專利名稱：一種透明聚氨酯涂料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于合成涂料及其制備方法，涉及一種透明聚氨酯涂料及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著能源的日益枯竭以及環(huán)境的惡化，各國政府對節(jié)能減排的要求越來越高，人們迫切需求一種新能源能夠替代石化燃料。太陽能是一種 綠色無污染、取之不盡的能源，并且相對其它能源來說，太陽能對于地球上絕大多數(shù)地區(qū)具有存在的普遍性、可就地取用等優(yōu)點(diǎn)，因而在最近十年，太陽能產(chǎn)業(yè)成為了全球各國發(fā)展的重點(diǎn)。太陽能的利用主要是通過太陽能電池組件將其轉(zhuǎn)化成電能，然后將其轉(zhuǎn)化為其它用途，如太陽能熱水器、空調(diào)、路燈以及電動汽車等等。由于太陽能電池組件的工作環(huán)境主要為室外，而太陽能電池片不能直接暴露在陽光、雨水等自然條件下，為延長其使用壽命，有必要對其進(jìn)行密封。太陽能電池的封裝材料要滿足以下要求①具有良好的密封性，能夠防風(fēng)、防水、隔絕大氣條件下對太陽能電池片的腐蝕；②具有良好的電絕緣性能；③抗紫外線輻射能力強(qiáng)；④工作壽命長，要求太陽能電池組件在自然條件下能夠20年以上；⑤在滿足上述條件下，封裝成本盡可能低。因此作為光伏電池的封裝材料，要具有優(yōu)異的機(jī)械性能、光學(xué)性能和耐候性能。目前，太陽能光伏電池一般采用玻璃-EVA(乙烯/醋酸乙烯共聚物)作封裝材料，這種封裝模式雖然能滿足太陽能光伏電池封裝的基本要求，但存在許多不足，如EVA膠膜抗老化性能較差，在使用過程中容易變黃老化，這大大降低了太陽能光伏電池的使用壽命和光電轉(zhuǎn)換效率，并且采用玻璃-EVA封裝模式對玻璃的要求比較高，若玻璃表面被污染或霉變，就會使玻璃的透光率降低，損失了光電轉(zhuǎn)換效率。同時(shí)，這種模式封裝的太陽能電池還存在維修困難和運(yùn)輸不便等不足。透明聚氨酯材料具有較高的光學(xué)性能、耐熱性能和機(jī)械性能可調(diào)控等優(yōu)異性能，是近年來透明高分子材料的重要發(fā)展方向。目前，國外已有報(bào)道用于光伏電池封裝領(lǐng)域、高強(qiáng)度防護(hù)領(lǐng)域、高性能光學(xué)儀器領(lǐng)域等的透明聚氨酯材料。US2011/0017268A1和US2009/0000656A1專利報(bào)道了采用高性能柔性透明聚氨酯作為光伏電池封裝用材料，該聚氨酯封裝材料具有優(yōu)異的機(jī)械性能、光學(xué)性能、高低溫穩(wěn)定性能，其可在低溫下直接應(yīng)用于光伏(PV)模塊表面，無需采用玻璃和粘結(jié)劑EVA，這就避免了多層結(jié)構(gòu)，包括使用玻璃時(shí)存在的反射表面。此聚氨酯封裝材料的性能為厚度2mm ;透光率可見光區(qū)〉92%，紫外光區(qū)> 82% ;折射率> 1.49 ;伸長率S 100 ;抗張強(qiáng)度S 19 ;吸水率< 5%。US7049803B2也曾報(bào)道采用注射成型透明聚氨酯作為光伏模塊的封裝材料。由于光伏電池封裝材料需要優(yōu)異的耐候性，而聚氨酯材料在室外使用一段時(shí)間后，會出現(xiàn)不同程度的老化，表面發(fā)粘，易附著灰塵，透光率降低，從而使光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種具有較好的透明性、優(yōu)良的機(jī)械性能、耐侯性、耐高低溫性能和自清潔能力的透明聚氨酯涂料。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提出一種所述透明聚氨酯涂料的制備方法。本發(fā)明的透明聚氨酯由聚酯多元醇或聚醚多元醇中的一種或幾種，脂肪族或脂環(huán)族異氰酸酯的二聚體、三聚體或其混合物，擴(kuò)鏈劑為含氟二元醇和/或二元醇，經(jīng)兩步法反應(yīng)制備而成。所述聚酯多元醇為聚碳酸酯二醇、聚己內(nèi)酯二醇或己二酸系聚酯多元醇中的一種或多種。所述聚醚多元醇為聚四氫呋喃醚二元醇(PTMG)、聚丙二醇(PPG)、聚氧化丙烯多元醇或聚乙二醇中的一種或多種。
