CN107001560A - 水性聚氨酯‑聚脲分散体和包含所述分散体的水性底色漆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水性聚氨酯‑聚脲分散体(PD)，其包含含于所述分散体中的聚氨酯‑聚脲颗粒，所述颗粒具有40‑2000nm的平均粒度且具有至少50％的凝胶分数。所述聚氨酯‑聚脲颗粒包含呈转化形式的(Z.1.1)至少一种包含异氰酸酯基且具有阴离子基团和/或可转化成阴离子基团的基团的聚氨酯预聚物，和(Z.1.2)至少一种包含至少两个掩蔽的伯氨基和一个或两个仲氨基的多胺，分散体(PD)包含至少90重量％程度的聚氨酯‑聚脲颗粒和水。本发明还涉及包含所述(PD)的底色漆以及可通过使用所述底色漆获得的多层漆。

Description

水性聚氨酯-聚脲分散体和包含所述分散体的水性底色漆

本发明涉及水性聚氨酯-聚脲分散体(PD)，以及包含分散体(PD)的着色水性底色漆材料。本发明还涉及所述分散体或包含所述分散体的水性底色漆材料用于改善底色漆材料和使用该底色漆材料制得的涂层的性能的用途。特别是就多层漆体系的结构而言，分散体(PD)以及包含该分散体的水性底色漆材料具有突出的性能。

现有技术

已知宽范围的不同基材上的多层漆体系，例如汽车工业中的金属基材上的多层漆体系。通常，这种多层漆体系从金属基材向外观察时包括电涂层，直接施加至电涂层上且通常称为头二道混合底漆的层，至少一个包含着色颜料和/或效应颜料且通常称为底色漆的涂层，和清漆。这些层和形成这些层所需的涂料组合物，即电涂材料、所谓的头二道混合底漆、包含着色颜料和/或效应颜料且称为底色漆材料的涂料组合物和清漆材料的基本组成和功能是已知的。因此，例如电涂层基本上用于保护基材免受腐蚀。所谓的头二道混合底漆层主要用于保护免受机械应力，例如石击，额外还用于消除基材中的不平整性。被称为底色漆的下一涂层主要用于产生美学性能，例如颜色和/或效果如随角异色，而随后的清漆层则特别用于赋予多层漆体系以抗划伤性和光泽。

这种多层漆体系及其制备方法例如描述于DE 199 48 004A1第17页第37行至第19页第22行，或者DE 100 43 405C1第3栏第[0018]段和第8栏第[0052]段至第9栏第[0057]段且结合第6栏第[0039]段至第8栏第[0050]段中。

已知的多层漆体系已经能够满足汽车工业所需的许多性能。近年来，在该类漆体系的环境性能方面也取得了进步，尤其是通过增加使用水性涂料，例如水性底色漆材料。

然而，就多层漆制备生产而言再三出现的问题在于形成不希望的空气、溶剂和/或水分夹杂物，这可能以整个漆体系表面下方的气泡形式变得明显，且可能在最终固化期间爆开。因此，在漆体系中形成的孔也称为针孔和爆孔(pop)，这导致了不利的视觉外观。所含的有机溶剂和/或水的量以及由于施加程序而引入的空气量过大，以至于全部量不能在固化期间由多层漆体系中逸出而不产生缺陷。

涂料材料的另一个重要的质量是合适的流变行为(施加行为)，特别是显著的结构粘度。一方面，当涂料材料在施加工艺(通常为喷涂施加)期间由于此时存在的高剪切而具有粘度时，存在结构粘度，该结构粘度如此低以至于其可合理地雾化；然后，另一方面，在施加到基材上之后，由于此时存在的低剪切而具有足够高的粘度，从而使得涂料材料具有足够的抗流挂性而不从基材上流挂或形成流挂。

多层漆体系的环境性能仍需要改进。实际上，这方面的贡献已经通过在水性漆中用水代替显著比例的有机溶剂而实现。然而，通过提高该类漆的固含量可以实现显著的改进。然而，尤其是在包含着色颜料和/或效应颜料的水性底色漆材料中，非常难以提高固含量，同时保持可接受的储存稳定性(沉降行为)和合适的流变性能或明显的结构粘度。因此，在现有技术中，结构粘度通常通过使用无机页硅酸盐来实现。尽管使用该类硅酸盐可导致非常好的结构粘度性能，然而所述涂料材料就其固含量而言需要改进。

涂料材料或漆(例如水性底色漆材料)的性能主要由其所含的组分—例如用作基料的聚合物决定。

因此，现有技术描述了宽范围的特定聚合物，其在涂料材料中的用途，及其对漆体系和涂层的各种性能的有利影响。

DE 197 19 924A1描述了一种制备含有氨基的聚氨酯的储存稳定分散体的方法，其制备包括使包含异氰酸酯基的聚氨酯预聚物与不具有伯氨基的特定多胺反应，且包括在反应之前或之后将其分散在水中。一个可能的应用领域是提供涂料材料。

DE 31 37 748A1再次描述了通过使包含异氰酸酯基的聚氨酯预聚物与特定多胺反应而制备的聚氨酯-聚脲的储存稳定水性分散体。一个可能的应用领域是在金属基材上提供涂层。

WO 2014/007915A1公开了一种使用包含聚氨酯-聚脲树脂的水性分散体的水性底色漆材料制备多层汽车涂装的方法。底色漆材料的使用对光学性质产生了积极影响，特别是使凝胶斑最小化。

WO 2012/160053A1描述了用于医疗仪器的亲水层组合，其中聚氨酯-聚脲树脂的水性分散体是用于制备该组合的组分。

同样描述了在各种涂料材料中使用微凝胶或该微凝胶的分散体，从而优化涂料体系的不同性能。正如所已知的那样，微凝胶分散体是一种聚合物分散体，其中一方面，所述聚合物以粒度为0.02-10微米的较小颗粒形式存在，例如(“微”凝胶)。然而，另一方面，所述聚合物颗粒时至少部分分子内交联的；因此，内部结构相当于典型聚合物网络的内部结构。然而，由于分子特性，这些颗粒呈处于合适有机溶剂中的溶液形式；与此相反，宏观网络只会溶胀。该类具有这种数量级(通常在文献中也被称为介观)的交联颗粒的体系的物理性质介于宏观结构的性能和分子液体的微观结构之间(参见例如G.Nimtz，P.Marquardt，D.Stauffer，W.Weiss，Science 1988，242，1671)。稍后将在下文更精确地描述微凝胶。

DE 35 13 248A1描述了一种聚合物微粒的分散体，其中分散介质为液态烃。制备包括使包含异氰酸酯基的预聚物与多胺如二亚乙基三胺反应。引述的优点是改善包含聚合物微粒的涂料的抗流挂性。

US 4,408,008描述了交联脲-氨基甲酸酯的稳定胶态水性分散体，其制备包括将包含异氰酸酯基且包含亲水性氧化乙烯单元的预聚物(其分散在水溶液中)与多官能胺扩链剂反应。由此制得的膜具有例如良好的硬度和拉伸强度。

EP 1 736 246A1描述了用于在汽车涂装领域中施加的水性底色漆材料，其包含分散在水中且具有20-95％交联分数的聚氨酯-脲树脂。该水性交联树脂以两步法制备，包括制备包含异氰酸酯基的聚氨酯预聚物，随后使该预聚物与多胺反应。将呈具有约80％固含量的丙酮溶液形式的预聚物分散在水中，然后与多胺反应。该交联树脂的使用导致多层漆体系的有利的光学性质。

DE 102 38 349A1描述了处于水中的聚氨酯微凝胶，其中明确地制得了一种具有60％交联凝胶分数的微凝胶。所述微凝胶用于水基底色漆材料中，它们在其中导致有利的流变性能。此外，通过在制备多层漆体系中使用水基底色漆材料，获得了就装饰性能和粘合性能而言的优点。

由于微凝胶分散体，特别是微凝胶水性分散体的非常有前景的性能，该类聚合物分散体被认为特别有希望用于水性涂料材料中。

然而应注意的是，该类微凝胶分散体或具有上述交联凝胶分数的聚合物的分散体必须以这样的方式设计：不仅产生所述的有利性能，而且还不对水性涂料材料的其他重要性能产生不利影响。因此，例如难以提供一方面具有所述的交联特性，然而另一方面具有允许适当储存稳定性的粒度的聚合物颗粒的微凝胶分散体。正如已知的那样，具有较大颗粒(例如大于2微米(平均粒度))的分散体具有增加的沉降行为，因此具有受损的储存稳定性。

问题

因此，本发明的问题首先是提供一种聚合物水性分散体，其可在水性涂料中，更特别地在底色漆材料中获得有利的性能。特别地，这些性能是指最终体现在漆体系中，尤其是使用该水性底色漆材料制得的多层漆体系的性能。要获得的质量首先应该包括良好的光学性质，更特别地良好的针孔性能和良好的抗流挂稳定性。然而，机械性能如粘合性或抗石击性也应该是突出的。然而，此处同样需要牢记的是，由其制得的聚合物水性分散体和底色漆材料具有良好的储存稳定性，并且用所述分散体配制的涂料材料可以以环境有利的方式制备，更特别地以高固含量制备。尽管具有高固含量，然而所述底色漆材料的流变行为应该是突出的。

技术解决方案

已经发现，所述问题可通过一种水性聚氨酯-聚脲分散体(PD)解决，其具有存在于分散体中的聚氨酯-聚脲颗粒，所述颗粒具有40-2000nm的平均粒度且具有至少50％的凝胶分数，所述聚氨酯-聚脲颗粒在每种情况下包含呈反应形式的：

(Z.1.1)至少一种包含异氰酸酯基且包含阴离子基团和/或可转化成阴离子基团的基团的聚氨酯预聚物，和

(Z.1.2)至少一种包含两个伯氨基和一个或两个仲氨基的多胺，

且分散体(PD)包含至少90重量％程度的聚氨酯-聚脲颗粒和水。

所述新型水性分散体(PD)在下文中也称为本发明的水性分散体。本发明水性分散体(PD)的优选实施方案由下文描述和从属权利要求知悉。

本发明同样提供了一种包含水性分散体(PD)的着色水性底色漆材料。

本发明还提供了一种使用所述着色水性底色漆材料制备多层漆体系的方法，以及可通过所述方法制得的多层漆体系。本发明进一步涉及所述着色水性底色漆材料用于改善多层漆体系的性能的用途。

已经发现，通过在水性底色漆材料中使用本发明的分散体(PD)，可以在使用所述底色漆材料制备的多层漆体系中获得突出的性能。首先值得提及的是良好的光学性质，更特别地良好的针孔行为和良好的抗流挂稳定性。然而，还突出的是机械性能如粘合性或抗石击性。同时，水性分散体(PD)和由其制备的底色漆材料表现出良好的储存稳定性。此外，用所述分散体配制的涂料材料可以以环境有利的方式制备，更特别地以高固含量制备。描述

本发明的水性分散体(PD)为聚氨酯-聚脲分散体。因此，这意味着存在于所述分散体中的聚合物颗粒是基于聚氨酯-聚脲的。该类聚合物原则上可通过例如多异氰酸酯与多元醇以及多胺的常规加聚而制备。然而，就本发明的分散体(PD)及其所含的聚合物颗粒而言，必须遵循特定的条件，这将在下文说明。

存在于水性聚氨酯-聚脲分散体(PD)中的聚氨酯-聚脲颗粒具有至少50％的凝胶分数(测量方法参见实施例部分)。此外，存在于分散体(PD)中的聚氨酯-聚脲颗粒的平均粒度为40-2000纳米(nm)(测量方法参见实施例部分)。

因此，本发明的分散体(PD)为微凝胶分散体。实际上，正如上文已述的那样，微凝胶分散体是一种聚合物分散体，其中聚合物一方面以较小颗粒或微粒的形式存在，另一方面聚合物颗粒是至少部分分子内交联的。后者意味着存在于颗粒中的聚合物结构等同于具有三维网络结构的典型宏观网络。然而，从宏观角度看，这种微凝胶分散体继续是聚合物颗粒在分散介质，例如水中的分散体。尽管颗粒也可以部分地具有彼此的交联桥(纯粹来源于制备方法，这很难排除)，然而所述体系仍然是其中包含具有可测量平均粒度的离散颗粒的分散体。

由于微凝胶表示介于支化和宏观交联体系之间的结构，因此它们结合了具有可溶于合适有机溶剂中的网络结构的大分子以及不溶性宏观网络的特征，因此交联聚合物的分数可例如仅在分离固体聚合物之后，且在移除水和任何有机溶剂和随后的萃取之后测定。此处利用的现象是，初始可溶于合适有机溶剂中的微凝胶颗粒在分离之后保持其内部网络结构，并且像宏观网络一样在固体中表现。交联可通过实验可确定的凝胶分数来验证。凝胶分数最终是分散体中不能以分子分散形式溶解在溶剂中而是作为分离固体存在的聚合物分数。此处，必须排除由于在分离聚合物固体之后的交联反应而导致的凝胶分数进一步增加。该不溶性分数又对应于以分子内交联颗粒或颗粒级分的形式存在于分散体中的聚合物分数。

在本发明的上下文中，已经发现只有具有粒度处于本发明必需范围内的聚合物颗粒的微凝胶分散体才具有所有所需的性能。因此，特别重要的是相当低的粒度，且然而显著的交联分数或凝胶分数的组合。只有这样才可获得有利的性能，更特别地，一方面，多层涂料体系的良好光学和机械性能的组合，以及另一方面，水性底色漆材料的高固含量和高储存稳定性。

存在于水性聚氨酯-聚脲分散体(PD)中的聚氨酯-聚脲颗粒优选具有至少60％，更优选至少70％，尤其优选至少80％的凝胶分数。因此，凝胶分数可高达100％或约100％，例如99％或98％。在这种情况下，全部或几乎全部聚氨酯-聚脲聚合物此时以交联颗粒的形式存在。

存在于分散体(PD)中的聚氨酯-聚脲颗粒优选具有40-1500nm，更优选100-1000nm，更优选110-500nm，甚至更优选120-300nm的平均粒度。特别优选的范围为130-250nm。

获得的聚氨酯-聚脲分散体(PD)是水性的。

就此而言，措辞“水性”是本领域技术人员所已知的。其基本上是指一种体系，其并非仅包含有机溶剂或主要包含有机溶剂作为其分散介质(也称为溶剂)；相反，其包含显著分数的水作为其分散介质。基于最大量的有机溶剂和/或基于水量定义的水性特征的优选实施方案稍后将在下文加以描述。

存在于分散体(PD)中的聚氨酯-聚脲颗粒在每种情况下包含呈反应形式的(Z.1.1)至少一种包含异氰酸酯基且包含阴离子基团和/或可转化成阴离子基团的基团的聚氨酯预聚物，以及(Z.1.2)至少一种包含两个伯氨基和一个或两个仲氨基的多胺。

