的透明聚氨酯的制作方法
【专利说明】具有高的玻璃化转变温度Tg的透明聚氨酯
[0001] 本发明涉及具有高的玻璃化转变温度1；的透明聚氨酯。
[0002] 光学元件，例如光导体、光扩散器（optical diffuser)或透镜的生产需要透明材 料，即所述材料对电磁波特别是在人类可见的400至800纳米的光谱范围内具有最大可能 的透过性。由于许多光源如白炽灯和LED，在它们发光的同时产生热，因此，相当重要的是光 学元件以及用于生产它们的材料各自具有高的热稳定性和机械稳定性。具体地，这意味着， 例如甚至在材料经受明显加热时也不允许其发生变形，因为否则例如透镜将变得无用。同 时，它们在常温下还必须具有足够的硬度，以抵抗机械负荷。
[0003] 此外，日益增长的LED作为光源的用途已对新材料产生了相当大的需求，其中该 材料一方面要符合现行需要，另一方面要适合于LED封装，或封装LED的铸造工艺。
[0004] 因此，本发明的目的是提供一种透明的，具有高的热稳定性和机械稳定性，此外还 适用于光源如LED的封装的材料。
[0005] 根据本发明，所述目的可通过这样的聚氨酯实现，该聚氨酯仅由多异氰酸酯组分 和多元醇组分构成，其中该多异氰酸酯组分由一种或多种多异氰酸酯组成，且该多异氰酸 酯组分每分子的平均NCO官能度彡3,和该多元醇组分由一种或多种多元醇组成，且该多元 醇组分每分子的平均OH官能度彡3且其OH含量为彡25wt %。
[0006] 令人惊讶地，已经发现这种类型的聚氨酯具有高的透明度：按照在实验部分中描 述的方法进行测量，它们显示出80%以上的透光率。此外，本发明的聚氨酯还具有非常高的 热稳定性。按照在实验部分所述的方法，确定的本发明的聚氨酯的玻璃化转变温度为高于 80°C。因此，它们非常适于生产预定用于暴露在高温下的光学元件，例如光导体，光扩散器 或透镜。此外，根据在实验部分中所描述的方法，确定本发明聚氨酯的肖氏D硬度大于70， 而且这证明了该聚合物的好地机械稳定性。本发明的聚氨酯还能容易地用于如LED的光源 的封装。
[0007] 对于本发明的方法而言，被认为是聚氨酯的化合物是具有氨基甲酸酯基 团-NH-CO-O-的有机化合物。
[0008] 多异氰酸酯是具有NCO基团的有机化合物。
[0009] 多异氰酸酯组分的NCO官能度可通过组成该多异氰酸酯组分的多异氰酸酯的NCO 基团的总数除以多异氰酸酯组分的分子总数来计算。
[0010] 出现的术语多元醇是指具有OH基团的有机化合物。
[0011] 多元醇组分的OH官能度可通过组成该多元醇组分的多元醇的OH基团总数除以多 元醇组分的分子总数来计算。
[0012] OH含量是，以重量百分比表示的，基于所述多元醇组分的总分子量计由OH基团提 供的分子量的大小。
[0013] 第一优选【具体实施方式】提供了多异氰酸酯组分的NCO官能度是< 4和/或多元醇 组分的OH官能度是彡6。
[0014] 根据本发明合适的多异氰酸酯的实例是本领域技术人员已知的任意有机脂族、月旨 环族、芳族或杂环多异氰酸酯。特别优选的是所有多异氰酸酯的NCO官能度多2。
[0015] 也优选的是，所述多异氰酸酯是脂族化合物。同样优选的是，该多异氰酸酯组分仅 由脂族多异氰酸酯组成。
[0016] 合适的多异氰酸酯的实例是脂族二-或三异氰酸酯的低聚物，例如己烷二异氰酸 酯（六亚甲基二异氰酸酯，HDI)、戊烷二异氰酸酯、丁烷二异氰酸酯、亚甲基双（环己基-4， V -二异氰酸酯）、3, 5, 5-三甲基1-异氰酸根合-3-异氰酸根合甲基环己烷（异佛尔酮 二异氰酸酯，iroi)、4-异氰酸根合甲基辛烷-1，8-二异氰酸酯、1，3-双（异氰酸根合甲基） 苯（XDI)、氢化苯二亚甲基二异氰酸酯，以及氢化甲苯二异氰酸酯。
[0017] 上述二-和/或三异氰酸酯的加合物被称为低聚物。这些都可以从异氰酸酯基团 之间的加成反应来制备以得到脲二酮和/或异氰脲酸酯，和/或从异氰酸酯基团与水和胺， 或与醇的反应产物及其下游产物来制备，其中低聚物的每分子反应的二-或三异氰酸酯的 数为至少2。该低聚物进一步包含反应性异氰酸酯基团。此外，为了本发明的目的，将该低 聚物定义为每分子中具有小于40wt %，优选小于25wt %的具有多于11个反应的二-或三 异氰酸酯的成分的化合物。
[0018] 多异氰酸酯组分的NCO含量特别地可为彡15wt%且彡55wt%，优选彡18wt%且 彡50wt %，并特别优选彡20wt %且彡30wt %。该NCO含量为，以重量百分比表示的，基于所 述多异氰酸酯组分的总分子量计由NCO基团所提供的分子量的大小。
