)环己烷，1，3-双(1-异氰酰基-1-甲基乙基)苯，二苯基甲烷4，4′-二异氰酸酯，4，4′，4″-三异氰酰基三苯基甲烷，多亚甲基多亚苯基多异氰酸酯，甲苯二异氰酸酯，二异氰酸-1，6-己二酯，十二甲撑二异氰酸酯，间二甲苯和对二甲苯二异氰酸酯，和其结合。
8.权利要求1的分散体，其中组分(a)(iii)选自(i)包含离子基的化合物，(ii)含有能够形成离子基的组成部分的化合物，(iii)包含聚酯、聚醚或具有碳原子与氧原子比值为5或更少的聚碳酸酯基团的化合物，和(iv)其混合物。
9.权利要求8的分散体，其中组分(a)(iii)是具有下式结构的阳离子化合物R-N+(R2)[(CH2CH2O)nH]2X-其中R是任选在链内和/或链上被N、O或S或其结合取代的C1-C18烷基或C6-C18芳基或芳烷基；R2是氢或C1-C18烷基；n是大约1-200的整数；和X是卤素，硫酸根，甲基硫酸根，乙基硫酸根，乙酸根，碳酸根，或磷酸根。
10.权利要求8的分散体，其中组分(a)(iii)是具有下式结构的化合物 其中每个R1独立地是含有醚或酯官能团的二价的脂族基，具有平均分子量200-600，所述醚或酯官能基选自-CH2-CH2-(OCH2-CH2-)n-，-C(CH3)H-CH2-(OC(CH3)H-CH2-)n-，-(CH2)4-(O(CH2)4)n-，-(CH2)m-CO-[-O-(CH2)m-CO-]n-基团，和其混合物；其中m是2-5的整数，n是2-15的整数，和M选自Na、H、K、Li、铵、甲基铵、丁基铵、二乙基铵、三乙基铵、四乙基铵和苄基三甲基-铵阳离子。
11.权利要求1的分散体，其中增链剂选自水；乙二胺；1，6-己二胺；哌嗪；三(2-氨基乙基)胺；胺封端的聚醚；己二酸二酰肼；草酸二酰肼；乙二醇；1，4-丁二醇；1，8-辛二醇；1，2-乙二硫醇；1，4-丁二硫醇；2，2′-氧基三(乙硫醇)；和聚(环氧乙烷)二醇和三醇的二和三巯基丙酸酯。
12.权利要求1的分散体，其中所述聚氨酯分散体的离子含量是每当量离子基约1000-15000克预聚物。
13.权利要求1的分散体，其中所述反应产物具有约5000至50000的重均分子量。
14.权利要求1的分散体，其中所述分散体进一步包含低级醇。
15.权利要求14的分散体，其中所述低级醇选自乙醇、正丙醇和2-丙醇和其组合物。
16.权利要求14的分散体，其中基于组合物总重量所述组合物包含至少20wt％的所述低级醇。
17.一种包含权利要求1所述分散体的冷密封粘合剂。
18.权利要求17的粘合剂，当涂覆和干燥成厚度为约0.025毫米的薄膜时，其显示出自粘性。
19.权利要求17的粘合剂，其自粘附值大于5牛顿/分米。
20.权利要求17的粘合剂，其与玻璃的粘附值小于10牛顿/分米。
21.一种包含权利要求1所述分散体的产品，所述产品选自自封式信封、包装带、热敏产品、容器、书本包装、医药产品、医药包装材料和尿布密封包。
22.一种包含权利要求1所述分散体的粘性弹性绷带的饱和剂。
23.一种包含权利要求1所述分散体的化妆品应用，所述化妆品应用选自睫毛油、粉底、口红、扑面粉、眼线、眼影、唇膏、驱虫剂、指甲油、皮肤增湿剂、护肤霜、润肤液和防晒霜。
24.一种包含权利要求1所述分散体的头发护理组合物，所述头发护理组合物选自香波、调理剂、喷发胶、摩丝和发胶，其中所述头发护理组合物不是再成形头发定型组合物。
25.权利要求1的分散体，进一步包含选自去泡剂、流动和均化剂、流变改性剂、光稳定剂和其组合物的添加剂。
26.一种在醇和水混合物中稳定的聚氨酯分散体，所述分散体包含下述组分的反应产物(a)异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物，包含下述组分的反应产物(i)约20-30重量份的氢化聚丁二烯二醇，(ii)约15-30重量份的异佛尔酮二异氰酸酯，和(iii)约0-10重量份的磺化聚酯二醇和约25-75重量份的聚四氢呋喃二醇；(b)约0.05-5重量份乙二胺；和(c)约0-5重量份2-氨基-2-甲基-1-丙醇。
全文摘要
提供了一种聚氨酯分散体和其制备方法。该聚氨酯分散体可以稳定分散在醇和水混合物中。该分散体包含下述组分的反应产物(a)至少一种异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物，含有下述组分的反应产物(i)至少一种不溶于所述醇的多活性氢化合物，其中多活性氢化合物是任选由N、O和S取代的烷基、芳基或芳烷基结构；(ii)至少一种多异氰酸酯，和(iii)至少一种可溶于所述醇和水混合物的多活性氢化合物；(b)多官能增链剂；和(c)至少一种止链剂；其中所述二官能增链剂与预聚物异氰酸酯的当量比值为0.60∶1.20。
文档编号A61K8/00GK1444612SQ01813352
公开日2003年9月24日 申请日期2001年6月14日 优先权日2000年7月27日
发明者斯蒂芬·S·坎特纳, 马修·T·肖尔茨, 凯文·M·莱万多夫斯基 申请人:3M创新有限公司
技术领域：
本发明涉及一种冷密封粘合剂组合物，以在醇-水体系中的稳定聚氨酯分散体形式存在。
就用于涂料应用，聚氨酯聚合物可以通过在主链上结合稳定基团使之分散在水中。包括已经使用过阴离子、阳离子和非离子分散稳定基团。多种含水聚氨酯分散体已经由本领域技术人员制备出来。例如美国专利号3,479,310(Dieterich等)公开了适于用作防水涂层的水分散聚氨酯聚合物。该聚合物是从多羟基化合物、多异氰酸酯、任选的增链剂和足够量的含有离子盐型基团的组分制备的。美国专利号4,307,219(Larson)公开了一种由亲水二醇、疏水二醇、二异氰酸盐和任选的增链剂反应制备的可用水分散的聚氨酯树脂。该聚氨酯树脂可以用作防护涂层、底层涂料和粘合剂。
尽管聚氨酯的水分散体已经被广泛地公开了，本发明人没有查到任何涉及在醇-水溶剂体系中稳定的聚氨酯分散体的文献，尤其是在缺少亲水稳定组成部分时。由于至少两个原因，在水-醇(即醇-水)体系中的稳定聚氨酯分散体特别困难。
首先，向水中加入低级醇(例如C1到C4)，降低了溶剂体系的表面张力。例如，含有40％(重量)乙醇的水体系表面张力为大约31达因/厘米，与此相比，纯水体系的表面张力在大约20℃时为大约72达因/厘米。含有60％(重量)乙醇的水体系表面张力在大约20℃下为27达因/厘米。表面张力的减少可能影响在分散体制备中亲水和疏水区域的自聚积能力。其次，许多聚氨酯组分(即起始反应物)是可溶于水-醇溶剂体系的，结果形成溶液而不是分散体。聚合物溶液粘度基本上比聚合物分散体高，使得溶液在某些操作中难以加工，例如涂敷和喷雾操作。聚合物溶液与聚合物分散体相比固体含量百分数较低，使得前者在涂敷操作和在运输中更没有优势。较低的固含量溶液与分散体相比也需要较长的干燥时间，因为存在更大量的溶剂和更高的聚合物与溶剂间的亲合能。此外，可溶性聚合物的分子量通常比分散体的分子量更低。
美国专利号4,507,430(Shimada等)公开了一种水基的聚氨酯乳液，其中包括氢化聚链二烯多元醇组分和多异氰酸酯组分。Shimada公开了该材料可用作聚烯烃树脂的粘合剂或涂敷材料，并可以通过需要加热和增压的干燥层积应用于润湿和干燥或键合。其中没有公开在水-醇溶剂体系中的聚氨酯分散体。
美国专利号Re.34,730(Salatin等)公开了一种水性底涂组合物包括(a)一种包括下列组分的阴离子聚氨酯树脂(i)聚酯树脂组分，通过由至少50％(重量)C18-60的长链酸组成的羧酸组分和多元醇反应制备，和(ii)至少一种含有至少一个活性氢官能团和至少一个被胺中和的羧酸官能团的多官能化合物的混合物，(b)与交联剂结合的多异氰酸酯；和(c)流变能力控制剂。美国专利号5,326,815(Serdiuk等)公开了一种水性底涂组合物，包括(a)含水介质；(b)水-可分散的聚氨酯树脂，为下述组分的反应产物(i)羟基官能的聚酯树脂组分，是包括至少两种羧酸、C36脂肪族醇二聚物和短链多元醇的羧酸组分的反应产物，(ii)多官能化合物，含有至少一个活性氢基团和至少一个水-稳定基团，(iii)含活性氢封端或增链剂，和(iv)多异氰酸酯；和(c)一种氨基塑料交联剂。过量使用该含活性氢封端剂对异氰酸酯官能预聚物进行封端，以提供用于和交联剂反应的末端羟基。其它的专利包括美国专利号4,423,179(Guagliardo)，5,334,650(Serdiuk等)和5,370,910(Hille等)公开了在用于底漆组合物的水基聚氨酯分散体中，使用了衍生自二聚酸的聚酯或脂肪族醇二聚物。上述的参考文献中没有一个公开了在乙醇-水体系中的聚氨酯分散体。
美国专利号5,672,653(Frisch等)公开了一种阴离子的水基聚氨酯分散体，其制备通过(a)由羟基封端的聚丁二烯树脂、脂肪族异氰酸酯和含酸基团的二醇形成的预聚合物；(b)中和该酸；使其分散于水中；和(c)使用二元胺使预聚合物链增长。