当在本发明的上下文中提及时，例如就分散体(PD)的聚氨酯-聚脲颗粒而言的聚合物包含呈反应形式的某些组分，这意味着这些特定组分用作起始化合物以制备相应的聚合物。取决于起始化合物的特性，获得目标聚合物的相应反应以不同的机理进行。目前，在制备聚氨酯-聚脲颗粒或聚氨酯-聚脲聚合物时，组分(Z.1.1)和(Z.1.2)通过(Z.1.1)的异氰酸酯基与(Z.1.2)的氨基的反应而彼此反应，从而形成脲键。然后，聚合物当然包含呈脲基形式的先前存在的氨基和异氰酸酯基，换言之，呈它们的相应反应形式。然而，聚合物最终包含所述两种组分(Z.1.1)和(Z.1.2)，因为所述组分除反应的异氰酸酯基和氨基之外保持不变。因此，为了易于理解，据称所讨论的聚合物包含在每种情况下呈反应形式的组分。因此，措辞“聚合物包含呈反应形式的组分(X)”的含义可等同于措辞“在制备该聚合物中，使用了组分(X)”中的含义。

聚氨酯-聚脲颗粒优选由所述两种组分(Z.1.1)和(Z.1.2)组成；换言之，其由这两种组分制备。

水性分散体(PD)可通过特定的三步法获得。在所述方法的描述的上下文中，还提及了组分(Z.1.1)和(Z.1.2)的优选实施方案。

在所述方法的第一步(I)中，制备了特定组合物(Z)。

组合物(Z)包含至少一种，优选正好一种含异氰酸酯基且具有封闭的伯氨基的特定中间体(Z.1)。

中间体(Z.1)的制备包括使至少一种包含异氰酸酯基且包含阴离子基团和/或可转化成阴离子基团的基团的聚氨酯预聚物(Z.1.1)与至少一种衍生自包含两个封闭的伯氨基和一个或两个游离仲氨基的多胺(Z.1.2)的多胺(Z.1.2a)的反应。

包含异氰酸酯基且包含阴离子基团和/或可转化成阴离子基团的基团的聚氨酯聚合物原则上是已知的。就本发明而言，为了更容易理解，将组分(Z.1.1)称为预聚物。该组分实际上是可称为前体的聚合物，因为其用作制备另一组分，尤其是中间体(Z.1)的起始组分。

为了制备包含异氰酸酯基且包含阴离子基团和/或可转化成阴离子基团的基团的聚氨酯预聚物(Z.1.1)，可使用本领域技术人员已知的脂族、脂环族、脂族-脂环族、芳族、脂族-芳族和/或脂环族-芳族多异氰酸酯。优选使用二异氰酸酯。可提及例如以下二异氰酸酯：1,3-或1,4-亚苯基二异氰酸酯，2,4-或2,6-甲苯二异氰酸酯，4,4'-或2,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯，1,4-或1,5-亚萘基二异氰酸酯，二异氰酸酯基二苯醚，三亚甲基二异氰酸酯，四亚甲基二异氰酸酯，乙基亚乙基二异氰酸酯，2,3-二甲基亚乙基二异氰酸酯，1-甲基三亚甲基二异氰酸酯，五亚甲基二异氰酸酯，1,3-亚环戊基二异氰酸酯，六亚甲基二异氰酸酯，亚环己基二异氰酸酯，1,2-亚环己基二异氰酸酯，八亚甲基二异氰酸酯，三甲基己烷二异氰酸酯，四甲基己烷二异氰酸酯，十亚甲基二异氰酸酯，十二亚甲基二异氰酸酯，十四亚甲基二异氰酸酯，异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)，2-异氰酸酯基丙基环己基异氰酸酯，二环己基甲烷2,4'-二异氰酸酯，二环己基甲烷4,4'-二异氰酸酯，1,4-或1,3-双(异氰酸酯基甲基)环己烷，1,4-或1,3-或1,2-二异氰酸酯基环己烷，2,4-或2,6-二异氰酸酯基-1-甲基环己烷，1-异氰酸酯基甲基-5-异氰酸酯基-1,3,3-三甲基环己烷，2,3-双(8-异氰酸酯基辛基)-4-辛基-5-己基环己烯，四甲基二甲苯二异氰酸酯基(TMXDI)如四甲基间二甲苯二异氰酸酯基，或这些多异氰酸酯的混合物。当然也可使用所述二异氰酸酯的不同二聚体和三聚体，例如脲二酮聚体和异氰脲酸酯。还可使用更高异氰酸酯官能度的多异氰酸酯。其实例为三(4-异氰酸酯基苯基)甲烷，1,3,4-三异氰酸酯基苯，2,4,6-三异氰酸酯基甲苯，1,3,5-三(6-异氰酸酯基己基缩二脲)，双(2,5-二异氰酸酯基-4-甲基苯基)甲烷。可任选地通过与一元醇和/或仲胺反应来降低官能度。然而，优选使用二异氰酸酯，更特别地使用脂族二异氰酸酯，例如六亚甲基二异氰酸酯，异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)，二环己基甲烷4,4'-二异氰酸酯，2,4-或2,6-二异氰酸酯基-1-甲基环己烷，和四甲基间二甲苯二异氰酸酯(m-TMXDI)。当异氰酸酯基连接在脂族基团上时，换言之，当异氰酸酯基的α位不存在芳族碳时，将所述异氰酸酯基称为脂族的。

预聚物(Z.1.1)通过使所述多异氰酸酯与多元醇，更特别地二醇反应而制备，通常形成氨基甲酸酯。

合适的多元醇的实例为饱和或烯属不饱和的聚酯多元醇和/或聚醚多元醇。更特别地，所用的多元醇为聚酯多元醇，尤其是数均分子量为400-5000g/mol(测量方法参见实施例部分)的那些。该类聚酯多元醇，优选聚酯二元醇可以以已知的方式通过使相应的多元羧酸，优选二元羧酸和/或其酸酐与相应的多元醇，优选二元醇通过酯化反应而制备。此外，当然甚至可任选成比例地使用一元羧酸和/或一元醇来制备。聚酯二元醇优选为饱和的，更特别地为饱和和直链的。

用于制备该类聚酯多元醇，优选聚酯二元醇的合适芳族多元羧酸的实例为邻苯二甲酸，间苯二甲酸和对苯二甲酸，其中间苯二甲酸是有利的，因此优选使用。合适的脂族多元羧酸的实例为草酸，丙二酸，琥珀酸，戊二酸，己二酸，庚二酸，辛二酸，壬二酸，癸二酸，十一烷二甲酸和十二烷二甲酸，或六氢邻苯二甲酸，1,3-环己烷二甲酸，1,4-环己烷二甲酸，4-甲基六氢邻苯二甲酸，三环癸烷二甲酸和四氢邻苯二甲酸。作为二元羧酸，同样可使用二聚体脂肪酸或二聚的脂肪酸，正如已知的是，其是通过使不饱和脂肪酸二聚制备的混合物，例如以商品名Radiacid(获自Oleon)或Pripol(获自Croda)获得。在本文中，优选使用该类二聚体脂肪酸来制备聚酯二元醇。因此，优选用于制备预聚物(Z.1.1)的多元醇是使用二聚体脂肪酸制得的聚酯二元醇。尤其优选的是其制备中所用二羧酸的至少50重量％，优选55-75重量％为二聚体脂肪酸的聚酯二元醇。

用于制备聚酯多元醇，优选聚酯二元醇的相应多元醇的实例为乙二醇，1,2-或1,3-丙二醇，1,2-、1,3-或1,4-丁二醇，1,2-、1,3-、1,4-或1,5-戊二醇，1,2-、1,3-、1,4-、1,5-或1,6-己二醇，羟基新戊酸新戊酯，新戊二醇，二甘醇，1,2-、1,3-或1,4-环己二醇，1,2-、1,3-或1,4-环己烷二甲醇和三甲基戊二醇。因此，优选使用二元醇。当然，也可直接使用该类多元醇和/或二元醇来制备预聚物(Z.1.1)，换言之，直接与多异氰酸酯反应。

用于制备预聚物(Z.1.1)的其他可能性是多胺，例如二胺和/或氨基醇。二胺的实例包括肼，烷基-或环烷基二胺如丙二胺和1-氨基-3-氨基甲基-3,5,5-三甲基环己烷，氨基醇的实例包括乙醇胺或二乙醇胺。

预聚物(Z.1.1)包含阴离子基团和/或可转化成阴离子基团的基团(即可通过使用已知的中和剂和下文稍后所述的中和剂如碱转化成阴离子基团的基团)。正如本领域技术人员所知晓的那样，这些基团例如为羧酸、磺酸和/或膦酸基团，尤其优选羧酸基团(可通过中和剂转化成阴离子基团的官能团)以及衍生自上述官能团的阴离子基团，例如更特别的羧酸根，磺酸根和/或膦酸根，优选羧酸根。已知该类基团的引入能提高在水中的分散性。取决于所选的条件，所述基团可成比例地或几乎完全以一种形式(例如羧酸)或其他形式(羧酸根)存在。一个特别的有影响力的因素例如为使用前文已述且随后将在下文更详细描述的中和剂。如果将预聚物(Z.1.1)与该类中和剂混合，则一定量的羧酸基团被转化成羧酸根，其中该量对应于中和剂的量。然而，不论所述基团以何种形式存在，在本发明的上下文中通常选择统一的术语，以便更容易理解。例如当对聚合物，例如对预聚物(Z.1.1)指定特定的酸值时，或者当将该聚合物称为羧基官能的时，该措辞因此总是不仅涵盖羧酸基团，而且涵盖羧酸根。如果在这方面存在任何区别，则该区别例如通过使用中和度解决。

为了引入所述的基团，可在制备预聚物(Z.1.1)的期间使用起始化合物，其除用于在制备氨基甲酸酯键中反应的官能团(优选羟基)之外，进一步包含上述基团，例如羧酸基团。以此方式将所述基团引入预聚物中。

设想用于引入优选的羧酸基团的相应化合物为聚醚多元醇和/或聚酯多元醇，条件是它们含有羧基。然而，优选使用的化合物为任何比例的低分子量化合物，其具有至少一个羧酸基团和至少一个对异氰酸酯基具有反应性的官能团，优选羟基。在本发明的上下文中，与较高分子量化合物(特别是聚合物)相对地，措辞“低分子量化合物”应理解为意指可指定离散分子量的那些，优选单体化合物。因此，低分子量化合物更特别地不是聚合物，因为后者总是分子的混合物且必须使用平均分子量来描述。优选地，术语“低分子量化合物”应理解为意指具有小于300g/mol分子量的相应化合物。优选为100-200g/mol。

本文中优选的化合物例如为含有两个羟基的单羧酸，例如二羟基丙酸、二羟基琥珀酸和二羟基苯甲酸。非常特别的化合物为α,α-二羟甲基链烷酸如2,2-二羟甲基乙酸，2,2-二羟甲基丙酸，2,2-二羟甲基丁酸和2,2-二羟甲基戊酸，尤其是2,2-二羟甲基丙酸。

因此，预聚物(Z.1.1)优选为羧基官能的。其优选具有基于固含量为10-35mg KOH/g，更特别地15-23mg KOH/g的酸值(测量方法参见实施例部分)。

所述预聚物的数均分子量可在宽范围内变化，例如为2000-20000g/mol，优选为3500-6000g/mol(测量方法参见实施例部分)。

预聚物(Z.1.1)包含异氰酸酯基。优选地，其具有基于固含量为0.5-6.0重量％，优选1.0-5.0重量％，尤其优选1.5-4.0重量％的异氰酸酯含量(测量方法参见实施例部分)。

在预聚物(Z.1.1)包含异氰酸酯基的情况下，该预聚物的羟基值通常可能非常低。所述预聚物的羟值基于固含量优选小于15mg KOH/g，更特别地小于10mg KOH/g，甚至更优选小于5mg KOH/g(测量方法参见实施例部分)。

预聚物(Z.1.1)可通过已知和确定的方法在本体或溶液中制备，尤其优选通过使起始化合物在有机溶剂(例如，优选为甲基乙基酮)中在例如60-120℃的温度下且在任选使用通常用于制备聚氨酯的催化剂下制备。该类催化剂是本领域技术人员所已知的，一个实例为月桂酸二丁基锡。此处的程序当然是选择起始组分的比例，从而使得产物(换言之，预聚物(Z.1.1))包含异氰酸酯基。同样可直接看出的是，应对溶剂加以选择，从而使得它们不会与起始化合物的官能团发生任何不希望的反应，换言之，对这些基团是惰性的，从而达到它们不妨碍这些官能团的反应的效果。该制备优选实际上在下文稍后描述的有机溶剂(Z.2)中进行，因为该溶剂在任何情况下都必须存在于用于本发明方法步骤(I)中的制备的组合物(Z)中。

正如上文已述的那样，例如由于使用中和剂，预聚物(Z.1.1)中的可转化成阴离子基团的基团也可成比例地作为相应的阴离子基团存在。以此方式，可调节预聚物(Z.1.1)，因此还有中间体(Z.1)的水分散性。

设想的中和剂特别包括已知的碱性中和剂，例如碱金属和碱土金属的碳酸盐、碳酸氢盐或氢氧化物，例如LiOH、NaOH、KOH或Ca(OH)₂。同样适用于中和并且优选用于本发明上下文中的为含氮的有机碱，例如胺，例如氨、三甲胺、三乙胺、三丁胺、二甲基苯胺、三苯胺、二甲基乙醇胺、甲基二乙醇胺或三乙醇胺，及其混合物。

使用中和剂，更特别地使用含氮有机碱对预聚物(Z.1.1)进行中和可在于有机相中制备预聚物之后进行，换言之，在有机溶剂的溶液中，更特别地在如下所述的溶剂(Z.2)中进行。中和剂当然也可在实际聚合开始期间或之前加入，在这种情况下，例如含有羧酸基团的起始化合物被中和。

如果希望中和可转化成阴离子基团的基团，更特别地羧酸基团，则中和剂可例如以使得35-65％比例的基团被中和(中和度)的量添加。优选为40-60％(计算方法参见实施例部分)。

预聚物(Z.1.1)优选如所述的那样在其制备之后且在其用于制备中间体(Z.1)之前中和。

本文所述的中间体(Z.1)的制备包括使上述预聚物(Z.1.1)与至少一种，优选正好一种衍生自多胺(Z.1.2)的多胺(Z.1.2a)反应。

多胺(Z.1.2a)包含两个封闭的伯氨基和一个或两个游离仲氨基。

正如已知的那样，封闭的氨基是其中本来就以游离氨基存在的氮上的氢通过与封闭剂的可逆反应而被取代的那些。就封闭而言，所述氨基不能像游离氨基那样通过缩合反应或加成反应而反应，因此就此而言是非反应性的，由此使得它们与游离氨基区分开来。此时，氨基上本身已知的反应显然仅在再次移除可逆加合的封闭剂之后才能实现，从而再次产生游离氨基。因此，该原理类似于在聚合物化学领域中同样已知的封端或封闭异氰酸酯的原理。

多胺(Z.1.2a)的伯氨基可用本身已知的封闭剂来封闭，例如用酮和/或醛封闭。在这种情况下，该封闭产生不再含有任何氮-氢键的酮亚胺和/或醛亚胺，同时释放出水，这意味着氨基与其他官能团如异氰酸酯基的典型缩合反应或加成反应无法发生。

