耐用性、导电性聚氨酯组合物和应用其的方法技术

一种适合于涂覆基底表面的聚氨酯组合物。聚氨酯组合物可包含脂族聚酯型氨基甲酸酯基质和氟化离子防静电添加剂。脂族聚酯型氨基甲酸酯基质可包含脂族二异氰酸酯、具有聚酯二醇和聚酯三醇的聚酯多元醇、和磺化聚酯型氨基甲酸酯多元醇。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】耐用性、导电性聚氨酯组合物和应用其的方法
本专利技术总体涉及聚氨酯组合物和掺合这种组合物的涂覆飞行器透明件(transparencies)，并且更具体地，涉及具有杰出静电消散能力的、优越的抗腐蚀性、和优秀的环境耐久性的透明的聚氨酯组合物。
技术介绍
用于现代军用飞行器的透明件常常需要位于外表面上的保护性的、抗腐蚀的涂料或膜。需要这种保护性外层以防止损坏脆性的底层金属或陶瓷导电涂料(如金、银、或铟锡氧化物(ITO))，或保护具有有限的环境耐久性的塑料表面(如聚碳酸酯)。透明的聚氨酯涂层和膜由于其优秀的透明性(transparency)、优越的抗腐蚀性、和良好的环境耐久性而被优选用于这些应用。飞行器透明件的外表面易受静电充电影响，尤其对于高性能现代军用飞行器。该充电是通过在飞行期间与冰晶和其它颗粒接触而引起的，这导致电荷经由摩擦电或摩擦效应转移到表面。该现象在工业中被称为沉淀充电、或沉积静电充电。飞行器透明件的非导电性(电介质)外表面的沉积静电充电可产生影响飞行器性能、透明件使用寿命、和人身安全的几种严重问题。飞行期间的放电可导致由于介质击穿而损坏外涂层或者可导致对仪器的电子干扰。这种电荷积累也可对飞行和地面人员造成电击危险。为了防止由沉积静电充电引起的这些问题，飞行器透明件的外层必须具有足够导电性以允许电荷排遍(drainacross)表面流到机体或通过层的厚度流到下面的接地导电层。向大多数有机聚合物一样，聚氨酯通常是电的不良导体。因此，在需要静电耗散特性的应用中不进行改性的情况下，聚氨酯无法令人满意地使用。过去已经使用了几种方法以改性聚氨酯以增加其导电性，并且从而更好地消散静电荷的积聚(buildup)。在一种这样的方法中，导电性纤维或颗粒被掺合到聚氨酯基质中。然而，该方法不适用于透明的聚氨酯，因为导电性填充材料是不透明的并且极大地减少改性材料的光透射。在用于改性聚氨酯以增加其导电性的另一方法中，将导电性聚合物(如聚苯胺或聚噻吩盐)掺合到聚氨酯基质中。然而，再次，该方法不适用于透明的聚氨酯，因为导电性聚合物添加剂形成降低透明性的分散相。另外，聚苯胺、聚噻吩和其它导电性聚合物不具有良好的环境稳定性，并且通常引起对老化和环境降解的总体抗性的降低。在用于改性聚氨酯以增加其导电性的又一方法中，亲水性添加剂(如胺和季铵盐)被用于增加聚氨酯的表面电导率。这些添加剂通过迁移到聚氨酯的表面发挥作用，其中它们吸引水并从而产生导电膜。然而，该方法不适合于聚氨酯涂层和层压件，因为添加剂也迁移到与底层表面接合的聚氨酯的表面，导致粘附力的丧失。另外，这种添加剂可随着时间丧失其效用，因为其可在正常使用条件下从聚氨酯析出。用于改性聚氨酯以增加其导电性的其它方法——过去仅可用于聚氨酯泡沫——要求加入与增强剂偶联的可电离的金属盐。优选的盐阳离子是碱金属离子或碱土金属离子，并且优选的阴离子是无机酸或C2-C4羧酸的共轭碱。优选的增强剂是磷酸酯和脂肪酸的盐或酯。这些已知用于增加聚氨酯的导电性的添加剂都被认为对于用于透明的聚氨酯中不是完全令人满意的，并且特别是在用作现代军用飞行器透明件的涂层的聚氨酯中。一般来说，已经发现非离子添加剂和多元醇改性剂只有以高水平使用时才能显著增强导电性，这可能不利地影响其它重要特性，如透明度和机械强度。离子添加剂(包括季铵盐和可电离的金属盐)通常在增强导电性方面更有效。该类最有效的已知添加剂是全氟烷基磺酸盐的可电离的金属盐。然而，这些离子添加剂都被认为对于用于用作涂料的透明的聚氨酯中不是完全令人满意的，因为它们是短效的，并且随着老化，它们可引起透明度的丧失、附着力的丧失、和电导率的丧失。