CN114149733B - 一种超高硬度透明双组份脂肪族聚氨酯涂层及其制备方法 - Google Patents

一种超高硬度透明双组份脂肪族聚氨酯涂层及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种超高硬度透明双组份脂肪族聚氨酯涂层及其制备方法，由多元醇组分和异氰酸酯预聚体组成，多元醇组分包括以下重量百分数的原料：聚酯多元醇和/或聚醚多元醇20‑55%，第一扩链剂40‑55%，有机金属催化剂0.2‑2%，抗紫外线老化剂0.5‑3%，抗水解剂1‑4%；所述的聚酯多元醇是羟值为100‑180mgKOH/g的己二酸聚酯中的一种或多种；所述的聚醚多元醇是羟值为100‑180mgKOH/g聚环氧丙烷聚醚多元醇中的一种或多种；所述的异氰酸酯预聚体由第二扩链剂和脂肪族异氰酸酯预聚而成，预聚体的NCO含量为15‑35%。所述涂层由多元醇组分和异氰酸酯预聚体经透明涂层注塑工艺制得，具有优异的耐紫外线老化性、耐刮擦性和透光率，可广泛应用于汽车内部以及外部区域的装饰部件、家电外壳以及家具部件等表面。

Description

一种超高硬度透明双组份脂肪族聚氨酯涂层及其制备方法
技术领域
本发明涉及聚氨酯涂层领域，具体涉及一种超高硬度透明双组份脂肪族聚氨酯涂层及其制备方法。
背景技术
在汽车内部以及外部区域的装饰部件、家电外壳以及高档家具部件等表面需要一种耐划、耐光且透明的涂层材料。由木材、铝或碳素纤维等材料制成的装饰部件表面广泛采用喷涂的方式处理。喷涂处理工艺复杂且工艺周期较长。为了克服上述缺陷，克劳斯玛菲公司发明了透明涂层注塑工艺（CN1723119A，公开日为2006年1月18日）：将处理好的装饰件放在模具型腔内，采用反应注射成型设备将聚氨酯涂层注入到装饰件表面。
作为装饰部件的表面保护涂层的要求主要有三点：1、涂层的透光率需达到90 %以上；2、涂层的耐紫外性能优异，在使用过程中，透明涂层不能发生变色，影响内部花纹、图案的观感；3、涂层耐刮擦性能优异，透明涂层的硬度需达到83 D以上。
目前已研发的双组份聚氨酯涂层大部分采用芳香族异氰酸酯作为原料，其耐紫外线老化性能无法达到要求。除芳香族涂层外，脂肪族涂层的发明数量也较多，但是其硬度大多难以达到要求，耐刮擦性能较差。
发明内容
为了解决上述问题，本发明第一方面提供了一种超高硬度透明双组份脂肪族聚氨酯涂层，由多元醇组分和异氰酸酯预聚体组成，
多元醇组分包括以下重量百分数的原料：
聚酯多元醇和/或聚醚多元醇20-55 %，第一扩链剂 40-55 %，有机金属催化剂0.2-2 %，抗紫外线老化剂 0.5-3 %，抗水解剂 1-4 %。
所述的聚酯多元醇是羟值为100-180 mg KOH/g的己二酸聚酯中的一种或多种，优选XCP-700、XCP-1000。
所述的聚醚多元醇是羟值为100-180 mg KOH/g聚环氧丙烷聚醚多元醇中的一种或多种，优选DL-1000。
所述的第一扩链剂优选三羟甲基丙烷（TMP）、新戊二醇（NPG）、1,4-环己烷-二甲醇（CHDM）、1,4-丁二醇（BDO）、甲基丙二醇（MPG）中的一种或多种，优选NPG。
所述的有机金属催化剂优选辛酸亚锡（T-9）、二月桂酸二丁基锡（T-12）、二乙酸二丁基锡（T-1）中的一种或多种，有机金属催化剂的重量百分数优选0.5 %。
所述的抗紫外线老化剂优选b-[3-(2-H-苯并三唑-2-基)-4-羟基-5-叔丁基苯基]-丙酸聚乙二醇300酯（UV-1130）、2-(2H-苯并三唑-2-基)-6-十二烷基-4-甲基苯酚（UV-571）和双（1，2，2，6，6，-五甲基哌啶基）-癸二酸酯（292）中的一种或多种，抗紫外线老化剂的重量百分数优选1 %。
所述的抗水解剂包括stabilizer 7000、stabilizer 9000和stabilizer 11000中的一种或多种，抗水解剂的重量百分数优选1.5 %。
所述的异氰酸酯预聚体由第二扩链剂和脂肪族异氰酸酯预聚而成，预聚体的NCO含量为15-35 %。
所述的第二扩链剂优选甲基丙二醇（MPG）、乙二醇（EG）、新戊二醇（NPG）、三羟甲基丙烷（TMP）中的一种或多种，优选TMP。
所述的异氰酸酯优选异氟尔酮二异氰酸酯（IPDI）、氢化苯基甲烷二异氰酸酯（H12MDI）、三聚六甲撑二异氰酸酯（THDI）中的一种或多种，优选IPDI。
本发明第二方面提供一种超高硬度透明双组份脂肪族聚氨酯涂层的制备方法，由多元醇组分和异氰酸酯预聚体经透明涂层注塑工艺制得。
本发明的超高硬度透明双组份脂肪族聚氨酯涂层不仅具有优异的耐紫外线老化性能，同时还具有较好的耐刮擦性能和透光率。所述聚氨酯涂层由多元醇组分和异氰酸酯预聚体经透明涂层注塑工艺制得，可广泛应用于汽车内部以及外部区域的装饰部件、家电外壳以及家具部件等表面。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