用于制备这种封闭的伯胺如酮亚胺的反应条件是已知的。因此，该封闭可例如通过将热量引入伯胺与过量酮(其同时起所述胺的溶剂的作用)的混合物中而实现。优选地，在反应期间移除形成的反应水，以防止可逆封闭的逆反应(解封闭)可能性。

封闭伯氨基的解封闭反应条件本身也是已知的。例如，由于此时存在的由水施加的浓度压力，简单地将封闭的胺转移至水相中就足以将平衡偏移回至解封闭侧，由此在消耗水下产生游离的伯氨基以及游离酮。

从上文可以看出，在本发明的上下文中，在封闭的氨基和游离的氨基之间进行了明确的区分。然而，如果氨基既未被指定为封闭的，也未被指定为游离的，则指代的是游离的氨基。

用于封闭多胺(Z.1.2a)的伯氨基的优选封闭剂为酮。在酮中，特别优选的是构成下文稍后所述的有机溶剂(Z.2)的那些。原因是这些溶剂(Z.2)在任何情况下必须存在于用于所述方法步骤(I)中的制备的组合物(Z)中。上文已经指出，用酮封闭的相应伯胺的制备在过量的酮下进行能取得特别好的效果。因此，通过使用酮(Z.2)来封闭，可使用相应的封闭胺的优选制备程序，而不需要可能不希望的昂贵且不便地移除封闭剂。相反地，封闭胺的溶液可直接用于制备中间体(Z.1)。优选的封闭剂为丙酮、甲基乙基酮、甲基异丁基酮、二异丙基酮、环戊酮或环己酮，特别优选的试剂为酮(Z.2)甲基乙基酮和甲基异丁基酮。

此外，使用酮和/或醛，更特别地酮进行的优选封闭以及伴随的酮亚胺和/或醛亚胺的制备具有如下优点：伯氨基被选择性地封闭。存在的仲氨基显然不能被封闭，因此保持游离状态。因此，除两个封闭的伯氨基之外还包含一个或两个游离仲氨基的多胺(Z.1.2a)可容易地通过所述的优选封闭反应由包含游离仲氨基和伯氨基的相应多胺(Z.1.2)制备。

多胺(Z.1.2a)可通过封闭包含两个伯氨基和一个或两个仲氨基的多胺(Z.1.2)的伯氨基而制备。最终合适的是本身已知的具有两个伯氨基和一个或两个仲氨基的所有脂族、芳族或芳脂族(混合脂族-芳族)多胺(Z.1.2)。这意味着除所述的氨基之外，也可存在任何脂族、芳族或芳脂族基团本身。例如，可以是作为端基位于仲氨基上一价基团或位于两个氨基之间的二价基团。

本发明上下文中，脂族是一种指代所有不是芳族的有机基团的称呼。例如，除所述氨基之外存在的基团可为脂族烃基，换言之，仅由碳和氢组成且非芳族的基团。这些脂族烃基可为直链、支化或环状的，且可为饱和或不饱和的。这些基团当然也可包括环状和直链或支化结构部分。脂族基团还可包含杂原子，更特别地呈桥接基团如醚、酯、酰胺和/或氨基甲酸酯基团的形式。可能的芳族基团同样是已知的，不需要进一步解释。

多胺(Z.1.2a)优选具有两个封闭的伯氨基和一个或两个游离仲氨基，并且作为伯氨基，它们仅具有封闭的伯氨基，并且作为仲氨基，它们仅具有游离仲氨基。

优选地，多胺(Z.1.2a)总共具有3个或4个氨基，这些基团选自封闭的伯氨基和游离仲氨基。

尤其优选的多胺(Z.1.2a)是由两个封闭的伯氨基，一个或两个游离仲氨基以及脂族饱和烃基组成的那些。

类似的优选实施方案适用于多胺(Z.1.2)，此时其中存在的是游离伯氨基，而非封闭的伯氨基。

还可通过封闭伯氨基由其制备多胺(Z.1.2a)的优选多胺(Z.1.2)的实例为二亚乙基三胺，3-(2-氨基乙基)氨基丙基胺，二亚丙基三胺以及N1-(2-(4-(2-氨基乙基)哌嗪-1-基)乙基)乙烷-1,2-二胺(一个仲氨基，两个用于封闭的伯氨基)和三亚乙基四胺，以N,N'-双(3-氨基丙基)乙二胺(两个仲氨基基团，两个用于封闭的伯氨基)。

本领域技术人员清楚，特别是出于纯工业合成相关的原因，在伯氨基的封闭中并非总是存在理论上理想化的定量转化。例如，如果将特定量的多胺封闭，则在封闭方法中封闭的伯氨基的比例可例如为95mol％或更高(可通过IR光谱法测定；参见实施例部分)。例如，当未封闭状态的多胺具有两个游离的伯氨基时，且当一定量的该胺的伯氨基然后被封闭时，如果所用量中存在的伯氨基的大于95％的比例被封闭，则在本发明的上下文中称该胺具有两个封闭的伯氨基。这一方面是由于如下事实所致：正如已述的那样，从工业合成的角度来看，定量转换并非总是能实现。另一方面，大于95摩尔％的伯氨基被封闭的事实意味着用于封闭的胺的总量的主要部分实际上仅含有封闭的伯氨基，特别是正好两个封闭的伯氨基。

中间体(Z.1)的制备包括使预聚物(Z.1.1)与多胺(Z.1.2a)通过来自(Z.1.1)的异氰酸酯基与来自(Z.1.2a)的仲氨基的加成反应而反应。然后，该本身已知的反应导致多胺(Z.1.2a)连接至预聚物(Z.1.1)上，从而形成脲键，最终形成中间体(Z.1)。因此容易得知，在中间体(Z.1)的制备中，优选不使用任何其他具有游离或封闭的仲氨基或者游离或封闭的伯氨基的胺。中间体(Z.1)可通过已知和确定的技术在本体或溶液中制备，尤其优选通过使(Z.1.1)与(Z.1.2a)在有机溶剂中反应而制备。显然，应对溶剂加以选择，从而使得它们不会与起始化合物的官能团发生任何不希望的反应，因此其行为对这些基团是惰性的或者在很大程度上是惰性的。作为制备中的溶剂，优选甚至在该步骤中至少成比例地使用下文稍后描述的有机溶剂(Z.2)，尤其是甲基乙基酮，因为该溶剂在任何情况下都必须存在于在所述方法的步骤(I)中制备的组合物(Z)中。优选将预聚物(Z.1.1)在溶剂(Z.2)中的溶液与多胺(Z.1.2a)在溶剂(Z.2)中的溶液混合，并且可以进行所述的反应。

当然，由此制得的中间体(Z.1)可在制备期间或之后使用上文已述的中和剂以类似于上文对预聚物(Z.1.1)所述的方式中和。然而，优选在用于制备中间体(Z.1)之前将预聚物(Z.1.1)以上述方式中和，从而使得在(Z.1)制备期间或之后的中和不再重要。因此，在这种情况下，预聚物(Z.1.1)的中和度可以等于中间体(Z.1)的中和度。因此，在所述方法中完全不进一步添加中和剂的情况下，存在于本发明最终制备的分散体(PD)中的聚合物的中和度也可以等于预聚物(Z.1.1)的中和度。

中间体(Z.1)具有封闭的伯氨基。显然这可实现如下目的：在预聚物(Z.1.1)和多胺(Z.1.2a)的反应中使游离仲氨基反应，而封闭的伯氨基不反应。实际上，正如上文已述的那样，封闭的作用是不能与其他官能团如异氰酸酯基发生典型的缩合反应或加成反应。这当然意味着应该选择反应条件以使得封闭的氨基也保持封闭，从而提供中间体(Z.1)。本领域技术人员知晓如何设定该类条件，例如通过在有机溶剂中反应(这在任何情况下都是优选的)而产生。

中间体(Z.1)包含异氰酸酯基。因此，在(Z.1.1)和(Z.1.2a)的反应中，当然必须选择这些组分的比例，以使得产物—即中间体(Z.1)—包含异氰酸酯基。

如上文所述，由于在(Z.1.1)与(Z.1.2a)的反应中，游离仲氨基与异氰酸酯基反应，而伯氨基由于封闭而不反应，因此首先是可立即清楚的是，在该反应中，(Z.1.1)的异氰酸酯基与(Z.1.2a)的游离仲氨基的摩尔比必须大于1。该特征隐含地，但是清楚且直接地由本发明的必要特征—即中间体(Z.1)包含异氰酸酯基—得出。

然而，优选在反应期间存在过量(如下文所定义)的异氰酸酯基。在该实施方案中，异氰酸酯基、游离仲氨基和封闭的伯氨基的摩尔量(n)满足下列条件：[n(来自(Z.1.1)的异氰酸酯)-n(来自(Z.1.2a)的游离仲氨基)]/n(来自(Z.1.2a)的封闭伯氨基)＝1.2/1-4/1，优选为1.5/1-3/1，非常优选为1.8/1-2.2/1，甚至更优选为2/1。

在该优选实施方案中，由(Z.1.1)的异氰酸酯基与(Z.1.2a)的游离仲氨基的反应形成的中间体(Z.1)具有相对于封闭伯氨基为过量的异氰酸酯基。该过量最终通过如下实现：选择(Z.1.1)的异氰酸酯基与(Z.1.2a)的游离仲氨基和封闭伯氨基的总量的摩尔比为足够大，以至于即使在制备(Z.1)且通过与游离仲氨基反应而相应消耗异氰酸酯基之后，仍然存在相应过量的异氰酸酯基。

例如，在特别优选的实施方案中，当多胺(Z.1.2a)具有一个游离仲氨基和两个封闭的伯氨基时，将(Z.1.1)的异氰酸酯基与多胺(Z.1.2a)之间的摩尔比设定为5/1。此时，在与游离仲氨基的反应中消耗掉一个异氰酸酯基意味着实现了上述条件的4/2(或2/1)。

中间体(Z.1)的分数为15-65重量％，优选为25-60重量％，更优选为30-55重量％，特别优选为35-52.5重量％，在一个非常特别的实施方案中为40-50重量％，在每种情况下基于组合物(Z)的总量。

中间体(Z.1)分数可如下确定：确定除中间体(Z.1)之外仅含有有机溶剂的混合物的固含量(用于确定固体(也称为固含量)的测量方法参见实施例部分)。此时，该固含量对应于中间体(Z.1)的量。因此，考虑到混合物的固含量，可确定或指定组合物(Z)中的中间体(Z.1)分数。当中间体(Z.1)优选在任何情况下在有机溶剂中制备，且因此在制备后，在任何情况下都存在于除中间体之外仅含有机溶剂的混合物中时，这是所选择的技术。

组合物(Z)进一步包含至少一种特定的有机溶剂(Z.2)。

溶剂(Z.2)具有在20℃的温度下在水中不大于38重量％的溶解度(测量方法参见实施例部分)。在20℃的温度下在水中的溶解度优选小于30重量％。优选的范围为1-30重量％。

因此，溶剂(Z.2)在水中具有相当适度的溶解度，特别是不与水完全混溶或在水中不具有无限的溶解度。当溶剂可以以任意比例与水混合而不发生分离(换言之，形成两相)时，溶剂与水完全混溶。

溶剂(Z.2)的实例为甲基乙基酮、甲基异丁基酮、二异丁基酮、二乙醚、二丁醚、二丙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、甲苯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、碳酸亚丙酯、环己酮或这些溶剂的混合物。优选甲基乙基酮，其在20℃下在水中的溶解度为24重量％。

因此，溶剂(Z.2)不为诸如丙酮、N-甲基-2-吡咯烷酮、N-乙基-2-吡咯烷酮、四氢呋喃、二烷、N-甲酰基吗啉、二甲基甲酰胺或二甲基亚砜的溶剂。

选择在水中仅具有有限溶解度的特定溶剂(Z.2)的具体效果是当在所述方法的步骤(II)中将组合物(Z)分散在水相中时，不能直接形成均匀溶液。据认为存在的分散体反而使得作为步骤(II)的一部分发生的交联反应(游离伯氨基和异氰酸酯基的形成脲键的加成反应)可在受限体积内发生，由此最终允许形成上文所定义的微粒。

除具有所述的水溶解度之外，优选的溶剂(Z.2)具有不高于120℃，更优选不高于90℃的沸点(在大气压下，换言之在1.013巴下)。这在所述方法的步骤(III)(所述步骤稍后将在下文描述，换言之，从本发明方法步骤(II)中制得的分散体中至少部分移除所述至少一种有机溶剂(Z.2))的范围内具有优点。原因很明显，当使用本文所优选的溶剂(Z.2)时，这些溶剂可例如通过蒸馏移除，而不同时移除显著量的在所述方法的步骤(II)中引入的水。因此，例如无需费力地再加入水以保持分散体(PD)的水性特性。

所述至少一种有机溶剂(Z.2)的分数为35-85重量％，优选为40-75重量％，更优选为45-70重量％，特别优选为47.5-65重量％，在一个非常特别的实施方案中为50-60重量％，在每种情况下基于组合物(Z)的总量。

在本发明的上下文中，已经发现，通过上文对组合物(Z)中的中间体(Z.1)所述的分数的特定组合且通过选择特定的溶剂(Z.2)，可在下文所述的步骤(II)和(III)之后，提供包含具有所需粒度且进一步具有所需凝胶分数的聚氨酯-聚脲颗粒的聚氨酯-聚脲分散体。

所述的组分(Z.1)和(Z.2)优选总计占组合物(Z)的至少90重量％。优选地，所述两种组分占组合物(Z)的至少95重量％，更特别地至少97.5重量％。非常特别优选地，组合物(Z)由这两种组分组成。就此而言，应当注意的是，当使用上文所述的中和剂时，在计算中间体的量(Z.1)时，这些中和剂归属于中间体。原因是在这种情况下，中间体(Z.1)无论如何都具有来源于使用中和剂的阴离子基团。因此，在这些阴离子基团形成后存在的阳离子同样归属于中间体。

当组合物(Z)除组分(Z.1)和(Z.2)之外还包含其他组分时，这些其他组分优选仅为有机溶剂。因此，组合物(Z)的固含量优选对应于组合物(Z)中的中间体(Z.1)分数。因此，组合物(Z)优选具有15-65重量％，优选25-60重量％，更优选30-55重量％，尤其优选35-52.5重量％，在一个尤其优选的实施方案中为40-50重量％的固含量。

因此，特别优选的组合物(Z)总共包含至少90重量％的组分(Z.1)和(Z.2)，其除中间体(Z.1)之外仅包含有机溶剂。

组合物(Z)的优点是其可在不使用生态不友好且健康有害的有机溶剂如N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二烷、四氢呋喃和N-乙基-2-吡咯烷酮下制备。因此，优选组合物(Z)包含小于10重量％，优选小于5重量％，更优选小于2.5重量％的选自N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二烷、四氢呋喃和N-乙基-2-吡咯烷酮的有机溶剂。组合物(Z)优选完全不含这些有机溶剂。

在本文所述方法的第二步骤(II)中，将组合物(Z)分散在水相中。

因此，已知的是并且按照上文已述的内容，在步骤(II)中，中间体(Z.1)的封闭伯氨基解封闭。实际上，由于将封闭的胺转移到水相中，可逆连接的封闭剂被释放，同时消耗水，且形成游离的伯氨基。

