CN102905892A - 高折射率水性聚氨酯分散体涂层组合物 - Google Patents

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Abstract

本文提供高折射率的水性聚氨酯分散体底涂层组合物，其在基底上涂敷和固化时提供透明、耐冲击和粘性的底涂层。这些聚氨酯涂层组合物包含具有芳香族官能团的聚氨酯聚合物(所述芳香族官能团的量的范围为聚氨酯聚合物固体重量的约16%-约42%)，并提供折射率范围为约1.53-约1.63的底涂层。本文还提供制造这类高折射率涂层组合物的方法；用这类高折射率涂层组合物涂布基底的方法；和涂有这类高折射率涂层组合物的物品。

Description

高折射率水性聚氨酯分散体涂层组合物
相关申请的交叉引用
本申请要求2010年6月24日提交，题为“HIGH REFRACTIVE INDEX AQUEOUS POLYURETHANE DISPERSION COATING COMPOSITIONS(高折射率水性聚氨酯分散体涂层组合物)”的美国临时专利申请序列号61/358,038的优先权和任何其它权益，其整个公开内容通过引用结合到本文中。
发明领域
本发明涉及高折射率涂层组合物。更具体地说，本发明涉及水性聚氨酯分散体涂层组合物，其在基底上固化时提供透明、耐冲击、粘性和高折射率的底涂层。本发明还涉及制造高折射率水性聚氨酯分散体涂层组合物的方法。此外，本发明涉及用高折射率聚氨酯涂层组合物涂布基底的方法，和涂有这种涂层组合物的物品。
背景
底涂层对于改进清晰、透明的塑料基底(比如用作眼科透镜、安全玻璃、运动和军用护目镜、面罩、遮阳镜、窗、挡风玻璃等的透明塑料基底)的耐冲击性和粘合性是有用的。因为塑料材料的良好性质(比如高折射率、轻重量和成型性)，清晰、透明的塑料材料在许多应用中代替玻璃，透明的塑料材料也有缺陷。一个具体的缺陷是透明的塑料基底往往是柔软的，且往往相当容易刮擦或磨损。为防止刮擦，透明的塑料基底可涂有由涂在基底上的有机硅氧烷涂层组成的耐磨损的“硬”涂层，即硬耐磨“顶”涂层。但是，虽然耐磨性可由硬涂层改进，但硬涂层的添加可能不期望地减小透明塑料基底的耐冲击性(与相应的无硬涂层的透明塑料基底相比)。这可以是用于眼科应用的透明塑料基底的显著缺陷，在眼科应用中，当折射率增加时，达到相同矫正水平所需的透镜厚度减小，产生对冲击破坏更敏感的更薄更轻的透镜。为改进涂有硬涂层的塑料基底的耐冲击性，一种弹性体聚合物树脂比如聚氨酯涂层，可用作透明塑料基底和耐磨损硬涂层之间的底层。聚氨酯底涂层作用于吸收冲击硬涂层的能量并防止碎片或裂痕从硬涂层蔓延到透明塑料基底。
除改进透明塑料基底的耐冲击性外，聚氨酯底涂层还可用作粘合层。可将许多不同种类的涂层或添加剂层涂敷于基底上，它们不容易附着于基底表面。在这种情况下，涂敷聚氨酯底涂层以在基底上形成更容易被其它涂层或层附着的层。
聚氨酯底涂层的进一步的益处可通过水性聚氨酯分散体实现。水性聚氨酯分散体涂层组合物更稳定，并具有比它们的反应性二组分聚氨酯体系对更长的贮藏期限。二组分体系的相对不稳定性源自混合后不久需要将二组分体系涂敷到基底上，因为体系在混合时反应并开始固化。相反，水性聚氨酯分散体在其被涂到基底上并开始固化前，可储存延长的时间期间，即数周或数月。因此，反应性二组分聚氨酯体系的稳定性和贮藏期限可通过用合适的封端异氰酸酯作为体系的一个组分来改进。但是，使用封端异氰酸酯的二组分体系需要热量以引发固化，从而相比于在环境温度通过风干固化且不需要热量引发或维持固化的水性聚氨酯分散体涂层组合物，增加了二组分体系涂布方法的额外的复杂性和成本。
水性聚氨酯分散体的另一个益处是它们比反应性二组分聚氨酯体系危险小，因为水是水性分散体的主要溶剂，而不是可具有高挥发性有机组分(VOC)浓度的有机溶剂。
但是，水性聚氨酯分散体涂层组合物的一个缺陷是：如果聚氨酯底涂层的折射率与透明基底的折射率明显不同，由水性分散体形成的聚氨酯底涂层可干扰穿过经涂布的基底的光线。
光波的路线在从一个介质通到另一个介质时弯曲，这是因为在穿过不同介质时光速减小。光路弯曲量的度量称为折射率。从具体的介质的情形下，折射率可表示为真空中的光速与介质中的光速的比值。因此，不同的介质各自具有相应的折射率值。透明基底具有一个折射率值，而涂到基底上的涂层可具有一个不同的折射率值。对于具有不同折射率值的基底和涂层，随着透明基底和涂层的折射率之间的数值差异增大，穿过经涂布的基底的光学清晰度将由于这两个具有不同折射质量的介质产生的光波干涉受损。相反，随着基底折射率和涂层折射率之间的差异减小，光学清晰度因为光波干涉减少而改进。
如用于本文，被认为具有高折射率的材料是那些相应的折射率值大于或等于约1.53的材料。随着聚氨酯底层有用的应用中高折射率塑料的使用增加，其它涂到基底上的涂层或层的折射率也必须增加以免引起穿过经涂布或层化的高折射率基底的光的干涉。本文描述的是水性聚氨酯分散体涂层组合物，在被涂到基底上并固化时，提供透明、耐冲击和粘性的聚氨酯底涂层，其具有约1.53-约1.63范围的高折射率。
概述
根据本发明的实施方案，本文描述了高折射率水性聚氨酯分散体底涂层组合物，其在基底上涂敷并固化时提供透明、耐冲击、粘性的底涂层。
在一个实施方案中，涂层组合物包含具有芳香族官能团的聚氨酯聚合物，所述芳香族官能团的量的范围为聚氨酯聚合物固体重量的约16%-约42%，其中聚氨酯聚合物包含芳香族二异氰酸酯；至少一种活性氢化合物；二羟基羧酸；和多官能胺的反应产物，所述活性氢化合物选自：i)具有约2-约8个碳的脂肪族二醇，ii)芳香族二醇，iii)具有约2-约4个碳的硫化物官能化烷基化合物，iv)具有约2-约8个碳的硫醇官能化烃化合物，和v)它们的组合。由涂层组合物形成的底涂层的折射率范围为约1.53-约1.63。
在另一个实施方案中，涂层组合物包含具有芳香族官能团的聚氨酯聚合物，所述芳香族官能团的量的范围为聚氨酯聚合物固体重量的约16%-约27%，其中聚氨酯聚合物包含芳香族二异氰酸酯；至少一种活性氢化合物；二羟基羧酸；和多官能胺的反应产物，所述活性氢化合物选自具有约2-约8个碳的脂肪族二醇、芳香族二醇及其组合。由涂层组合物形成的底涂层的折射率范围为约1.53-约1.57。
在另一个实施方案中，涂层组合物包含具有芳香族官能团和硫的聚氨酯聚合物，所述芳香族官能团的量的范围为聚氨酯聚合物固体重量的约16%-约42%，硫的量的范围为聚氨酯聚合物固体重量的约0.1%-约15%，其中聚氨酯聚合物包含芳香族二异氰酸酯；至少一种活性氢化合物；二羟基羧酸；和多官能胺的反应产物，所述活性氢化合物选自具有约2-约4个碳的硫化物官能化烷基化合物、具有约2-约8个碳的硫醇官能化烃化合物及其组合。由涂层组合物形成的底涂层的折射率范围为约1.53-约1.63。
在另一个实施方案中，涂层组合物包含具有芳香族官能团的聚氨酯聚合物，所述芳香族官能团的量的范围为聚氨酯聚合物固体重量的约16%-约42%，其中聚氨酯聚合物包含芳香族二异氰酸酯；聚合物二醇；至少一种活性氢化合物；二羟基羧酸；和多官能胺的反应产物，所述活性氢化合物选自：i)具有约2-约8个碳的脂肪族二醇，ii)芳香族二醇，iii)具有约2-约4个碳的硫化物官能化烷基化合物，iv)具有约2-约8个碳的硫醇官能化烃化合物，和v)它们的组合。由涂层组合物形成的底涂层的折射率范围为约1.53-约1.63。
