专利名称：一种透明聚氨酯涂料及其制备方法
技术领域：
本发明属于合成涂料及其制备方法，涉及一种透明聚氨酯涂料及其制备方法。
背景技术：
随着能源的日益枯竭以及环境的恶化，各国政府对节能减排的要求越来越高，人们迫切需求一种新能源能够替代石化燃料。太阳能是一种 绿色无污染、取之不尽的能源，并且相对其它能源来说，太阳能对于地球上绝大多数地区具有存在的普遍性、可就地取用等优点，因而在最近十年，太阳能产业成为了全球各国发展的重点。太阳能的利用主要是通过太阳能电池组件将其转化成电能，然后将其转化为其它用途，如太阳能热水器、空调、路灯以及电动汽车等等。由于太阳能电池组件的工作环境主要为室外，而太阳能电池片不能直接暴露在阳光、雨水等自然条件下，为延长其使用寿命，有必要对其进行密封。太阳能电池的封装材料要满足以下要求①具有良好的密封性，能够防风、防水、隔绝大气条件下对太阳能电池片的腐蚀；②具有良好的电绝缘性能；③抗紫外线辐射能力强；④工作寿命长，要求太阳能电池组件在自然条件下能够20年以上；⑤在满足上述条件下，封装成本尽可能低。因此作为光伏电池的封装材料，要具有优异的机械性能、光学性能和耐候性能。目前，太阳能光伏电池一般采用玻璃-EVA(乙烯/醋酸乙烯共聚物)作封装材料，这种封装模式虽然能满足太阳能光伏电池封装的基本要求，但存在许多不足，如EVA胶膜抗老化性能较差，在使用过程中容易变黄老化，这大大降低了太阳能光伏电池的使用寿命和光电转换效率，并且采用玻璃-EVA封装模式对玻璃的要求比较高，若玻璃表面被污染或霉变，就会使玻璃的透光率降低，损失了光电转换效率。同时，这种模式封装的太阳能电池还存在维修困难和运输不便等不足。透明聚氨酯材料具有较高的光学性能、耐热性能和机械性能可调控等优异性能，是近年来透明高分子材料的重要发展方向。目前，国外已有报道用于光伏电池封装领域、高强度防护领域、高性能光学仪器领域等的透明聚氨酯材料。US2011/0017268A1和US2009/0000656A1专利报道了采用高性能柔性透明聚氨酯作为光伏电池封装用材料，该聚氨酯封装材料具有优异的机械性能、光学性能、高低温稳定性能，其可在低温下直接应用于光伏(PV)模块表面，无需采用玻璃和粘结剂EVA，这就避免了多层结构，包括使用玻璃时存在的反射表面。此聚氨酯封装材料的性能为厚度2mm ;透光率可见光区〉92%，紫外光区> 82% ;折射率> 1.49 ;伸长率S 100 ;抗张强度S 19 ;吸水率< 5%。US7049803B2也曾报道采用注射成型透明聚氨酯作为光伏模块的封装材料。由于光伏电池封装材料需要优异的耐候性，而聚氨酯材料在室外使用一段时间后，会出现不同程度的老化，表面发粘，易附着灰尘，透光率降低，从而使光伏电池的光电转换效率下降。
发明内容
本发明的目的是提出一种具有较好的透明性、优良的机械性能、耐侯性、耐高低温性能和自清洁能力的透明聚氨酯涂料。本发明的另一个目的是提出一种所述透明聚氨酯涂料的制备方法。本发明的透明聚氨酯由聚酯多元醇或聚醚多元醇中的一种或几种，脂肪族或脂环族异氰酸酯的二聚体、三聚体或其混合物，扩链剂为含氟二元醇和/或二元醇，经两步法反应制备而成。所述聚酯多元醇为聚碳酸酯二醇、聚己内酯二醇或己二酸系聚酯多元醇中的一种或多种。所述聚醚多元醇为聚四氢呋喃醚二元醇(PTMG)、聚丙二醇(PPG)、聚氧化丙烯多元醇或聚乙二醇中的一种或多种。
所述聚酯多元醇或聚醚多元醇的分子量为500 5000，最好为500 3000。所述异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、4，4/ -二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、三甲基己烷二异氰酸酯(TMHDI)、IPDI三聚体或HDI三聚体中的一种或几种。所述的含氟二元醇为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，1,2,2-四氢全氟-I-癸醇中的一种或几种。所述二元醇为1，4_ 丁二醇、乙二醇、三羟甲基丙烷、甘油或丁烯二醇中的一种或几种。所述透明聚氨酯涂料的制备方法按NC0/0H的比例为3. 