因此，同样清楚的是，所得游离伯氨基然后与同样存在于中间体(Z.1)或由中间体(Z.1)形成的解封闭中间体中的异氰酸酯基通过加成反应而反应，从而形成脲键。

还已知的是，转移至水相中意味着原则上可使中间体(Z.1)或由中间体(Z.1)形成的解封闭中间体中的异氰酸酯基与水反应，消去二氧化碳，从而形成游离的伯氨基，其然后又可与仍然存在的异氰酸酯基反应。

当然，上文提到的反应和转化彼此平行地进行。最终，由于例如分子间和分子内反应或交联而形成包含具有确定的平均粒度且具有确定的交联度或凝胶分数的聚氨酯-聚脲颗粒的分散体。

然后，在本文所述方法的步骤(II)中，将组合物(Z)分散在水中，其中使中间体(Z.1)的封闭伯氨基解封闭，且获得的游离伯氨基与中间体(Z.1)的异氰酸酯基以及由中间体(Z.1)形成的解封闭中间体的异氰酸酯基通过加成反应而反应。

本发明方法的步骤(II)(换言之，在水相中的分散)可以以任何所需的方式进行。这意味着最终唯一重要的是将组合物(Z)与水或水相混合。优选地，可将在制备后可处于例如室温下，换言之，20-25℃，或相对于室温为升高的温度(例如30-60℃)下的组合物(Z)搅入水中，从而制得分散体。已引入的水例如具有室温。分散可在纯水(去离子水)中进行，这意味着水相仅由水组成(这是优选的)。除水之外，水相当然也可按比例地包含典型的助剂，例如典型的乳化剂和保护性胶体。合适的乳化剂和保护性胶体的汇编参见例如HoubenWeyl，Methoden der organischen Chemie[有机化学方法]，第XIV/1卷，MakromolekulareStoffe[大分子化合物]，Georg Thieme Verlag，Stuttgart 1961，第411页及随后各页。

有利的是，如果在所述方法的步骤(II)中，换言之，将组合物(Z)分散在水相中时，选择有机溶剂和水的重量比，从而使得所得分散体具有大于1，优选为1.05-2/1，尤其优选为1.1-1.5/1的水与有机溶剂的重量比。

在此处所述方法的步骤(III)中，至少部分地从步骤(II)中获得的分散体中移除所述至少一种有机溶剂(Z.2)。当然，该方法的步骤(III)也可能需要移除可能存在于例如组合物(Z)中的其他溶剂。

所述至少一种有机溶剂(Z.2)和任何其他有机溶剂的移除可以以任何已知的方式完成，已知其例如通过在相对于室温为稍微升高的温度，例如30-60℃下真空蒸馏完成。

所得的聚氨酯-聚脲分散体(PD)是水性的(关于“水性”的基本定义，参见稍早的前文)。

本发明的分散体(PD)的一个特别的优点是其可仅用非常小比例的有机溶剂配制，然而能够实现本发明开头所述的优点。本发明的分散体(PD)优选包含小于7.5重量％，尤其优选小于5重量％，非常优选小于2.5重量％的有机溶剂(测量方法参见实施例部分)。

分散体(PD)中的聚氨酯-聚脲聚合物的分数优选为25-55重量％，优选为30-50重量％，更优选为35-45重量％，在每种情况下基于分散体的总量(根据上文对对中间体(Z.1)所述的测定方法通过固含量测定)。

分散体(PD)中的水的分数优选为45-75重量％，优选为50-70重量％，更优选为55-65重量％，在每种情况下基于分散体的总量。

重要的是，本发明的分散体(PD)包含至少90重量％，优选至少92.5重量％，非常优选至少95重量％，更优选至少97.5重量％程度的聚氨酯-聚脲颗粒和水(相关数据是通过将颗粒的量(即，通过固含量确定的聚合物的量)和水的量相加获得的)。已经发现，尽管其他组分(特别是有机溶剂)的该低分数，然而本发明的分散体在任何情况下都是非常稳定的，特别是在储存时。以此方式结合了两个相关的优点。首先，提供可用于水性底色漆材料的分散体，在其中它们导致了开头以及后文实施例中所述的性能优点。然而，其次，在制备水性底色漆材料时，获得了适当的配制自由度。这意味着在底色漆材料中，可使用例如为了适当配制各种组分所必需的额外有机溶剂分数。然而，在这种情况下，此时底色漆材料的基本水性特性不会受到损害。相反地，所述底色漆材料可用相当低分数的有机溶剂配制，因此具有特别好的环境性能。

甚至更优选地，除聚合物之外，分散体仅包含水和任何有机溶剂(其例如呈未在所述方法的步骤(III)中完全移除的残余分数的形式)。因此，分散体(PD)的固含量优选为25-55％，优选为30-50％，更优选为35-45％，仍更优选与分散体中的聚合物分数一致。

分散体(PD)的优点是其可在不使用生态不友好且健康有害的有机溶剂如N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二烷、四氢呋喃和N-乙基-2-吡咯烷酮下制备。因此，分散体(PD)优选包含小于7.5重量％，优选小于5重量％，更优选小于2.5重量％的选自N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二烷、四氢呋喃和N-乙基-2-吡咯烷酮的有机溶剂。分散体(PD)优选完全不含这些有机溶剂。

基于固含量，存在于分散体中的聚氨酯-聚脲聚合物优选具有10-35mg KOH/g，更特别地15-23mg KOH/g的酸值(测量方法参见实施例部分)。

存在于分散体中的聚氨酯-聚脲聚合物优选几乎不具有任何羟基，或者完全不具有任何羟基。基于固含量，所述聚合物的OH值优选小于15mg KOH/g，更特别地小于10mgKOH/g，仍更优选小于5mg KOH/g(测量方法参见实施例部分)。

本发明的另一主题是包含至少一种，优选正好一种水性分散体(PD)的着色水性底色漆材料(水基底色漆材料)。上述就分散体(PD)所述的所有优选实施方案当然也适用于包含分散体(PD)的底色漆材料。

底色漆材料是用于汽车涂装和一般工业涂漆中的赋颜色中间涂料材料。通常将底色漆材料施加至已用烘烤的(完全固化的)头二道混合底漆预处理的金属基材上。所用的基材还可包含已有的漆体系，其也可任选地需要预处理(例如通过研磨)。特别地，为了保护底色漆膜免受环境影响，通常在其上施加至少一个额外的清漆膜。这通常以湿碰湿的方法实现—即，在底色漆膜未固化的情况下施加清漆材料。然后，最终与清漆一起固化。

基于着色水性底色漆材料的总重量，本发明分散体(PD)的分数优选为2.5-60重量％，更优选为10-50重量％，非常优选为15-40重量％，或者甚至为10-30重量％。

来自于本发明分散体的聚氨酯-聚脲聚合物的分数优选为1-30重量％，更优选为4-25重量％，非常优选为6-20重量％，或者甚至为8-15重量％，基于着色的水性底色漆材料的总重量。

确定或指定来自于本发明分散体的聚氨酯-聚脲聚合物在底色漆材料中的分数可通过测定用于底色漆材料中的本发明分散体(PD)的固含量而进行。

在可能对包含处于特定比例范围内的优选分散体(PD)的底色漆材料进行具体描述的情况下，适用下列情形。不落入优选组中的分散体(PD)当然仍可存在于底色漆材料中。在这种情况下，具体的比例范围仅适用于分散体(PD)的优选组。然而，优选的是，由选自优选组的分散体和不为优选组的一部分的分散体组成的分散体(PD)的总比例同样适用于该特定的比例范围。

因此，在限制为4-25重量％的比例范围和分散体(PD)的优选组的情况下，该比例范围首先显然仅适用于分散体(PD)的优选组。然而，在这种情况下，优选的是存在的所有初始包含的分散体的总量的4-25重量％由选自优选组的分散体和不构成优选组一部分的分散体组成。因此，如果使用15重量％的优选组的分散体(PD)，则可使用不超过10重量％的非优选组的分散体。

就本发明而言，所述的原理对底色漆材料的所有所述组分及其比例范围成立，例如对稍后将在下文描述的颜料成立，或者对稍后将在下文描述的交联剂，如蜜胺树脂成立。

本发明的水性底色漆材料是着色的，因此包含至少一种颜料。该类着色颜料和效应颜料是本领域技术人员所已知的，并且描述于例如Lacke undDruckfarben，Georg Thieme Verlag，Stuttgart，New York，1998，第176和451页中。术语“着色颜料(coloring pigment)”和“着色颜料(color pigment)”是可互换的，就像术语“视觉效应颜料”和“效应颜料”一样。

可用的效应颜料例如为片状金属效应颜料如层状铝颜料、金色铜粉、氧化青铜和/或氧化铁-铝颜料，珠光颜料如珠光粉、碱式碳酸铅、氯氧化铋和/或金属氧化物-云母颜料，和/或其他效应颜料如片状石墨、片状氧化铁，由PVD膜和/或液晶聚合物颜料组成的多层效应颜料。特别优选以任何比例使用，然而并非必须仅仅使用片状金属效应颜料，更特别地片状铝颜料。

典型的着色颜料尤其包括无机着色颜料，例如白色颜料如二氧化钛、锌白、硫化锌或锌钡白；黑色颜料如炭黑、铁锰黑或尖晶石黑；彩色颜料如氧化铬、氧化铬水合物绿、钴绿或群青绿、钴蓝、群青蓝或锰蓝、群青紫或钴紫和锰紫，氧化铁红、硫硒化镉、钼酸盐红或群青红；氧化铁棕、混合棕、尖晶石相和刚玉相或铬橙；或氧化铁黄、镍钛黄、铬钛黄、硫化镉、硫化镉锌、铬黄或钒酸铋。

颜料的分数可例如为1-30重量％，优选为1.5-20重量％，更优选为2.0-15重量％，基于着色水性底色漆材料的总重量。

通过使用分散体(PD)和其中存在的聚合物，本发明的底色漆材料包含可固化的基料。在本发明的上下文中且根据相关的DIN EN ISO 4618，“基料”是涂料组合物的不包括颜料和填料在内的非挥发性组分。因此，特定的基料还包括例如典型的涂料添加剂、存在于分散体(PD)中的聚合物，或可如下文所述使用的其他聚合物，以及下文所述的典型交联剂。然而，仅仅是出于更清楚的原因，在下文中该措辞主要用于特定的可物理固化的聚合物，其任选还可为可热固化的，实例为分散体(PD)中的聚合物，或者不同的聚氨酯、聚酯、聚丙烯酸酯和/或所述聚合物的共聚物。

在本发明的上下文中，术语“物理固化”意指通过由聚合物溶液或聚合物分散体损失溶剂而形成膜。通常，该固化不需要交联剂。

在本发明的上下文中，术语“热固化”表示涂膜的热引发交联，其中使用自交联基料或单独的交联剂，且结合用于母体涂料的作为基料的聚合物(外部交联)。交联剂包含与基料中存在的反应性官能团互补的反应性官能团。由于基团的反应，此时发生交联，因此最终形成了宏观交联的涂膜。

显然，存在于涂料材料中的基料组分总是表现出至少一定比例的物理固化。因此，如果说涂料材料包含可热固化的基料组分，则这当然也不排除包括一定比例的物理固化在内的固化。

本发明的底色漆材料优选进一步包含作为基料的至少一种不同于分散体(PD)中存在的聚氨酯-聚脲聚合物的聚合物，更特别地至少一种选自聚氨酯、聚酯、聚丙烯酸酯和或所述聚合物的共聚物的聚合物，更特别地聚酯和/或聚氨酯-聚丙烯酸酯。优选的聚酯描述于例如DE 4009858A1第6栏第53行至第7栏第61行和第10行第24行至第13栏第3行中。优选的聚氨酯-聚丙烯酸酯共聚物(丙烯酸酯化的聚氨酯)及其制备描述于例如WO 91/15528A1第3页第21行至第20页第33行和DE 4437535A1第2页第27行至第6页第22行中。所述作为基料的聚合物优选为羟基官能的，特别优选具有20-200mg KOH/g，更优选50-150mgKOH/g的OH值。本发明的底色漆材料更优选包含至少一种羟基官能的聚氨酯-聚丙烯酸酯共聚物，仍更优选至少一种羟基官能的聚氨酯-聚丙烯酸酯共聚物，以及至少一种羟基官能的聚酯。

作为基料的其他聚合物的比例可在宽范围内变化，优选为0.5-20.0重量％，更优选为1.0-15.0重量％，非常优选为1.5-10.0重量％，在每种情况下基于本发明底色漆材料的总重量。

本发明的底色漆材料优选进一步包含至少一种本身已知的典型交联剂。作为交联剂，其优选至少包含一种氨基塑料树脂和/或封闭的多异氰酸酯，优选氨基塑料树脂。在氨基塑料树脂中，特别优选蜜胺树脂。

交联剂，更特别地氨基塑料树脂和/或封闭的多异氰酸酯，非常优选氨基塑料树脂，其中优选蜜胺树脂的比例优选为0.5-20.0重量％，更优选为1.0-15.0重量％，非常优选为1.5-10.0重量％，在每种情况下基于本发明底色漆材料的总重量。

优选地，本发明的涂料组合物额外包含至少一种增稠剂。

合适的增稠剂是选自页硅酸盐的无机增稠剂，例如硅酸锂铝镁。然而，已知通过主要或大量使用该类无机增稠剂确定流变性能谱的涂料材料在其固含量方面需要改进，换言之，可仅以例如小于20％的明显低的固含量配制，而不损害重要的性能。本发明底色漆材料的一个特别的优点是其可在不使用或不大量使用该类无机页硅酸盐作为增稠剂下配制。因此，用作增稠剂的无机页硅酸盐的分数优选小于0.5重量％，尤其优选小于0.1重量％，仍更优选小于0.05重量％，基于底色漆材料的总重量。非常特别优选地，所述底色漆材料完全不含用作增稠剂的该类无机页硅酸盐。

相反，所述底色漆材料优选包含至少一种有机增稠剂，例如(甲基)丙烯酸-(甲基)丙烯酸酯共聚物增稠剂或聚氨酯增稠剂。优选使用缔合型增稠剂，例如本身已知的缔合型聚氨酯增稠剂。正如所已知的那样，缔合型增稠剂是在链端或侧链中具有强疏水基团和/或其亲水链在其内部含有疏水嵌段或浓度的水溶性聚合物。因此，这些聚合物具有表面活性剂特性并且能够在水相中形成胶束。类似于表面活性剂，亲水区域保留在水相中，而疏水区域进入聚合物分散体的颗粒中，吸附在其他固体颗粒如颜料和/或填料的表面上，和/或在水相中形成胶束。最终实现了增稠效果，而不导致沉降行为的任何增加。这种增稠剂可商购获得，例如以商品名Adekanol(获自Adeka Corporation)获得。