本文描述的涂层组合物还包含分散剂和一定量的水，所述水在用分散剂中和聚氨酯聚合物时足以分散聚氨酯聚合物以形成水性聚氨酯分散体涂层组合物。本文描述的涂层组合物通过用分散剂中和聚氨酯预聚物或聚合物的羧酸官能团分散。此外，涂层组合物还可包含紫外线吸收剂。
根据另一个实施方案，提供制造高折射率水性聚氨酯分散体涂层组合物的方法。
根据其它实施方案，提供用本文描述的高折射率水性聚氨酯分散体涂层组合物涂布基底的方法和涂有这种水性聚氨酯分散体涂层组合物的物品。
附图简述
图为固化的本文所述聚氨酯涂层组合物的折射率作为芳香族官能团含量的函数的图。
详细说明
除非另外限定，本文使用的所有技术和科学术语均具有本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同含义。在本文的发明说明书中使用的术语只用于描述具体的实施方案，而不旨在限制本发明。本发明可按不同的形式具体化，本申请的具体实施方案的引用不应视为把本发明限于本文描述的实施方案。相反地，提供这些实施方案是为了使本公开内容透彻和完全。
如用于本发明的说明书和附加权利要求，除非上下文清楚地另外指出，否则单数形式“一”和“该”旨在也包括复数形式。
除非另有说明(即通过使用术语“精确地”)，说明书和权利要求书中使用的所有的表达数量、性质比如分子量、反应条件等的数字应理解为在一切情况下由术语“约”修饰。相应地，除非另有说明，在以下说明书和权利要求书中陈述的数值性质为近似值，其可随本发明的实施方案中寻求获得的期望性质而改变。
如用于本文，“高折射率”指的是大于或等于约1.53的折射率。此外，除非另外具体指出，本文使用的用于涂层或涂层组合物的折射率指的是由涂层组合物形成的涂层的折射率的值，也就是聚氨酯聚合物底涂层的折射率，而非水性聚氨酯分散体涂层组合物的水性实施方案的折射率。
材料的折射率是在光从一个介质通到另一介质时，有多少光会折射即弯曲的度量。光波以不同的速度穿过不同的介质。由于光波进入不同的介质，光速改变。由于在穿过介质时光的频率不变，所以光波速度的变化引起光路弯曲。折射率只是表明光弯曲多少。对于一个具体的介质，折射率(R.I.)可表示为R.I.=[真空中的光速/介质中的光速]。真空中的光速与空气中的光速无显著差异，因此折射率可用空气中的光速代替真空中的光速来表示。光穿过不同介质引起的折射(其与穿过介质的光学清晰度有关)，通过使各介质折射率间的差异最小化而最小化。相应地，为减小或最小化折射率大于或等于约1.53的基底的折射，任何涂到基底的涂层比如聚氨酯底涂层，需要具有与基底类似的折射率，即大于或等于约1.53，以使基底和涂层的相应折射率间的差异最小化。
本发明人已确定，随着由组合物形成的聚氨酯聚合物涂层的芳香族官能团含量增加，水性聚氨酯分散体涂层组合物的折射性质改进，即折射率随聚合物内芳香族官能团的浓度增大而增大。具体地讲，本发明人已确定聚氨酯折射率和芳香族官能团含量之间的以下关系：折射率=[0.3834*(%芳香族官能团含量/100)+1.4698]。附图说明了这种关系。为了用这种关系制造一种有效的涂层组合物，芳香族官能团的存在量的范围为聚氨酯聚合物固体重量的约16%-约42%。否则，如果芳香族官能团少于16%，由这种涂层组合物形成的固化涂层的折射率少于1.53，因此不是如本文定义的高折射率。相反地，具有超过42%的芳香族官能团影响涂层组合物在水中的分散性。相应地，本文描述的高折射率聚氨酯涂层组合物包含芳香族官能团，所述芳香族官能团的量的范围为聚氨酯聚合物重量的约16%-约42%。当在基底上涂敷并固化时，这些涂层组合物提供透明、耐冲击、粘性和高折射率的底涂层，其中底涂层的折射率范围为约1.53-约1.63。
聚氨酯是由大分子链中存在氨基甲酸酯基[-NH-C=O-O-]和脲基[-N-H-(C=O)-NH-]表征的聚合物。这些基团一般通过具有多于一个异氰酸酯官能团的化合物与具有多于一个活性氢官能团的化合物的反应形成。用于本文的“活性氢官能团”指的是任何容易与异氰酸酯官能团反应的官能团，比如羟基官能团、氨基官能团和硫醇官能团。相应地，用于本文的“活性氢化合物”指的是具有至少一个活性氢官能团的任何化合物或分子，所述官能团包括但不限于羟基官能团、氨基官能团、硫醇官能团或其组合。聚氨酯的氨基甲酸酯基通常由聚异氰酸酯与多元醇的加聚反应形成，不过氨基甲酸酯基的形成不局限于这些反应物。聚异氰酸酯是具有两个或更多个异氰酸酯官能团的分子，即R1-(N=C=O)n ≥ 2。多元醇是具有两个或更多个羟基官能团的分子，即R2-(OH)n ≥ 2。脲基通常由聚异氰酸酯与聚胺的加聚反应形成。聚胺是含有两个或更多个氨基官能团的分子，即R3-(NH2)n ≥ 2。
水性聚氨酯分散体涂层组合物是由聚氨酯聚合物分散在水相中形成的胶态稳定分散体。水性聚氨酯分散体的制备一般可分成三步进行，不过本领域普通技术人员将理解这三步不相互排斥。此外，本说明书为了清楚而从这些步骤的背景下描述本发明，且本发明的实施方案或特征不应该视为局限于这些步骤。此外，这三步不应视为局限于这种顺序，而是这些步骤可按不同顺序进行，或可同时进行，或按它们的组合进行。
一般而言，所述三步包括：1)聚氨酯预聚物形成步骤，2)分散步骤，和3)最终聚合步骤。第一步一般涉及通过多元醇和过量聚异氰酸酯之间在高温下在有机溶剂中的反应产生具有异氰酸酯封端端基的聚氨酯预聚物。预聚物的形成对限定所得聚氨酯聚合物的特征是关键的，因此根据本文描述的涂层组合物的高折射率性质可归因于预聚物的形成。
第二步一般包括将聚氨酯预聚物或聚合物分散到水中以形成稳定的胶态分散体。聚氨酯预聚物或聚合物一般借助于分散剂，或者分散剂以及混合，而分散到水性相内。通过使分散剂与聚氨酯预聚物或聚合物反应，预聚物或聚合物获得水混溶性或溶解性基团，所述基团有助于形成分散在水中的稳定的聚氨酯聚合物颗粒。
制备水性聚氨酯分散体的第三步是最终聚合步骤。最终聚合步骤是通过使预聚物的异氰酸酯封端末端与多官能胺或多官能醇反应增长聚氨酯聚合物链，以将聚氨酯预聚物增长为高分子量聚合物。因为用于描述这种制备水性分散体的方法的三个步骤不互相排斥，所以最终聚合步骤可在分散步骤之前、期间或之后进行。
制备水性分散体涂层组合物的第一步是聚氨酯预聚物的制造。聚氨酯预聚物一般通过使多元醇与过量的聚异氰酸酯反应而制造，换言之，在聚异氰酸酯的异氰酸酯官能团与多元醇的羟基官能团的化学计量比大于或等于约1.1:1时制造。多元醇和聚异氰酸酯的选择决定组合物，因此决定由预聚物形成的所得聚氨酯聚合物的性质。相应地，因为本文描述的高折射率聚氨酯涂层组合物具有芳香族官能团，所述芳香族官能团的量的范围为聚氨酯重量的约16%-约42%，聚氨酯预聚物通过选择足够量的具有芳香族官能团的聚异氰酸酯、具有芳香族官能团的多元醇、或组合选择具有芳香族官能团的聚异氰酸酯和多元醇两者而获得。