本领域技术人员已经研讨过粘结剂的冷密封性能。例如，美国专利号5,616,400(Zhang)公开了一种片状材料，涂有一种干燥冷密封粘结剂，其基本上由50-80％的聚酯多元醇，15-25％脂肪族二异氰酸酯和3-6％用碱中和的二羟甲基丙酸的反应产物组成，所述反应产物的Tg值约为-20至5℃。美国专利号5,981,650(Zhao等)公开了一种含水的冷密封粘结剂分散体，其中包含30％到55％Tg值在-50℃至10℃的聚氨酯离子聚合物，它是聚酯多元醇和聚醚多醇共混物、脂肪族二异氰酸酯和二羟甲基丙酸的反应产物，具有在原处和0.05％到4％胶态无定形二氧化硅反应的含有机NCO组分。在这些专利中既没有公开使用不溶于醇的二醇低聚物，重要的是也没有公开通过使用止链剂控制分子量以赋予冷密封粘结剂性能。
水溶的或水可分散的聚氨酯已经公开供化妆品配方使用。EP656,021B1(Son等)，WO 96/14049(Emmerling等)，US5,643,581(Mougin等)，US5,874,072(Alwattari等)，US5,972,354(de la Poterie等)，WO 99/43289(Ohta等)，EP 938,889A2(Son等)和US5,968,494(Kukkala等)是代表。其中在制备聚氨酯中没有使用不溶于多活性氢化合物的低聚醇，例如不溶于二醇的醇低聚物。
上述讨论中既没有一种技术认识到通过使用止链剂控制分子量以赋予冷密封粘结剂性能的重要性，也没有提出在化妆品或医药配方中利用这些材料。
本领域需要一种在醇-水溶剂体系中稳定存在的聚氨酯分散体，其中该分散体是有一种或多种下列性能能够在水-醇体系中形成稳定的分散体，能够仅通过简单的环境蒸发在皮肤或头发上快速地形成薄膜，和能够实现高固含量水平。此外，由该分散体干燥形成的薄膜显示出一种或多种下列性能高自粘性附和低粘性，低潮湿敏感性和高拉伸强度。
这里使用的″分散体″通常是指一种二相系统，其中一相包含分散在整个主体物质中的离散微粒，该颗粒是分散相或内相，该主体物质是连续的或外相。在本发明中，连续相是醇-水混合物，且至少一部分聚氨酯作为分散颗粒存在。就″分散体″来说，它也意味着未必整个聚氨酯聚合物都是醇-水不溶解的；某些聚合物可溶于醇-水混合物。通过利用某些不溶于溶剂体系的组分，分散体是可以制得的。所希望的是分散体在环境条件下保持稳定。优选分散体在室温下稳定存在超过30天，优选大于90天，更优选大于180天，和最优选大于360天。
本发明的一个方面，当涂敷在基底上，聚氨酯聚合物的分子量有意地局限于制备一种材料，形成一种具有高粘合强度的薄膜，即该薄膜的自粘附高。此外，这些新配方中的许多具有与其他表面例如玻璃有非常低的粘性。
总之，一方面，本发明提供了一种在醇和水混合物中稳定的聚氨酯分散体，该分散体包括以下组分的反应产物(a)一种异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物，其中包括下述组分的反应产物(i)至少一种不溶于醇的多活性氢化合物，其中多活性氢化合物是任选由N、O、S和其结合取代的烷基、芳基或芳烷基结构(为了方便起见，称为″A″组分)，(ii)至少一种多异氰酸酯，和(iii)至少一种可溶于醇和水混合物的多活性氢化合物(为了方便起见，称为″B″组分)；(b)一种多官能增链剂；和(c)一种止链剂。在一个实施方案中，增链剂的活性氢与预聚物异氰酸酯的当量比值为0.6∶1-1.20∶1。在另一个实施方案中，止链剂为一种单官能羟基或胺。
在一个优选实施方案中，本发明的聚氨酯分散体在醇和水混合物中是稳定的，该分散体包括下述组分的反应生成物(a)一种异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物，其中包括下述组分的反应生成物(i)大约20-30重量份氢化聚丁二烯二醇，(ii)大约15-30重量份异氟尔酮二异氰酸酯，和(iii)大约0-10重量份磺化的聚酯二醇和(iv)大约25-75重量份聚四氢呋喃二醇；(b)大约0.05-5重量份乙二胺；和(c)大约0-5重量份2-氨基-2-甲基-1-丙醇。
在另一实施方案中，本发明的聚氨酯分散体被用作冷密封粘合剂。这里使用的术语″冷密封粘合剂″(一般称为″接触粘合剂″)意味着该粘合剂显示出良好的自粘附性能，通常在大约15℃-50℃的温度下与化学相异的表面不粘合或非常微弱地粘合。当彼此相对放置时，冷密封粘合剂通常需要适度的压力(例如施加指尖压力)以实现粘合，不需要使用高温。也就是说，粘合可以在室温下形成(即大约20℃-30℃)，并且甚至在较低的温度(例如大约15℃)，以及在高达大约50℃都可粘合。冷密封粘合剂通常不需要热固化或交联剂形成粘合。
这里使用的，一种材料具有″自粘附″性能，当它在压力下或作用力下择优地自身粘合或与化学上相似的材料粘合，不需要明显的高温(例如不需要大约50℃以上的温度)。优选本发明的组合物当在室温下大约20℃至30℃接触本身时立刻显示出自粘附性能。用于前面句子中的术语″立刻″意味着小于几分钟，例如大约5分钟，优选小于1分钟，更优选小于30秒，这取决于应用。
冷密封粘合剂与压敏粘合剂(PSA)不同。PSA通常在室温下具有粘性，需要适度压力以实现粘合(例如施加指尖压力)，而且与多种相异的基底粘合。PSA通常理解为一种在施加适度压力之后，显示出与多种基底永久和积极粘性的粘合剂。一种通用的PSA定量描述由Dahlquist标准曲线给出，它表明该材料具有储能模量(G’)小于大约3×105帕斯卡(于10弧度/秒，在大约20℃至22℃下测量)就具有PSA性能，具有G’超过该值的材料没有PSA性能。
本发明的聚氨酯分散体在许多需要冷密封性能的应用中有用。这些应用包括制造自封式信封；在需要避免加热的食品包装中的应用(特别是冰淇淋、糖块、茶叶袋、烘烤食品、点心、牛奶和乳制品、干燥和冷冻食品、巧克力及其他糖果、肉、饮料、调味品/香料、酱油和宠物食物)；密闭硬纸盒、袋，及其他容器；包装带；书藉封皮；香烟和洗涤剂包装；液体包装；和螺旋状包装纸、医药包装制品、尿布密封包和粘合于皮肤的医药制品。
本发明组合物的一个优点是利用了不溶于多活性氢化合物的醇低聚物。由于它的疏水性，该化合物提供了相对现有技术合成的冷密封粘结剂能更快地干燥和改进了水解稳定性。本发明组合物的另一个优点是它具有与低能量基底的粘附，类似于基于天然橡胶提供的冷密封粘结剂，但是没有与该粘结剂有关的缺点。该缺点包括变色、气味不良、在湿气中形成不合需要的泡沫、过敏症和由于天然胶乳蛋白质的存在导致过敏性休克的可能性。
本发明组合物的另一优点是它除显示出自粘附性能以外具有低粘度和快速干燥特性。因此，该组合物适合于用作在制备例如在美国专利号4,699,133(Schafer等)，5,230,701(Meyer等)，5,692,937(Zhang)和5,843,523(Mazza等)中公开的粘性弹性材料绷带过程中的饱和剂。
本发明组合物的另一个优点是它具有形成疏水性薄膜的能力，使得它可用于化妆品应用。该应用需要一定量的防水性、抗转移能力或直接与皮肤、指甲或头发接触。该应用包括例如化装用化妆品或护理化妆品的应用例如睫毛油、粉底、口红、扑面粉、眼线、眼影、驱虫剂、指甲油、皮肤增湿剂、护肤霜和润肤液、唇膏和防晒霜。
当本发明的分散体用于头发护理产品时，例如洗发剂和调理剂和类似物，该分散体可以提供更快地干燥性能。当以较低浓度和其它头发定型树脂共同使用时，它也可以改进头发定型试剂的抗湿性。此处所述的头发护理产品不是″再成形″头发定型组合物。“再成形″头发定型组合物意思指一种可以在不使用新材料或加热下进行修复或修饰的组合物。例如，为了恢复或修饰发型，防止″下垂″或损失定型(蓬乱)，不需要新材料，例如水或任何形式的固定剂，或加热。该组合物可以是耐用的，例如10-24小时，产生一种持久的定型效果。
在医药制品应用中，皮肤可以涂有本发明的聚氨酯分散体，并且使其干燥形成薄膜。医药制品也可以通过预涂覆本发明分散体附着在薄膜上。本发明组合物的一个重要优点是可以粘附在皮肤上，不需要在应用中再除去，例如造口或伤口敷料，以防止皮肤剥离。该粘结剂由本发明的聚氨酯分散体制成，也可以用于任何需要在环境温度下自密封的应用。发明详述总之，本发明分散体是通过形成异氰酸酯封端的聚氨酯预聚合物，对该预聚合物进行链增长，和对该预聚合物进行链封端以产生可稳定并分散在醇-水溶剂体系中的聚氨酯聚合物。尽管目前推荐以上述步骤顺序进行，但是这些不是必需的。步骤的顺序可以变化，某些步骤可以结合，例如链增长和链终止或预聚合物形成和链终止等。下面详细地论述进行时所必需的步骤和组分。使用中，该分散体通常涂敷在基底上，例如衬垫，干燥和固化以形成薄膜。
这里使用的术语″异氰酸酯封端的聚氨酯预聚合物″(或者称为″异氰酸酯官能化的聚氨酯预聚合物″)表示至少一种多异氰酸酯和至少一种多活性氢化合物(即多元醇)的反应产物。通常，该反应在具有摩尔过量的异氰酸酯基时发生以制备低聚物，它可以具有尿烷、脲、硫代氨基甲酸乙酯官能团和其结合。该预聚合物制备时异氰酸酯基与活性氢反应基团的当量比例可以是大于1.6，优选大于1.8，最优选约2.0或更大。
