專利名稱：一種透明聚氨酯涂料組合物及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種聚氨酯涂料組合物及其制備方法，特別涉及一種透明雙組分聚氨酯涂料組合物及其制備方法。
背景技術：
聚氨酯(PU)是由異氰酸酯與多元醇反應制成的一種具有氨基甲酸酯鏈段重復結構單元的聚合物，具有優(yōu)良的光學透明性和力學性能，同時PU作為一種含硬段和軟段的嵌段共聚物，是可吸能的彈性體材料，防彈道沖擊強度高。PU具有多種優(yōu)良的特性，在透明防護材料的研制中成為了關鍵，因此研制高性能透明聚氨酯材料是十分有意義的。用于制備聚氨酯的多元醇包括聚酯和聚醚兩大類，極性強的聚酯作軟段制備的聚氨酯力學性能較好，但由于酯基極性高，易產生結晶，影響聚氨酯的透明性，而聚醚分子鏈間的相互作用力較聚酯弱，易無規(guī)隨機排列，結晶度低，相對透明性好。聚醚型的光學透明性遠優(yōu)于聚酯型聚氨酯，因此聚酯多元醇多用于非透明聚氨酯的合成。同時，聚氨酯的透明性與選擇的異氰酸酯的結構也有很大關系，異氰酸酯中含有強極性基團時難以控制其結晶程度，需要合理設計配方體系，才可以得到性能優(yōu)良的透明聚氨酯。US3, 866，242公開了基于分子量在700 1000范圍內的聚醚或聚酯二元醇與二環(huán)己基甲烷_4，4’ - 二異氰酸酯反應制備異氰酸酯預聚物，并用芳香族小分子胺進行擴鏈合成聚氨酯防護材料，用小分子胺作擴鏈劑時，由于引入強極性脲基，脲基上的仲氨基能與脲羰基形成三維氫鍵結構，使得硬段間有較高的親和力，有利于硬段的聚集、結晶，促進硬段和軟段兩相分離，因此聚氨酯透明性比較低。US4, 208，507公開了一種柔韌聚氨酯彈性材料，它通過以下兩種組份反應制備 (A)由分子量在600和10000范圍內的雙羥基化合物和至少一個異氰酸酯基團與環(huán)狀結構相連接的異氰酸酯反應制備的預聚物；(B) 3，3，5，5-四甲基-4，4- 二氨基-二苯基甲烷。由于強極性脲基的存在，使該聚氨酯彈性體的微相分離程度增加，降低了聚氨酯的透明性，同時，苯環(huán)的存在使其在紫外線照射下易變黃。US4, 808, 690公開了由異氰酸酯預聚物和至少一個多官能度的羥基化合物合成的透明聚氨酯聚合物。該聚氨酯聚合物具有較好的高溫變形溫度，但未涉及其抗沖性能、柔韌性等機械性能。目前，高性能透明聚氨酯的制備多集中在聚氨酯彈性體領域，而對于制備高性能的透明聚氨酯雙組份涂料研究的較少。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是針對現有技術提供一種透明聚氨酯涂料組合物。本發(fā)明的另一個目的是提供一種透明聚氨酯涂料組合物的制備方法。本發(fā)明的透明聚氨酯涂料組合物，由A和B雙組分組成，A組分為聚酯多元醇，B 組分為多異氰酸酯，其特征是所述聚酯多元醇包括由碳原子數為在C6 Cltl的脂肪族、脂環(huán)族二元酸中的一種或多種；由碳原子數為C2 C7的脂肪族、脂環(huán)族二元醇的一種或多種和 C2 C7的脂肪族多兀醇中的一種或多種縮聚而成的分子量范圍在500 5000,分子量分布為I. I 2. I的聚酯多元醇；B組分為多異氰酸酯；多異氰酸酯和聚酯多元醇反應性基團的當量比為I. I I 2. 5 I。所述多異氰酸酯為六亞甲基二異氰酸酯縮二脲(HDI縮二脲)、六亞甲基二異氰酸酯三聚體(HDI三聚體)或異佛爾酮二異氰酸酯三聚體(IPDI三聚體)中的一種或多種。所述聚酯多元醇的制備方法由碳原子數為C6 Cltl的脂肪族、脂環(huán)族二元酸中的一種或多種；由碳原子數為C2 C7的脂肪族、脂環(huán)族二元醇的一種或多種和C2 C7的脂肪族多元醇中的一種或多種，按羥基和羧基官能團的摩爾比為1.4 1，加入上述酸和醇總重量O. 05 O. 15%的催化劑BC-98和3 15%的溶劑二甲苯，在氮氣保護下，升溫至130 140°C,然后逐步升溫至210 230°C，總反應時間為8 9小時，反應結束后，在真空下脫除溶劑，壓力由O. 050MPa逐漸提高到O. 090MPa，用時I I. 5小時，測酸值小于I. 