如上所述，聚异氰酸酯包括含有两个或更多个异氰酸酯官能团的任何化合物。本文描述的高折射率涂层组合物使用具有两个异氰酸酯官能团的聚异氰酸酯，其称为二异氰酸酯。为在聚氨酯预聚物反应中获得芳香族官能团成分，使用芳香族二异氰酸酯。如本文所指，芳香族二异氰酸酯包括任何包含至少一个芳香族官能团的二异氰酸酯，所述芳香族官能团在加聚反应形成聚氨酯预聚物时由二异氰酸酯带入聚氨酯聚合物结构中。用于本文的芳香族二异氰酸酯的实例包括，但不局限于亚二甲苯二异氰酸酯(XDI)、四甲基二甲苯二异氰酸酯(TMXDI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)、萘二异氰酸酯(NDI)、亚苯基二异氰酸酯、甲苯胺二异氰酸酯(TODI)、二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)、来源于上述的任何二异氰酸酯及其组合。亚二甲苯二异氰酸酯，特别是间苯二甲基二异氰酸酯，或四甲基二甲苯二异氰酸酯是本文描述的高折射率底涂层组合物使用的优选的芳香族二异氰酸酯。
根据本文描述的高折射率涂层组合物的一个实施方案，选择多元醇与芳香族二异氰酸酯反应用于调节聚氨酯预聚物和相应的聚氨酯聚合物中的芳香族官能团含量。具体来说，使用短链的多元醇(即整个烃链具有小于或等于约8个碳、或烃链的重复单元具有小于或等于8个碳原子的烃多元醇)，相对于长链多元醇(即整个烃链具有大于约8个碳、或烃链的重复单元具有大于8个碳原子的烃多元醇)，增加了所得聚氨酯聚合物中的芳香族官能团的重量百分数。本文描述的高折射率涂层组合物使用具有两个羟基官能团的多元醇，其称为二醇。本文描述的高折射率涂层组合物的实施方案使用多元醇比如聚合物二醇、脂肪族二醇或聚合物二醇和脂肪族二醇的组合。如本文所指，脂肪族二醇是在低聚物分子中含有四个或更少的重复单体单元的烃单体分子、烃低聚物分子或其组合。如本文所指，聚合物二醇是在高分子中含有大于四个重复单体单元的烃高分子。如用于本文，比如聚(乙)二醇是聚合物二醇，且乙二醇、二乙二醇和三乙二醇各自都是脂肪族二醇。优选短链聚合物二醇或脂肪族二醇，因为二醇中的短链在聚氨酯聚合物链段的重复的芳香族官能团(可归因于芳香族二异氰酸酯)之间产生较短的距离。增加聚氨酯内重复芳香族官能团的频率增加芳香族官能团的浓度，因此增加整个聚氨酯聚合物中芳香族官能团的重量百分数。
当聚氨酯包含约16%-约42%的芳香族官能团(按重量计)时，本文描述的高折射率聚氨酯涂层组合物产生折射率范围在约1.53-约1.63的涂层。如比较实施例1说明，使用聚合物二醇作为预聚物反应中仅有的多元醇，特别是平均分子量约2000的聚碳酸酯二醇，获得占聚氨酯固体重量约9%的芳香族官能团含量。由于以上论述的原因，在聚合物二醇之外或者代替聚合物二醇使用短链脂肪族二醇，与只由聚合物二醇形成的聚氨酯聚合物相比，增加聚氨酯聚合物的芳香族官能团含量。这在以下比较实施例2中说明。与比较实施例1描述的类似的聚氨酯涂层组合物的9%的芳香族含量相比，引入少量的短链脂肪族二醇(相对于使用的长链聚碳酸酯二醇的量)，增加芳香族官能团含量至聚氨酯重量的约13%。当使用脂肪族二醇和聚合物二醇两者时，聚氨酯聚合物中重复的芳香族官能团单元之间的距离在至少一些聚氨酯链段(可归因于脂肪族二醇)中减小，从而增加了整个聚氨酯聚合物中芳香族官能团的含量。因此，为获得占聚氨酯聚合物固体重量约16%-约42%范围的芳香族官能团含量，根据本文描述的涂层组合物，短链脂肪族二醇或足量的聚合物二醇和短链脂肪族二醇的组合用作预聚物反应中的活性氢化合物。
用于形成高折射率聚氨酯涂层组合物的聚合物二醇的实例包括聚碳酸酯二醇、聚醚二醇、聚酯二醇、多元醇、烷氧基化二醇、含酰胺的二醇、聚丙烯酸二醇、环氧二醇、多羟基聚乙烯醇或任意上述聚合物二醇的混合物。更具体的合适的聚合物二醇的实例是平均分子量为约800-约2000范围的聚(环六亚甲基碳酸酯)二醇。本文使用的用于形成高折射率聚氨酯涂层组合物的聚合物二醇还包括芳香族聚合物二醇，即具有至少一个芳香族官能团的芳基化聚合物二醇。这些芳香族聚合物的实例包括由双酚A化合物形成的聚碳酸酯二醇。
本文描述的涂层组合物使用的合适的短链脂肪族二醇的实例包括具有约2-约8个碳、优选约2-约3个碳的烃链的脂肪族二醇。这些短链脂肪族二醇包括具有约2-约8个碳的烷二醇，优选具有约2-约3个碳的烷二醇。适合于本文的高折射率涂层组合物的短链脂肪族二醇的具体实例包括乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、丙二醇、丁二醇、戊二醇、己二醇、庚二醇、辛二醇及其任意衍生物，优选乙二醇和丙二醇。根据本文描述的高折射率涂层组合物的一个实施方案，优选的用作活性氢化合物以形成聚氨酯预聚物的多元醇包含具有约2-约8个碳的脂肪族二醇和聚合物二醇。由具有约2-约8个碳的脂肪族二醇和聚合物二醇形成的聚氨酯聚合物的芳香族官能团含量的范围为聚氨酯聚合物固体重量的约16%-约27%。由脂肪族二醇和聚合物二醇形成的相应的聚氨酯聚合物涂层的折射率的范围为约1.53-约1.57。
根据另一个实施方案，聚氨酯预聚物和相应聚合物中芳香族官能团的浓度可通过在预聚物反应中选择芳香族二醇与芳香族二异氰酸酯反应而控制。如本文所指，芳香族二醇包括任何包含至少一个芳香族官能团的二醇，所述芳香族官能团在加聚反应形成聚氨酯预聚物时由二醇带入聚氨酯聚合物结构中。当这些具有至少一个芳香族官能团的二醇与芳香族二异氰酸酯反应时，相比不含芳香族官能团的其它短链聚合物二醇或短链脂肪族二醇，使用芳香族二醇增加重复芳香族官能团单元的频率，因为芳香族官能团出现在可归因于芳香族二异氰酸酯和芳香族二醇两者的聚氨酯聚合物链段中。
芳香族二醇的实例包括苯二酚化合物比如邻苯二酚、氢醌、亚二甲苯二酚、间苯二酚、甲基间苯二酚、烷基取代的苯二酚、烷氧基取代的苯二酚、二甲苯二酚；双酚A化合物，包括但不限于双酚A烷氧基化物；及其衍生物。本文描述的涂层组合物使用的合适的芳香族二醇包括在化合物中具有约2-约8个碳的芳香族二醇化合物和在烷氧基化物链中具有约2-约4个碳的双酚A烷氧基化物。本文优选使用在烷氧基化物链中具有约2-约4个碳的双酚A烷氧基化物，更优选在烷氧基化物链中具有约2-约3个碳的双酚A烷氧基化物。双酚A烷氧基化物的具体实例包括乙氧化双酚A、丙氧化双酚A和丁氧化双酚A。根据本文描述的高折射率涂层组合物的一个实施方案，用作活性氢化合物以形成聚氨酯预聚物的多元醇包含聚合物二醇和芳香族二醇。由聚合物二醇和芳香族二醇形成的聚氨酯聚合物的所得芳香族官能团含量的范围为聚氨酯聚合物固体重量的约16%-约27%。由聚合物二醇和芳香族二醇形成的相应聚氨酯聚合物涂层的折射率的范围为约1.53-约1.57。
根据另一个实施方案，短链脂肪族二醇、芳香族二醇或其组合用于与芳香族二异氰酸酯反应以形成涂层组合物的聚氨酯预聚物和相应的聚合物。本实施方案的一个实例是用短链脂肪族二醇、芳香族二醇或其组合中的至少一种形成的聚氨酯聚合物。根据本实施方案由涂层组合物形成的聚氨酯聚合物具有芳香族官能团，所述芳香族官能团的量的范围为聚氨酯聚合物固体重量的约16%-约27%，且聚氨酯聚合物涂层的折射率的范围为约1.53-约1.57。根据本实施方案使用的优选短链脂肪族二醇包括在烃链中具有约2-约3个碳的烷二醇。根据本实施方案使用的优选的芳香族二醇包括在烷氧基化物链中具有约2-约3个碳的双酚A烷氧基化物。