本文中的术语“多元醇”包括按Zerevitanov试验含有活泼氢的化合物，该试验在C.R.Noller，Chemistry of Organic Compounds，第6章，P121-22(1997)中描述。术语″多元醇″的表示一种平均官能度大于1的化合物，优选官能度大于1.8，最优选约2.0或更大，但是小于约6，优选小于约4，最优选约3或较少。可以理解包括的化合物具有(i)在伯、仲和叔碳原子上的醇基，(ii)伯和仲胺，(iii)硫醇，和(iv)这些官能团的混合物。因此，本发明的聚氨酯分散体可以包含脲键，例如由异氰酸酯官能化的聚氨酯和胺的反应，这些聚合物更适于被称为″聚氨酯-脲″。可用于制备预聚合物的多元醇具有62-10,000的分子量，优选200-5,000，最优选从400-3,000。
优选″A″组分浓度至少为5％，优选至少10％，最优选至少20％(重量)，基于″A″组分、多异氰酸酯和″B″组分的总重量。后两个组分下文详细地论述。″A″组分不溶于醇水混合物中的醇以形成分散体。惯用语″不溶于″通常表示在大约25℃下至少1克的化合物不可溶于约4克的醇。某些多元醇可能需要加热熔化，使用此表征鉴定方法来判断它们是否不溶。
适于用作″A″组分的多元醇具有任选由N、O、S和其结合在链内和/或链上取代的烷基、芳基或芳烷基结构。″A″组分具有优选超过约300的数均分子量，更优选超过约400，最优选超过约500，但是优选低于约10000，更优选低于约5000和最优选低于约3000。
可以使用单体多元醇，例如可从Uniqema NorthAmerica、ChicagoIL，USA购得的PRIPOL 2033，即C36脂肪族醇二聚物。优选多元醇低聚物具有平均从约1.6到约4的羟基或氨基。一种优选的可用作″A″组分多元醇低聚物类型是基于二酸和/或二醇的脂族聚酯多元醇，它具有大于10个碳原子，优选大于20个碳原子。工业上优选的聚酯多元醇是PRIPLAST 3191、3192、3196、3197、1906和1907，来自UniqemaNorthAmerica，Chicago，IL，USA，它们被认为基于36个碳原子的二酸和/或二醇。用于制备这些二醇具体成分相信是用于PRIPLAST 3192-二聚酸、己二酸和1，6-己烷二醇；用于PRIPLAST 3193-二聚酸和乙二醇；用于PRIPLAST 3194-二聚酸、己二酸和乙二醇；用于PRIPLAST3196-二聚酸和1，6-己二醇；用于PRIPLAST 3197二聚酸和二聚二醇；用于PRIPLAST 1906--间苯二酸和二聚二醇；和用于PRIPLAST 1907-对苯二酸和二聚二醇。术语″二聚酸″被理解为一种由不饱和的C18脂肪酸的二聚作用形成的C36二酸。术语″二聚二醇″被理解为一种由C36二聚酸的氢化作用形成的C36双官能的多元醇。另一种优选的多元醇低聚物是羟基封端的聚链二烯包括聚丁二烯和聚异戊二烯。工业上优选的羟基封端的聚丁二烯是来自ElfAtochem NorthAmerica，Philadelphia，PA.USA的POLY bd树脂。
另一优选的多元醇低聚物是氢化的聚链二烯多元醇，包括氢化聚异戊二烯和氢化聚丁二烯，后者具有不少于19％(重量)的1，2-丁二烯的加入量。工业上优选的氢化聚丁二烯二醇包括来自Shell Chemical，Houston，TX，USA的KRATON L2203和来自Mitsubishi Chemical，Tokyo，Japan的POLYTAIL树脂。一种优选的聚胺低聚物类型是胺封端的丁二烯聚合物和丁二烯-丙烯腈共聚物。一种可买到的优选的胺是来自B.F.Goodrich，Cleveland，Ohio，USA的HYCARATBN。
基于美国专利号5,679,754(Larson等)的教导，当使用硅氧烷多元醇和全氟烃基官能多元醇时，因为它们的低表面能性能可能降低所需的粘附特性，优选用量不大于全部组合物的约5wt％。
除不溶于多元醇的醇以外，低分子量″单体″多元醇可以用于形成预聚合物。单体多元醇的例子包括乙二醇，丙二醇，丁二醇，己二醇，二甘醇，1，1，1-三羟甲基丙烷，季戊四醇，氨基乙醇等。当使用时，优选单体多元醇的量保持较低以将预聚合物的粘度减到最低。
用于形成预聚合物的多元醇和异氰酸酯的用量影响最终的聚合物的物理和化学性能。可能变化的性能包括但是不局限于韧性、吸水性、拉伸强度、模量、抗磨性、最低成膜温度、玻璃化转变温度、抗紫外线性能、抗水解性能和色泽稳定性。通常，较长链的多元醇易于提供由分散体构成的薄膜，该薄膜更易延展并且具有较低的Tg值、较高的延伸率和较低的拉伸强度。相反，较短链的多元醇倾向于提供具有高模量、更大拉伸强度和较高Tg值的薄膜。脂肪族多元醇倾向于提供具有较低吸水性的材料，然而在主链含有杂原子(例如聚醚多元醇)的二醇倾向于增加吸水性。薄膜中剩余水的含量可能影响它的拉伸和伸长性能。当抗水解性能重要时，应该选择水解稳定的多元醇例如聚醚和聚硅氧烷多元醇，以及基于聚烯烃主链的多元醇。可以使用抗水解的聚酯多元醇，如基于疏水亚单元(PRIPLAST多元醇，购自Unigema)，基于间苯二酸，以及基于聚己内酯多元醇的聚酯多元醇。
可用于形成异氰酸酯官能化聚氨酯的代表性多异氰酸酯包括脂肪族和芳香族多异氰酸酯。适合的多异氰酸酯优选是脂肪族或环脂族异氰酸酯。不太优选芳香族异氰酸酯，因为它们在紫外线下易于变色，使得它们不适于在户外应用。特别优选的二异氰酸酯包括二环己基甲烷4，4′-二异氰酸酯(一般称为H12MDI)和3，5，5三甲基-1-异氰酰基-3-异氰酰基甲基环己烷(一般称为异氟尔酮二异氰酸酯或IPDI)，两者可以从Bayer Corp.，Pittsburgh，PA.，USA获得，商品名称分别为DESMODUR W和DESMODUR I。其它的优选的二异氰酸酯包括(i)四亚甲基二异氰酸酯，(ii)1，3-双(异氰酰基甲基)环己烷，(iii)1，3-双(1-异氰酰基-1-甲基乙基)苯，(iv)二苯基甲烷4，4′-二异氰酸酯(一般称为MDI)，(v)4，4′，4″-三异氰酰基三苯基甲烷，(vi)聚亚甲基聚亚苯基多异氰酸酯(一般称为聚MDI)，(vii)甲苯二异氰酸酯(一般称为TDI)，(viii)二异氰酸己二酯(一般称为HDI)，(ix)十二亚甲基二异氰酸酯，和(x)间和对二甲苯二异氰酸酯。
其他可用的多异氰酸酯包括在美国专利号No.3,700,643(Smith等)和3,600,359(Miranda)中公开的。也可以使用多异氰酸酯的混合物，例如可以从Dow Chemical Co.，Midland，MI.，USA获得的ISONATE 2143L。
通过使用含有至少一种醇-水溶性的多活性氢化合物的″B″组分制得的聚氨酯预聚物是醇-水可分散的。也就是说，″B″组分的作用主要是在水或醇-水溶剂体系中稳定聚氨酯分散体。短语″醇-水溶性的″通常意味着在大约25℃下，至少1克所述化合物可溶于大约4克醇-水混合物。加热熔化可能需要使用此鉴定方法的某些化合物以判断它们是否可溶。用于该鉴定方法的醇-水混合物应该与用于制备水-醇分散介质的醇-水混合物相同。赋予该化合物醇-水可溶性通过存在离子基，能够形成离子基的组成部分，或具有碳原子与氧原子的比值为5或更少的聚酯、聚醚、聚碳酸酯基团，优选4或更少，和其混合物。
当存在时，″B″组分的离子基可以是阴离子、阳离子或两性离子。阳离子的基团可以来自异氰酸酯或多元醇组分，但是最方便的是作为多元醇组分加入。阳离子的基团可以直接引入预聚物。例如，四级二醇例如VARIQUAT 1215可以直接反应引入预聚物。另外，一种前体基团可以反应引入预聚物，然后在随后的反应中补偿阳离子。例如，活性氢官能化的叔胺例如甲基二乙醇胺和其聚乙氧基化加合物可以引入预聚物主链，随后使用无机或有机酸进行质子化以形成离子盐，或者烷基化以形成季铵基团。与过氧化氢、丙磺内酯或内酯引入叔胺的反应得到两性离子组成部分。优选稳定的阳离子组分是水溶性很强的，通常在水中的溶解度至少1％(重量)，优选超过10％(重量)。优选稳定的阳离子化合物具有下式结构R-N+(R2)[(CH2CH2O)nH]2X-其中R是任选在链内和/或链上被N，O，S和其结合取代的C1-C18烷基或C6-C18芳基或芳烷基；R2是氢或C1-C18烷基；n是大约1-200的整数，优选1-50，最优选1-20；和X是卤素，硫酸根，甲基硫酸根(methosulfate)，乙基硫酸根(ethosulfate)，乙酸根，碳酸根，或磷酸根。
优选阳离子稳定的化合物包括质子化和烷基化甲基二乙醇胺，以及可以从CK Witco，Greenwich，CT，USA获得的分别为VARIQUAT638和VARIQUAT K1215的PEG 2氯化cocomonium和PEG-15氯化cocomonium。
可以引入具有单个活性氢基团的阳离子化合物。然而，它们不是优选的。
用于本发明的阴离子稳定剂可以存在于异氰酸酯组分或多元醇组分两者之一。通常和最方便地，阴离子稳定剂作为多元醇组分出现。阴离子基团可以是磺酸盐、膦酸盐、磷酸盐和羧酸盐，但是优选磺酸盐或羧酸盐两者之一，最优选磺酸盐。最优选的磺酸盐是在美国专利号4,738,992(Larson等)中所述的磺化多元醇。特别优选的磺酸盐是具有下列结构的聚二醇酯 其中每个R1独立地是二价的脂族基，具有平均分子量200-600，包括选自由聚(C2-C4烯化氧)构成的醚或酯官能团，优选-CH2-CH2-(OCH2-CH2-)n-，-C(CH3)H-CH2-(OC(CH3)H-CH2-)n-，-(CH2)4-(O(CH2)4)n-，-(CH2)m-CO-[-O-(CH2)m-CO-]n-基团，和其混合物，其中m是大约2-5的整数，n是大约2-15的整数，和M是阳离子，优选M是Na，但是M可以是H、K、Li或伯、仲、叔或季铵阳离子例如铵、甲基铵、丁基铵、二乙基铵、三乙基铵、四乙铵和苯甲基三甲基-铵阳离子。