有机增稠剂的比例优选为0.01-5.0重量％，更优选为0.02-3.0重量％，非常优选为0.05-3.0重量％，在每种情况下基于本发明底色漆材料的总重量。

此外，本发明的底色漆材料可进一步包含至少一种其他助剂。该类助剂的实例为可无残留或基本上无残留地热分解的盐，作为可物理、热和/或光化辐射固化的基料且不同于已作为基料描述的聚合物，其他交联剂，有机溶剂，反应性稀释剂，透明颜料，填料，分子分散性可溶性染料，纳米颗粒，光稳定剂，抗氧化剂，脱气剂，乳化剂，滑爽添加剂，聚合抑制剂，自由基聚合引发剂，助粘剂，流动调节剂，成膜助剂，流挂调节剂(SCA)，阻燃剂，腐蚀抑制剂，蜡，干燥剂，生物杀伤剂和消光剂。该类助剂以常规和已知的量使用。

本发明底色漆材料的固含量可根据现有情况的要求变化。固含量主要由施加，更特别地喷涂施加所需的粘度决定。一个特别的优点在于，本发明的底色漆材料尽管具有较高的固含量，然而仍能具有允许适当施加的粘度。

本发明底色漆材料的固含量优选为至少25％，更优选为至少30％，尤其优选为30％-50％。

在所述条件下，换言之，在所述固含量下，优选的本发明底色漆材料在23℃下在1000 1/s剪切载荷下的粘度为40-150mPa·s，更特别地为70-85mPa·s(测量方法的进一步细节参见实施例部分)。就本发明而言，在所述剪切载荷下处于该范围内的粘度称为喷涂粘度(工作粘度)。正如所已知的那样，涂料材料以喷涂粘度施加，这意味着在此时存在的条件(高剪切载荷)下，它们特别地具有不过高的粘度，以便允许有效地施加。这意味着喷涂粘度的设定是重要的，以便通过喷涂方法完全施加涂料，且确保能在待涂覆的基材上形成完整的均匀涂膜。一个特别的优点是本发明的底色漆材料即使在调节至喷涂粘度时也具有高固含量。因此，固含量的优选范围，特别是下限表明，在适用状态下，本发明的底色漆材料优选具有较高的固含量。

本发明的底色漆材料是水性的(就“水性”的定义而言，参见上文)。

本发明底色漆材料中的水分数优选为至少35重量％，优选至少40重量％以上，更优选45-60重量％。

甚至更优选地，所述底色漆材料的固含量和底色漆材料中的水分数的百分比总和为至少70重量％，优选为至少80重量％。在这些数字中，优选为70-90重量％，特别为80-90重量％。在本报告中，通常仅具有单位“％”的固含量以“重量％”报告。由于固含量最终也表示为重量百分比数字，因此该表示形式是合理的。如果此时例如底色漆材料的固含量为35％且水含量为50重量％，则上文所定义的底色漆材料的固含量和底色漆材料中的水分数的百分比总和为85重量％。

这意味着本发明的优选底色漆材料以较低的分数，例如小于30重量％，优选小于20重量％包含原则上对环境造成负担的组分，特别是例如有机溶剂。优选的范围为10-30重量％，更特别地为10-20重量％。

本发明底色漆材料的另一优点是其可在不使用生态不友好且健康有害的有机溶剂如N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二烷、四氢呋喃和N-乙基-2-吡咯烷酮下制备。因此，所述底色漆材料优选包含小于10重量％，优选小于5重量％，更优选小于2.5重量％的选自N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二烷、四氢呋喃和N-乙基-2-吡咯烷酮的有机溶剂。所述底色漆材料优选完全不含这些有机溶剂。

本发明的涂料组合物可使用用于制备底色漆材料的常规和已知的混合组件和混合技术来制备。

本发明同样提供了一种制备多层漆体系的方法，其中：

(1)将水性底色漆材料施加至基材上，

(2)由在步骤(1)中施加的涂料材料形成聚合物膜，

(3)将清漆材料施加至所得的底色漆膜上，然后

(4)将底色漆膜与清漆膜一起固化，

其特征在于，在步骤(1)中使用的水性底色漆材料为本发明的底色漆材料。

关于本发明底色漆材料的所有上述说明也适用于本发明的方法。

所述方法用于制备多层彩色漆体系，多层效应漆体系以及多层彩色和效应漆体系。

通常将根据本发明使用的水性底色漆材料施加至已用固化的头二道混合底漆预处理的金属基材上。

当涂覆金属基材时，优选在施加头二道混合底漆之前，进一步用电涂漆体系涂覆。

本发明的着色水性底色漆材料可以以汽车工业中的常规膜厚，例如5-100微米，优选5-60微米施加至金属基材上。就此而言，通常使用喷涂施加方法，例如压缩空气喷涂、无空气喷涂、高速旋转、静电喷涂施加(ESTA)，单独或与热喷涂施加(例如热空气喷涂)一起。

在施加着色的水性底色漆材料之后，可通过已知的方法进行干燥。例如，可将优选的(1-组分)底色漆材料在室温下闪蒸1-60分钟，然后干燥，优选在30-90℃的任选稍微升高的温度下干燥。在本发明的上下文中，闪蒸和干燥意指有机溶剂和/或水的蒸发，其结果是漆变得更干，但尚未固化或尚未形成完全交联的涂膜。

然后通过同样常规的方法施加市售的清漆材料，其中膜厚再次处于常规范围内，例如5-100微米。优选使用双组分清漆。

在施加清漆后，可将其在室温下闪蒸例如1-60分钟，且任选进行干燥。然后将清漆材料与施加的底色漆材料一起固化。在这些程序期间，发生交联反应，例如在基材上制备本发明的多层彩色和/或效应漆体系。固化优选通过热方式在60-200℃的温度下进行。

在本发明上下文中所述的所有膜厚应理解为干膜厚度。因此，膜厚是所讨论的固化膜的厚度。因此，如果指出以特定的膜厚施加涂料材料，则这应理解为意指以使得在固化后得到所述膜厚的方式施加涂料材料。

因此，本发明的方法可用于涂覆金属基材，优选汽车车身或其组件。

本发明的方法可进一步用于OEM涂装中的双重涂装。这意味着将已借助本发明方法涂覆的基材同样借助本发明的方法第二次涂漆。

本发明进一步涉及一种可通过上述方法制备的多层漆体系。下文将这些多层漆体系称为本发明的多层漆体系。

关于本发明水性底色漆材料和本发明方法的所有上述说明也相应地适用于所述多层漆体系。

本发明的另一方面涉及本发明的方法，其中来自步骤(1)的所述基材是具有缺陷的多层漆体系。因此，该具有缺陷的基材/多层漆体系是待修补(“斑点修补”)或完全修补(“双重涂覆”)的初始涂装。

因此，本发明的方法也适用于修补多层漆体系上的缺陷。缺点部位或膜缺陷通常是涂层之上和之中的缺陷，通常根据其形状或外观来命名。本领域技术人员知晓许多可能类型的该薄膜缺陷。

本发明进一步涉及本发明的分散体(PD)和/或本发明的底色漆材料用于改善底色漆材料和/或使用底色漆材料制备的多层漆体系的性能的用途。更特别地，本发明涉及所述用途，其用于改善多层漆体系的光学性质，更特别地用于改善对针孔和流挂的稳定性，以及用于改善机械性能，更特别地用于改善粘合性和抗石击性。

下文使用实施例来说明本发明。

实施例

测定方法

1.固含量

除非另有说明，否则固含量(下文也称为固体分数)根据DIN EN ISO3251在130℃下测定；60分钟，初始质量1.0g。如果在本发明的上下文中提及官方标准，则这当然意指该标准在申请日当前的版本，或者如果在该日期没有当前版本，则是最后的当前版本。

2.异氰酸酯含量

异氰酸酯含量(下文也称为NCO含量)通过如下测定：将2％浓度的N,N-二丁胺的二甲苯溶液添加至样品在丙酮/N-乙基吡咯烷酮(1:1体积％)中的均匀溶液中，通过基于DINEN ISO 3251、DIN EN ISO 11909和DIN EN ISO 14896的方法用0.1N盐酸电位返滴定过量胺。基于固体的聚合物NCO含量可通过溶液中的聚合物分数(固含量)计算。

3.羟基值

羟基值基于R.-P.Krüger，R.Gnauck和R.Algeier，Plaste und Kautschuk，20，274(1982)在四氢呋喃(THF)/二甲基甲酰胺(DMF)溶液中在室温下在作为催化剂的4-二甲基氨基吡啶存在下借助乙酸酐通过完全水解乙酰化后剩余的过量乙酸酐，并用氢氧化钾醇溶液电位返滴定乙酸而测定。在所有情况下，60分钟的乙酰化时间就足以保证完全转化。

4.酸值

酸值基于DIN EN ISO 2114在四氢呋喃(THF)/水(9体积份THF和1体积份蒸馏水)的均匀溶液中用氢氧化钾醇溶液测定。

5.中和度

组分x的中和度由存在于所述组分中的羧酸基团的物质的量(通过酸值确定)和所用中和剂的物质的量计算。

6.胺当量

胺当量(溶液)用于测定溶液的胺含量，且如下确定。将用于分析的样品在室温下溶解于冰醋酸中，并在结晶紫存在下在冰醋酸中用0.1N高氯酸滴定。样品的初始质量和高氯酸的消耗量给出了胺当量(溶液)，即中和1摩尔高氯酸所需的碱性胺溶液的质量。

7.伯氨基的封闭度

伯氨基的封闭度通过使用Nexus FT IR光谱仪(获自Nicolet)的IR光谱法借助在3310cm^-1处具有最大吸收的IR池(d＝25m，KBr窗)基于所用胺的浓度系列并标准化成25℃下1166cm^-1(内标)处的最大吸收而测定。

8.溶剂含量

混合物(例如水性分散体)中的有机溶剂的量通过气相色谱法(Agilent7890A，具有聚乙二醇相的50m二氧化硅毛细管柱或具有聚二甲基硅氧烷相的50m二氧化硅毛细管柱，氦气载气，250℃分流进样器，40-220℃烘箱温度，火焰离子化检测器，275℃检测器温度，使用正丙基乙二醇作为内标)测定。

9.数均摩尔质量

除非另有说明，否则数均摩尔质量(Mn)借助蒸气压渗透压计10.00(获自Knauer)在甲苯中的浓度系列上在50℃下使用二苯甲酮作为校准物质(用于测定所用仪器的实验校准常数)通过E.G.Müller，K.F.Arndt，“Leitfaden derPolymercharakterisierung”[聚合物表征原理]，Akademie-Verlag，Berlin，第47-54页，1982的方法测定。

10.平均粒度

在本发明上下文中，存在于本发明分散体(PD)中的聚氨酯-聚脲颗粒的平均粒度(体积平均值)通过光子相关光谱法(PCS)测定。

在25±1℃下，专门用于测量的是Malvern Nano S90(获自MalvernInstruments)。该仪器覆盖3-3000nm的尺寸范围，且装备有4mW的633nm He-Ne激光器。将分散体(PD)用作为分散介质的无颗粒去离子水稀释，然后以适当的散射强度在1ml聚苯乙烯池中测量。在Zetasizer分析软件6.32版(获自Malvern Instruments)的辅助下，使用数字相关器进行评估。测量进行五次，并在第二个新鲜制备的样品上重复测量。5次测量的标准偏差≤4％。五次独立测量的体积平均值(V平均值)的算术平均值的最大偏差为±15％。报告的平均粒度(体积平均值)是各制剂的平均粒度(体积平均值)的算术平均值。使用经鉴定具有50-3000nm粒度的聚苯乙烯标样进行验证。

在下文稍后描述的实施例D3中，颗粒的尺寸意味着其不可能使用光子相关光谱法进行测定。相反地，使用Mastersizer 2000粒度测量仪(获自Malvern Instruments)根据ISO 13220通过激光衍射测定粒度(D[4.3])的体积平均值。该仪器使用红色光源(最大4mWHe-Ne，633nm)和蓝色光源(最大0.3mW LED，470nm)进行操作，并检测约0.1-约2000μm范围内的本分散体中的颗粒。为了设定适于测量的浓度范围，将样品用作为分散介质的无颗粒去离子水(折射率：1.33)稀释，取决于各样品将光的遮蔽(shading)设定为3-15％，且在“Hydro 2000G”分散单元(获自Malvern Instruments)中测量。在每种情况下，在2000 1/min和3000 1/min的搅拌速度下进行六次测量，且在第二个新鲜制备的样品上重复测量。使用Malvern Instruments软件(5.60版)通过Fraunhofer近似计算体积加权的尺寸分布。报告的粒度体积平均值(D[4.3])是各制剂的体积平均值的算术平均值。使用0.2-190μm的粒度标样来校正粒度测量仪。

11.凝胶分数

在本发明的上下文中，存在于本发明分散体(PD)中的聚氨酯-聚脲颗粒(微凝胶颗粒)的凝胶分数以重量分析方式确定。此处，首先通过冷冻干燥从水性分散体(PD)的样品(初始质量1.0g)中分离存在的聚合物。在测定凝固温度(当温度进一步降低时，样品的电阻值不再进一步变化后的温度)之后，对完全冷冻的样品进行主干燥，这通常在5-0.05毫巴的干燥真空压力下在比凝固温度低10℃的干燥温度下进行。通过将聚合物下方的加热表面的温度逐渐提高至25℃，实现了聚合物的快速冷冻干燥；在通常12小时的干燥时间后，分离的聚合物的量(通过冷冻干燥测定的固体分数)是恒定的，即使在长时间冷冻干燥后也不再发生任何变化。随后在将环境压力降至最大值(通常为0.05-0.03毫巴)下在30℃的聚合物下方的表面温度下干燥，从而导致聚合物的最佳干燥。

随后将分离的聚合物在强制通风烘箱中在130℃下烧结1分钟，然后在25℃下在过量四氢呋喃(四氢呋喃与固体分数的比例＝300:1)中萃取24小时。然后将分离的聚合物的不溶性分数(凝胶分数)在合适的玻璃料上分离，在50℃的强制通风烘箱中干燥4小时，随后再次称重。

进一步确定在130℃的烧结温度下，随着烧结时间在1-20分钟内变化，发现微凝胶颗粒的凝胶分数与烧结时间无关。因此可排除在分离聚合物固体之后的交联反应进一步增加凝胶分数的可能性。

根据本发明以此方式测定的凝胶分数也称为凝胶分数(冷冻干燥)。

平行地，通过在130℃下将聚合物样品从水性分散体(初始质量1.0g)中分离60分钟(固含量)而以重量分析的方式测定凝胶分数(下文也称为凝胶分数(130℃))。确定聚合物的质量，随后类似于上述程序在25℃下将聚合物在过量四氢呋喃中萃取24小时，随后分离出不溶性分数(凝胶分数)，干燥，并再次称重。

12.在水中溶解度

根据下文在20℃下测定有机溶剂在水中的溶解度。将相应的有机溶剂和水在合适的玻璃容器中合并，混合，随后将混合物平衡。选择水和溶剂的量，从而使得在平衡后获得彼此分离的两个相。在平衡后，使用注射器从水相(即含有比有机溶剂多的水的相)中取样，将该样品用四氢呋喃以1/10的比例稀释，通过气相色谱法(条件参见节8.溶剂含量)测定溶剂的分数。

如果与水和溶剂的量无关地不形成两相，则溶剂可以以任意重量比与水混溶。因此，可以以任意比例无限溶于水中的该溶剂(例如丙酮)不是溶剂(Z.2)。

微凝胶聚氨酯-聚脲分散体

实施例D1

通过将二亚乙基三胺二酮亚胺加入过量的处于甲基乙基酮中的部分中和的二环己基甲烷4,4'-二异氰酸酯基聚氨酯预聚物中且随后在分散于水中之后通过端伯氨基进行交联而制备本发明的聚酯氨基甲酸酯脲的微凝胶分散体