5/1 I. 1/1，加入计量的异氰酸酯、聚酯或聚醚多元醇、10 25wt%溶剂、O. I O. 5wt%二月桂酸二丁基锡，干燥N2保护下，于75 80°C反应2 5h，反应过程中监控NCO的变化，待NCO值恒定时，加入扩链剂，体系中NCO与OH当量比为I. I 1，于80 100°C反应2 4h，待NCO值保持恒定时，停止反应，得到所述透明聚氨酯涂料，粘度范围1000 lOOOOcps。所述溶剂为乙酸丁酯、乙酸乙酯、环己酮、甲苯或二甲苯中的一种或几种。图I是本发明的透明聚氨酯涂料衰减全反射红外光谱图谱。合成树脂中C-F键的特征峰在IllOcm-I附近，由于氢键等的作用使其C-F键的特征吸收峰移位至1090cm_l,由该红外光谱图谱证实得到的是含氟的聚氨酯涂层。图2是本发明的透明聚氨酯涂层的能谱分析结果，检测条件为HV 20. OkV Pulsth. :0. 65kcps,测试的起飞角为35° ,对应于离涂层表面约2. 5 4. 5nm深度的元素分析结果见表I :表I透明聚氨酯涂层的能谱分析结果
权利要求
1.一种透明聚氨酯涂料及其制备方法，其特征是由聚酯多元醇或聚醚多元醇中的一种或几种，脂肪族或脂环族异氰酸酯的二聚体、三聚体或其混合物，扩链剂为含氟二元醇和/或二元醇，经两步法反应制备而成。所述透明聚氨酯涂料的制备方法按NCO/OH的比例为3. 5/1 I. 1/1,加入计量的异氰酸酯、聚酯或聚醚多元醇、10 25wt%溶剂、O. I 0.5wt%二月桂酸二丁基锡，干燥N2保护下，于75 80°C反应2 5h，反应过程中监控NCO的变化，待NCO值恒定时，加入扩链剂，体系中NCO与OH当量比为I. I 1，于80 100°C反应2 4h，待NCO值保持恒定时，停止反应，得到所述透明聚氨酯涂料，粘度范围1000 lOOOOcpso
2.根据权利要求I所述透明聚氨酯涂料，其特征是所述聚酯多元醇为聚碳酸酯二醇、聚己内酯二醇或己二酸系聚酯多元醇中的一种或多种。
3.根据权利要求I所述透明聚氨酯涂料，其特征是所述聚醚多元醇为聚四氢呋喃醚二元醇、聚丙二醇、聚氧化丙烯多元醇或聚乙二醇中的一种或多种。
4.根据权利要求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为500 5000。
5.根据权利要求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为500 3000。
6.根据权利要求I所述透明聚氨酯涂料，其特征是所述异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、4，4' -二环己基甲烷二异氰酸酯、三甲基己烷二异氰酸酯、IPDI三聚体或HDI三聚体中的一种或几种。
7.根据权利要求I所述透明聚氨酯涂料，其特征是所述含氟二元醇为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1,1,2,2-四氢全氟_1_癸醇中的一种或几种。
8.根据权利要求I所述透明聚氨酯涂料，其特征是所述二元醇为1，4_丁二醇、乙二醇、三羟甲基丙烷、甘油或丁烯二醇中的一种或几种。
9.权利要求I所述透明聚氨酯涂料的制备方法，其特征是按NC0/0H的比例为3.5/1 1.1/1，加入计量的异氰酸酯、聚酯或聚醚多元醇、10 25wt%溶剂、0. I 0. 5wt%二月桂酸二丁基锡，干燥N2保护下，于75 80°C反应2 5h，反应过程中监控NCO的变化，待NCO值恒定时，加入扩链剂，体系中NCO与OH当量比为I. I 1，于80 100°C反应2 4h，待NCO值保持恒定时，停止反应，得到所述透明聚氨酯涂料，粘度范围1000 lOOOOcps。
10.权利要求9所述透明聚氨酯涂料的制备方法，其特征是所述溶剂为乙酸丁酯、乙酸乙酯、环己酮、甲苯或二甲苯中的一种或几种。
全文摘要
一种透明聚氨酯涂料及其制备方法。其特征是由聚酯多元醇或聚醚多元醇中的一种或几种，脂肪族或脂环族异氰酸酯的二聚体、三聚体或其混合物，扩链剂为含氟二元醇和/或二元醇，经两步法反应制备而成。本发明提出一种对紫外光范围的光线呈高的透明度，优良的机械性能、耐候性、耐高低温性能和自清洁能力的透明聚氨酯涂料。适用于浇注、涂覆等工艺进行封装，封装工艺简单，可大大降低光伏模块的封装成本。
文档编号C09D175/08GK102863890SQ20121037477
公开日2013年1月9日 申请日期2012年9月29日 优先权日2012年9月29日
发明者张家瑞, 戴子林, 涂伟萍, 吴海鹰 申请人:广州有色金属研究院