合适的羧酸盐和羧酸官能化多元醇包括二羟甲基丙酸及其聚乙氧基化衍生物和酸接枝的聚醚，例如可以从Union Carbide SpecialtyChemicals Div.，Danbury，CT，USA获得的UCARMOD多元醇。可以在制备预聚物之前或之后用有机或无机碱中和。
为得到醇-水或水分散性，预聚物的离子当量(每当量离子官能团的预聚物克数)应该在1000-15000范围内，优选1500-12500，更优选2000-10000，最优选2500-7500。
为得到醇-水溶性，具有足够极性的非离子基团(例如醚或酯官能团，提供了碳原子与氧原子比值为5或更少)的多元醇低聚物的例子包括(i)聚氧化烯二醇、三醇和四醇，(ii)聚氧化烯二元胺和三胺，(iii)有机多羧酸和多元醇的聚酯二醇、三醇和四醇，和(iv)聚内酯二醇、三醇和四醇，分子量为106-大约2000。优选多元醇低聚物和聚胺包括(i)聚氧化乙烯均聚物(例如来自Union Carbide，Danbury，CT，USA的CARBOWAX系列)，环氧乙烷和环氧丙烷的嵌段共聚物(例如来自BASF Corporation，Mount Olive，NJ，USA的PLURONIC表面活化剂)，环氧乙烷和环氧丙烷的无规共聚物(例如来自Union Carbide，Danbury，CT，USA的UCON FLUIDS)，硅氧烷共聚多元醇，以及基于聚氧乙烯的表面活化剂，如美国专利号4,667,661(Scholz等)的公开，(ii)聚氧丙烯二醇和三醇，例如来自Arco Chemical，NewtownSquare，PA，USA的ACCLAIM系列多元醇，(iii)聚醚二元胺和三胺，例如可以从Huntsman Corporation，Salt Lake City，UT，USA获得的JEFFAMINE系列，(iv)聚醚多醇，例如可以从E.I.du Pont Co.，Wilmington，DE，USA获得的TERATHANE系列(这是一种聚四氢呋喃二醇)，和可以从Quaker Oats Co.，Chicago，IL，USA获得的POLYMEG系列，(v)聚酯多元醇例如MULTRON，这是一种聚(己二酸亚乙基酯)多元醇，可以从Bayer Corporation，Pittsburgh，PA，USA获得，(vi)聚碳酸酯二醇，例如可以从Stahl USACo.，Peabody，MA，USA获得，和(vii)聚己内酯多元醇，例如可以从Union Carbide，Danbury，CT，USA获得的TONE系列。也可使用多硫醚多元醇。
上述组分的形成预聚物的反应(即″A″组分，多异氰酸酯和″B″组分)取决于它们的选择。芳香族异氰酸酯通常比脂肪族异氰酸酯具有更大的反应性，可以与多元醇反应，不需要加热，因为该反应放热。该反应可以以100％固体进行(即很少至没有溶剂)，或可以在任选的不与异氰酸酯起反应的极性有机溶剂中进行。该溶剂包括，例如丙酮、甲基乙基酮(MEK)、甲氧基丙酮乙酸酯(PM乙酸酯)、二甲基乙酰胺、四氢呋喃、N-甲基-吡咯烷酮和其混合物。优选使用的溶剂不需要从最终的组合物中除去。也可以引入在预聚物中留下的溶剂和/或增塑剂成为最终分散体的组成部分。
当使用优选的脂肪族异氰酸酯和多官能醇时，理想的是选取高含固量浓度和升高的反应温度从大约50℃-80℃，以便在合理期间得到单体至聚合物的高转化率，例如少于八小时，优选少于三小时。优选实施方案包括在少量催化剂的存在下，通常将异氟尔酮二异氰酸酯或己撑二异氰酸酯和脂肪族伯或仲醇加热到大约80℃2小时。
可用的催化剂包括金属盐例如二月桂酸二丁基锡和二乙酸二丁基锡，和胺，例如三乙胺；DBU(1，8-二氨杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯，和DABCO(1，4-二氨杂双环[2.2.2]辛烷)；使用浓度从大约0.01至1.0mol％(相对于异氰酸酯试剂)。优选的催化剂是对皮肤无刺激性的和非皮肤敏感性的。最优选的催化剂是那些可以与聚合物主链键合的和不可浸出的，例如来自ElfAtochem NorthAmerica，Philadelphia，PA，USA的FASTCAT 4224，和某些醇和胺官能化的叔胺催化剂例如甲基二乙醇胺和四甲基胍。由大约100至1000克成批地制备中，通常每100克树脂总量使用大约0.1克的FASTCAT 4224。
调节多异氰酸酯与多元醇的比例使得预聚物的分子量为大约1000至25000。优选多异氰酸酯的当量超过多元醇的总当量(即活性氢的总当量)，优选过量当量从大约1.1∶1至6∶1，更优选大约1.5∶1至3∶1，最优选大约1.8∶1至2.2∶1。
一旦形成预聚物，应该增加分子量以产生具有所需性能的组合物。通过令预聚物和一种″增链剂″反应完成该步骤。这里使用的术语″增链剂″表示一种多活性氢化合物，具有官能度为大约2-4，更优选2-3，最优选大约2，通常分子量为大约30-2000，优选30-1000。优选的增链剂是多官能醇、胺或羧酸酰肼。最优选的增链剂是多官能胺和羧酸酰肼。
可用的多元胺包括乙二胺；1，6-己二胺；哌嗪；三(2-氨基乙基)胺；和胺封端的聚醚例如来自Huntsman Corporation，Salt Lake City，UT，USA的JEFFAMINE D230和JEFFAMINE D400。
可用的羧酸酰肼包括己二酸二酰肼和草酸二酰肼。尤其有用的多官能醇包括具有2-24个碳原子的亚烷基二醇，例如乙二醇；1，4-丁二醇；和1，8-辛二醇。可用的多元硫醇包括1，2-乙二硫醇；1，4-丁二硫醇；聚(环氧乙烷)二醇和三醇的2，2′-氧代(乙硫醇)，二和三巯基丙酸酯。水也可用作一种增链剂，由于它与异氰酸酯反应形成不稳定的氨基甲酸，它失去二氧化碳释放出一种胺，然后该胺可与另一个异氰酸酯反应。
当预聚物具有2或更少的官能度和增链剂是双官能时，异氰酸酯与活性氢在链增长阶段的比例优选为0.6∶1-1.2∶1，更优选0.75∶1-1∶1，最优选0.80∶1-1∶1(除了当水被用作仅有的增链剂的时候，无论在哪种情况下水应该大量地摩尔过量)。当预聚物的官能度高于2时，由于使用官能度大于2的多元醇或多异氰酸酯，存在于增链剂中的异氰酸酯与活性氢的比例应该相应地向下调节以防止凝胶化和维持聚氨酯聚合物的分子量在一个适当的范围，以提供冷密封性能。同样地，当预聚物的官能度为2或更少时，可以使用某些高官能度增链剂，例如少量三官能胺。
本发明的分散体在水或醇-水中具有相对高浓度的低级醇(通常超过20∶80w/w醇/水)。在该情况下，异氰酸酯与醇溶剂反应可以产生异氰酸酯官能化预聚物的端基。因此，优选使用多官能胺作为增链剂，因为胺比低级醇更具有与异氰酸酯的反应性，得到较好的对分子量的控制。当用于接触皮肤或头发的应用，其中涉及刺激性和/或敏感性时，最优选的异氰酸酯当量与胺当量的比例是大约1∶0.60-1∶0.99，以便保证在最终的分散体中很少至没有剩余的游离胺残留。
用作分散介质的溶剂选自低级醇(C1至C4支链或直链的脂族醇)、水和其混合物。优选的低级醇是乙醇、正丙醇和2-丙醇(iPA)。最优选的溶剂是水、IPA、乙醇和其混合物。优选醇与水的比例是20∶80-90∶10w/w，更优选该比例是70∶30-85∶15。通常，较高量的醇将导致分散体缩短干燥时间。
溶剂体系也可以包含另外的溶剂。例如，可以使用其它快速蒸发溶剂，例如六甲基二硅氧烷(HMDS)；环硅氧烷(D4和D5)；C4-C10链烷包括异链烷烃例如Permethyl 97A和Isopar C；丙酮；氢氟化醚(HFEs)和类似物。某些HFEs，例如HFE 7100在某些应用中具有额外的优点。当它以高于大约15至25％(重量)加入到水醇混合物时，组合物成为阻燃的。
在一种实施方案中，形成聚氨酯聚合物的反应可以通过使用止链剂类物质中止。该类物质中止聚合体链的增长，因此控制了聚合物的分子量和物理性能。在一种实施方案中，使用过量二元胺增链剂。该过量二元胺起止链剂的作用。另一种可用的止链剂是2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP)，基于聚氨酯聚合物的总重量，其用量大约0.1至2.0份。单官能胺或醇可用作止链剂。优选的单官能醇的例子是乙醇，它也可以起部分分散介质的作用。链终止可以发生在预聚物形成时，在链增长之前或之后，或者在分散于溶剂混合物之前或之后。在本发明中优选的方法中，胺止链剂与增链剂混合，在加入预聚物之前加入到溶剂中。制备分散体本发明分散体可以用许多方法制备。在第一种方法中，预聚物加入到溶剂中，可以用100％固体，或先用一种不同的溶剂稀释，随后该溶剂可以除去或不需除去。如果该溶剂是要除去的，优选是比水或低级醇更容易挥发。在另一种方法中，预聚物可以分散在溶剂混合物的部分或全部之中，或分散在随后加入其余溶剂的部分溶剂混合物中。在分散体形成之后加入的任一另外的溶剂优选缓慢加入以便确保分散体保持稳定性。在另一方法中，预聚物和/或分散体溶剂可以加热或冷却。在另一方法中，预聚物分散在溶剂中可以在链增长和止链剂加入溶剂混合物之前，同时或之后。