如下制备聚酯氨基甲酸酯脲的微凝胶分散体：

a)制备部分中和的预聚物溶液

在装备有搅拌器、内部温度计、回流冷凝器和电加热的反应容器中，将559.7重量份线性聚酯多元醇和27.2重量份二羟甲基丙酸(获自GEO Specialty Chemicals)在氮气下溶解在344.5重量份甲基乙基酮中。线性聚酯二元醇由二聚脂肪酸(1012，获自Croda)、间苯二甲酸(获自BP Chemicals)和己烷-1,6-二醇(获自BASF SE)事先制备(起始物质的重量比：二聚脂肪酸:间苯二甲酸:己烷-1,6-二醇＝54.00:30.02:15.98)，其羟值为73mg KOH/g固体分数，酸值为3.5mg KOH/g固体分数，计算的数均摩尔质量为1379g/mol，通过蒸气压渗透压法测定的数均摩尔质量为1350g/mol。

在30℃下向所得溶液中连续添加213.2重量份异氰酸酯含量为32.0重量％的二环己基甲烷4,4'-二异氰酸酯(W，Bayer MaterialScience)和3.8重量份二月桂酸二丁基锡(获自Merck)。然后将混合物在搅拌下加热至80℃。在该温度下继续搅拌，直至溶液的异氰酸酯含量恒定为1.49重量％。然后向预聚物中添加626.2重量份甲基乙基酮，将反应混合物冷却至40℃。当达到40℃时，经两分钟滴加11.8重量份三乙胺(获自BASFSE)，并将混合物再搅拌5分钟。

b)预聚物与二亚乙基三胺二酮亚胺的反应

然后，将30.2重量份71.9重量％二亚乙基三胺二酮亚胺在甲基异丁基酮中的稀释液经1分钟混入(预聚物的异氰酸酯基与二亚乙基三胺二酮亚胺(具有仲氨基)的比例为5:1(mol/mol)，对应于两个NCO基团/每个封闭的伯氨基)，反应温度在加入预聚物溶液后短暂升高1℃。二亚乙基三胺二酮亚胺在甲基异丁基酮中的稀释液通过在二亚乙基三胺(获自BASF SE)与甲基异丁基酮在甲基异丁基酮中在110-140℃下的反应中共沸移除反应水而事先制备。通过用甲基异丁基酮稀释而调节至124.0g/eq的胺当量(溶液)。借助IR光谱法基于3310cm^-1处的残余吸收测得98.5％的伯氨基被封闭。

发现包含异氰酸酯基的聚合物溶液的固含量为45.3％。

c)分散和真空蒸馏

在40℃下搅拌30分钟后，经7分钟将反应器的内容物分散在1206重量份去离子水(23℃)中。在45℃下在减压下从所得分散体中蒸馏移除甲基乙基酮，用去离子水补充溶剂和水的任何损失，得到40重量％的固含量。

获得具有交联颗粒的白色、稳定、富含固体的低粘度分散体，其即使在3个月后也完全不显示出沉降。

所得微凝胶分散体的特征如下：

固含量(130℃，60分钟，1g)：40.2重量％

甲基乙基酮含量(GC)：0.2重量％

甲基异丁基酮含量(GC)：0.1重量％

粘度(23℃，旋转粘度计，剪切速率＝1000/s)：15mPa·s

酸值：17.1mg KOH/g固含量

中和度(计算值)：49％

pH(23℃)：7.4

粒度(光子相关光谱法，体积平均值)：167nm

凝胶分数(冷冻干燥)：85.1重量％

凝胶分数(130℃)：87.3重量％

实施例D2

通过将N,N’-双(3-氨基丙基)乙二胺二酮亚胺添加至过量的处于甲基乙基酮中的部分中和的二环己基甲烷4,4'-二异氰酸酯基聚氨酯预聚物中且随后在分散于水中之后通过中心伯氨基进行交联而制备本发明的聚酯氨基甲酸酯脲的微凝胶分散体

如下制备聚酯氨基甲酸酯脲的微凝胶分散体：

将在本发明实施例D1(D1，节a，1786.4重量份)中制备的量的部分中和的预聚物溶液在40℃下调节，然后将35.7重量份77.0重量％N,N’-双(3-氨基丙基)乙二胺二酮亚胺在甲基异丁基酮中的稀释液经1分钟混入(预聚物的异氰酸酯基与N,N’-双(3-氨基丙基)乙二胺二酮亚胺(具有两个仲氨基)的比例为6:1(mol/mol)；这对应于两个NCO基团/每个封闭的伯氨基)，反应温度在加入预聚物溶液后短暂升高1℃，粘度也增加。N,N’-双(3-氨基丙基)乙二胺二酮亚胺在甲基异丁基酮中的稀释液通过在N,N’-双(3-氨基丙基)乙二胺(获自BASF SE)与甲基异丁基酮在甲基异丁基酮中在110-140℃下的反应中共沸移除反应水而事先制备。通过用甲基异丁基酮稀释而调节至110.0g/eq的胺当量(溶液)。借助IR光谱法由3310cm^-1处的残余吸收可确定99.0％的伯氨基被封闭。

发现包含异氰酸酯基的聚合物溶液的固含量为45.1％。

在40℃下搅拌30分钟后，经7分钟将反应器的内容物分散在1214重量份去离子水(23℃)中。在45℃下在减压下从所得分散体中蒸馏移除甲基乙基酮，用去离子水补充溶剂和水的任何损失，得到40重量％的固含量。

获得具有交联颗粒的白色、稳定、富含固体的低粘度分散体，其即使在3个月后也完全未显示出沉降。

所得微凝胶分散体的特征如下：

固含量(130℃，60分钟，1g)：39.8重量％

甲基乙基酮含量(GC)：0.2wt％

甲基异丁基酮含量(GC)：0.1重量％

粘度(23℃，旋转粘度计，剪切速率＝1000/s)：35mPa·s

酸值：17.2mg KOH/g固含量

中和度(计算值)：49％

pH(23℃)：7.5

粒度(光子相关光谱法，体积平均值)：172nm

凝胶分数(冷冻干燥)：96.1重量％

凝胶分数(130℃)：96.8重量％

实施例D3

通过将二亚乙基三胺二酮亚胺添加至过量的处于丙酮中的部分中和的二环己基甲烷4,4'-二异氰酸酯基聚氨酯预聚物中且随后在分散于水中之后通过端伯氨基进行交联而制备非本发明的聚酯氨基甲酸酯脲的微凝胶分散体

如本发明实施例D1中那样制备非本发明的聚酯氨基甲酸酯脲D3的微凝胶分散体；仅用丙酮代替用于制备部分中和的预聚物溶液的甲基乙基酮溶剂，当使用丙酮时，将使用甲基乙基酮时的最初为80℃的反应温度限制为58℃。在该温度下进行搅拌，直至溶液的异氰酸酯含量如实施例D1中那样恒定为1.49重量％；仅反应时间有所增加。随后，类似于实施例D1，将预聚物用丙酮稀释，冷却至40℃，并部分中和，随后使用一定量的处于甲基异丁基酮中的实施例D1中所述的二亚乙基三胺二酮亚胺(预聚物的异氰酸酯基与二亚乙基三胺二酮亚胺(具有一个仲氨基)的比例为5:1(mol/mol)，对应于两个NCO基团/每个封闭的伯氨基)反应，发现包含异氰酸酯基的聚合物溶液的固含量为45.4％；随后分散在水中，在35-40℃下在减压下移除溶剂，并用去离子水补充水分损失，获得具有交联颗粒的白色、富含固体的低粘度分散体。

所述微凝胶分散体是不稳定的，且在两天内形成了占所得聚合物总质量的3重量％的沉淀物。

所得微凝胶分散体的特征如下：

固含量(130℃，60分钟，1g)：40.5重量％

丙酮含量(GC)：0.0wt％

甲基异丁基酮含量(GC)：0.1重量％

粘度(23℃，旋转粘度计，剪切速率＝1000/s)：13mPa·s

酸值：17.0mg KOH/g固含量

中和度(计算值)：49％

pH(23℃)：7.4

体积平均粒度(D[4.3])：9.8μm(激光衍射，Fraunhofer)

凝胶分数(冷冻干燥)：87.4重量％

凝胶分数(130℃)：89.9重量％

实施例D4

通过将二亚乙基三胺二酮亚胺添加至过量的处于甲基乙基酮中的部分中和的异佛尔酮二异氰酸酯基聚氨酯预聚物且随后在分散于水中之后通过端伯氨基进行交联而制备本发明的聚酯氨基甲酸酯脲的微凝胶分散体

如下制备聚酯氨基甲酸酯脲的微凝胶分散体：

a)制备部分中和的预聚物溶液

在装备有搅拌器、内部温度计、回流冷凝器和电加热的反应容器中，将583.0重量份实施例D1的线性聚酯多元醇和28.4重量份二羟甲基丙酸(获自GEO SpecialtyChemicals)在氮气下溶解在344.3份甲基乙基酮中。

在30℃下将获得的溶液与188.2重量份异氰酸酯含量为37.75重量％的异佛尔酮二异氰酸酯(I，获自BASF SE)和3.8重量份二月桂酸二丁基锡(获自Merck)连续混合。然后将混合物在搅拌下加热至80℃。在该温度下继续搅拌，直至溶液的异氰酸酯含量恒定为1.55重量％。随后，向预聚物中添加626.0重量份甲基乙基酮，将反应混合物冷却至40℃。当达到40℃时，经2分钟滴加12.3重量份三乙胺(获自BASF SE)，将批料再搅拌5分钟。

b)预聚物与二亚乙基三胺二酮亚胺的反应

随后，将31.5重量份71.9重量％的如实施例D1，节b所述的二亚乙基三胺二酮亚胺在甲基异丁基酮中的稀释液(胺当量(溶液)：124.0g/eq；预聚物的异氰酸酯基与二亚乙基三胺二酮亚胺的比例(具有一个仲氨基)的比例为5:1(mol/mol)；对应于两个NCO基团/每个封闭的伯氨基)经1分钟混合，反应温度在加入预聚物溶液后短暂升高1℃。

发现包含异氰酸酯基的聚合物溶液的固含量为45.1％。

c)分散和真空蒸馏

在40℃下搅拌30分钟后，经7分钟将反应器的内容物分散在1205重量份去离子水(23℃)中。在45℃下在减压下从所得分散体中蒸馏移除甲基乙基酮，用去离子水补充溶剂和水的任何损失，得到40重量％的固含量。

获得含有交联颗粒的白色、稳定、富含固体的低粘度分散体，其即使在3个月后也无论如何未显示出沉降。

所得微凝胶分散体的特征如下：

固含量(130℃，60分钟，1g)：40.2重量％

甲基乙基酮含量(GC)：0.2重量％

甲基异丁基酮含量(GC)：0.0％

粘度(23℃，旋转粘度计，剪切速率＝1000/s)：19mPa·s

酸值：17.3mg KOH/g固含量

中和度(计算值)：49％

pH(23℃)：7.4

粒度(光子相关光谱法，体积平均值)：151nm

凝胶分数(冷冻干燥)：84.0重量％

凝胶分数(130℃)：85.2重量％

实施例D5：

通过将二亚乙基三胺二酮亚胺添加至过量的处于甲基乙基酮中的部分中和的四甲基间二甲苯二异氰酸酯基聚氨酯预聚物中且随后在分散于水中之后通过端伯氨基进行交联而制备本发明的聚酯氨基甲酸脲的微凝胶分散体

如下制备聚酯氨基甲酸酯脲的微凝胶分散体：

a)制备部分中和的预聚物溶液

在装备有搅拌器、内部温度计、回流冷凝器和电加热的反应容器中，将570.0重量份实施例D1的线性聚酯多元醇和27.7重量份二羟甲基丙酸(获自GEO SpecialtyChemicals)在氮气下溶解在344.4重量份的甲基乙基酮中。

在30℃下向所得溶液中连续添加202.0重量份的异氰酸酯含量为34.40重量％的四甲基间二甲苯二异氰酸酯(获自Cytec的(Meta)脂族异氰酸酯)和3.8重量份二月桂酸二丁基锡(获自Merck)。此后在搅拌下加热至80℃。在该温度下继续搅拌，直至溶液的异氰酸酯含量恒定为1.51重量％。然后向预聚物中添加626.4重量份甲基乙基酮，将反应混合物冷却至40℃。当达到40℃时，经2分钟滴加12.0重量份的三乙胺(获自BASF SE)，将批料再搅拌5分钟。

b)预聚物与二亚乙基三胺二酮亚胺的反应

随后，经1分钟混入30.8重量份实施例D1节b所述的71.9重量％处于甲基异丁基酮中的二亚乙基三胺二酮亚胺(胺当量(溶液)：124.0g/eq；预聚物的异氰酸酯基与二亚乙基三胺二酮亚胺(具有一个仲氨基)的比例为5:1(mol/mol)；对应于两个NCO基团/每个封闭的伯氨基)，反应温度在加入预聚物溶液后短暂升高1℃。

发现包含异氰酸酯基的聚合物溶液的固含量为45.0％。

c)分散和真空蒸馏

在40℃下搅拌30分钟后，经7分钟将反应器的内容物分散在1206重量份去离子水(23℃)中。在45℃下在减压下从所得分散体中蒸馏移除甲基乙基酮，用去离子水补充溶剂和水的任何损失，得到40重量％的固含量。

获得了具有交联颗粒的白色、稳定、富含固体的低粘度分散体，其即使在3个月后也完全未显示出沉降。

所得微凝胶分散体的特征如下：

固含量(130℃，60分钟，1g)：39.6重量％

甲基乙基酮含量(GC)：0.3重量％

甲基异丁基酮含量(GC)：0.1重量％

粘度(23℃，旋转粘度计，剪切速率＝1000/s)：15mPa·s

酸值：17.1mg KOH/g固含量

中和度(计算值)：49％

pH(23℃)：7.4

粒度(光子相关光谱法，体积平均值)：156nm

凝胶分数(冷冻干燥)：83.3重量％

凝胶分数(130℃)：83.7重量％

实施例D6

通过在增大的固含量下将二亚乙基三胺二酮亚胺添加至过量的处于甲基乙基酮中的部分中和的二环己基甲烷4,4'-二异氰酸酯基聚氨酯预聚物中且随后在分散于水中之后通过端伯氨基进行交联水而制备非本发明的聚酯氨基甲酸酯脲微凝胶分散体

如发明实施例D1那样制备非本发明的聚酯氨基甲酸脲D6的微凝胶分散体，不同之处在于降低甲基乙基酮的量，从而得到溶液(Z)，其中包含异氰酸酯基且具有封闭的伯氨基的中间体(Z.1)的含量为70.1％；随后在分散于水中之后，在45℃下在减压下移除溶剂，并用去离子水补充水分损失，获得具有交联颗粒的白色、富含固体的低粘度分散体。