多元醇组分的制备：5 L开口塑料桶中，称量1000 g XCP-700（聚酯多元醇,羟值167 mg KOH/g）、400 g NPG、 400 g BDO、9 g T-9、18 g UV-1130、18 g stabilizer 9000，70 ℃下搅拌30 min后，得到多元醇组分，待用。
异氰酸酯预聚体的制备：5 L三口玻璃烧瓶中，称量250 g MPG、1000 g IPDI，在90℃条件下反应4 h，得到异氰酸酯预聚体，待用。
实施例2
多元醇组分的制备：5 L开口塑料桶中，称量1000 g XCP-700（聚酯多元醇,羟值167 mgKOH/g）、400 g BDO、 400 g TMP、 9 g T-9、18 g UV-1130、18 g stabilizer 9000，70 ℃下搅拌30 min后，得到多元醇组分，待用。
异氰酸酯预聚体的制备：5 L三口玻璃烧瓶中，称量250 g MPG、500 g IPDI、500 gTHDI，在90 ℃条件下反应4 h，得到异氰酸酯预聚体，待用。
实施例3
多元醇组分的制备：5 L开口塑料桶中，称量500 g XCP-700（聚酯多元醇,羟值167mgKOH/g）、500 g DL-1000 (聚醚多元醇,羟值112 mgKOH/g)、400 g CHDM、 400 g TMP、 9g T-9、18 g UV-1130、18 g stabilizer 9000，70 ℃下搅拌30 min后，得到多元醇组分，待用。
异氰酸酯预聚体的制备：5 L三口玻璃烧瓶中，称量300 g NPG、1000 g IPDI，在90℃条件下反应4 h，得到异氰酸酯预聚体，待用。
实施例4
多元醇组分的制备：5 L开口塑料桶中，称量500 g XCP-1000（聚酯多元醇,羟值112 mgKOH/g）、500 g DL-1000 (聚醚多元醇,羟值112 mgKOH/g)、400 g NPG、 400 gCHDM、 9 g T-9、18 g UV-1130、18 g stabilizer 9000，70 ℃下搅拌30 min后，得到多元醇组分，待用。
异氰酸酯预聚体的制备：5 L三口玻璃烧瓶中，称量200 g NPG、1000 g IPDI，在90℃条件下反应4 h，得到异氰酸酯预聚体，待用。
实施例5
多元醇组分的制备：5 L开口塑料桶中，称量1000 g DL-1000 (聚醚多元醇,羟值112 mgKOH/g)、400 g NPG、 400 g TMP、 9 g T-9、18 g UV-1130、18 g stabilizer 9000，70 ℃下搅拌30 min后，得到多元醇组分，待用。
异氰酸酯预聚体的制备：5 L三口玻璃烧瓶中，称量200 g EG、1000 g IPDI，在90℃条件下反应4 h，得到异氰酸酯预聚体，待用。
实施例6
多元醇组分的制备：5 L开口塑料桶中，称量500 g XCP-2000（聚酯多元醇,羟值56mgKOH/g）、500 g DL-1000 (聚醚多元醇,羟值112 mgKOH/g)、400 g NPG、 400 g TMP、 9 gT-9、18 g UV-1130、18 g stabilizer 9000，70 ℃下搅拌30 min后，得到多元醇组分，待用。
异氰酸酯预聚体的制备：5 L三口玻璃烧瓶中，称量200 g EG、1000 g IPDI，在90℃条件下反应4 h，得到异氰酸酯预聚体，待用。
实施例7
多元醇组分的制备：5 L开口塑料桶中，称量1000 g DL-2000 (聚醚多元醇,羟值56 mgKOH/g)、400 g NPG、 400 g TMP、 9 g T-9、18 g UV-1130、18 g stabilizer 9000，70 ℃下搅拌30 min后，得到多元醇组分，待用。
异氰酸酯预聚体的制备：5 L三口玻璃烧瓶中，称量200 g EG、1000 g IPDI，在90℃条件下反应4 h，得到异氰酸酯预聚体，待用。
实施例8
多元醇组分的制备：5 L开口塑料桶中，称量1000 g DL-1000 (聚醚多元醇,羟值112 mgKOH/g)、400 g TMP、 9 g T-9、18 g UV-1130、18 g stabilizer 9000，70 ℃下搅拌30 min后，得到多元醇组分，待用。
异氰酸酯预聚体的制备：5 L三口玻璃烧瓶中，称量200 g EG 、1000 g IPDI，在90℃条件下反应4 h，得到异氰酸酯预聚体，待用。
