专利名称：一种透明聚氨酯涂料组合物及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种聚氨酯涂料组合物及其制备方法，特别涉及一种透明双组分聚氨酯涂料组合物及其制备方法。
背景技术：
聚氨酯(PU)是由异氰酸酯与多元醇反应制成的一种具有氨基甲酸酯链段重复结构单元的聚合物，具有优良的光学透明性和力学性能，同时PU作为一种含硬段和软段的嵌段共聚物，是可吸能的弹性体材料，防弹道冲击强度高。PU具有多种优良的特性，在透明防护材料的研制中成为了关键，因此研制高性能透明聚氨酯材料是十分有意义的。用于制备聚氨酯的多元醇包括聚酯和聚醚两大类，极性强的聚酯作软段制备的聚氨酯力学性能较好，但由于酯基极性高，易产生结晶，影响聚氨酯的透明性，而聚醚分子链间的相互作用力较聚酯弱，易无规随机排列，结晶度低，相对透明性好。聚醚型的光学透明性远优于聚酯型聚氨酯，因此聚酯多元醇多用于非透明聚氨酯的合成。同时，聚氨酯的透明性与选择的异氰酸酯的结构也有很大关系，异氰酸酯中含有强极性基团时难以控制其结晶程度，需要合理设计配方体系，才可以得到性能优良的透明聚氨酯。US3, 866，242公开了基于分子量在700 1000范围内的聚醚或聚酯二元醇与二环己基甲烷_4，4’ - 二异氰酸酯反应制备异氰酸酯预聚物，并用芳香族小分子胺进行扩链合成聚氨酯防护材料，用小分子胺作扩链剂时，由于引入强极性脲基，脲基上的仲氨基能与脲羰基形成三维氢键结构，使得硬段间有较高的亲和力，有利于硬段的聚集、结晶，促进硬段和软段两相分离，因此聚氨酯透明性比较低。US4, 208，507公开了一种柔韧聚氨酯弹性材料，它通过以下两种组份反应制备 (A)由分子量在600和10000范围内的双羟基化合物和至少一个异氰酸酯基团与环状结构相连接的异氰酸酯反应制备的预聚物；(B) 3，3，5，5-四甲基-4，4- 二氨基-二苯基甲烷。由于强极性脲基的存在，使该聚氨酯弹性体的微相分离程度增加，降低了聚氨酯的透明性，同时，苯环的存在使其在紫外线照射下易变黄。US4, 808, 690公开了由异氰酸酯预聚物和至少一个多官能度的羟基化合物合成的透明聚氨酯聚合物。该聚氨酯聚合物具有较好的高温变形温度，但未涉及其抗冲性能、柔韧性等机械性能。目前，高性能透明聚氨酯的制备多集中在聚氨酯弹性体领域，而对于制备高性能的透明聚氨酯双组份涂料研究的较少。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术提供一种透明聚氨酯涂料组合物。本发明的另一个目的是提供一种透明聚氨酯涂料组合物的制备方法。本发明的透明聚氨酯涂料组合物，由A和B双组分组成，A组分为聚酯多元醇，B 组分为多异氰酸酯，其特征是所述聚酯多元醇包括由碳原子数为在C6 Cltl的脂肪族、脂环族二元酸中的一种或多种；由碳原子数为C2 C7的脂肪族、脂环族二元醇的一种或多种和 C2 C7的脂肪族多兀醇中的一种或多种缩聚而成的分子量范围在500 5000,分子量分布为I. I 2. I的聚酯多元醇；B组分为多异氰酸酯；多异氰酸酯和聚酯多元醇反应性基团的当量比为I. I I 2. 5 I。所述多异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯缩二脲(HDI缩二脲)、六亚甲基二异氰酸酯三聚体(HDI三聚体)或异佛尔酮二异氰酸酯三聚体(IPDI三聚体)中的一种或多种。所述聚酯多元醇的制备方法由碳原子数为C6 Cltl的脂肪族、脂环族二元酸中的一种或多种；由碳原子数为C2 C7的脂肪族、脂环族二元醇的一种或多种和C2 C7的脂肪族多元醇中的一种或多种，按羟基和羧基官能团的摩尔比为1.4 1，加入上述酸和醇总重量O. 05 O. 15%的催化剂BC-98和3 15%的溶剂二甲苯，在氮气保护下，升温至130 140°C,然后逐步升温至210 230°C，总反应时间为8 9小时，反应结束后，在真空下脱除溶剂，压力由O. 050MPa逐渐提高到O. 090MPa，用时I I. 5小时，测酸值小于I. 