除通过调节聚氨酯聚合物的芳香族官能团含量来调节折射率性质以外，折射率性质通过用在烷基链中具有约2-约4个碳的硫化物官能化烷基化合物或在化合物中具有约2-约8个碳的硫醇官能化烃化合物形成聚氨酯聚合物来调节，从而制造具有芳香族官能团和硫的聚氨酯聚合物。优选地，硫醇官能化烃化合物在化合物中具有约2-约4个碳。根据本实施方案，硫化物官能化烷基化合物、硫醇官能化烃化合物或其组合被用来代替用于形成聚氨酯聚合物的二醇或与之结合。如本文所指，硫化物官能化烷基化合物和硫醇官能化烃化合物各自具有大于或等于两个活性氢官能团，即至少两个异氰酸酯官能团反应位。硫化物官能化烷基化合物包括具有至少一个硫化物官能团的化合物。这种硫化物烷基官能化合物的实例包括硫醚比如硫二甘醇或硫化物官能化烷基双硫醇。本文使用的硫化物官能化烷基化合物的具体实例包括双(2-羟乙基)硫化物、2,5-二甲基-1,4-二噻烷和双(2-巯基乙基)硫化物。
本文使用的硫醇官能化烃化合物包括具有至少一个硫醇官能团和至少一个其它活性氢官能团的硫醇官能化烷基或芳基烃化合物。这类烃化合物的实例是巯基烷基醇，即具有一个硫醇官能团和一个羟基官能团的化合物，和具有大于一个硫醇官能团的化合物，即烷基双硫醇。更特别地，合适的硫醇官能化烃化合物包括在烷基链中具有约2-约8个碳的巯基烷基醇，比如2-巯基乙醇或3-巯基-1-丙醇；在烷基链中具有约2-约8个碳的烷基双硫醇，比如乙烷双硫醇、丙烷双硫醇、1,2-二巯基丙烷、1,2-乙烷双硫醇、2-巯基乙醚和1,3-丙烷双硫醇；在化合物中具有约2-约8个碳的硫醇官能化芳基化合物，比如苯-1,2-双硫醇、1,4-苯二甲烷硫醇或其组合。根据本实施方案，由芳香族二异氰酸酯与具有约2-约4个碳的硫化物官能化烷基化合物、具有约2-约8个碳的硫醇官能化烃化合物或其组合中的至少一种反应所形成的聚氨酯聚合物，包含占聚氨酯聚合物固体重量约16%-约42%的芳香族官能团和约0.1%-约15%的硫。所得聚氨酯聚合物涂层的折射率范围为约1.53-约1.63。
根据另一个实施方案，在将预聚物分散在水中之前，可将添加剂比如紫外线(UV)吸收剂添加到聚氨酯预聚物混合物中。随着聚氨酯分散在水中，紫外线吸收剂陷入聚氨酯聚合物结构内。紫外线吸收剂提高以下两者：根据本文描述的涂层组合物形成的聚氨酯涂层的紫外线稳定性，还提高这些涂层的折射率。添加紫外线吸收剂提高涂层的折射率，因为紫外线吸收剂含有芳香族官能团，这进一步增加聚氨酯聚合物的芳香族官能团含量。相应地，本文使用的合适的紫外线吸收剂包括具有至少一个芳香族官能团的紫外线吸收剂，比如基于二苯甲酮的化合物或苯并三唑紫外线吸收剂。紫外线吸收剂构成聚氨酯聚合物固体重量的0-约12%。用紫外线吸收剂形成的相应聚氨酯聚合物涂层的折射率的范围为约1.53-约1.63，且芳香族官能团含量的范围为聚氨酯聚合物固体重量的约16%-约42%。
预聚物反应使用的合适的有机溶剂的选择取决于反应形成聚氨酯聚合物的构成组分的选择，包括那些能溶解所选活性氢化合物的溶剂和那些不易与聚异氰酸酯反应的溶剂。可用于与聚氨酯预聚物反应的合适的有机溶剂的实例包括酮比如甲乙酮、丙酮、甲基异丁基酮、二丙酮醇和戊二酮；二氧六环；N-甲基吡咯烷酮；乙腈；酯；乙二醇酯；和叔醇比如叔戊醇。
取决于用于形成聚氨酯聚合物的二异氰酸酯或活性氢化合物，可将催化剂添加到用于制备聚氨酯预聚物的溶液中。合适的可用于制备聚氨酯预聚物的催化剂包括金属羧酸盐(即羧酸的金属盐)，比如乙基己酸锡(II)、二月桂酸二丁基锡和双(辛基马来酸)二丁基锡。
在制备水性聚氨酯分散体的第二个基本步骤中，将所得聚氨酯预聚物或聚合物分散在水性溶液中。将聚氨酯预聚物或聚合物借助于分散剂在水的存在下分散，或者，将聚氨酯预聚物或聚合物借助于分散剂和混合而分散。分散剂给出可混溶或可溶解聚氨酯聚合物的子集，作用于辅助或增强聚合物作为水相中的颗粒的分散性。根据本文描述的高折射涂层组合物，在形成预聚物期间，羧酸在二异氰酸酯的存在下反应，以使羧酸官能团结合到聚氨酯聚合物结构内。在预聚物反应期间，优选二羟基羧酸用于共价键合聚氨酯预聚物结构以结合羧酸官能团作为聚氨酯预聚物骨架中的链段，从而制造分散剂在聚氨酯聚合物中的反应位。在这种聚氨酯预聚物形成以后，在足量的能够分散聚氨酯预聚物或聚合物的水的存在下，将聚氨酯骨架中的羧酸官能团用分散剂比如叔胺中和。羧酸官能团的中和产生聚氨酯预聚物或聚合物在水中的阴离子稳定分散体。若使用混合，则在引入混合到这种高折射率聚氨酯涂层组合物之前、期间或之后，进行用分散剂中和。混合包括借助于装置比如高剪切分散器、均化器或其它能够分散聚氨酯颗粒的装置引起的高剪应力或混合。
对于本文描述的高折射率聚氨酯涂层组合物合适的二羟基羧酸包括任何具有至少两个羟基官能团的羧酸。二羟基羧酸由通式(HO)2R4(COOH)表示，其中R4是具有约1-约12个碳原子的未支化或支化的烷基。二羟基羧酸的实例非限制地包括二羟甲基丙酸(DMPA)、二羟甲基丁酸(DMBA)、和乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、癸酸、十二烷酸、十八烷酸等的其它二羟基衍生物。优选的用于水性聚氨酯分散体的二羟基羧酸包括DMPA。
本文用于中和羧酸官能团以帮助分散聚氨酯聚合物的合适的分散剂的实例包括阴离子碱比如叔胺、氢氧化铵、膦和金属氢氧化物，优选叔胺。具体的非限制性叔胺的实例包括三乙醇胺、二甲基乙醇胺、三甲基胺、三乙基胺等。
作为制备水性分散体的最后步骤，链增长剂用于在最终聚合阶段将聚氨酯预聚物增长为高分子量分散的聚氨酯聚合物。这个最后步骤在分散步骤之前、期间或之后发生，即不同于分散预聚物，高分子量链增长的聚氨酯聚合物的分散与链增长同时进行，或分散与链增长同时进行。预聚物中异氰酸酯封端的端基在链增长剂比如多官能胺、多官能多元醇、脲或其组合的存在下反应，以将聚氨酯预聚物增长为更高分子量的聚氨酯聚合物。根据本文描述的涂层组合物的有用的合适链增长剂的具体实例包括一水合肼、水性肼(30%)、1,6-己二胺、1,2-乙二胺、1,3-丙二胺、1,4-丁二胺、1,5-戊二胺、1,8-二氨基辛烷、2-(2-氨乙基)氨基乙醇、3-氨甲基-3,5,5-三甲基环己胺、二氨基甲苯、间二甲苯二胺或其组合。在最后聚合时，将水性聚氨酯聚合物分散体冷却至贮存稳定温度比如环境温度并准备好进行贮藏、进一步加工(即稀释)或作为涂层涂敷于基底，其在固化时提供透明、耐冲击、高折射率的底涂层。
在添加链增长剂以后，任选将水性聚氨酯分散体涂层组合物进一步加工。例如，任选将用于预聚物反应的涂层组合物中残留的有机溶剂通过对涂层组合物的加热、减压或通过加热和减压的组合而蒸发。
取决于粘度，在将组合物涂到基底上之前，通过用至少一种有机溶剂稀释分散体将高折射率水性聚氨酯分散体涂层组合物进一步制备成底涂层组合物。用于制备这种涂层组合物的合适的有机溶剂的实例包括丙二醇单甲醚(PGME)、二丙二醇甲基醚(DPM)、乙二醇正丁醚(EB)、二乙二醇正丁醚(DB)、二乙二醇甲基醚(DM)、正丁醇、异丙醇、乙醇和甲醇。添加到分散体的稀释剂的量可由本领域普通技术人员按照期望的高折射率底涂层组合物的粘度确定。用合适的溶剂稀释不影响水性聚氨酯分散体的贮存稳定性。在作为涂层涂敷前，任选将任何其他添加剂或稀释剂比如表面活性剂、均化剂或流动控制剂等添加到分散体中。