7mgK0H/g 時，降溫，得到縮聚而成的分子量范圍在500 5000，分子量分布為I. I 2. I，羥值為80 120mgK0H/g聚酯多元醇。所述聚酯多元醇的優(yōu)選的制備方法由己二酸、1，4_環(huán)己烷二甲酸，1，6_己二醇、 1，4_環(huán)己烷二甲醇和三羥甲基丙烷為原料，按羥基和羧基官能團的摩爾比為I. 4 1，己二酸與1，4_環(huán)己烷二甲酸的摩爾比為I : 9，1，6-己二醇、1，4-環(huán)己烷二甲醇與三羥甲基丙烷的摩爾比為15 5 1，加入上述酸和醇總重量O. 09 O. 13%的催化劑BC-98和3 7%的溶劑二甲苯，在氮氣保護下，升溫至140°C，然后逐步升溫至210°C，總反應時間8
8.5小時，反應結束后，在真空下脫除溶劑，壓力由O. 050MPa逐漸提高到O. 090MPa,用時 I I. 2小時，測酸值小于I. 0mgK0H/g時，降溫，得到分子量范圍在2900 3500，分子量分布為I. 2 I. 7聚酯多元醇，羥值為85 95K0H/g。所述合成聚酯多元醇的二元酸為己二酸、壬二酸、癸二酸、1，4-環(huán)己烷二甲酸或 1，3_環(huán)己烷二甲酸。所述合成聚酯多元醇的二元醇為1，6-己二醇、2- 丁基-2-乙基1，3-丙二醇或2， 2，4_三甲基-1，3-戊二醇，脂環(huán)族二元醇為1，4_環(huán)己烷二甲醇。所述合成聚酯多元醇的多元醇為三羥甲基丙烷或甘油。本發(fā)明的透明聚氨酯涂料組合物的制備方法是由以下組分和重量百分比組成所述聚酯多元醇20 30，多異氰酸酯10 20，溶劑40 60，催化劑0. 5 2，流平劑
O.5 2，消泡劑1. 5 6 ;將以上組分混合攪拌均勻，靜置20min后使用。所述聚氨酯涂料組合物的溶劑為甲苯、二甲苯、環(huán)己酮或醋酸丁酯。所述聚氨酯涂料組合物的催化劑為有機錫類化合物單丁基氧化錫、二丁基氧化錫、二丁基氧化錫氯化物或二丁基二月桂酸錫。所述聚氨酯涂料組合物的流平劑為RJ-2010、R-620或DS-301。所述聚氨酯涂料組合物的消泡劑為BYK-104、BYK-141、BYK-051或BYK-052。根據高聚物結構理論可知，只有無規(guī)非晶的聚合物才有可能是透明聚合物。對于透明聚氨酯樹脂而言，其研制關鍵是在保證其基本力學性能滿足使用要求的基礎上，通過分子設計來最大限度地控制體系的結晶以降低相分離程度。而控制相分離程度最簡單的方法，就是使用不同類型的軟段和引入交聯鍵。本發(fā)明合成了無規(guī)共聚的聚酯多元醇，使聚氨酯軟段結晶程度降低，同時使用多異氰酸酯作為固化劑增加聚氨酯的交聯密度，一方面提高了聚氨酯的機械性能，同時引入交聯鍵，控制體系的相分離程度，以制備透明聚氨酯涂層。
具體實施例方式以下結合實施例說明，但不限制本發(fā)明。表I聚酯多元醇的配方(Wt % )
權利要求
1.一種透明聚氨酯涂料組合物，由A和B雙組分組成，A組分為聚酯多元醇，B組分為多異氰酸酯，其特征是所述聚酯多元醇包括由碳原子數為在C6 Cltl的脂肪族、脂環(huán)族二元酸中的一種或多種；由碳原子數為C2 C7的脂肪族、脂環(huán)族二元醇的一種或多種和C2 C7的脂肪族多兀醇中的一種或多種縮聚而成的分子量范圍在500 5000,分子量分布為I. I 2. I的聚酯多元醇；B組分為多異氰酸酯；多異氰酸酯和聚酯多元醇反應性基團的當量比為I.I : I 2. 5 : I。
2.根據權利要求I所述的透明聚氨酯涂料組合物，其特征是所述多異氰酸酯為六亞甲基二異氰酸酯縮二脲(HDI縮二脲)、六亞甲基二異氰酸酯三聚體(HDI三聚體)或異佛爾酮二異氰酸酯三聚體(IPDI三聚體)中的一種或多種。
3.根據權利要求I所述的透明聚氨酯涂料組合物，其特征是所述聚酯多元醇的制備方法由碳原子數為C6 Cltl的脂肪族、脂環(huán)族二元酸中的一種或多種；由碳原子數為C2 C7 的脂肪族、脂環(huán)族二元醇的一種或多種和C2 C7的脂肪族多元醇中的一種或多種，按羥基和羧基官能團的摩爾比為I. 4 I，加入上述酸和醇總重量O. 05 O. 15%的催化劑BC-98 和3 15 %的溶劑二甲苯，在氮氣保護下，升溫至130 140°C，然后逐步升溫至210 230°C，總反應時間為8 9小時，反應結束后，在真空下脫除溶劑，壓力由O. 050MPa逐漸提高到O. 090MPa，用時I I. 5小時，測酸值小于I. 7mgK0H/g時，降溫，得到縮聚而成的分子量范圍在500 5000，分子量分布為I. I 2. 1，羥值為80 120mgK0H/g聚酯多元醇。
