專利名稱：高折射率水性聚氨酯分散體涂層組合物的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及高折射率涂層組合物。更具體地說，本發(fā)明涉及水性聚氨酯分散體涂層組合物，其在基底上固化時提供透明、耐沖擊、粘性和高折射率的底涂層。本發(fā)明還涉及制造高折射率水性聚氨酯分散體涂層組合物的方法。此外，本發(fā)明涉及用高折射率聚氨酯 涂層組合物涂布基底的方法，和涂有這種涂層組合物的物品。背景
底涂層對于改進清晰、透明的塑料基底(比如用作眼科透鏡、安全玻璃、運動和軍用護目鏡、面罩、遮陽鏡、窗、擋風玻璃等的透明塑料基底)的耐沖擊性和粘合性是有用的。因為塑料材料的良好性質(zhì)(比如高折射率、輕重量和成型性)，清晰、透明的塑料材料在許多應用中代替玻璃，透明的塑料材料也有缺陷。一個具體的缺陷是透明的塑料基底往往是柔軟的，且往往相當容易刮擦或磨損。為防止刮擦，透明的塑料基底可涂有由涂在基底上的有機硅氧烷涂層組成的耐磨損的“硬”涂層，即硬耐磨“頂”涂層。但是，雖然耐磨性可由硬涂層改進，但硬涂層的添加可能不期望地減小透明塑料基底的耐沖擊性(與相應的無硬涂層的透明塑料基底相比)。這可以是用于眼科應用的透明塑料基底的顯著缺陷，在眼科應用中，當折射率增加時，達到相同矯正水平所需的透鏡厚度減小，產(chǎn)生對沖擊破壞更敏感的更薄更輕的透鏡。為改進涂有硬涂層的塑料基底的耐沖擊性，一種彈性體聚合物樹脂比如聚氨酯涂層，可用作透明塑料基底和耐磨損硬涂層之間的底層。聚氨酯底涂層作用于吸收沖擊硬涂層的能量并防止碎片或裂痕從硬涂層蔓延到透明塑料基底。除改進透明塑料基底的耐沖擊性外，聚氨酯底涂層還可用作粘合層?？蓪⒃S多不同種類的涂層或添加劑層涂敷于基底上，它們不容易附著于基底表面。在這種情況下，涂敷聚氨酯底涂層以在基底上形成更容易被其它涂層或?qū)痈街膶?。聚氨酯底涂層的進一步的益處可通過水性聚氨酯分散體實現(xiàn)。水性聚氨酯分散體涂層組合物更穩(wěn)定，并具有比它們的反應性二組分聚氨酯體系對更長的貯藏期限。二組分體系的相對不穩(wěn)定性源自混合后不久需要將二組分體系涂敷到基底上，因為體系在混合時反應并開始固化。相反，水性聚氨酯分散體在其被涂到基底上并開始固化前，可儲存延長的時間期間，即數(shù)周或數(shù)月。因此，反應性二組分聚氨酯體系的穩(wěn)定性和貯藏期限可通過用合適的封端異氰酸酯作為體系的一個組分來改進。但是，使用封端異氰酸酯的二組分體系需要熱量以引發(fā)固化，從而相比于在環(huán)境溫度通過風干固化且不需要熱量引發(fā)或維持固化的水性聚氨酯分散體涂層組合物，增加了二組分體系涂布方法的額外的復雜性和成本。水性聚氨酯分散體的另一個益處是它們比反應性二組分聚氨酯體系危險小，因為水是水性分散體的主要溶劑，而不是可具有高揮發(fā)性有機組分(VOC)濃度的有機溶劑。但是，水性聚氨酯分散體涂層組合物的一個缺陷是如果聚氨酯底涂層的折射率與透明基底的折射率明顯不同，由水性分散體形成的聚氨酯底涂層可干擾穿過經(jīng)涂布的基底的光線。光波的路線在從一個介質(zhì)通到另一個介質(zhì)時彎曲，這是因為在穿過不同介質(zhì)時光速減小。光路彎曲量的度量稱為折射率。從具體的介質(zhì)的情形下，折射率可表示為真空中的光速與介質(zhì)中的光速的比值。因此，不同的介質(zhì)各自具有相應的折射率值。透明基底具有一個折射率值，而涂到基底上的涂層可具有一個不同的折射率值。對于具有不同折射率值的基底和涂層，隨著透明基底和涂層的折射率之間的數(shù)值差異增大，穿過經(jīng)涂布的基底的光學清晰度將由于這兩個具有不同折射質(zhì)量的介質(zhì)產(chǎn)生的光波干涉受損。