可将有效量的均化剂或流动控制剂结合到本文描述的涂层组合物中以使组合物在基底表面上扩散更均匀或均化，并提供与基底实质上均匀的接触。均化剂或流动控制剂的量可广泛改变，但可以是足够向涂层组合物提供约10-约5,000 ppm的均化剂或流动控制剂的量。可使用任何常规的、市售可得的均化剂或流动控制剂，所述均化剂或流动控制剂与涂层组合物和基底相容，能够将涂层组合物在基底上均化，并增强涂层组合物和基底之间的润湿。这种流动控制剂的非限制性实例包括聚醚、硅酮或氟表面活性剂。
本文描述的水性聚氨酯涂层组合物以任何合适的方式涂到基底上。例如，本发明的组合物可用常规方法比如流涂、喷涂、幕涂、浸涂、旋涂、辊涂等涂到固体基底上，以在基底上形成连续的表面膜。
将水性聚氨酯涂层组合物涂到基底上并在涂敷任何另外的涂层组合物或层(比如聚氨酯层上面的硬涂层或顶涂层)之前至少部分固化。本文描述的聚氨酯涂层组合物通过在环境温度或更高风干而固化。如用于本文，环境温度指的是约20℃-约28℃的温度范围。合适的固化温度的范围为环境温度至约150℃。使涂层组合物充足固化以允许在其上涂敷另一个涂层的固化时间随涂层厚度和固化环境(即湿度、温度、对流气流的存在等)而变化，但在环境温度下少于一小时，优选少于35分钟。加热或照射可另外用于减小固化所需的时间量，但既不需要加热也不需要照射来引发或维持本文描述的聚氨酯涂层组合物的固化。聚氨酯层在环境温度下可花费几个星期以完全固化，并因此获得完全固化的聚氨酯层的性质。
本文描述的水性聚氨酯分散体涂层组合物在固化时形成热固性即交联的聚氨酯涂层。聚氨酯涂层的热固性性质防止涂在它上面的另外的涂层或层不利攻击或溶解聚氨酯层。相应地，另外的涂层组合物或层可涂到聚氨酯层上，只要已使聚氨酯层充分固化，即热固性聚氨酯层的部分固化足以防止另外的涂层组合物或层能够攻击或溶解聚氨酯层。此外，若在涂敷另外的涂层组合物或层时聚氨酯层不全部或完全固化，即聚氨酯层只是充分固化以防止另外的层攻击或溶解聚氨酯层，那么聚氨酯层将在涂敷另外的涂层组合物或层以后在环境温度下继续固化，直到聚氨酯层全部固化。或者或另外，通过加热或照射固化另外的涂层组合物也将全部固化下面的聚氨酯层。
本文描述的水性聚氨酯分散体涂层组合物可作为涂层涂敷至刚性基底表面或足够柔性以承受基底的进一步加工(比如模塑或成型)而不损失其性质的基底表面。使用多种基底。在优选的基底材料中包括透明基底或透明塑料比如聚碳酸酯、丙烯酸、聚氨酯、聚硫氨酯、聚氯乙烯、聚双烯丙基碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二酯和聚环烷酸乙二酯(polyethylene naphthenate)。其它基底包括各种聚烯烃、氟化聚合物、金属和玻璃，比如钠钙玻璃、硼硅酸盐玻璃和丙烯酸玻璃，连同其它类型的玻璃，也可经适当的预处理使用。
取决于使用的基底，基底可经预处理以增强聚氨酯涂层组合物对基底的粘附性。合适的预处理包括干预处理如电晕或等离子处理、或化学处理比如化学浸蚀。合适的用于化学浸蚀的溶液的实例包括5%-20%(按重量计)的水性氢氧化钠溶液或5%-20%(按重量计)的水性氢氧化钾溶液。化学浸蚀加工包括将基底浸入浸蚀溶液浴中，用去离子水冲洗和风干。可使用化学浸蚀溶液的超声波浴。优选地，化学浸蚀在约40℃-约60℃的温度范围内进行。
涂有本文描述的水性聚氨酯涂层组合物的基底可用任何合适的硬涂层或顶涂层在上面涂敷。硬涂层或顶涂层附着于由水性聚氨酯分散体涂层组合物形成的聚氨酯涂层上。硬涂层或顶涂层用于形成覆盖聚氨酯涂布的基底的层，以防止基底刮擦或破损。合适的硬涂层的实例包括由有机硅氧烷涂层组合物形成的涂层。
根据本发明的其它实施方案，提供物品。所述物品包含在至少一个表面上具有根据本文描述的高折射率水性聚氨酯分散体涂层组合物的涂层的基底。
本文提供一种包含涂有涂层组合物的高折射率、透明基底的物品，所述涂层组合物在涂敷于基底并固化时，提供透明、耐冲击、高折射率底涂层。所述物品的涂层组合物包含具有芳香族官能团的聚氨酯聚合物，所述芳香族官能团的量的范围为聚氨酯聚合物固体重量的约16%-约42%，其中聚氨酯聚合物包含芳香族二异氰酸酯；至少一种活性氢化合物；二羟基羧酸；和多官能胺的反应产物，所述活性氢化合物选自：i)具有约2-约8个碳的脂肪族二醇，ii)芳香族二醇，iii)具有约2-约4个碳的硫化物官能化烷基化合物，iv)具有约2-约8个碳的硫醇官能化烃化合物，和v)它们的组合。涂层组合物包括分散剂和一定量的水，所述水足以分散聚氨酯聚合物以形成水性聚氨酯分散体涂层组合物。所述物品还包含由芳香族二异氰酸酯、至少一种活性氢化合物、二羟基羧酸、多官能胺和聚合物二醇的反应产物形成的聚氨酯聚合物。另外，所述物品还包括包含紫外线吸收剂的水性聚氨酯分散体涂层组合物。由涂层组合物形成的底涂层的折射率范围为约1.53-约1.63。
根据另一个实施方案，提供制备水性聚氨酯分散体涂层组合物的方法。一种制备涂层组合物的方法，所述涂层组合物在被涂到基底上并固化时，提供透明、耐冲击、高折射率的底涂层，所述方法包含使芳香族二异氰酸酯、至少一种活性氢化合物和二羟基羧酸在有机溶剂中反应以形成聚氨酯预聚物，其中所述至少一种活性氢化合物选自：i)具有约2-约8个碳的脂肪族二醇，ii)芳香族二醇，iii)具有约2-约4个碳的硫化物官能化烷基化合物，iv)具有约2-约8个碳的硫醇官能化烃化合物，和v)它们的组合。所述方法包括通过用分散剂中和归因于二羟基羧酸的预聚物的羧酸官能团将聚氨酯预聚物分散到水中。此外，所述方法包含添加多官能胺以使聚氨酯预聚物链增长为高分子量聚氨酯聚合物。聚氨酯聚合物包含芳香族官能团，所述芳香族官能团的量的范围为聚氨酯聚合物固体重量的约16%-约42%。所述方法还包含使聚合物二醇与芳香族二异氰酸酯、至少一种活性氢化合物、和二羟基羧酸以及多官能胺反应以形成聚氨酯预聚物。或者或另外，所述方法还包含在将聚氨酯预聚物分散到水中之前，向预聚物添加紫外线吸收剂。当固化时，水性聚氨酯涂层组合物形成折射率范围为约1.53-约1.63的底涂层。
根据另一个实施方案，提供涂布具有高折射率的透明基底的方法。如以上论述，容易因冲击破坏的基底，特别是硬涂布的透明塑料基底，用本文描述的水性聚氨酯涂层组合物涂布，以改进硬涂布、高折射率透明基底的耐冲击性和粘合质量。所述方法通过用高折射率聚氨酯涂层组合物涂布基底以在硬涂层和基底之间形成弹性体、粘性聚氨酯底层，来改进硬涂布的高折射率、透明基底的耐冲击性。
相应地，涂布具有高折射率的透明基底的方法包含将水性聚氨酯分散体涂层组合物涂到基底的至少一个表面上，其中水性聚氨酯分散体涂层组合物包含具有芳香族官能团的聚氨酯聚合物、分散剂和一定量的水，所述芳香族官能团的量的范围为聚氨酯聚合物固体重量的约16%-约42%，所述水足以分散聚氨酯聚合物以形成水性聚氨酯分散体涂层组合物。聚氨酯聚合物包含芳香族二异氰酸酯；至少一种活性氢化合物；二羟基羧酸；和多官能胺的反应产物，所述活性氢化合物选自：i)具有约2-约8个碳的脂肪族二醇，ii)芳香族二醇，iii)具有约2-约4个碳的硫化物官能化烷基化合物，iv)具有约2-约8个碳的硫醇官能化烃化合物，和v)它们的组合。所述方法包括使水性聚氨酯分散体涂层组合物至少部分固化在基底的至少一个表面上，以形成聚氨酯聚合物底涂层，其中聚氨酯聚合物底涂层的折射率范围为约1.53-约1.63。所述方法还包括将硬涂层涂层组合物涂到聚氨酯聚合物底涂层上并使硬涂层涂层组合物固化，以形成具有硬涂层的透明、耐冲击、高折射率基底。另外，根据本实施方案使用的合适的硬涂层涂层组合物包括有机硅氧烷涂层组合物。