所述聚酯多元醇或聚醚多元醇的分子量為500 5000，最好為500 3000。所述異氰酸酯為異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)、六亞甲基二異氰酸酯(HDI)、4，4/ -二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯(HMDI)、三甲基己烷二異氰酸酯(TMHDI)、IPDI三聚體或HDI三聚體中的一種或幾種。所述的含氟二元醇為2，2，3，3，4，4，5，5，-八氟-1，6-己烷二醇、1H，1H，9H，9H-全氟-I，9-壬烷二醇、1H，1H，10H, IOH-全氟-I，10-癸二醇、1H，1H，2H，2H-全氟-I-己醇或 I，1,2,2-四氫全氟-I-癸醇中的一種或幾種。所述二元醇為1，4_ 丁二醇、乙二醇、三羥甲基丙烷、甘油或丁烯二醇中的一種或幾種。所述透明聚氨酯涂料的制備方法按NC0/0H的比例為3. 5/1 I. 1/1，加入計(jì)量的異氰酸酯、聚酯或聚醚多元醇、10 25wt%溶劑、O. I O. 5wt%二月桂酸二丁基錫，干燥N2保護(hù)下，于75 80°C反應(yīng)2 5h，反應(yīng)過程中監(jiān)控NCO的變化，待NCO值恒定時(shí)，加入擴(kuò)鏈劑，體系中NCO與OH當(dāng)量比為I. I 1，于80 100°C反應(yīng)2 4h，待NCO值保持恒定時(shí)，停止反應(yīng)，得到所述透明聚氨酯涂料，粘度范圍1000 lOOOOcps。所述溶劑為乙酸丁酯、乙酸乙酯、環(huán)己酮、甲苯或二甲苯中的一種或幾種。圖I是本發(fā)明的透明聚氨酯涂料衰減全反射紅外光譜圖譜。合成樹脂中C-F鍵的特征峰在IllOcm-I附近，由于氫鍵等的作用使其C-F鍵的特征吸收峰移位至1090cm_l,由該紅外光譜圖譜證實(shí)得到的是含氟的聚氨酯涂層。圖2是本發(fā)明的透明聚氨酯涂層的能譜分析結(jié)果，檢測條件為HV 20. OkV Pulsth. :0. 65kcps,測試的起飛角為35° ,對應(yīng)于離涂層表面約2. 5 4. 5nm深度的元素分析結(jié)果見表I :表I透明聚氨酯涂層的能譜分析結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種透明聚氨酯涂料及其制備方法，其特征是由聚酯多元醇或聚醚多元醇中的一種或幾種，脂肪族或脂環(huán)族異氰酸酯的二聚體、三聚體或其混合物，擴(kuò)鏈劑為含氟二元醇和/或二元醇，經(jīng)兩步法反應(yīng)制備而成。所述透明聚氨酯涂料的制備方法按NCO/OH的比例為3. 5/1 I. 1/1,加入計(jì)量的異氰酸酯、聚酯或聚醚多元醇、10 25wt%溶劑、O. I 0.5wt%二月桂酸二丁基錫，干燥N2保護(hù)下，于75 80°C反應(yīng)2 5h，反應(yīng)過程中監(jiān)控NCO的變化，待NCO值恒定時(shí)，加入擴(kuò)鏈劑，體系中NCO與OH當(dāng)量比為I. I 1，于80 100°C反應(yīng)2 4h，待NCO值保持恒定時(shí)，停止反應(yīng)，得到所述透明聚氨酯涂料，粘度范圍1000 lOOOOcpso