Sandlin等人的美国专利号6,458,875中描述了一种透明的聚氨酯的最新改性以增加其导电性，其中开发了掺合在0.5至5.0wt％范围中指定的添加剂的改进的聚氨酯组合物，用于在没有不利地影响组合物的透明度和底层表面的附着力的情况下增强导电性。指定的添加剂是全氟烷基磺酰亚胺的可电离的金属盐，其中金属是碱金属，并且优选的全氟烷基磺酰亚胺是三氟甲烷磺酰亚胺。最优选的盐是来自3M的商品名为FluoradHQ115的三氟甲烷磺酰亚胺锂。在优选的聚醚氨酯组合物中使用1.0至3.0wt％范围的FluoradHQ115可增强组合物的导电性约两个数量级，从而降低静电荷积聚(building)到一点的风险，在该点处产生电击危险或由电流的快速放电而损坏聚氨酯涂层。用FluoradHQ115改性透明的聚氨酯在机械特性方面是非常耐用性，并且展示对老化暴露的有害作用优秀的抗腐蚀性。然而，FluoradHQ115改性的透明的聚氨酯的导电性具有强的温度依赖性。随着温度降低，电导率和消散积累的表面电荷的能力大幅地下降。导电性也对老化暴露的有害作用敏感，并且可在正常使用条件下丧失电导率。由于野战型(fieldoperating)现代军用飞行器经常经历-40℃或更低的透明板表面温度，因此静电放电能力必须在低温下维持并且能够承受老化暴露的有害作用。因此用指定的三氟甲烷磺酰亚胺锂添加剂FluoradHQ115改性的透明的聚氨酯组合物被认为作为用于现代军用飞行器的透明件的表面涂料关于这些要求不是完全令人满意的。Moncurd等人的美国专利号9,580,564中描述了解决静电荷积聚在飞行器透明件上的问题的最新发展，其中开发了多层涂层系统，其包括第一透明的聚氨酯内层、布置在第一透明的聚氨酯内层上的中间导电层、和布置在导电层上的第二透明的聚氨酯外层。中间导电层位于内和外聚氨酯层之间并且通过用胶体铟锡氧化物纳米颗粒分散体涂覆第一透明的聚氨酯内层形成，其可用硅酸盐粘合剂固化以形成网状物或多孔网络，这允许外聚氨酯层通过多孔网络与内聚氨酯层相互作用并结合。第一透明的聚氨酯内层相对较厚，并且通过将大约70％固体含量的脂族聚酯型氨基甲酸酯前体溶液应用于透明的基底，然后蒸发溶剂并热固化前体而形成。第二透明的聚氨酯外层相对较薄，并且通过将大约45％固体含量的脂族聚酯型氨基甲酸酯前体溶液应用于导电层，然后蒸发溶剂并热固化前体而形成。可调节两种聚氨酯前体溶液的固体含量以给出期望的层厚度，并且将取决于所用的具体聚氨酯的特性。该多层涂层系统解决了静电荷经由“排遍”机制积聚在飞行器透明件上的问题，其允许表面静电荷通过第二透明的聚氨酯层排到导电材料层，且然后排到导电材料层的边缘，其中其与机体配合。该“排遍”多层涂层系统展示了消散积聚在飞行器透明件上的表面静电荷的效率，并且无论温度变化或老化暴露都维持高沉积静电消散性能。然而，多层涂层系统遭受(suffersfrom)弱抗腐蚀性并且在强雨蚀(rainerosion)试验期间经历外聚氨酯层的丧失。因为外聚氨酯层和内聚氨酯层之间通过中间导电材料层的多孔网络的相互作用不能在这两个聚氨酯层之间提供足够结合以抵抗试验条件，而发生雨蚀试验期间的分层。因此，多层涂层系统被认为作为用于现代军用飞行器的透明件的表面涂料关于抗腐蚀性要求不是完全令人满意的。容易理解的是，需要具有增强的导电性的一种透明的聚氨酯组合物，其可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.适合于涂覆基底表面的聚氨酯组合物，所述组合物包含：/n脂族聚酯型氨基甲酸酯基质和氟化离子防静电添加剂，所述脂族聚酯型氨基甲酸酯基质包含：/n脂族二异氰酸酯，/n聚酯多元醇，其具有聚酯二醇和聚酯三醇，以及/n磺化聚酯型氨基甲酸酯多元醇。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171122 US 15/821,5541.适合于涂覆基底表面的聚氨酯组合物，所述组合物包含：
脂族聚酯型氨基甲酸酯基质和氟化离子防静电添加剂，所述脂族聚酯型氨基甲酸酯基质包含：
脂族二异氰酸酯，
聚酯多元醇，其具有聚酯二醇和聚酯三醇，以及
磺化聚酯型氨基甲酸酯多元醇。