预聚物中的异氰酸酯基与二亚乙基三胺二酮亚胺(具有一个仲氨基)的比例保持不变，为5:1(mol/mol)(对应于两个NCO基团/每个封闭的伯氨基)。中和度(计算值)也保持相同。

获得具有大的交联颗粒的白色、富含固体的低粘度分散体，其在3个月后表现出占存在的聚合物总质量的约0.2重量％的沉淀物。当将分散体过滤时，由于所用过滤器的快速堵塞而发生困难。

所得微凝胶分散体的特征如下：

固含量(130℃，60分钟，1g)：39.8重量％

甲基乙基酮含量(GC)：0.2重量％

甲基异丁基酮含量(GC)：0.1重量％

粘度(23℃，旋转粘度计，剪切速率＝1000/s)：14mPa·s

酸值：17.2mg KOH/g固含量

中和度(计算值)：49％

pH(23℃)：7.4

粒度(光子相关光谱法，体积平均值)：2860nm

体积平均粒度(D[4.3])：3.8μm(激光衍射，Fraunhofer)

凝胶分数(冷冻干燥)：85.9重量％

凝胶分数(130℃)：87.9重量％

其他聚氨酯基水性分散体

除了制备的本发明微凝胶分散体D1、D2、D4和D5以及非本发明的微凝胶分散体D3和D6之外，进一步制备了非本发明的聚氨酯分散体或者尝试了其制备。

对比实施例VD1

通过分散部分中和的二环己基甲烷4,4'-二异氰酸酯基聚酯氨基甲酸酯的甲基乙基酮溶液而制备聚酯氨基甲酸酯的分散体

根据WO 92/15405第15页第16-20行基于二环己基甲烷4,4'-二异氰酸酯制备标准聚氨酯分散体VD1。

所得聚氨酯分散体的特征如下：

固含量(130℃，60分钟，1g)：27.0重量％

甲基乙基酮含量(GC)：0.2重量％

粘度(23℃，旋转粘度计，剪切速率＝1000/s)：135mPa·s

酸值：19.9mg KOH/g固含量

pH(23℃)：7.8

粒度(光子相关光谱法，体积平均值)：46nm

凝胶分数(冷冻干燥)：-0.7重量％

凝胶分数(130℃)：-0.3重量％

对比实施例VD2

通过将具有游离异氰酸酯基的部分中和的二环己基甲烷4,4'-二异氰酸酯基聚氨酯预聚物的甲基乙基酮溶液分散在水中(不添加酮亚胺或其他胺)而制备聚酯氨基甲酸酯脲的分散体

将发明实施例D1(D1，节a，1786.4重量份)中制备的量的部分中和的预聚物溶液在40℃下调节，并在搅拌下且不添加二酮亚胺或其他胺下经7分钟分散在1193重量份去离子水中(23℃)。在45℃下在减压从所得分散体中蒸馏甲基乙基酮，并用去离子水补充溶剂和水的任何损失，得到40重量％的固含量。

随后将分散体在40℃下调节24小时，在最初几小时内观察到形成二氧化碳。在24小时后，不再发现二氧化碳的进一步产生。

获得了白色、抗沉降稳定、富含固体的低粘度分散体，其是未交联的。

在真空蒸馏且用去离子水调节固含量之后立即测定凝胶分数，且随后还在40℃下调节24小时的分散体上进行测定。在40℃调节4周后重复测定。

所得聚合物分散体的特征如下：

固含量(130℃，60分钟，1g)：39.6重量％

甲基乙基酮含量(GC)：0.2重量％

粘度(23℃，旋转粘度计，剪切速率＝1000/s)：45mPa·s

酸值：17.3mg KOH/g固含量

中和度(计算值)：49％

pH(23℃)：7.6

粒度(光子相关光谱法，体积平均值)：172nm

凝胶分数(冷冻干燥)：-1.2重量％

凝胶分数(130℃)：1.8重量％

凝胶分数(冷冻干燥)(40℃，24小时后的分散体)：1.0重量％

凝胶分数(130℃)(40℃，24小时后的分散体)：3.6重量％

凝胶分数(冷冻干燥)(40℃，4周后的分散体)：1.1重量％

凝胶分数(130℃)(40℃，4周后的分散体)：2.9重量％

对比实施例VD3

尝试通过将二亚乙基三胺添加至过量的处于甲基乙基酮中的部分中和的二环己基甲烷4,4'-二异氰酸酯基聚氨酯预聚物中且分散于水中而制备聚酯氨基甲酸酯脲的微凝胶分散体

经1分钟将在本发明实施例D1中制备的量的部分中和的预聚物溶液(D1，节a，1786.4重量份)在40℃下与8.4重量份的二亚乙基三胺(获自BASF SE)(预聚物的异氰酸酯基与二亚乙基三胺的比例为5:1(mol/mol)；对应于两个NCO基团/每个伯氨基)混合，反应温度在加入预聚物溶液后短暂升高2℃且粘度增加。发现聚合物溶液的固含量为45.0％。

在30分钟后，未发生在去离子水中的分散，因为在仅仅21分钟后，反应混合物完全胶凝。

对比实施例VD4

通过将乙二胺添加至过量的处于甲基乙基酮中的部分中和的含二环己基甲烷4,4'-二异氰酸酯的聚氨酯预聚物中且分散于水中而制备聚酯氨基甲酸酯脲的分散体

如下制备聚酯氨基甲酸酯脲的分散体：

将本发明实施例D1中制备的量的部分中和的预聚物溶液(D1，节a，1786.4重量份)在40℃下调节，然后经1分钟混合6.1重量份乙二胺(获自BASF SE)(预聚物的异氰酸酯基与乙二胺(无仲氨基)的比例为4:1(mol/mol)；对应于两个NCO基团/每个伯氨基)，反应温度在加入预聚物溶液后短暂升高1℃。发现聚合物溶液的固含量为45.3％。

在40℃下搅拌30分钟后，将反应器的内容物分割，经7分钟将一半分散在601重量份去离子水(23℃)中。另一半保留在反应器中，并在40℃下再搅拌12小时，反应混合物不发生任何胶凝。

在45℃下在减压下从所得的分散体中蒸馏移除甲基乙基酮，用去离子水补充溶剂和水的任何损失，从而得到40重量％的固含量。

获得了具有未交联颗粒的白色、稳定、富含固体的低粘度分散体，因此其不具有微凝胶颗粒。

所得分散体的特征如下：

固含量(130℃，60分钟，1g)：39.9重量％

甲基乙基酮含量(GC)：0.2重量％

粘度(23℃，旋转粘度计，剪切速率＝1000/s)：55mPa·s

酸值：17.2mg KOH/g固含量

中和度(计算值)：49％

pH(23℃)：7.4

粒度(光子相关光谱法，体积平均值)：157nm

凝胶分数(冷冻干燥)：-0.3重量％

凝胶分数(130℃)：-1.1重量％

评价用于银蓝色水基底色漆材料的聚合物分散体，以及其他聚合物分散体的制剂

为了进行施加比较，制备不含交联颗粒的聚氨酯分散体VD1，该聚氨酯分散体广泛用于水基底色漆材料中(根据WO 92/15405第15页第16-20行)。

同样为了进行比较而制备了富含固体的聚氨基甲酸酯脲分散体VD4，其在分散于水中之后将乙二胺添加至预聚物后形成，但不含微凝胶。因此可显示，尽管具有高异氰酸酯过量，借助乙二胺扩链不适于提供交联颗粒。

为了进行比较，未使用制得的分散体VD2(所述分散体在分散包含异氰酸酯基的预聚物后直接在水中生成)制备水基底色漆材料，因为尽管在分散和游离异氰酸酯基与水的反应(伴随着CO₂的剧烈产生)之后观察到形成了细碎的稳定分散体，然而令人惊讶地证明该程序不适于制备微凝胶分散体。在测定凝胶分数后，仅发现非常小程度(如果有的话)的交联颗粒。

在对比实施例VD3中，甚至在所需的分散于水中之前，尽管具有高稀释度，预聚物溶液与未封闭的二亚乙基三胺的反应确实导致有机树脂溶液在短时间内完全胶凝；然而，不可能以此方式制备微凝胶分散体。

在本发明的实验D1、D2、D4和D5以及非本发明的实验D3和D6中获得了具有高凝胶分数的微凝胶分散体。

当在制备预聚物(Z.1.1)或组合物(Z)期间用不同的溶剂(目前为丙酮)代替溶剂(Z.2)(目前为甲基乙基酮)时，制得了含有显著过大的颗粒的微凝胶分散体D3。鉴于因大微凝胶颗粒导致的稳定性问题，未制备水基底色漆材料。该类体系的储存稳定性不足。

在制备实施例D6中，也获得了微凝胶分散体。然而，在分散之前，在组合物(Z)中具有较高量中间体(Z.1)下，所得微凝胶颗粒的粒度显著增大(70.1％，相对的在制备实施例D1中为45.3％)，这对分散体的长期稳定性产生了不利影响。再次，由于储存稳定性差，未实施底色漆材料的制备及其随后的施加。

为了进一步分析组合物(Z)中的中间体(Z.1)分数的影响，制备了其他微凝胶分散体。在这种情况下，从分散体D1的制备开始，在每种情况下仅改变组合物(Z)中的中间体(Z.1)分数。

表I示出了制得的微凝胶分散体，对粒度做了具体说明。同样列出了分散体D1和D6。为了更容易地理解，将分散体D1列为分散体Df，将分散体D6列为分散体Dk。所有分散体都含有凝胶分数高于80％的聚合物颗粒。

表I：

分散体	(Z)中的(Z.1)分数，重量％	平均粒度，nm(通过PCS测定)
			Da	20.1	1360
Db	30.0	394
			Dc	35.0	266
Dd	40.0	155
			De	42.5	162
Df(＝D1)	45.3	167
			Dg	47.5	158
Dh	50.0	155
			Di	55.2	970
Dj	60.0	1645
			Dk(＝D6)	70.1	2860/38001

¹ 3800nm的值通过激光衍射测定。

结果表明，组合物(Z)中的中间体(Z.1)分数以及因此该组合物的固含量必须令人惊讶地不过高，以至于得到其中存在的聚氨酯-聚脲颗粒的平均粒度处于可接受的范围内的微凝胶分散体。同样令人惊讶的是，即使当中间体分数变得非常小时，平均粒度也再次变大。然而，在过小的中间体分数下且因此在高有机溶剂分数下，由于环境和经济上的不利因素，再也没有任何进一步的益处。

总之，发现变得较高的中间体分数以及变得非常低的中间体分数伴随着聚氨酯-聚脲颗粒平均粒度的快速增大。

银蓝色水基底色漆材料的制备

为了进行施加比较，使用聚氨酯分散体VD1(根据WO 92/15405第15页第16-20行)制备标准水基底色漆材料BL-V1，与所有本发明制备的水基底色漆材料相反，也如专利申请WO 92/15405中那样配备了页硅酸盐增稠剂，以防止在施加和干燥期间由金属板垂直流挂。

为了进行比较，同样制备了不含页硅酸盐的水基底色漆材料，其基于高固体的聚氨基甲酸酯脲分散体VD4，该分散体在分散于水中之后将乙二胺添加至预聚物后形成，但不含微凝胶。

由本发明制得的微凝胶分散体D1、D2、D4和D5制备了水基底色漆材料(BL-A1至BL-A4)，与标准水基底色漆材料B1-V1相反，这些底色漆材料不含页硅酸盐增稠剂。

下文详细描述了水基底色漆材料的制备。

作为对比实施例，基于具有未交联聚氨酯颗粒的聚氨酯分散体VD1制备适于作为着色涂层直接施加至固化的二道底漆上的银蓝色水基底色漆材料BL-V1

将表1中“水相”下所列的组分按规定的顺序一起搅拌，从而形成水性混合物。在下一步骤中，由“有机相”下所列的组分制备有机混合物。将有机混合物添加至水性混合物中。然后将合并的混合物搅拌10分钟，并用去离子水和N,N-二甲基乙醇胺(获自BASF SE)调节至pH为8.1和在1000s^-1剪切载荷下喷涂粘度为73mPa·s，在23℃下用旋转粘度计(获自Mettler-Toledo的Rheomat RM 180仪)测量。

表1：制备银蓝色水基底色漆材料BL-V1

制备炭黑糊

炭黑糊由57重量份根据国际专利申请WO 91/15528基料分散体A制备的丙烯酸酯化的聚氨酯分散体，10重量份1400炭黑，6重量份二甲基乙醇胺(去离子水中，10重量％浓度)，2重量份市售聚醚(获自BASF SE的P900)和25重量份去离子水制备。

制备蓝色糊

蓝色糊由59重量份根据国际专利申请WO 91/15528基料分散体A制备的丙烯酸酯化的聚氨酯分散体，25重量份Palomar15:1，1.3重量份二甲基乙醇胺(去离子水中，10重量％浓度)，0.25重量份N 20，4重量份市售聚醚(获自BASF SE的P900)，2重量份丁基乙二醇和10.45重量份去离子水制备。

制备红色糊

红色糊由38.4重量份根据国际专利申请WO 91/15528基料分散体A制备的丙烯酸酯化的聚氨酯分散体，47.1重量份13BM/P，0.6重量份二甲基乙醇胺(去离子水中，10重量％浓度)，4.7重量份市售聚醚(获自BASF SE的P900)，2重量份丁基乙二醇和7.2重量份去离子水制备。

制备本发明的包含聚氨基甲酸酯脲微凝胶(BL-A1至BL-A4)且可作为着色涂层直接施加至固化的二道底漆上的银蓝色水基底色漆材料；并且作为对比实施例制备具有未交联聚氨基甲酸酯脲颗粒的银蓝色水基底色漆材料(BL-V2)

将表2中“水相”下所列的组分按照所述的顺序一起搅拌，从而形成水性混合物。在下一步骤中，由“有机相”下所列的组分制备有机混合物。将有机混合物添加至水性混合物中。然后将合并的混合物搅拌10分钟，并使用去离子水和N,N-二甲基乙醇胺(获自BASF SE)调节至pH为8.1和在1000s^-1剪切载荷下喷涂粘度为80±5mPa·s，在23℃下用旋转粘度计(获自Mettler-Toledo的Rheomat RM 180仪)测量。

表2：制备银蓝色的水基底色漆材料BL-A1至BL-A4和BL-B2

所用的红色、蓝色和炭黑糊的制备已经在表1中描述。

本发明水基底色漆材料BL-A1至BL-A4与水基底色漆材料BL-V1和BL-V2在固含量、固体体积、pH和粘度方面的比较

首先，将不含页硅酸盐增稠剂的本发明制得的水基底色漆材料BL-A1至BL-A4的固含量、固体体积、pH和粘度与含页硅酸盐增稠剂的标准水基底色漆材料BL-V1对比。作为第二种比较，使用包含聚氨酯-脲分散体VD4的水基底色漆材料BL-V2，其同样不含页硅酸盐增稠剂，而是与对比水基底色漆材料BL-V1相似，且与本发明制得的水基底色漆材料相反，其不含发明的分散体(PD)。结果示于表3中。