[0019] 根据另一个优选的【具体实施方式】，至少一种多异氰酸酯是缩二脲类化合物，脲二 酮或二-或三异氰酸酯的异氰脲酸酯。此处优选的二-或三异氰酸酯选自己烷二异氰酸酯、 异佛尔酮二异氰酸酯、亚甲基双（环己基-4,4'-二异氰酸酯）、苯二亚甲基二异氰酸酯、四 甲基苯二亚甲基二异氰酸酯、氢化苯二亚甲基二异氰酸酯、氢化甲苯二异氰酸酯、戊烷二异 氰酸酯和4-异氰酸根合甲基辛烷-1，8-二异氰酸酯。
[0020] 非常特别优选的是使用二-或三异氰酸酯的异氰脲酸酯作为多异氰酸酯。还更优 选的是使用己烷二异氰酸酯或异佛尔酮二异氰酸酯的异氰脲酸酯或它们的异氰脲酸酯的 混合物作为多异氰酸酯。
[0021] 根据本发明合适的多元醇的实例是本领域技术人员已知的任意有机脂族、环脂 族、芳族或杂环的多元醇。特别优选的是所有多元醇的羟基官能度多2。
[0022] 合适的多元醇的实例是1，2,10-癸三醇、1，2,8-辛三醇、1，2, 3-三羟基苯、甘油、 1，1，1-三羟甲基丙烷、1，1，1-三羟甲基乙烷、季戊四醇或糖醇。
[0023] 特别优选的多元醇是纯脂族的化合物甘油、1，1，1-三羟甲基丙烷、1，1，1-三羟甲 基乙烷、季戊四醇和糖醇。
[0024] 本发明的一个【具体实施方式】提供了多元醇组分的OH含量是多25wt %且 < 60wt%，优选多 30wt% 且< 60wt%，特别优选多 35wt% 且< 60wt%。
[0025] 多异氰酸酯与多元醇的分子比率可以以这样的方式调节，以使NCO基团与OH基团 的比率在0.95 : 1.00至1.20 : 1.00的范围，优选1.05 : 1.00,特别优选1.00 : 1.00。
[0026] 本发明进一步提供通过混合所述多异氰酸酯组分和所述多元醇组分，并任选加入 催化剂和/或添加剂，并任选加热该混合物来生产本发明的聚氨酯的方法。
[0027] 所述多异氰酸酯组分和所述多元醇组分可例如在本领域技术人员已知的多种静 态或动态混合组件的帮助下混合。
[0028] 本发明方法的一个优选的【具体实施方式】提供，在混合过程之前，将所述多异氰酸 酯组分和所述多元醇组分加热到30到90°C，优选35到80°C，特别优选40到60°C的温度。
[0029] 同样优选的是催化剂的加入量为0. 001到0.1 OOwt %，优选为0. 002到 0. 050wt%，特别优选为0. 005到0. 030wt%，基于所述多异氰酸醋组分和多元醇组分的质 量总和计。
[0030] 合适的催化剂的实例是例如在 Becker/Braun，Kunststoffhandbuch Band 7， Polyurethane，第3. 4章中列出的典型的氨基甲酸醋化的催化剂。可以使用的一种特别的 催化剂是选自胺和有机金属化合物，优选选自有机锡化合物和有机铋化合物的化合物，特 别优选二月桂酸二丁基锡。
[0031] 该催化剂可以以用合适的溶剂稀释的形式或未稀释的形式加入到两种组分中的 一种中。优选的是将该催化剂与一种组分进行预混合，不加入溶剂，在该组分与其它组分混 合之前。
[0032] 可以添加多种添加剂作为另外的组分，实例为阻燃剂、染料、荧光剂、透明填料、光 稳定剂、抗氧化剂、具有触变效果的试剂、脱模剂、增粘剂、光散射剂、和任选的其它助剂和 添加物质。
[0033] 为了防止不希望的副反应和气泡形成，在混合之前，任选使用合适的方法将起始 材料干燥和脱气。
[0034] 由于少量的水分会导致气泡形成，因此，在本发明的方法中有利的是，在无水条 件下混合所述多异氰酸酯组分和多元醇组分，以及任选的其它成份。因此，混合物中残留 的水含量应保持足够小，以避免出现任何不期望的效果。该混合物中的水含量可优选为 < 0. 5wt %。
[0035] 本发明的方法也可使用最高40wt %的有机溶剂进行，但是优选不使用或仅使用少 量溶剂
[0036] 本发明还进一步提供包含本发明的聚氨酯或由其组成的光学元件。
[0037] 本发明的光学元件可以通过多种生产方法生产，例如浇铸，快速注射成型（RM)， 浸涂或其它涂布方法，或其它合适的工艺。
[0038] 该光学元件可以优选是光导体，光扩散器，或透镜。
[0039] 本发明的光学元件的实例可以是在汽车前灯中的透镜，光学校正透镜，光导体，具 有任选混