提供另一种涂布具有高折射率的透明基底来改进基底的耐冲击性和粘合性质的方法。所述方法包含选择硬涂层涂层组合物(其在固化时，形成硬涂层)，和选择水性聚氨酯分散体涂层组合物(其在固化时，形成折射率范围为约1.53-约1.63的聚氨酯聚合物涂层)。水性聚氨酯分散体涂层组合物包含具有芳香族官能团的聚氨酯聚合物、分散剂和一定量的水，所述芳香族官能团的量的范围为聚氨酯聚合物固体重量的约16%-约42%，所述水足以分散聚氨酯聚合物以形成水性聚氨酯分散体涂层组合物。聚氨酯聚合物包含芳香族二异氰酸酯；至少一种活性氢化合物；二羟基羧酸；和多官能胺的反应产物，所述活性氢化合物选自：i)具有约2-约8个碳的脂肪族二醇，ii)芳香族二醇，iii)具有约2-约4个碳的硫化物官能化烷基化合物，iv)具有约2-约8个碳的硫醇官能化烃化合物，和v)它们的组合。在选择涂层组合物以后，所述方法包括将水性聚氨酯分散体涂层组合物涂到基底的至少一个表面上，并使水性聚氨酯分散体涂层组合物在基底上至少部分固化以形成聚氨酯聚合物涂层。随后通过将硬涂层涂层组合物涂到聚氨酯聚合物涂层上而将硬涂层涂到基底上，并使硬涂层涂层组合物固化以形成透明、耐冲击、高折射率硬涂布的基底。
根据涂布高折射率、透明基底的方法，聚氨酯聚合物还包含芳香族二异氰酸酯、至少一种活性氢化合物、二羟基羧酸、多官能胺和聚合物二醇的反应产物。此外，根据本实施方案，所述方法还包括使水性聚氨酯涂层组合物在环境温度下通过风干至少部分固化。或者或另外，根据本实施方案使用的水性聚氨酯分散体涂层组合物包含紫外线吸收剂。
当不违反本文描述的实施方案时，本文描述的方法的要素不旨在局限于任何具体顺序。
以下分析试验方法和实施例只用于说明目的，并不旨在限制随附权利要求中限定的本发明的范围。
分析试验方法
用于定量本发明(包括但不限于本文提供的实施例)的某些要素的参数和值详述如下：
使用的基底：
除非在以下实施例中另有说明，将丙烯酸或聚硫氨酯眼科透镜用作基底。用实施例的每个样品涂布多个透镜。具有相同涂层的不同透镜用于不同种类的试验，即具有相同涂层的不同透镜用于每个粘合试验和冲击试验。在如以下实施例描述向透镜涂敷涂层之前，通过在60℃下将透镜浸入水性10%(按重量计)的NaOH溶液中经历10分钟来将透镜浸蚀。将浸蚀的透镜用去离子水冲洗，然后在环境温度下干燥。
将水性聚氨酯分散体底涂层涂到基底上：
使透镜在4英寸/分钟的牵引速度下在水性聚氨酯分散体涂层组合物中浸涂。使浸涂的透镜在80℃下固化15分钟。
将硬涂层涂到基底上：
使透镜在6英寸/分钟的牵引速度下在硬涂层涂层组合物中浸涂。随后使浸涂的透镜在110℃下固化3小时。
涂层厚度测量：
各层涂层(即底涂层和硬涂层)的涂层厚度的测量用可从San Diego, CA的Filmetrics,Inc.购买的具有接触台的F-20膜测量装置进行。
折射率测量：
各涂层的折射率测量在可从Pennington, NJ的Metricon Corporation购买的Metricon 2010/M棱镜耦合器上在594纳米(nm)下进行。
粘合试验
将涂布的透镜在沸水中浸泡1小时。在冷却和干燥以后，用刀片在透镜的涂层上做出交叉影线图案。随后将胶带(tape)施用到涂布的透镜的交叉影线区域。在施用胶带后，将胶带从涂层除去。重复胶带的施用和除去三次。若在胶带的重复施用和除去期间没有涂层从透镜除去，那么涂层组合物以100%通过试验。若由于胶带的重复施用和除去，有任何涂层从透镜除去，那么涂层组合物试验失败。根据粘合试验使用的胶带是来自St. Paul, MN的3 M Company的Scotch®牌胶带Scotch 600。
百分比浊度：
涂布的透镜的百分比浊度使用可从Columbia, MD的BYK Gardner USA购买的Haze-Gard Plus测量。
冲击试验：
使用可从Miami, FL的Brain Power, Inc.购买的Square Shooter II Dual Drop Ball Tester，使一个16克(g)的钢球从50英寸的高度落到涂布的透镜上。
干涉图像：
在UniLamp UL-12型灯(可从Valley Park, MO的Midwest Scientific Co.购买)提供的绿光下通过双缝观察涂布的透镜，且本文报道了观测结果。观测结果报道如下：无干涉图像被认为是优良结果，轻微的干涉图像被认为是良好的结果，而强烈的干涉图像被认为是不良结果。
以下实施例中使用的材料和缩写的列表：
BPX-11：可从日本ADEKA Corporation购买的丙氧化双酚A。
Coatosil 1211：可从Albany, NY的Momentive Performance Materials购买的流动控制(润湿)剂涂层添加剂。
IM-1186 JJ-C-60：可从Irvine, CA的SDC Technologies, Inc购买的折射率为1.54的IM-1186 JJ-C-60硬涂层。
IM-9000：可从SDC Technologies, Inc.购买的折射率为1.60的硬涂层。
PR-1135：可从SDC Technologies, Inc.购买的折射率为1.50的底涂层。
UVA：可从德国BASF SE购买的Tinuvin® 234紫外线吸收剂。
XDI：来自日本Mitsui Chemicals, Inc.的间苯二甲基二异氰酸酯。
实施例
实施例 1- 用聚合物二醇和短链脂肪族二醇制备高折射率水性聚氨酯分散体
将21.6 g XDI、16.4 g聚(六亚甲基碳酸酯)二醇(Mw为2000)、5.4 g 1,6-己二醇、3.8 g二羟甲基丙酸和50 g乙腈混合。将混合物加热到70℃，并反应2小时。将混合物冷却到60℃，并添加2.8 g三乙基胺以中和二羟甲基丙酸的羧基。通过将37.6 g上述聚氨酯溶液用高剪切分散器分散到61.2 g的水中，进一步混入1.2 g 2-[(2-氨乙基)氨基]乙醇，制备固体含量为20%(按重量计)的聚氨酯水性分散体。所得聚氨酯分散体的固化的聚氨酯涂层的折射率为1.532。芳香族官能团构成聚氨酯聚合物固体重量的约16%。
实施例 2- 用短链脂肪族二醇制备高折射率水性聚氨酯分散体
将36.4 g XDI、6.8 g乙二醇、3.9 g二羟甲基丙酸和50 g甲乙酮混合。将混合物加热到70℃，并反应2小时。将混合物冷却到50℃，并添加2.9 g三乙基胺以中和二羟甲基丙酸的羧基。通过将36.2 g上述聚氨酯溶液用高剪切分散器分散到61.9 g的水中，进一步混入1.9 g 2-[(2-氨乙基)氨基]乙醇，制备固体含量为20重量%的聚氨酯水性分散体。所得聚氨酯分散体的固化的聚氨酯涂层的折射率为1.572。芳香族官能团构成聚氨酯聚合物固体重量的约27%。
实施例 3- 用短链脂肪族二醇和芳香族二醇制备高折射率水性聚氨酯分散体