2.权利要求1所述的组合物，其中所述脂族二异氰酸酯选自：六亚甲基二异氰酸酯、亚甲基双(4-环己基异氰酸酯)、和异佛尔酮二异氰酸酯。


3.权利要求2所述的组合物，其中所述聚酯二醇的平均分子量为约830g/mol，并且包括用二甘醇引发的聚己内酯二醇。


4.权利要求3所述的组合物，其中所述聚酯三醇的平均分子量为约540g/mol，并且包括用三羟甲基丙烷引发的聚己内酯三醇。


5.权利要求4所述的组合物，其中所述聚酯多元醇进一步包括选自以下的增链剂：乙二醇、1,4-丁二醇、和2-乙基-1,3-己二醇。


6.权利要求4的所述组合物，其中所述磺化聚酯型氨基甲酸酯多元醇包括脂族聚酯型氨基甲酸酯树脂的阴离子分散体。


7.权利要求6所述的组合物，其中所述磺化聚酯型氨基甲酸酯多元醇按重量计为所述组合物的约5％至约10％。


8.权利要求7所述的组合物，其中所述脂族聚酯型氨基甲酸酯基质按重量计为所述组合物的约85％至约98％。


9.权利要求8所述的组合物，其中所述氟化离子防静电添加剂包括选自以下的氟化磺酰亚胺的季铵盐：三正丁甲基铵双-(三氟甲磺酰基)酰亚胺和季烷基铵双-(三氟甲磺酰基)酰亚胺。


10.权利要求9所述的组合物，其中所述氟化离子防静电添加剂按重量计为所述组合物的约3％至约8％。


11.制备适合于涂覆基底表面的聚氨酯组合物的方法，所述方法包括：
将聚酯二醇和聚酯三醇与磺化聚酯型氨基甲酸酯分散体混合以形成均相磺化多元醇混合物；以及
将均相磺化多元醇混合物与包含脂族二异氰酸酯、氟化离子防静电添加剂、和催化剂的组分混合以形成聚氨酯涂料组合物。


12.权利要求11所述的方法，其中所述磺化聚酯型氨基甲酸酯分散体与所述聚酯二醇和所述聚酯三醇在约90℃至约105℃下混合约48小时。


13.权利要求12所述的方法，其中所述聚酯二醇的平均分子量为约830g/mol，并且包括用二甘醇引发的聚己内酯二醇。


14.权利要求13所述的方法，其中所述聚酯三醇的平均分子量为约540g/mol，并且包括用三羟甲基丙烷引发的聚己内酯三醇。


15.权利要求14所述的方法，其中所述磺化聚酯型氨基甲酸酯分散体包括脂族聚酯型氨基甲酸酯树脂的阴离子分散体，并且按重量计为所述组合物的约5％至约10％。


16.权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·李，S·桑德林，M·蒙克，
申请(专利权)人：吉凯恩航空透明系统有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US