7mgK0H/g 时，降温，得到缩聚而成的分子量范围在500 5000，分子量分布为I. I 2. I，羟值为80 120mgK0H/g聚酯多元醇。所述聚酯多元醇的优选的制备方法由己二酸、1，4_环己烷二甲酸，1，6_己二醇、 1，4_环己烷二甲醇和三羟甲基丙烷为原料，按羟基和羧基官能团的摩尔比为I. 4 1，己二酸与1，4_环己烷二甲酸的摩尔比为I : 9，1，6-己二醇、1，4-环己烷二甲醇与三羟甲基丙烷的摩尔比为15 5 1，加入上述酸和醇总重量O. 09 O. 13%的催化剂BC-98和3 7%的溶剂二甲苯，在氮气保护下，升温至140°C，然后逐步升温至210°C，总反应时间8
8.5小时，反应结束后，在真空下脱除溶剂，压力由O. 050MPa逐渐提高到O. 090MPa,用时 I I. 2小时，测酸值小于I. 0mgK0H/g时，降温，得到分子量范围在2900 3500，分子量分布为I. 2 I. 7聚酯多元醇，羟值为85 95K0H/g。所述合成聚酯多元醇的二元酸为己二酸、壬二酸、癸二酸、1，4-环己烷二甲酸或 1，3_环己烷二甲酸。所述合成聚酯多元醇的二元醇为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，脂环族二元醇为1，4_环己烷二甲醇。所述合成聚酯多元醇的多元醇为三羟甲基丙烷或甘油。本发明的透明聚氨酯涂料组合物的制备方法是由以下组分和重量百分比组成所述聚酯多元醇20 30，多异氰酸酯10 20，溶剂40 60，催化剂0. 5 2，流平剂
O.5 2，消泡剂1. 5 6 ;将以上组分混合搅拌均匀，静置20min后使用。所述聚氨酯涂料组合物的溶剂为甲苯、二甲苯、环己酮或醋酸丁酯。所述聚氨酯涂料组合物的催化剂为有机锡类化合物单丁基氧化锡、二丁基氧化锡、二丁基氧化锡氯化物或二丁基二月桂酸锡。所述聚氨酯涂料组合物的流平剂为RJ-2010、R-620或DS-301。所述聚氨酯涂料组合物的消泡剂为BYK-104、BYK-141、BYK-051或BYK-052。根据高聚物结构理论可知，只有无规非晶的聚合物才有可能是透明聚合物。对于透明聚氨酯树脂而言，其研制关键是在保证其基本力学性能满足使用要求的基础上，通过分子设计来最大限度地控制体系的结晶以降低相分离程度。而控制相分离程度最简单的方法，就是使用不同类型的软段和引入交联键。本发明合成了无规共聚的聚酯多元醇，使聚氨酯软段结晶程度降低，同时使用多异氰酸酯作为固化剂增加聚氨酯的交联密度，一方面提高了聚氨酯的机械性能，同时引入交联键，控制体系的相分离程度，以制备透明聚氨酯涂层。
具体实施例方式以下结合实施例说明，但不限制本发明。表I聚酯多元醇的配方(Wt % )
权利要求
1.一种透明聚氨酯涂料组合物，由A和B双组分组成，A组分为聚酯多元醇，B组分为多异氰酸酯，其特征是所述聚酯多元醇包括由碳原子数为在C6 Cltl的脂肪族、脂环族二元酸中的一种或多种；由碳原子数为C2 C7的脂肪族、脂环族二元醇的一种或多种和C2 C7的脂肪族多兀醇中的一种或多种缩聚而成的分子量范围在500 5000,分子量分布为I. I 2. I的聚酯多元醇；B组分为多异氰酸酯；多异氰酸酯和聚酯多元醇反应性基团的当量比为I.I : I 2. 5 : I。
2.根据权利要求I所述的透明聚氨酯涂料组合物，其特征是所述多异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯缩二脲(HDI缩二脲)、六亚甲基二异氰酸酯三聚体(HDI三聚体)或异佛尔酮二异氰酸酯三聚体(IPDI三聚体)中的一种或多种。