表3：对比水基底色漆材料BL-V1和BL-V2以及本发明水基底色漆材料BL-A1至BL-A4的固含量、固体体积、pH和粘度的表征

¹⁾固体体积(计算值)：

固体体积根据VdL-RL 08[German Paint Industrial Association Guideline(德国涂料工业协会指南)]，“Determining the solids volume of anticorrosioncoating materials as basis for productivity calculations”，Verband derLackindustrie e.V.，1999年12月版计算。固体体积VSC(固体体积)根据以下公式计算，其中引入了所用的相关材料的物理性质(溶剂的密度、固体的密度)：

VSC＝(密度(湿涂层)×固体分数(湿涂层))/密度(烘烤涂层)

VSC：体积固含量，％；

密度(湿涂层)：由各组分的密度(溶剂密度和固体密度)计算的湿涂料材料的密度(g/cm³)；

固体分数(湿涂层)：根据DIN EN ISO 3251的湿涂料材料的固含量(以％计)，130℃，60分钟，初始质量1.0g；

密度(烘烤涂层)：金属板上烘烤涂料材料的密度，g/cm³。

²⁾ RD增稠剂溶液：

3％页硅酸钠锂镁RD(获自Altana-Byk)和3％P900(获自BASF SE)的水溶液。

表3中的结果表明，本发明的底色漆材料兼具优异的流变行为和非常高的固含量。在高剪切载荷下，粘度处于喷涂施加的正确范围内，换言之，相当低的范围(喷涂粘度)，而在低剪切载荷下，粘度(代表施加至基材之后的涂料材料)显著更高，从而提供了特别是对流挂的适当稳定性。尽管底色漆材料BL-V1具有相应的有利流变性能，然而在固含量方面表现出明显的缺点，底色漆材料BL-V2不具有任何可接受的流变行为(在低剪切载荷下粘度过低)。

就流挂稳定性和爆孔稳定性、针孔极限和针孔数量而言的本发明水基底色漆材料BL-A1至BL-A4与水基底色漆材料BL-V1和BL-V2的对比实验

为了测定流挂极限、爆孔极限、针孔极限和针孔数量，使用水基底色漆材料(BL-V1、BL-V2以及BL-A1至BL-A4)制备了多层漆体系。根据如下通用方案使用水基底色漆材料制备多层漆体系：

在涂覆有固化的二道底漆体系且尺寸为30cm×50cm的钢板的一个纵向边缘上提供胶带，以便能确定涂覆后的膜厚差异。将水基底色漆材料以楔形形式静电施加。将获得的水基底色漆膜在室温下闪蒸1分钟，随后在70℃的空气循环烘箱中干燥10分钟。在干燥的水基底色漆膜上施加由BASF Coatings GmbH(FF99-0345)商购获得双组分清漆。将获得的清漆膜在室温下闪蒸20分钟。然后将水基底色漆膜和清漆膜在140℃的空气循环烘箱中共同固化20分钟。固化的清漆膜的膜厚在整个板上是恒定的(±1μm)，清漆膜的厚度为35-45μm。

在测定爆孔极限，针孔极限和针孔数量的情况下，将所述板在空气循环烘箱中水平干燥并固化，通过在提高楔形形式下确定首先分别出现爆孔和针孔时的底色漆膜的所得膜厚而视觉确定爆孔极限和针孔极限。此外，在针孔数量的情况下，测定边长为30cm×50cm的涂覆金属板上出现的针孔数量。

在测定流挂极限的情况下，使用具有相同尺寸的穿孔金属(由钢制成)板；如上所述涂覆所述板，且如上文所述那样将施加的涂料材料干燥和固化，不同之处在于，在施加水基底色漆材料和施加清漆之后，将所述板垂直放置在烘箱中。

发生流挂时的膜厚称为流挂极限，且通过视觉确定。

表4提供了流挂极限、爆孔极限、针孔极限和针孔数量的测定结果的概述：

水基底色漆材料BL-V1包含RD页硅酸盐增稠剂，而所有其他水基底色漆材料均不含该增稠剂组分。

对比水基底色漆材料BL-V1和BL-V2不具有交联颗粒，而本发明制得的水基底色漆材料BL-A1至BL-A4包含本发明的分散体(PD)。

表4：基于水基底色漆材料BL-A1至BL-A4和BL-B1至BL-B2的多层漆体系的流挂极限、爆孔极限、针孔极限和针孔数量的测定结果

¹⁾ RD增稠剂溶液：

3％页硅酸钠锂镁RD(获自Altana-Byk)和3％P900(获自BASF SE)的水溶液。

²⁾流挂极限，μm：发生流挂时的膜厚。

³⁾爆孔极限，μm：发生流挂时的膜厚。

⁴⁾针孔极限，μm：在施加底色漆材料的楔形和双组分清漆材料的恒定层且在140℃的空气循环烘箱中共同固化20分钟后产生针孔时的底色漆膜的膜厚。

⁵⁾针孔数量：边长为30厘米×50厘米的涂覆金属板的针孔极限的针孔数量。

结果表明，与使用水基底色漆材料BL-V1和BL-V2相比，在水基底色漆材料BL-A1至BL-A4中使用本发明的分散体(PD)来制备多层漆体系在所有评价的光学性质方面显示出明显的优点。

就基于划格法和石击结果的粘合性而言，本发明水基底色漆材料BL-A1至BL-A4与水基底色漆材料BL-V1和BL-V2之间的对比实验

为了测定粘合性能，使用对比水基底色漆材料BL-V1和BL-V2以及本发明的水基底色漆材料BL-A1至BL-A4按照以下通用方案制备多层漆体系：

初始涂装

所用基材为具有10cm×20cm尺寸的金属板，其具有由市售二道底漆产生的膜厚为30±3μm的固化二道底漆体系。在该基材的制备中，将二道底漆在80℃下中间干燥10分钟，然后在150℃/14分钟或190℃/30分钟下烘烤。

在每种情况下，对于这些不同烘烤的基材，水基底色漆材料最初以14±2μm的目标膜厚气动地施加。在将水基底色漆材料在室温下闪蒸1分钟后，在70℃的空气循环烘箱中进行中间干燥10分钟。然后将由BASF Coatings GmbH(FF99-0345)商购获得的双组分清漆以40±5μm的目标膜厚同样气动地施加，在室温下闪蒸20分钟后，将底色漆和清漆在125℃/20分钟下(欠烘的初始涂装)或在160℃/30分钟下(过烘的初始涂装)在空气循环烘箱中共同烘烤。这给出了根据制备条件1或2制得的多层漆体系(参见表5.1)。

重涂

在冷却至室温后，首先再次将水基底色漆材料以14±2μm的目标膜厚气动地施加至初始涂装(过烘和欠烘)上，在室温下闪蒸1分钟后，将水基底色漆材料在70℃的空气循环烘箱中进行中间干燥10分钟。然后将由BASF Coatings GmbH(FF99-0345)商购获得的双组分清漆以40±5μm的目标膜厚同样气动地施加，在室温下闪蒸20分钟后，将底色漆和清漆在空气循环烘箱中以125℃/20分钟(欠烘重涂漆)或160℃/30分钟(过烘重涂漆)共同烘烤。

这在每种情况下得到了过烘或欠烘的双重涂装，这在下文称为过烘或欠烘重涂漆，或者根据制备条件3和4制得的多层漆体系(参见表5.1)。

表5.1再次汇总了各涂层体系在制备条件，尤其是烘烤条件方面的差异。

表5.1金属板1-4上的多涂层体系的制备条件

为了评价这些多层漆体系的粘合性能，对其进行划格法和石击测试。

划格法测试根据DIN 2409在未暴露的样品上进行。划格法测试的结果根据DIN ENISO 2409评价(等级0-5；0＝最佳分数，5＝最差分数)。

石击测试根据DIN EN ISO 20567-1方法B进行。石击测试的结果根据DIN EN ISO20567-1评价(值≤1.5，满意；值>1.5，不满意)。

表5.2汇总了划格法和石击测试的结果。

表5.2：与本发明的水基底色漆材料BL-A1至BL-A4相比，在水基底色漆材料BL-V1和BL-V2的欠烘和过烘初始涂装和重涂漆上的划格法和石击测试结果

*)对比底色漆材料BL-V2由于形成流挂而不能涂覆。

1)划格法测试：

划格法测试根据DIN 2409在未暴露的样品上进行。

划格法测试的结果根据DIN EN ISO 2409评估(等级0-5；0＝最佳分数，5＝最差分数)：

划格法≤1：满意

划格法>1：不满意

2)在欠烘和过烘的初始涂装和重涂漆上进行的石击测试(参见表5.1)

为此，根据DIN EN ISO 20567-1方法B进行了石击测试。

石击测试的结果根据DIN EN ISO 20567-1评估：

石击≤1.5：满意

石击>1.5：不满意

结果证实，在不含页硅酸盐增稠剂的水基底色漆材料中使用本发明的聚氨酯-聚脲微凝胶分散体不会带来任何粘合性问题。相反，获得了与使用具有页硅酸盐增稠剂的标准水基底色漆材料BL-V1制备的多层漆体系的质量相当的粘合水平，并且在一些情况下甚至改进。

比较作为着色涂层直接施加至固化的二道底漆上的本发明银蓝色水基底色漆材料BL-A1和BL-A2与包含页硅酸盐增稠剂的标准水基底色漆材料BL-V1的角度依赖性色调值

为了测定由各种水基底色漆材料产生的角度依赖性色调值，根据以下一般方案制备了多层漆体系：

用标准二道底漆(获自BASF Coatings GmbH的SecuBloc中度灰)以25-35nm的目标膜厚涂覆尺寸为10×20cm且涂覆有标准阴极电涂漆(获自BASF Coatings GmbH的500)的钢板。在室温下闪蒸10分钟之后且还在70℃下中间干燥水性二道底漆10分钟之后，将其在160℃的温度下烘烤30分钟。

将水基底色漆材料BL-A1、BL-A2和BL-V1通过双重施加法施加至如上所述涂覆的钢板上。在第一步中，以8-11μm的目标膜厚静电施加；在第二步中，在室温下3分40秒的闪蒸时间后，以3-5μm的目标膜厚气动涂覆。随后，在室温下4分钟30秒的进一步闪蒸时间后，将获得的水基底色漆膜在70℃的空气循环烘箱中干燥5分钟。

在干燥的水基底色漆膜上施加由BASF Coatings GmbH(FF99-0345)商购获得的双组分清漆。将获得的清漆膜在室温下闪蒸20分钟。然后将水基底色漆膜和清漆膜在140℃的空气循环烘箱中共同固化20分钟。

固化的清漆膜的膜厚在整个板上是恒定的(±1μm)，清漆膜厚为40-45μm。

使用X-Rite分光光度计(X-Rite MA68多角度分光光度计)测量相应获得的多层漆体系。用光源照射表面，在不同角度下在可见光范围内进行光谱检测。在考虑标准化光谱值以及所用光源的反射光谱下，以此方式获得的光谱测量值可用于计算CIE L*a*b*色空间中的颜色值，其中L*表征亮度，a*表征红绿值，b*表征黄蓝值。对于包含金属片的材料，ASTME2194-12中描述了该方法。

表6使用BL-V1的值作为参比报告了各种涂料材料的相应色调值。报告的值为CIEL*a*b*值。

表6使用标准水基底色漆材料BL-V1(参比)以及水基底色漆材料BL-A1和BL-A2制得的多层漆体系的颜色值。

¹⁾CIE L*a*b*色空间中的角度依赖性颜色值：

L*＝亮度，ΔL*＝色差—标准L*与测试物品的L*之差

a*＝红绿值，Δa*＝色差—标准a*与测试物品的a*之差

b*＝黄蓝值，Δb*＝色差—标准b*与测试物品的b*之差

ASTM E2194-12描述了包含金属片的材料的方法。

本发明水基底色漆材料的色调值与标准水基底色漆材料的色调值几乎相同；偏差是由于涂覆操作期间产生的波动范围所致。所有多层漆体系都具有相似的视觉外观，且不含任何缺陷。

Claims (15)

1.一种水性聚氨酯-聚脲分散体(PD)，其具有存在于分散体中的聚氨酯-聚脲颗粒，所述颗粒具有40-2000nm的平均粒度且具有至少50％的凝胶分数，所述聚氨酯-聚脲颗粒在每种情况下包含呈反应形式的：

(Z.1.1)至少一种包含异氰酸酯基且包含阴离子基团和/或可转化成阴离子基团的基团的聚氨酯预聚物，和

(Z.1.2)至少一种包含两个伯氨基和一个或两个仲氨基的多胺，

且分散体(PD)包含至少90重量％程度的聚氨酯-聚脲颗粒和水。

2.根据权利要求1所述的水性聚氨酯-聚脲分散体，其中预聚物(Z.1.1)包含羧酸基团。

3.根据权利要求1或2所述的水性聚氨酯-聚脲分散体，其中多胺(Z.1.2)由一个或两个仲氨基、两个伯氨基以及脂族饱和烃基组成。

4.根据权利要求1或2所述的水性聚氨酯-聚脲分散体，其中至少一种多胺(Z.1.2)选自二亚乙基三胺、3-(2-氨基乙基)氨基丙基胺、二亚丙基三胺、N1-(2-(4-(2-氨基乙基)哌嗪-1-基)乙基)乙烷-1,2-二胺、三亚乙基四胺和N,N'-双(3-氨基丙基)乙二胺。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的水性聚氨酯-聚脲分散体，其中预聚物(Z.1.1)包含至少一种使用二醇和二羧酸制备的聚酯二醇，其中至少50重量％，优选55-75重量％用于制备聚酯二醇的二羧酸为二聚体脂肪酸。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的水性聚氨酯-聚脲分散体，其中存在于分散体中的聚氨酯-聚脲颗粒具有110-500nm的平均粒度和至少80％的凝胶分数。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的水性聚氨酯-聚脲分散体，其包含25-55重量％的聚氨酯-聚脲聚合物和45-75重量％的水，其中聚氨酯-聚脲聚合物和水的总分数为至少95重量％。

8.一种着色水性底色漆材料，其包含根据权利要求1-7中任一项所述的分散体。

9.根据权利要求8所述的着色水性底色漆材料，其固含量为30-50％。

10.根据权利要求9所述的着色水性底漆漆材料，其具有在23℃下在1000 1/s的剪切载荷下为40-150mPa·s的粘度。

11.根据权利要求8-10中任一项所述的着色水性底色漆材料，其中底色漆材料的固含量和底色漆材料中的水分数的百分比总和为至少70重量％。

12.根据权利要求8-11中任一项所述的着色水性底色漆材料，其进一步包含蜜胺树脂以及至少一种不同于分散体(PD)中存在的聚合物的羟基官能的聚合物。

13.一种制备多层漆体系的方法，其中：

(1)将水性底色漆材料施加至基材上，

(2)由在步骤(1)中施加的涂料材料形成聚合物膜，

(3)将清漆材料施加至获得的底色漆膜上，然后

(4)将底色漆膜与清漆膜一起固化，

其中在步骤(1)中使用的水性底色漆材料为根据权利要求8-12中任一项所述的底色漆材料。

14.一种通过根据权利要求13所述的方法制备的多层漆体系。

15.根据权利要求1-7中任一项所述的分散体用于改善多层漆体系中的底色漆膜的光学性质，更特别地相对于针孔和爆孔的稳定性的用途。