将29.0 g XDI、3.1 g乙二醇、12.0 g BPX-11、3.4 g二羟甲基丙酸和50 g甲乙酮混合。将混合物加热到70℃并反应2小时。将混合物冷却到50℃，并添加2.5 g三乙基胺以中和二羟甲基丙酸的羧基。通过将45 g上述聚氨酯溶液用高剪切分散器分散到75 g的水中，进一步混入2.5 g 2-[(2-氨乙基)氨基]乙醇，并将甲乙酮从分散体蒸发，制备固体含量为25重量%的聚氨酯水性分散体。所得聚氨酯分散体的固化的聚氨酯涂层的折射率为1.572。芳香族官能团构成聚氨酯聚合物固体重量的约26%。
实施例 4- 用硫醇官能化烃化合物制备高折射率水性聚氨酯分散体
将35.3 g XDI、5.8 g 2-巯基乙醇、0.6 g三羟甲基丙烷、4.2 g二羟甲基丙酸和50 g 1,4-二氧六环混合。将混合物加热到70℃，并反应2小时。将混合物冷却到50℃，并添加3.1 g三乙基胺以中和二羟甲基丙酸的羧基。通过将35.7 g上述聚氨酯溶液用高剪切分散器分散到62.1 g的水中，进一步混入2.1 g 2-[(2-氨乙基)氨基]乙醇，制备固体含量为约20重量%的聚氨酯水性分散体。所得聚氨酯分散体的固化的聚氨酯涂层的折射率为1.593。芳香族官能团构成聚氨酯固体重量的约26%，且硫构成聚氨酯聚合物固体重量的约0.6%。
实施例 5- 用短链脂肪族二醇和紫外线吸收剂制备高折射率水性聚氨酯分散体
将34.4 g XDI、6.4 g乙二醇、3.7 g二羟甲基丙酸和50 g甲乙酮混合。将混合物加热到70℃，并反应2小时。将混合物冷却到50℃，并添加2.7 g三乙基胺以中和二羟甲基丙酸的羧基。将2.8 g UVA添加到预聚物溶液内。通过将45 g上述聚氨酯溶液用高剪切分散器分散到75 g的水中，进一步混入2.5 g 2-[(2-氨乙基)氨基]乙醇，并将甲乙酮从分散体蒸发，制备固体含量为25重量%的聚氨酯水性分散体。所得聚氨酯分散体的固化的聚氨酯涂层的折射率为1.575。芳香族官能团构成聚氨酯聚合物固体重量的约26%，且紫外线吸收剂构成聚氨酯聚合物固体重量的约5.8%。
实施例 6- 用聚合物二醇和短链脂肪族二醇制备高折射率水性聚氨酯分散体
将28.5 g XDI、10.6 g聚(六亚甲基碳酸酯)二醇(Mw为860)、4.5 g乙二醇、3.9 g二羟甲基丙酸和50 g甲乙酮混合。将混合物加热到70℃，并反应2小时。将混合物冷却到65℃，并添加2.9 g三乙基胺以中和二羟甲基丙酸的羧基。通过将37.0 g上述聚氨酯溶液用高剪切分散器分散到61.5 g的水中，进一步混入1.5 g的2-[(2-氨乙基)氨基]乙醇，制备固体含量为20重量%的聚氨酯水性分散体。所得聚氨酯分散体的固化的聚氨酯涂层的折射率为1.552。芳香族官能团构成聚氨酯聚合物固体重量的约21%。
实施例 7- 具有实施例 1 的高折射率底涂层组合物的透镜的制备
将40 g实施例1的水性聚氨酯分散体与60 g丙二醇单甲醚混合，然后添加0.1 g Coatosil 1211。将这种固化时折射率为1.532的底涂层组合物涂到丙烯酸透镜基底上，在80℃下风干10分钟，并用可从SDC Technologies, Inc.购得的IM 1186 JJ-C-60硬涂层涂在上面。实施例7的涂布的透镜通过各粘合试验和冲击试验。这种涂布的透镜显示良好的干涉图像结果，通过涂布的透镜观察到轻微的干涉图像。这种透镜的试验结果和具体性质在下表1中报道。另外，在表1中，也将实施例7的涂布的透镜与以下实施例8-10作比较。
实施例 8- 具有实施例 6 的高折射率底涂层组合物的透镜的制备
将40 g实施例6的水性聚氨酯分散体与60 g丙二醇单甲醚混合，然后添加0.1 g Coatosil 1211。将这种固化时折射率为1.552的底涂层组合物涂到丙烯酸透镜基底上，在环境温度下风干30分钟(涂层在风干20分钟后无粘性)，并用可从SDC Technologies, Inc.购买的IM 1186 JJ-C-60硬涂层涂在上面。实施例8的涂布的透镜通过各粘合试验和冲击试验。这种涂布的透镜显示良好的干涉图像结果，通过涂布的透镜观察到轻微的干涉图像。这种透镜的试验结果和具体性质在下表1报道。另外，在表1中，也将实施例8的涂布的透镜与以下实施例7和9-10作比较。
实施例 9- 具有折射率为 1.50 的底涂层组合物的透镜的制备
将可从SDC Technologies, Inc.购买的固化时折射率为1.50的PR-1135底涂层组合物涂到丙烯酸透镜基底上，在环境温度下风干30分钟，并用IM 1186 JJ-C-60硬涂层涂在上面。实施例9的这种涂布的透镜通过各粘合试验和冲击试验。这种涂布的透镜显示不良的干涉图像结果，因为通过涂布的透镜观察到强烈的干涉图像。除实施例7、8和10的试验结果和性质以外，下表1报道了这种涂布的透镜的试验结果和具体性质。
实施例 10- 无底涂层的透镜的制备
将IM 1186 JJ-C-60硬涂层直接涂到无底涂层的丙烯酸透镜基底上。实施例10的这种涂布的透镜通过粘合试验，但冲击试验失败。这种涂布的透镜显示优良的干涉图像结果，因为通过涂布的透镜未观察到干涉图像。除实施例7、8和9的试验结果和性质以外，下表1报道了这种涂布的透镜的试验结果和具体性质。
表 1 ：实施例 7-10 的性质和试验结果
Figure 2011800267182100002DEST_PATH_IMAGE001
。
实施例 11- 具有实施例 2 的高折射率底涂层组合物的透镜的制备
将40 g实施例2的水性聚氨酯分散体与40 g丙二醇单甲醚和20 g甲醇混合，然后添加0.1 g Coatosil 1211。将这种固化时折射率为1.572的底涂层组合物涂到聚硫氨酯透镜基底上，在80℃下风干10分钟，并用可从SDC Technologies, Inc.购买的IM-9000硬涂层涂在上面。这种实施例11的涂布的透镜通过各粘合试验和冲击试验。这种涂布的透镜显示良好的干涉图像结果，通过涂布的透镜观察到轻微的干涉图像。这种涂布的透镜的试验结果和具体性质在下表2报道。另外，在表2中，也将实施例11的涂布的透镜与以下实施例12-14作比较。
实施例 12- 具有实施例 4 的高折射率底涂层组合物的透镜的制备
将40 g实施例4的水性聚氨酯分散体与40 g丙二醇单甲醚和20 g甲醇混合，然后添加0.1 g Coatosil 1211。将这种固化时折射率为1.593的底涂层组合物涂到聚硫氨酯透镜基底上，在80℃下风干10分钟，并用IM-9000硬涂层涂在上面。实施例12的这种涂布的透镜通过各粘合试验和冲击试验。这种涂布的透镜显示良好的干涉图像结果，通过涂布的透镜观察到轻微的干涉图像。这种涂布的透镜的试验结果和具体性质在下表2报道。另外，在表2中，也将实施例12的涂布的透镜与实施例11和13-14作比较。
实施例 13- 具有折射率为 1.50 的底涂层组合物的透镜的制备
将固化时折射率为1.50的PR-1135底涂层组合物涂到聚硫氨酯透镜基底上，在环境温度下风干30分钟，并用IM-9000硬涂层涂在上面。实施例13的这种涂布的透镜通过各粘合试验和冲击试验。这种涂布的透镜显示不良的干涉图像结果，因为通过涂布的透镜观察到强烈的干涉图像。除实施例11-12和14的试验结果和性质以外，这种涂布的透镜的试验结果和具体性质在下表1中报道。
实施例 14- 无底涂层的透镜的制备