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述透明聚氨酯涂料，其特征是所述聚酯多元醇為聚碳酸酯二醇、聚己內(nèi)酯二醇或己二酸系聚酯多元醇中的一種或多種。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述透明聚氨酯涂料，其特征是所述聚醚多元醇為聚四氫呋喃醚二元醇、聚丙二醇、聚氧化丙烯多元醇或聚乙二醇中的一種或多種。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述透明聚氨酯涂料，其特征是所述聚酯多元醇或聚醚多元醇的分子量為500 5000。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或4所述的透明聚氨酯涂料，其特征是所述聚酯多元醇或聚醚多元醇的分子量為500 3000。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述透明聚氨酯涂料，其特征是所述異氰酸酯為異佛爾酮二異氰酸酯、六亞甲基二異氰酸酯、4，4' -二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯、三甲基己烷二異氰酸酯、IPDI三聚體或HDI三聚體中的一種或幾種。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述透明聚氨酯涂料，其特征是所述含氟二元醇為2，2，3，3，4，4，5，5，-八氟-1,6-己烷二醇、1H，1H，9H，9H-全氟-1,9-壬烷二醇、1H，1H，10H, 10H-全氟-I,10-癸二醇、1H，1H，2H，2H-全氟-I-己醇或1,1,2,2-四氫全氟_1_癸醇中的一種或幾種。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述透明聚氨酯涂料，其特征是所述二元醇為1，4_丁二醇、乙二醇、三羥甲基丙烷、甘油或丁烯二醇中的一種或幾種。
9.權(quán)利要求I所述透明聚氨酯涂料的制備方法，其特征是按NC0/0H的比例為3.5/1 1.1/1，加入計(jì)量的異氰酸酯、聚酯或聚醚多元醇、10 25wt%溶劑、0. I 0. 5wt%二月桂酸二丁基錫，干燥N2保護(hù)下，于75 80°C反應(yīng)2 5h，反應(yīng)過程中監(jiān)控NCO的變化，待NCO值恒定時(shí)，加入擴(kuò)鏈劑，體系中NCO與OH當(dāng)量比為I. I 1，于80 100°C反應(yīng)2 4h，待NCO值保持恒定時(shí)，停止反應(yīng)，得到所述透明聚氨酯涂料，粘度范圍1000 lOOOOcps。
10.權(quán)利要求9所述透明聚氨酯涂料的制備方法，其特征是所述溶劑為乙酸丁酯、乙酸乙酯、環(huán)己酮、甲苯或二甲苯中的一種或幾種。
全文摘要
一種透明聚氨酯涂料及其制備方法。其特征是由聚酯多元醇或聚醚多元醇中的一種或幾種，脂肪族或脂環(huán)族異氰酸酯的二聚體、三聚體或其混合物，擴(kuò)鏈劑為含氟二元醇和/或二元醇，經(jīng)兩步法反應(yīng)制備而成。本發(fā)明提出一種對紫外光范圍的光線呈高的透明度，優(yōu)良的機(jī)械性能、耐候性、耐高低溫性能和自清潔能力的透明聚氨酯涂料。適用于澆注、涂覆等工藝進(jìn)行封裝，封裝工藝簡單，可大大降低光伏模塊的封裝成本。
文檔編號C09D175/08GK102863890SQ20121037477
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月29日
發(fā)明者張家瑞, 戴子林, 涂偉萍, 吳海鷹 申請人:廣州有色金屬研究院