4.根據權利要求I或3所述的透明聚氨酯涂料組合物，其特征是所述聚酯多元醇的制備方法由己二酸、I，4-環(huán)己烷二甲酸，I，6-己二醇、I，4-環(huán)己烷二甲醇和三羥甲基丙烷為原料，按羥基和羧基官能團的摩爾比為1.4 1，己二酸與1，4_環(huán)己烷二甲酸的摩爾比為 I 9，1，6_己二醇、1，4_環(huán)己烷二甲醇與三羥甲基丙烷的摩爾比為15 5 1，加入上述酸和醇總重量O. 09 O. 13%的催化劑BC-98和3 7%的溶劑二甲苯，在氮氣保護下，升溫至140°C，然后逐步升溫至210°C，總反應時間8 8. 5小時，反應結束后，在真空下脫除溶劑，壓力由O. 050MPa逐漸提高到O. 090MPa,用時I I. 2小時，測酸值小于I. 0mgK0H/g時， 降溫，得到分子量范圍在2900 3500，分子量分布為I. 2 I. 7聚酯多元醇，羥值為85 95K0H/g。
5.根據權利要求I所述的透明聚氨酯涂料組合物，其特征是所述合成聚酯多元醇的二元酸為己二酸、壬二酸、癸二酸、1，4_環(huán)己烷二甲酸或1，3-環(huán)己烷二甲酸。
6.根據權利要求I所述的透明聚氨酯涂料組合物，其特征是所述合成聚酯多元醇的二元醇為I，6-己二醇、2- 丁基-2-乙基I，3-丙二醇或2，2，4-三甲基-I，3-戊二醇，脂環(huán)族二元醇為I，4-環(huán)己烷二甲醇。
7.根據權利要求I所述的透明聚氨酯涂料組合物，其特征是所述合成聚酯多元醇的多元醇為三羥甲基丙烷或甘油。
8.權利要求I所述的透明聚氨酯涂料組合物的制備方法，其特征是由以下組分和重量百分比組成所述聚酯多元醇20 30，多異氰酸酯10 20，溶劑40 60，催化劑O.5 2，流平劑0. 5 2，消泡劑I. 5 6 ;將以上組分混合攪拌均勻，靜置20min后使用。
9.根據權利要求8所述的透明聚氨酯涂料組合物的制備方法，其特征是所述聚氨酯涂料組合物的溶劑為甲苯、二甲苯、環(huán)己酮或醋酸丁酯。
10.根據權利要求8所述的透明聚氨酯涂料組合物的制備方法，其特征是所述聚氨酯涂料組合物的催化劑為有機錫類化合物單丁基氧化錫、二丁基氧化錫、二丁基氧化錫氯化物或二丁基二月桂酸錫。
11.根據權利要求8所述的透明聚氨酯涂料組合物的制備方法，其特征是所述聚氨酯涂料組合物的流平劑為RJ-2010、R-620或DS-301。
12.根據權利要求8所述的透明聚氨酯涂料組合物的制備方法，其特征是所述聚氨酯涂料組合物的消泡劑為BYK-104、BYK-141、BYK-051或BYK-052。
全文摘要
一種透明聚氨酯涂料組合物，由A和B雙組分組成，A組分為聚酯多元醇，B組分為多異氰酸酯，其特征是聚酯多元醇包括由碳原子數為在C6～C10的脂肪族、脂環(huán)族二元酸；由碳原子數為C2～C7的脂肪族、脂環(huán)族二元醇的一種或多種和C2～C7的脂肪族多元醇中的一種或多種縮聚而成的分子量范圍在500～5000，分子量分布為1.1～2.1的聚酯多元醇；B組分為多異氰酸酯；多異氰酸酯和聚酯多元醇反應性基團的當量比為1.1∶1～2.5∶1。本發(fā)明方法制備的透明聚氨酯涂料組合物具有較好的沖擊性能和耐侯性能，其透光率≥85.0％，沖擊強度≥70，在QUV紫外加速老化一周后，涂層外觀和透光率沒有變化。本發(fā)明方法制備的涂料組合物可應用于對涂層性能要求較高的領域。
文檔編號C08G63/20GK102604526SQ20121007289
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月16日 優(yōu)先權日2012年3月16日
發(fā)明者吳海鷹, 張軍瑞, 戴子林, 涂偉萍 申請人:廣州有色金屬研究院