优选的分散方法包括加热预聚物至温度为大约45℃-80℃以降低其粘度。将加热的预聚物加入到包含溶剂的快速搅拌高剪切混合装置中，例如匀化器。此后，以预定速率加入胺，一种增链剂。另外，在某些配方中，可以首先将胺加入到溶剂混合物中，并将加热的预聚物加入到快速混合的溶剂混合物中。
至于醇-水体系，低级醇的含量优选为至少20％(重量)，更优选至少40％，更加优选至少60％，和最优选至少70％(重量)。优选低级醇的含量不超过90％和更优选不大于85％。这里使用的″固体含量百分数″定义为存在于分散体中的非挥发性组分的百分比。对于需要均匀连续的10至50微米涂层的冷密封应用，该固体含量百分数应该高于大约15％，优选大于25％，和最优选大于大约40％(重量)。用于其它较少需要或不需要连续的涂层的应用，可以使用低至2％和更少的固体含量百分数。
本发明的一方面，可以由分散体产生的薄膜具有与大部分表面例如皮肤、头发和玻璃极少的粘附，但是具有与自身较高的粘附。当根据本文所述的测试方法进行测试时，自身粘附与和玻璃的粘附的比例大于大约2∶1，优选大于大约3∶1，更优选大于大约5∶1和最优选大于大约10∶1。在某些实施方案中，该比例超过20∶1，甚至超过30∶1，尽管这样的高比例可能不为全部应用所需要。当用于冷密封应用时(它需要极少的粘性，但是需要高自身粘附)，优选与玻璃的粘附为少于大约10牛顿每分米(N/dM)，更优选少于大约8N/dM和最优选少于大约5N/dM，而与自身的粘附为大于大约10N/dM，优选大于大约20N/dM，更优选大于大约25N/dM和最优选大于大约30N/dM。
我们已经发现制备高自粘附涂层的必要条件是在最终的分散体中的聚氨酯的分子量。优选的重均分子量是大约5000-50000，更优选大约15000-35000和最优选大约20000-30000。当分子量过高时，得到的粘合剂具有非常小的自粘附作用。当分子量太低时，该粘合剂倾向于具有更高的粘性或与其它的基底的粘附性。
最终分散体中的聚合物的分子量可以用几种途经控制。第一种方法涉及用作分散介质的醇和水的比例。我们已经发现某些聚合物可以在醇和水的比例超过大约75∶25wt/wt时具有自粘附作用，优选超过80∶20，更优选等于或超过大约85∶15。然而不想受理论的限制，人们相信在更高的醇和水比例时，有更多的异氰酸酯与单官能醇溶剂反应，因此限制了分子量。也可相信的是更高的醇比例导致预聚物更好的溶剂化和溶解，因此也增加异氰酸酯基和单官能低级醇溶剂的反应可能性。
预聚物的分子量也可以通过用作溶剂的醇的类型来控制。伯醇可以比仲醇溶剂例如异丙醇导致更高的自粘附作用。
预聚物的分子量可以通过对分散体加工和对加入的增链剂的工艺来进一步控制。现在，我们相信首先将预聚物分散在溶剂中，随后以减慢的速率加入胺(作为增链剂)，也可以改善自粘附作用的水平。然而缓慢的胺加入速率可能增加粘性水平。
本发明优选的控制自粘附作用水平的方法是在链增长步骤之前或之中加入单官能胺。该方法将导致某些异氰酸酯基封端，因此限制了分子量。该单官能胺通常具有下列结构R1R2NH其中R1和R2独立地是H或任选在可利用的位置被N，O和S取代的C1-C22烷基；C6-C28芳基或C6-C28芳烷基，包括醇、叔胺、季胺、酮和羧酸取代。优选的单官能胺是那些如果残留在组分中未反应时具有低皮肤刺激性的，例如2-氨基-2-甲基丙醇或高级的烷基伯和仲胺与伯和仲链烷醇胺。
离子稳定剂的含量也可能影响自粘附作用。现在，人们相信较高含量的稳定剂可能导致较低的自粘附作用。
本发明的制剂中也可以包括增塑剂，它可以直接加入到预聚物或加入到溶剂混合物。使用增塑剂可以允许使用更少的溶剂，因此制备出更快干燥的薄膜。使用增塑剂时，应将基本预聚物制剂，以确保增塑的粘合剂具有足够的拉伸强度。这可能需要使用较低分子量的多元醇(较低NCO当量重量的预聚物)。优选的增塑剂是化妆品可接受的软化剂，例如在美国专利号5,951,993的17栏35行至21栏6行公开的。
可以加入其它的化合物以提高或得到特定的性能，条件是它们不影响涂敷和成膜性能。分散体可以包含去泡剂。特别有用的去泡剂包括例如SurfynolTMDF 110L(可以从Air Products & Chemicals，Inc获得的高分子量乙炔二醇非离子表面活性剂)，SWS-211(可以从WackerSilicone Corp.获得的聚硅氧烷添加剂)，DehydranTM1620(来自HenkelCorp.的改性多元醇/聚硅氧烷加成物)，Additive 65(可以从Dow Corning获得的聚硅氧烷添加剂)。
分散体也可以包含助流剂和均染机例如IgepalTMCO-630(一种可以从Rhone-Poulenc Surfactant & Specialty Div获得的乙氧基化壬基苯酚非离子表面活性剂)，FLUORAD FC-171(一种可以从3M公司获得的非离子表面活性剂)，FLUORAD FC-430(一种可以从3M公司获得的非离子表面活性剂)和RexolTM25/9(一种可以从Hart Chemical Ltd.获得的烷基苯酚乙醇盐非离子表面活性剂)。选择性地，分散体可以包含流变改性剂例如联合增稠剂AcrysolTMRM-825、Acrysol TT-935，它们都可以从Rohm和Haas公司获得。
为增加从这些分散体产生的涂层的使用寿命，特别是户外的应用，可以加入光稳定剂。可用的光稳定剂包括TinuvinTM400，(一种受阻胺光稳定剂)，TinuvinTM292(一种受阻胺光稳定剂)，两者的都可从Ciba-Geigy Ltd.购得。也可以加入抗氧化剂例如可以从Ciba-GeigyLtd.获得的IRGANOX 245，和可以从Uniroyl Chemicals获得的Naugard445，4，4′-双(α，α-二甲基苄基)二苯胺。至于经受紫外线(UV)降解作用的应用，每100重量份聚氨酯分散体使用至少大约0.1重量份的紫外线稳定剂以防止和阻止变黄和光降解。通常每100份聚氨酯分散体，使用大约0.1-10份，优选大约1-大约10份。
180°剥离粘附是在存放指定时间后，以特定的角度和除去速率，测量从基底上除去粘合涂层、可弯曲的表面材料需要的外力。它是根据Pressure-Sensitive Tape Council测试标准PSTC#1测定的。在我们的测试中，表面材料是一种0.0015英寸(38微米)的聚酯薄膜，停留时间是1分钟(除非另有说明)，拉出速率是每分钟12英寸(30.5厘米)。关于与玻璃粘附，在刚使用甲基乙基酮清洁过的玻璃板上放置1/2英寸(1.3厘米)乘6英寸(15厘米)的条。将玻璃板固定到来自Instrumentors，Inc.的I-Mass Peel Tester，Strongsville，OH，USA的平台上。使用一种4.5磅(2千克)橡胶辊将条带压在基底上两次(两次方向相反)。在停留1分钟之后，折叠条的一端直到几乎接触本身，使得与玻璃的角度为180°，并用I-Mass Tester的夹子夹住。从玻璃板分离粘合剂涂层的条所需的平均作用力被记录为与玻璃的粘附。通过乘以转换因子2.189，这些以每半英寸盎司为单位测量得到的作用力被转换为牛顿/分米(N/dm)。
一个样品的自粘附是通过将标准PSTC#1测试中的层压1/2英寸乘6英寸条改为涂覆粘合剂侧边的3/4英寸(1.9厘米)乘8英寸(20厘米)的条，相同的带两次通过2千克橡胶辊。在停留1分钟之后，将3/4英寸条和3M的SCOTCH双面带粘附在I-Mass Peel Tester的平台上，以180°剥离剥离1/2英寸条。磺基聚酯二醇前体的制备磺基聚酯二醇A将5-钠代磺基间苯二甲酸二甲酯(DMSSIP 337.3g，1.14mol，来自E.I.DuPont de Nemours，Wilmington，DE，USA)，二甘醇(DEG，424g，3.99mol，来自Aldrich Chemical Co.，Milwaukee，WI，USA)，和乙酸锌(0.82g，来自Aldrich)的混合物加热至大约180℃，并从反应混合物中蒸馏出甲醇副产物。在4.5小时之后，反应生成物的核磁共振分析显示出在反应产物中残余的甲酯少于大约1％。
在上述反应产物中加入二月桂酸二丁基锡催化剂(1.51g，2.4mmol，来自Alfa Chemical Co.，Ward Hill，MA，USA)，温度保持在大约180℃，在大约30分钟内分批加入ε-己内酯(650g，5.7mol，来自Aldrich)。当加入完成时，反应混合物保持在大约180℃4小时。产品被确定为磺基聚酯二醇A。