3.根据权利要求I所述的透明聚氨酯涂料组合物，其特征是所述聚酯多元醇的制备方法由碳原子数为C6 Cltl的脂肪族、脂环族二元酸中的一种或多种；由碳原子数为C2 C7 的脂肪族、脂环族二元醇的一种或多种和C2 C7的脂肪族多元醇中的一种或多种，按羟基和羧基官能团的摩尔比为I. 4 I，加入上述酸和醇总重量O. 05 O. 15%的催化剂BC-98 和3 15 %的溶剂二甲苯，在氮气保护下，升温至130 140°C，然后逐步升温至210 230°C，总反应时间为8 9小时，反应结束后，在真空下脱除溶剂，压力由O. 050MPa逐渐提高到O. 090MPa，用时I I. 5小时，测酸值小于I. 7mgK0H/g时，降温，得到缩聚而成的分子量范围在500 5000，分子量分布为I. I 2. 1，羟值为80 120mgK0H/g聚酯多元醇。
4.根据权利要求I或3所述的透明聚氨酯涂料组合物，其特征是所述聚酯多元醇的制备方法由己二酸、I，4-环己烷二甲酸，I，6-己二醇、I，4-环己烷二甲醇和三羟甲基丙烷为原料，按羟基和羧基官能团的摩尔比为1.4 1，己二酸与1，4_环己烷二甲酸的摩尔比为 I 9，1，6_己二醇、1，4_环己烷二甲醇与三羟甲基丙烷的摩尔比为15 5 1，加入上述酸和醇总重量O. 09 O. 13%的催化剂BC-98和3 7%的溶剂二甲苯，在氮气保护下，升温至140°C，然后逐步升温至210°C，总反应时间8 8. 5小时，反应结束后，在真空下脱除溶剂，压力由O. 050MPa逐渐提高到O. 090MPa,用时I I. 2小时，测酸值小于I. 0mgK0H/g时， 降温，得到分子量范围在2900 3500，分子量分布为I. 2 I. 7聚酯多元醇，羟值为85 95K0H/g。
5.根据权利要求I所述的透明聚氨酯涂料组合物，其特征是所述合成聚酯多元醇的二元酸为己二酸、壬二酸、癸二酸、1，4_环己烷二甲酸或1，3-环己烷二甲酸。
6.根据权利要求I所述的透明聚氨酯涂料组合物，其特征是所述合成聚酯多元醇的二元醇为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，脂环族二元醇为I，4-环己烷二甲醇。
7.根据权利要求I所述的透明聚氨酯涂料组合物，其特征是所述合成聚酯多元醇的多元醇为三羟甲基丙烷或甘油。
8.权利要求I所述的透明聚氨酯涂料组合物的制备方法，其特征是由以下组分和重量百分比组成所述聚酯多元醇20 30，多异氰酸酯10 20，溶剂40 60，催化剂O.5 2，流平剂0. 5 2，消泡剂I. 5 6 ;将以上组分混合搅拌均匀，静置20min后使用。
9.根据权利要求8所述的透明聚氨酯涂料组合物的制备方法，其特征是所述聚氨酯涂料组合物的溶剂为甲苯、二甲苯、环己酮或醋酸丁酯。
10.根据权利要求8所述的透明聚氨酯涂料组合物的制备方法，其特征是所述聚氨酯涂料组合物的催化剂为有机锡类化合物单丁基氧化锡、二丁基氧化锡、二丁基氧化锡氯化物或二丁基二月桂酸锡。
11.根据权利要求8所述的透明聚氨酯涂料组合物的制备方法，其特征是所述聚氨酯涂料组合物的流平剂为RJ-2010、R-620或DS-301。
12.根据权利要求8所述的透明聚氨酯涂料组合物的制备方法，其特征是所述聚氨酯涂料组合物的消泡剂为BYK-104、BYK-141、BYK-051或BYK-052。
全文摘要
一种透明聚氨酯涂料组合物，由A和B双组分组成，A组分为聚酯多元醇，B组分为多异氰酸酯，其特征是聚酯多元醇包括由碳原子数为在C6～C10的脂肪族、脂环族二元酸；由碳原子数为C2～C7的脂肪族、脂环族二元醇的一种或多种和C2～C7的脂肪族多元醇中的一种或多种缩聚而成的分子量范围在500～5000，分子量分布为1.1～2.1的聚酯多元醇；B组分为多异氰酸酯；多异氰酸酯和聚酯多元醇反应性基团的当量比为1.1∶1～2.5∶1。本发明方法制备的透明聚氨酯涂料组合物具有较好的冲击性能和耐侯性能，其透光率≥85.0％，冲击强度≥70，在QUV紫外加速老化一周后，涂层外观和透光率没有变化。本发明方法制备的涂料组合物可应用于对涂层性能要求较高的领域。
文档编号C08G63/20GK102604526SQ20121007289
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月16日 优先权日2012年3月16日
发明者吴海鹰, 张军瑞, 戴子林, 涂伟萍 申请人:广州有色金属研究院