使用聚氨酯反应注射成型设备将上述实施例制备成用于测试的样块，设置工艺参数如下：多元醇组分料温65 ℃，料罐压力-0.3 bar；异氰酸酯组分料温65 ℃，料罐压力-0.3 bar。制备的样块常温放置24 h后进行力学性能测试、耐刮擦性能测试、耐紫外老化性能测试、耐湿热老化性能测试、透光率测试。
本发明进行的耐刮擦性能测试采用的仪器是德国仪力信Erichsen318型牛顿硬度笔，采用条件是：0.75 mm Bosch 测试头。
对未进行老化试验的样品进行力学性能和透光率测试，实验结果如表1。
表1 力学性能试验结果。
Figure 110439DEST_PATH_IMAGE002
本发明进行的耐紫外线老化性能测试采用条件是：光强1.2W/m2、试验室温度100±2℃、相对湿度20%、试验时间720 h。老化测试结束后对样品的力学性能进行测试，实验结果如表2。
表2 耐紫外老化性能的试验结果。
Figure 558738DEST_PATH_IMAGE004
本发明进行的耐湿热老化性能测试采用条件是：试验室温度90±5℃、相对湿度95±5%、试验时间72h。老化测试结束后对样品的力学性能进行测试，实验结果如表3。
表3 耐湿热老化性能的试验结果。
Figure 869634DEST_PATH_IMAGE006
上述结果表明，本发明的超高硬度透明双组份脂肪族聚氨酯涂层不仅具有优异的耐紫外线老化性能，同时还具有较好的耐刮擦性能和透光率。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来讲，在不脱离本发明所述原理的前提下，可做出若干修改和润饰，这些修改和润饰也应被视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种超高硬度透明双组份脂肪族聚氨酯涂层，由多元醇组分和异氰酸酯预聚体组成，
多元醇组分包括以下重量百分数的原料：聚酯多元醇和聚醚多元醇 20-55%，第一扩链剂 40-55%，有机金属催化剂 0.2-2%，抗紫外线老化剂 0.5-3%，抗水解剂 1-4%；
所述的聚酯多元醇是羟值为100-180 mg KOH/g的己二酸聚酯中的一种或多种；
所述的聚醚多元醇是羟值为100-180 mg KOH/g聚环氧丙烷聚醚多元醇中的一种或多种；
所述的异氰酸酯预聚体由第二扩链剂和脂肪族异氰酸酯预聚而成，预聚体的NCO含量为15-35%；
所述的第一扩链剂是三羟甲基丙烷、新戊二醇、1,4-环己烷-二甲醇、1,4-丁二醇、甲基丙二醇中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的超高硬度透明双组份脂肪族聚氨酯涂层，所述的第二扩链剂是甲基丙二醇、乙二醇、新戊二醇、三羟甲基丙烷中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的超高硬度透明双组份脂肪族聚氨酯涂层，所述的有机金属催化剂是辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡、二乙酸二丁基锡中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的超高硬度透明双组份脂肪族聚氨酯涂层，所述的抗紫外线老化剂是b-[3-(2-H-苯并三唑-2-基)-4-羟基-5-叔丁基苯基]-丙酸聚乙二醇300酯、2-(2H-苯并三唑-2-基)-6-十二烷基-4-甲基苯酚和双（1，2，2，6，6，-五甲基哌啶基）-癸二酸酯中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的超高硬度透明双组份脂肪族聚氨酯涂层，所述的抗水解剂是stabilizer 7000、stabilizer 9000和stabilizer 11000中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的超高硬度透明双组份脂肪族聚氨酯涂层，所述的脂肪族异氰酸酯是异氟尔酮二异氰酸酯、氢化苯基甲烷二异氰酸酯、三聚六甲撑二异氰酸酯一种或多种。
7.根据权利要求1所述的超高硬度透明双组份脂肪族聚氨酯涂层，所述的聚酯多元醇是XCP-700和/或XCP-1000，所述的聚醚多元醇是DL-1000。
8.根据权利要求1所述的超高硬度透明双组份脂肪族聚氨酯涂层，所述的第一扩链剂是新戊二醇；所述的第二扩链剂是三羟甲基丙烷；所述的异氰酸酯是异氟尔酮二异氰酸酯。
9.一种制备权利要求1-8之一所述的超高硬度透明双组份脂肪族聚氨酯涂层的方法，由多元醇组分和异氰酸酯预聚体经透明涂层注塑工艺制得。
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