反应产物的羟基当量可按下述的方法测定。将5.12g产品混合物的样品溶于20mL的甲基乙基酮(MEK)。加入异佛尔酮二异氰酸酯(3.13g，14.1mmol，来自Aldrich)和二月桂酸二丁基锡(0.02g)。在大约80℃下加热溶液大约4小时。冷却溶液至室温。加入二丁基胺溶液(4毫升(mL)，在MEK中的1.72摩尔溶液)，搅拌溶液15分钟。然后加入20mL的甲醇和4至5滴溴酚蓝指示剂，使用2.17mL的1.0摩尔的盐酸水溶液滴定溶液至变黄终点。这相当于羟基当量为大约218(磺基聚酯二醇A的理论羟基当量为235)。磺基聚酯二醇B在装有机械搅拌器、氮气吹扫和蒸馏器的反应器中装入5-钠代间苯二甲酸二甲酯(700克，4.73当量，来自Du Pont，Wilmington，DE，USA)，分子量400的聚乙二醇(1947克，9.735当量，来自Union CarbideCorp.，Danbury，CT，USA)，和分子量为425的聚丙二醇(1947克，9.184当量，来自Arco Chemical Co.，Newton Square，PA，USA)。反应器被加热到345°F(174℃)在反应器中应用真空并保持大约1.5小时。用氮气中止真空。加入丁醇钛(3.6克)，将混合物加热至430°F(220℃)保持3小时，然后收集甲醇。然后温度降低至345°F(174℃)，对反应混合物施加真空1小时。随后将内容物冷却至200°F(93℃)，在氮气存在下排出，得到澄清无色的液体多元醇。测得该多元醇的OH当量重量为313克/摩尔OH(理论OH为305)。该多元醇混合物的理论磺化当量重量为1879克聚合物/摩尔磺酸酯。磺基聚酯二醇C在5升反应容器中装入4100克聚乙二醇-600(13.67当量)和505.67克5-钠代间苯二甲酸二甲酯(3.42当量)。原料在高真空、100℃下干燥1小时。随后加入四丁基钛酸酯(0.08wt％)加热至220℃，直至大约85％的理论甲醇已经除去。将反应温度降低至170℃并在真空下保持1小时，得到澄清淡黄色的材料。计算羟基当量重量为428，计算磺化当量重量为2632。实施例1至3实施例1至3显示了改变聚氨酯分散体的乙醇-水比例如何改变分子量，和因此改变的剥离粘附值。
在1升反应器加入下列组分使每批为600克120.6克(1.09 NCO当量)异氟尔酮二异氰酸酯；147.6克(0.089 OH当量)KRATON L-2203氢化聚丁二烯二醇(OH当量重量1660)，来自Shell Chemical Co.，Houston，TX，USA；296.4克(0.291 OH当量)TERATHANE 2000聚四氢呋喃二醇(OH当量重量1020)来自EI.du Pont Co.，Wilmington，DE，USA；6克(0.05 OH当量)SURFYNOL 104表面活化剂，一种来自Air Products，Lehigh Valley，PA，USA的二醇(OH当量重量113.2)；和24克(0.110当量)上述制备的磺基聚酯二醇A。该不透明的混合物在氮气下搅拌加热至大约80℃，并加入0.5克的二月桂酸二丁基锡催化剂。发生放热反应升温至大约90.5℃，继续在80±5℃搅拌下反应大约2.5小时。
然后，将60克得到产品的等分试样(理论上包含58.5毫克当量的残余的NCO)加入到200mL玻璃瓶中，其中在85.5克乙醇溶剂和4.5克水溶剂(比例95∶5，实施例1)中，或在76.5克乙醇和13.5克水(比例85∶15，实施例2)中，或在67.5克乙醇和22.5克水(比例75∶25，实施例3)中含有1.48克(49毫克当量的胺)乙二胺增链剂。中速搅拌得到乳白色40wt％固态分散体，基于全部重量。将得到的分散体涂敷到0.0015英寸(38微米)厚的聚酯薄膜上，润湿涂层厚度为大约0.005英寸(127微米)，在70℃的强制空气炉中干燥10分钟产生透明的薄膜，然后在恒温下(大约22℃)和恒湿下(大约50％相对湿度)老化过夜。样品使用上述的测试方法进行测试。结果列于下面的表I。
表I实施例1至3的测试数据
在实施例1的剥离试验中，注意到样品显示出无内聚性。这里提出的粘接强度是薄膜与其本身粘附的尺度。因此，实施例1不是一个在冷密封粘合剂应用上特别有用的实施方案。然而，实施例2和3显示出与玻璃的低粘附，但是与自身颇佳的粘附，使得它们更适用作冷密封粘合剂。实施例4至8实施例4至8显示出改变增链剂与止链剂的重量比如何影响聚氨酯分散体的分子量。
按照实施例1中使用的方法，将78.8克(47.5毫克当量OH)KRATON L-2203二醇，157.6克(154.5毫克当量OH)TERATHANE 2000二醇，12.0克(40毫克当量OH)上述制备的磺基聚酯二醇B，和51.5克(464.3毫克当量NCO)异氟尔酮二异氰酸酯加入到500mL反应器中，在氮气下加热并搅拌至大约80℃。加入大约两滴二月桂酸二辛基锡，发生放热反应升温至大约87℃。在反应进行大约2.5小时之后，混合物稍微冷却，装入30克等分试样(具有22.2毫克当量理论上未反应的NCO)到含有45克的85∶15乙醇与水溶液的乙二胺(EDA，增链剂)和以多种比例的2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP，止链剂)的100mL瓶中。使用来自Omni International，Marietta，GA，USA的Omni Macro均化器匀化该混合物。进行实施例1中所述的涂敷和测试，结果列于下面的表II。
表II实施例4至8的配方和测试数据
在测试中，实施例8显示出无粘合性。实施例9和10按照实施例1中使用的方法，将46.7克(28.1毫克当量OH)KRATON L-2203二醇，93.3克(91.5毫克当量OH)TERATHANE 2000二醇，20.0克(66.7毫克当量OH)上述制备的磺基聚酯二醇B，和40克(360.4毫克当量NCO)异氟尔酮二异氰酸酯加入到500mL反应器中，在氮气下加热并搅拌至大约80℃。加入1滴二月桂酸二辛基锡，发生放热反应升温至大约82℃。在反应进行大约2小时之后，混合物稍微冷却，装入30克等分试样(具有26.1毫克当量理论上未反应的NCO)到含有45克的85∶15乙醇与水溶液中的0.81克或0.65克(27毫克当量)EDA和0.48克(5.4毫克当量)AMP的100mL瓶中。使用Omni Macro均化器匀化该混合物.对比实施例A和B对比实施例A和B分别根据根据上述实施例9和10制备，只是将得到的聚氨酯分散体分散在100％水中。对比实施例A和B形成干酪样沉淀，不能涂覆。ND表示“未检测”。
表III配方和测试数据
实施例11至13按照实施例1中使用的方法，将36.8克(22.2毫克当量OH)KRATON L-2203二醇，73.6克(72.2毫克当量OH)TERATHANE 2000二醇，40.0克(133.3毫克当量OH)磺基聚酯二醇B，和49.6克(446.8毫克当量NCO)异氟尔酮二异氰酸酯加入到500mL反应器中，在氮气下加热并搅拌至大约80℃。加入1滴二月桂酸二辛基锡，发生放热反应升温至大约85℃。在反应进行大约2小时之后，混合物稍微冷却，将30克等分试样(具有32.9毫克当量理论上未反应的NCO)加入含有在45克的水或85∶15乙醇与水溶液中的1.00克(33毫克当量)EDA或0.80克(26.7毫克当量)EDA和0.60克(6.7毫克当量)AMP的100mL瓶中。使用Omni Macro均化器匀化该混合物。EDA/AMP/100％水溶液(实施例11)分散很好，并形成粗糙/模糊的涂层。按实施例1所述对其它进行涂层和试验。结果列于下面的表IV，其中ND表示“未检测”。对比实施例C对比实施例C类似于实施例12的制备，分散在100％水溶剂体系中。对比实施例C包含EDA增链剂，但是没有止链剂。它形成干酪样的沉淀，不能涂敷。表IV配方和测试数据
实施例14至17按照实施例1中使用的方法，将157.84克(95.1毫克当量OH)KRATON L-2203二醇，315.45克(309.3毫克当量OH)TERATHANE2000二醇，24.39克(81.3毫克当量OH)磺基聚酯二醇B，和103.4克(931.5毫克当量NCO)异氟尔酮二异氰酸酯加入到500mL反应器中，在氮气下加热并搅拌至大约55℃。加入3滴二月桂酸二辛基锡，发生轻微放热反应升温至大约80℃，保持大约2小时，混合物稍微冷却，装入90克等分试样(具有67.2毫克当量理论上未反应的NCO)到含有135克的85∶15乙醇与水的溶剂体系并含有多种比例的EDA与AMP的500mL瓶中。使用Omni Macro均化器匀化该混合物。进行实施例1中所述的涂覆和测试，结果列于下面的表V。
表V实施例14-17的配方和测试数据