将IM-9000硬涂层直接涂到无底涂层的聚硫氨酯透镜基底上。实施例14的这种涂布的透镜通过粘合试验，但冲击试验失败。这种涂布的透镜显示优良的干涉图像结果，因为通过涂布的透镜未观察到干涉图像。除实施例11-13的试验结果和性质以外，这种涂布的透镜的试验结果和具体性质在下表2中公布。
表 2 ：实施例 11-14 的性质和试验结果
Figure 882458DEST_PATH_IMAGE002
。
比较实施例 1- 用聚合物二醇制备水性聚氨酯分散体
将12.1 g XDI、30.7 g聚(六亚甲基碳酸酯)二醇(Mw为2000)、4.1 g 二羟甲基丙酸和50 g乙腈混合。将混合物加热到70℃，并反应2小时。将混合物冷却到60℃，并添加3.0 g三乙基胺以中和二羟甲基丙酸的羧基。通过将37.6 g上述聚氨酯溶液用高剪切分散器分散到61.2 g的水中，进一步混入1.2 g 2-[(2-氨乙基)氨基]乙醇，制备固体含量为约20重量%的聚氨酯水性分散体。所得聚氨酯分散体的固化的聚氨酯涂层的折射率为1.505。芳香族官能团构成聚氨酯聚合物固体重量的约9%。
比较实施例 2- 用聚合物二醇和短链脂肪族二醇制备水性聚氨酯分散体
将16.9 g XDI、30.7 g聚(六亚甲基碳酸酯)二醇(Mw为2000)、2.8 g 1,6-己二醇、3.8 g二羟甲基丙酸和50 g甲乙酮混合。将混合物加热到70℃，并反应2小时。将混合物冷却到60℃，并添加2.8 g三乙基胺以中和二羟甲基丙酸的羧基。通过将38.1 g上述聚氨酯溶液用高剪切分散器分散到60.9 g的水中，进一步混入1.2 g 2-[(2-氨乙基)氨基]乙醇，制备固体含量为约20重量%的聚氨酯水性分散体。所得聚氨酯分散体的固化的聚氨酯涂层的折射率为1.519。芳香族官能团构成聚氨酯聚合物固体重量的约13%。
应理解不脱离本发明的范围可做出各种变化，本发明的范围不应视为局限于本说明书的描述。

Claims (20)

1. 一种涂层组合物，其在涂敷于基底并固化时提供透明、耐冲击、高折射率的底涂层，所述涂层组合物包含：
具有芳香族官能团的聚氨酯聚合物，所述芳香族官能团的量的范围为聚氨酯聚合物固体重量的约16%-约42%，其中聚氨酯聚合物包含以下化合物的反应产物：
芳香族二异氰酸酯；
至少一种活性氢化合物，选自：i)具有约2-约8个碳的脂肪族二醇，ii)芳香族二醇，iii)具有约2-约4个碳的硫化物官能化烷基化合物，iv)具有约2-约8个碳的硫醇官能化烃化合物，和v)它们的组合；
二羟基羧酸；和
多官能胺。
2. 权利要求1的组合物，还包含分散剂和一定量的水，所述水足以分散聚氨酯聚合物以形成水性聚氨酯分散体涂层组合物。
3. 权利要求2的组合物，其中至少一种活性氢化合物选自具有约2-约8个碳的脂肪族二醇、芳香族二醇及其组合。
4. 权利要求3的组合物，其中聚氨酯聚合物包含芳香族官能团，所述芳香族官能团的量的范围为聚氨酯聚合物固体重量的约16%-约27%，且其中底涂层的折射率范围为约1.53-约1.57。
5. 权利要求2的组合物，其中至少一种活性氢化合物选自具有约2-约4个碳的硫化物官能化烷基化合物、具有约2-约8个碳的硫醇官能化烃化合物及其组合。
6. 权利要求5的组合物，其中聚氨酯聚合物包含硫，所述硫的量的范围为聚氨酯聚合物固体重量的约0.1%-约15%，且其中底涂层的折射率范围为约1.53-约1.63。
7. 权利要求2的组合物，其中芳香族二异氰酸酯选自亚二甲苯二异氰酸酯、四甲基二甲苯二异氰酸酯及其组合。
8. 权利要求1的组合物，其中反应产物还包括聚合物二醇，其中聚氨酯聚合物包含芳香族官能团，所述芳香族官能团的量的范围为聚氨酯聚合物固体重量的约16%-约27%，且底涂层的折射率范围为约1.53-约1.57。
9. 权利要求8的组合物，还包含分散剂和一定量的水，所述水足以分散聚氨酯聚合物以形成水性聚氨酯分散体涂层组合物。
10. 一种包含涂有涂层组合物的高折射率、透明基底的物品，所述涂层组合物在涂敷于基底并固化时，提供透明、耐冲击、高折射率的底涂层，所述涂层组合物包含：
a)具有芳香族官能团的聚氨酯聚合物，所述芳香族官能团的量的范围为聚氨酯聚合物固体重量的约16%-约42%，其中聚氨酯聚合物包含以下化合物的反应产物：
1)芳香族二异氰酸酯，
2)至少一种活性氢化合物，选自：i)具有约2-约8个碳的脂肪族二醇，ii)芳香族二醇，iii)具有约2-约4个碳的硫化物官能化烷基化合物，iv)具有约2-约8个碳的硫醇官能化烃化合物，和v)它们的组合，
3)二羟基羧酸，和
4)多官能胺，
b)分散剂；和
c)一定量的水，所述水足以分散聚氨酯聚合物以形成水性聚氨酯分散体涂层组合物，
其中底涂层的折射率范围为约1.53-约1.63。
11. 权利要求10的物品，其中透明基底包含聚碳酸酯材料、聚氨酯材料、丙烯酸材料、聚硫氨酯材料、聚氯乙烯材料、聚双烯丙基碳酸酯材料、聚对苯二甲酸乙二酯材料和聚环烷酸乙二酯材料中的至少一种。
12. 涂布具有高折射率的透明基底的方法，所述方法包含：
将水性聚氨酯分散体涂层组合物涂敷到基底的至少一个表面，其中水性聚氨酯分散体涂层组合物包含：
a)具有芳香族官能团的聚氨酯聚合物，所述芳香族官能团的量的范围为聚氨酯聚合物固体重量的约16%-约42%，其中聚氨酯聚合物包含以下化合物的反应产物：
1)芳香族二异氰酸酯，
2)至少一种活性氢化合物，选自：i)具有约2-约8个碳的脂肪族二醇，ii)芳香族二醇，iii)具有约2-约4个碳的硫化物官能化烷基化合物，iv)具有约2-约8个碳的硫醇官能化烃化合物，和v)它们的组合，
3)二羟基羧酸，和
4)多官能胺，
b)分散剂；和
c)一定量的水，所述水足以分散聚氨酯聚合物以形成水性聚氨酯分散体涂层组合物；和
使水性聚氨酯分散体涂层组合物在基底的至少一个表面上至少部分固化，以形成聚氨酯聚合物底涂层，其中聚氨酯聚合物底涂层的折射率范围为约1.53-约1.63。
13. 权利要求12的方法，还包含：
将硬涂层涂层组合物涂敷在聚氨酯聚合物底涂层上；和
固化硬涂层涂层组合物以形成具有硬涂层的透明、耐冲击、高折射率基底。
14. 权利要求13的方法，其中硬涂层涂层组合物包含有机硅氧烷涂层组合物。
15. 权利要求12的方法，其中至少一种活性氢化合物选自具有约2-约8个碳的脂肪族二醇、芳香族二醇及其组合。
16. 权利要求15的方法，其中聚氨酯聚合物包含芳香族官能团，所述芳香族官能团的量的范围为聚氨酯聚合物固体重量的约16%-约27%，且其中聚氨酯聚合物底涂层的折射率范围为约1.53-约1.57。
17. 权利要求12的方法，其中至少一种活性氢化合物选自具有约2-约4个碳的硫化物官能化烷基化合物、具有约2-约8个碳的硫醇官能化烃化合物及其组合。
18. 权利要求17的方法，其中聚氨酯聚合物包含硫，所述硫的量的范围为聚氨酯聚合物固体重量的约0.1%-约15%。
19. 权利要求12的方法，其中芳香族二异氰酸酯选自亚二甲苯二异氰酸酯、四甲基二甲苯二异氰酸酯及其组合。
20. 权利要求12的方法，其中反应产物还包括聚合物二醇，且其中聚氨酯聚合物包含芳香族官能团，所述芳香族官能团的量的范围为聚氨酯聚合物固体重量的约16%-约27%，且聚氨酯聚合物底涂层的折射率范围为约1.53-约1.57。
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