实施例18至21按照实施例1中使用的方法，将52.55克(31.7毫克当量OH)KRATON L-2203二醇，105.09克(105.1毫克当量OH)来自AldrichChemical Co.的聚乙二醇2000二醇，8克(36.7毫克当量OH)磺基聚酯二醇B，和34.34克(30.9毫克当量NCO)异氟尔酮二异氰酸酯加入到500mL反应器中，在氮气下加热并搅拌至大约80℃。加入2滴二月桂酸二辛基锡，发生放热反应升温至大约86℃，反应持续大约2小时，然后混合物稍微冷却，装入30克等分试样(具有20.4毫克当量理论上未反应的NCO)到含有45克水或85∶15乙醇-水的溶剂体系含有多种比例EDA与AMP的200mL瓶中。使用Omni Macro均化器匀化该混合物，在任何情况下分散良好。当从烤箱上除去时，涂层透明，具有粘性，但是在过夜老化后，有轻微模糊，与玻璃或自身没有粘性。实施例22至24按照实施例1中使用的方法，将78.85克(47.5毫克当量OH)KRATON L-2203二醇，157.6克(157.6毫克当量OH)来自EM Science，Gibbstown，NJ，USA的聚乙二醇2000二醇，12.2克(40.7毫克当量OH)磺基聚酯二醇B，和52.25克(470.7毫克当量NCO)异氟尔酮二异氰酸酯加入到500mL反应器中，在氮气下加热并搅拌至大约80℃。加入2滴二月桂酸二辛基锡，发生放热反应升温至大约81℃，反应大约2小时后，混合物稍微冷却，装入30克等分试样(具有22.4毫克当量理论上未反应的NCO)到含有45克的85∶15乙醇与水的溶剂混合物并含有多种比例EDA与AMP的100mL瓶中。使用OmniMacro均化器匀化该混合物。进行实施例1中所述的涂覆和测试，结果列于下面的表VI。表VI实施例22-24的配方和测试数据
实施例25至28按照实施例1中使用的方法，将25克(15.1毫克当量OH)KRATONL-2203二醇，50克(40.5毫克当量OH)来自Texaco Chemical，Houston，TX，USA的TEXOX 5WL-1400，分子量2470，75/25的乙二醇/丙二醇无规共聚物二醇，4克(13.3毫克当量OH)磺基聚酯二醇B，和15.3克(137.8毫克当量NCO)异氟尔酮二异氰酸酯加入到500mL反应器中，在氮气下加热并搅拌至大约80℃。加入1滴二月桂酸二辛基锡，反应持续大约2小时后，混合物稍微冷却，装入30克等分试样(具有14.7毫克当量理论上未反应的NCO)到含有30克水或85∶15乙醇与水的溶剂混合物并含0.42克(14毫克当量)EDA或0.37克(12.3毫克当量)EDA和0.13克(1.5毫克当量)AMP的100mL瓶中。使用0mni Macro均化器均化该混合物。100％水分散体(实施例25和26)非常粘，进行实施例1中所述的涂覆和测试，结果列于下面的表VII。
表VII实施例25至28的配方和测试数据
实施例26在自剥落测试中显示出无内聚性。实施例27在自剥落测试中显示出部分分层。实施例28在全部自剥落测试中显示出无粘性。实施例29至31按照实施例1中使用的方法，将26.4克(15.9毫克当量OH)KRATON L-2203二醇，36.5克(182.5毫克当量OH)来自AldrichChemical Co.的聚乙二醇，分子量400，4.8克(16.0毫克当量OH)磺基聚酯二醇B，和31.1克(280.2毫克当量NCO)异氟尔酮二异氰酸酯加入到500mL反应器中，在氮气下加热并搅拌至大约80℃。加入1滴二月桂酸二辛基锡，发生放热反应升温至大约97℃，反应持续大约1小时，这期间粘度增加.
将混合物稍微冷却，装入20克等分试样(具有13.3毫克当量理论上未反应的NCO)到含有30克水或85∶15乙醇与水溶剂混合物并含1.86克(62.0毫克当量)EDA或1.66克(55.3毫克当量)EDA和0.58克(6.5毫克当量)AMP的100mL瓶中。使用Omni Macro均化器匀化该混合物，稠糊剂不能分散在水中，但是可以困难的分散在醇-水中并产生粒状涂层。进行实施例1中所述的涂覆和测试，结果列于下面的表VIII。
表VIII实施例29至31的配方和测试数据
实施例32至37按照实施例1中使用的方法，将40.4克(24.3毫克当量OH)KRATON L-2203二醇，80.7克(65.3毫克当量OH)来自Texaco Chemical的TEXOX WL-1400，分子量2470，75/25的乙二醇/丙二醇无规共聚物二醇，6克(13.3毫克当量OH)磺基聚酯二醇B，和23.1克(208.1毫克当量NCO)异氟尔酮二异氰酸酯加入到500mL反应器中，在氮气下加热并搅拌至大约80℃。加入1滴二月桂酸二辛基锡，发生放热反应升温至大约82℃。
在反应2小时后，将混合物稍微冷却，装入20克等分试样(具有14.0毫克当量理论上未反应的NCO)到含有30克水或85∶15乙醇-水溶液并含0.40克或0.41克(分别为13.3或13.7毫克当量)EDA和13.9克(13.9毫克当量)来自Huntsman Corporation，Salt Lake City，UT，USA.的JEFFAMINE ED2001分子量2000的聚氧乙烯二胺的100mL瓶中。TWEEN 40和STANDAPOL ES2表面活性剂以2wt％活性加入到选择的分散体中。使用Omni Macro均化器匀化该混合物，全部样品具有良好分散性。进行实施例1中所述的涂覆和测试，结果列于下面的表IX。
表IX实施例32至37的配方和测试数据
实施例38至41按照实施例1中使用的方法，将78.8克(47.5毫克当量OH)KRATON L-2203二醇，51.6克(464毫克当量OH)TERATHANE 2000二醇(T-2000)，12.2克(40.7毫克当量OH)磺基聚酯二醇B，和51.6克(464毫克当量NCO)异氟尔酮二异氰酸酯加入到500mL反应器中，在氮气下加热并搅拌至大约60℃。加入3滴二月桂酸二辛基锡，发生放热反应升温至大约77℃。反应温度增加至80℃，保持2小时。
将混合物稍微冷却，装入50克预聚物等分试样(具有40.0毫克当量理论上未反应的NCO)到含有60克85/15的乙醇/水混合物的200mL瓶中。在预聚物很好分散后一次加入包含在15克85∶15醇-水中的1.04克(34.7毫克当量)EDA和1.9毫克当量多种胺中止剂的混合物。具体使用的胺中止剂是0.17克2-氨基-2-甲基-1-丙醇(实施例38)，0.36克十二烷胺(实施例39)，0.52克十八烷胺(实施例40)和0.77二(十二烷基)胺(实施例41)。进行实施例1中所述的涂覆和测试，结果列于下面的表X。
表X实施例38至41的配方和测试数据
实施例42至45按照实施例38至41中使用的方法，将77.0克(76.9毫克当量OH)来自Uniqema的PRIPLAST 3197，分子量2000，二酸二聚物和二醇二聚物的聚酯二醇，154.0克(151毫克当量OH)TERATHANE 2000二醇，12.2克(40.7毫克当量OH)磺基聚酯二醇B，和56.8克(511毫克当量NCO)异氟尔酮二异氰酸酯以相同的方式进行反应和分散。
表XI实施例42至45的配方和测试数据
实施例46至49按照实施例38至41中使用的方法，将78.8克(47.5毫克当量OH)KRATON L-2203二醇，154.0克(152毫克当量OH)分子量为2200的聚丙二醇(PPG 2200)，12.2克(40.7毫克当量OH)磺基聚酯二醇B，和51.6克(464毫克当量NCO)异氟尔酮二异氰酸酯以相同的方式进行反应和分散。
表XII实施例46至49的配方和测试数据
实施例50至55令实施例38至41和实施例46至49(分别使用Terathane 2000或PPG 2200)制得的预聚物与如下面表XIII所示的改变用量的乙二胺和氨基甲基丙醇反应。
表XIII实施例50至55的配方和测试数据
实施例56至59按照实施例1中使用的方法，将25.6克(20.5毫克当量OH)聚丁二烯多元醇(OH当量重量为1250，平均官能度大于2，由ElfAtochemPiladelphia，PA，出售，商品名为POLY bd)，51.4克(51.4毫克当量OH)TERATHANE 2000二醇，4.2克(13.4毫克当量OH)磺基聚酯二醇B，和18.9克(170毫克当量NCO)异氟尔酮二异氰酸酯加入到250mL反应器中，在氮气下加热并搅拌至大约60℃。加入2滴二月桂酸二辛基锡，发生放热反应升温至大约71℃。反应温度提高至80℃，保持2小时。
将混合物稍微冷却，搅拌下装入20克预聚物的等分试样(具有16.9毫克当量理论上未反应的NCO)到含有30克85∶15乙醇-水混合物和包含用量变化的EDA和AMP的100mL瓶中。进行实施例1中所述的涂覆和测试，结果列于下面的表。
表XIV实施例56至59的配方和测试数据
实施例60至79按照实施例1中使用的方法，使KRATON L-2203二醇和TERATHANE 2000二醇以多种比例与异氟尔酮二异氰酸酯(iPDI)和配套的稳定剂包括来自Witco的VARIQUAT K1215阳离子二醇、分子量为600的聚乙二醇、二羟甲基丙酸(DMPA)、磺基聚酯二醇B反应，或者没有另外加入的稳定剂。将预聚物分散在包含下文详述的EDA增链剂和AMP止链剂的乙醇和水中。进行实施例1中所述的涂敷和测试，结果也列于下面的表XV。
表XV
化妆品实施例1制备了一种适用作防水防晒霜或驱虫剂的润肤液，其中加入了活性成分。使用列于表XVI中的A相和B相的特定组分和以重量百分数表示的用量制备水包油乳液。在分开的容器中连续的搅拌加热A相和B相至70℃，使用高剪切混合器将B相加入到A相并使之均匀。在冷却至室温之后，缓慢搅拌产生中等粘度的乳剂。
表XVI润肤液用水包油乳液
化妆品实施例2使用列于表XVII的A相和B相的特定组分和以重量百分数表示的用量来制备用于睫毛油的水包油乳液。在分开的容器中连续的搅拌加热A相和B相至90℃。使用高剪切混合器将B相加入到A相并使之均匀。在冷却之后，得到的糊状物提供了抗碎、防污和防水的睫毛油。
表XVII睫毛油用水包油乳液
化妆品实施例3通过向容器中装入35.7wt％十二烷基硫酸铵(28％固体)，24wt％laureth-2-硫酸铵(25％固体)，3wt％乙二醇二硬脂酸酯，1wt％古柯酰胺(cocamide)MEA和31.2wt％去离子水制备一种调理香波。将得到的混合物搅拌加热到80℃，加入在5wt％C12至C15烷基苯甲酸酯中含5wt％实施例16的分散体的混合物。在冷却之后，得到的珠光液体提供了一种在漂洗和快速干燥后具有良好保湿柔顺性的香波。化妆品实施例4按照下述方法制备透明指甲油将大约20份20％固体的来自3MCorporation，St Paul，MN，商品名为VS 80 Silicone Plus共聚物的接枝硅氧烷的丙烯酸酯共聚物乙醇溶液与1份实施例16的分散体溶液结合。提供了一种具有良好光泽和抗碎性的快速干燥透明指甲油。化妆品实施例5通过向容器中装入36wt％十二烷基硫酸铵(28％固体)，24wt％laureth-2-硫酸铵(25％固体)，3wt％乙二醇二硬脂酸酯，1wt％古柯酰胺(cocamide)MEA和6wt％去离子水制备一种香波。将得到的混合物搅拌加热到80℃得到珠光液体。在冷却之后，加入30wt％的含40wt％固体的实施例36的分散体，提供了一种具有泡沫光滑感觉的香波，当在2克头发样品上使用0.5毫升时，在漂洗和快速干燥后具有良好的保湿柔顺性。化妆品实施例6通过向容器中装入50wt％十二烷基硫酸铵(28％固体)，11wt％cocoampho二乙酸钠(50％固体)和9wt％去离子水制备一种香波。将得到的混合物搅拌加热到80℃得到透明液体。在冷却之后，加入30wt％的含40wt％固体的实施例36的分散体，提供了一种具有泡沫光滑感觉的乳状香波，当在2克头发样品上使用0.5毫升时，在漂洗和快速干燥后具有良好的保湿柔顺性。化妆品实施例7通过向容器中装入39wt％十二烷基硫酸铵(28％固体)，11wt％椰油酰氨基丙基甜菜硷(35％固体)和20wt％去离子水制备一种香波。将得到的混合物搅拌加热到80℃得到透明液体。在冷却之后，加入30wt％的含40wt％固体的实施例36的分散体，提供了一种具有泡沫光滑感觉的香波，当在2克头发样品上使用0.5毫升时，在漂洗和快速干燥后具有良好的保湿柔顺性。化妆品实施例8至19使用与化妆品实施例7相同的成分和方法，如下面的表所示改变聚合物分散体和水的用量，使得聚合物含量范围为0.5至11wt％。
这里引用的所有参考文献全文引入作为参考。
权利要求
1.一种在醇和水混合物中稳定的聚氨酯分散体，所述分散体包含如下组分的反应产物(a)至少一种异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物，其中包括下述组分的反应产物(i)至少一种不溶于所述醇的多活性氢化合物，其中多活性氢化合物是在其链中或链上任选由N、O或S或其结合取代的烷基、芳基或芳烷基结构；(ii)至少一种多异氰酸酯，和(iii)至少一种可溶于所述醇和水混合物的多活性氢化合物；(b)至少一种多官能增链剂；和(c)至少一种止链剂。
2.权利要求1的聚氨酯分散体，其中所述增链剂与预聚物异氰酸酯的当量比值为0.6∶1-1∶1.2。
3.权利要求1的聚氨酯分散体，其中所述止链剂是单官能的。
4.权利要求1的分散体，其中所述(a)(i)选自含有平均约1.6至4个羟基和/或氨基基团的多元醇低聚物和多元胺低聚物。
5.权利要求1的分散体，其中所述(a)(i)选自聚丁二烯多元醇、聚异戊二烯多元醇、氢化聚丁二烯多元醇、氢化聚异戊二烯多元醇、由二酸二聚物制得的聚酯多元醇、由二醇二聚物制得的聚酯多元醇、二醇二聚物和其组合。
6.权利要求1的分散体，其中基于a(i)、a(ii)和a(iii)组分的总重量包含至少5wt％的组分(a)(i)。
7.权利要求1的分散体，其中所述多异氰酸酯选自二环己基甲烷4，4′-二异氰酸酯，3，5，5-三甲基-1-异氰酰基-3-异氰酰基甲基环己烷，四亚甲基二异氰酸酯，1，3-双(异氰酰基甲基)环己烷，1，3-双(1-异氰酰基-1-甲基乙基)苯，二苯基甲烷4，4′-二异氰酸酯，4，4′，4″-三异氰酰基三苯基甲烷，多亚甲基多亚苯基多异氰酸酯，甲苯二异氰酸酯，二异氰酸-1，6-己二酯，十二甲撑二异氰酸酯，间二甲苯和对二甲苯二异氰酸酯，和其结合。
8.权利要求1的分散体，其中组分(a)(iii)选自(i)包含离子基的化合物，(ii)含有能够形成离子基的组成部分的化合物，(iii)包含聚酯、聚醚或具有碳原子与氧原子比值为5或更少的聚碳酸酯基团的化合物，和(iv)其混合物。
9.权利要求8的分散体，其中组分(a)(iii)是具有下式结构的阳离子化合物R-N+(R2)[(CH2CH2O)nH]2X-其中R是任选在链内和/或链上被N、O或S或其结合取代的C1-C18烷基或C6-C18芳基或芳烷基；R2是氢或C1-C18烷基；n是大约1-200的整数；和X是卤素，硫酸根，甲基硫酸根，乙基硫酸根，乙酸根，碳酸根，或磷酸根。
10.权利要求8的分散体，其中组分(a)(iii)是具有下式结构的化合物 其中每个R1独立地是含有醚或酯官能团的二价的脂族基，具有平均分子量200-600，所述醚或酯官能基选自-CH2-CH2-(OCH2-CH2-)n-，-C(CH3)H-CH2-(OC(CH3)H-CH2-)n-，-(CH2)4-(O(CH2)4)n-，-(CH2)m-CO-[-O-(CH2)m-CO-]n-基团，和其混合物；其中m是2-5的整数，n是2-15的整数，和M选自Na、H、K、Li、铵、甲基铵、丁基铵、二乙基铵、三乙基铵、四乙基铵和苄基三甲基-铵阳离子。
11.权利要求1的分散体，其中增链剂选自水；乙二胺；1，6-己二胺；哌嗪；三(2-氨基乙基)胺；胺封端的聚醚；己二酸二酰肼；草酸二酰肼；乙二醇；1，4-丁二醇；1，8-辛二醇；1，2-乙二硫醇；1，4-丁二硫醇；2，2′-氧基三(乙硫醇)；和聚(环氧乙烷)二醇和三醇的二和三巯基丙酸酯。
12.权利要求1的分散体，其中所述聚氨酯分散体的离子含量是每当量离子基约1000-15000克预聚物。
13.权利要求1的分散体，其中所述反应产物具有约5000至50000的重均分子量。
14.权利要求1的分散体，其中所述分散体进一步包含低级醇。
15.权利要求14的分散体，其中所述低级醇选自乙醇、正丙醇和2-丙醇和其组合物。
16.权利要求14的分散体，其中基于组合物总重量所述组合物包含至少20wt％的所述低级醇。
17.一种包含权利要求1所述分散体的冷密封粘合剂。
18.权利要求17的粘合剂，当涂覆和干燥成厚度为约0.025毫米的薄膜时，其显示出自粘性。
19.权利要求17的粘合剂，其自粘附值大于5牛顿/分米。
20.权利要求17的粘合剂，其与玻璃的粘附值小于10牛顿/分米。
21.一种包含权利要求1所述分散体的产品，所述产品选自自封式信封、包装带、热敏产品、容器、书本包装、医药产品、医药包装材料和尿布密封包。
22.一种包含权利要求1所述分散体的粘性弹性绷带的饱和剂。
23.一种包含权利要求1所述分散体的化妆品应用，所述化妆品应用选自睫毛油、粉底、口红、扑面粉、眼线、眼影、唇膏、驱虫剂、指甲油、皮肤增湿剂、护肤霜、润肤液和防晒霜。
24.一种包含权利要求1所述分散体的头发护理组合物，所述头发护理组合物选自香波、调理剂、喷发胶、摩丝和发胶，其中所述头发护理组合物不是再成形头发定型组合物。
25.权利要求1的分散体，进一步包含选自去泡剂、流动和均化剂、流变改性剂、光稳定剂和其组合物的添加剂。
26.一种在醇和水混合物中稳定的聚氨酯分散体，所述分散体包含下述组分的反应产物(a)异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物，包含下述组分的反应产物(i)约20-30重量份的氢化聚丁二烯二醇，(ii)约15-30重量份的异佛尔酮二异氰酸酯，和(iii)约0-10重量份的磺化聚酯二醇和约25-75重量份的聚四氢呋喃二醇；(b)约0.05-5重量份乙二胺；和(c)约0-5重量份2-氨基-2-甲基-1-丙醇。
全文摘要
提供了一种聚氨酯分散体和其制备方法。该聚氨酯分散体可以稳定分散在醇和水混合物中。该分散体包含下述组分的反应产物(a)至少一种异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物，含有下述组分的反应产物(i)至少一种不溶于所述醇的多活性氢化合物，其中多活性氢化合物是任选由N、O和S取代的烷基、芳基或芳烷基结构；(ii)至少一种多异氰酸酯，和(iii)至少一种可溶于所述醇和水混合物的多活性氢化合物；(b)多官能增链剂；和(c)至少一种止链剂；其中所述二官能增链剂与预聚物异氰酸酯的当量比值为0.60∶1.20。
文档编号A61K8/00GK1444612SQ01813352
公开日2003年9月24日 申请日期2001年6月14日 优先权日2000年7月27日
发明者斯蒂芬·S·坎特纳, 马修·T·肖尔茨, 凯文·M·莱万多夫斯基 申请人:3M创新有限公司
最新回复(0)