相反，隨著基底折射率和涂層折射率之間的差異減小，光學清晰度因為光波干涉減少而改進。如用于本文，被認為具有高折射率的材料是那些相應的折射率值大于或等于約1.53的材料。隨著聚氨酯底層有用的應用中高折射率塑料的使用增加，其它涂到基底上的涂層或?qū)拥恼凵渎室脖仨氃黾右悦庖鸫┻^經(jīng)涂布或?qū)踊母哒凵渎驶椎墓獾母缮?。本文描述的是水性聚氨酯分散體涂層組合物，在被涂到基底上并固化時，提供透明、耐沖擊和粘性的聚氨酯底涂層，其具有約I. 53-約I. 63范圍的高折射率。概沭
根據(jù)本發(fā)明的實施方案，本文描述了高折射率水性聚氨酯分散體底涂層組合物，其在基底上涂敷并固化時提供透明、耐沖擊、粘性的底涂層。在一個實施方案中，涂層組合物包含具有芳香族官能團的聚氨酯聚合物，所述芳香族官能團的量的范圍為聚氨酯聚合物固體重量的約16%-約42%，其中聚氨酯聚合物包含芳香族二異氰酸酯；至少一種活性氫化合物；二羥基羧酸；和多官能胺的反應產(chǎn)物，所述活性氫化合物選自i)具有約2-約8個碳的脂肪族二醇，ii)芳香族二醇，iii)具有約2-約4個碳的硫化物官能化烷基化合物，iv)具有約2-約8個碳的硫醇官能化烴化合物，和V)它們的組合。由涂層組合物形成的底涂層的折射率范圍為約I. 53-約I. 63。在另一個實施方案中，涂層組合物包含具有芳香族官能團的聚氨酯聚合物，所述 芳香族官能團的量的范圍為聚氨酯聚合物固體重量的約16%_約27%，其中聚氨酯聚合物包含芳香族二異氰酸酯；至少一種活性氫化合物；二羥基羧酸；和多官能胺的反應產(chǎn)物，所述活性氫化合物選自具有約2-約8個碳的脂肪族二醇、芳香族二醇及其組合。由涂層組合物形成的底涂層的折射率范圍為約I. 53-約I. 57。在另一個實施方案中，涂層組合物包含具有芳香族官能團和硫的聚氨酯聚合物，所述芳香族官能團的量的范圍為聚氨酯聚合物固體重量的約16%-約42%，硫的量的范圍為聚氨酯聚合物固體重量的約O. 1%-約15%，其中聚氨酯聚合物包含芳香族二異氰酸酯；至少一種活性氫化合物；二羥基羧酸；和多官能胺的反應產(chǎn)物，所述活性氫化合物選自具有約2-約4個碳的硫化物官能化烷基化合物、具有約2-約8個碳的硫醇官能化烴化合物及其組合。由涂層組合物形成的底涂層的折射率范圍為約I. 53-約I. 63。在另一個實施方案中，涂層組合物包含具有芳香族官能團的聚氨酯聚合物，所述芳香族官能團的量的范圍為聚氨酯聚合物固體重量的約16%-約42%，其中聚氨酯聚合物包含芳香族二異氰酸酯；聚合物二醇；至少一種活性氫化合物；二羥基羧酸；和多官能胺的反應產(chǎn)物，所述活性氫化合物選自i)具有約2-約8個碳的脂肪族二醇，ii)芳香族二醇，iii)具有約2-約4個碳的硫化物官能化烷基化合物，iv)具有約2-約8個碳的硫醇官能化烴化合物，和V)它們的組合。由涂層組合物形成的底涂層的折射率范圍為約I. 53-約I. 63。本文描述的涂層組合物還包含分散劑和一定量的水，所述水在用分散劑中和聚氨酯聚合物時足以分散聚氨酯聚合物以形成水性聚氨酯分散體涂層組合物。本文描述的涂層組合物通過用分散劑中和聚氨酯預聚物或聚合物的羧酸官能團分散。此外，涂層組合物還可包含紫外線吸收劑。根據(jù)另一個實施方案，提供制造高折射率水性聚氨酯分散體涂層組合物的方法。根據(jù)其它實施方案，提供用本文描述的高折射率水性聚氨酯分散體涂層組合物涂布基底的方法和涂有這種水性聚氨酯分散體涂層組合物的物品。附圖簡沭
圖為固化的本文所述聚氨酯涂層組合物的折射率作為芳香族官能團含量的函數(shù)的圖。詳細說明
除非另外限定，本文使用的所有技術和科學術語均具有本發(fā)明所屬領域普通技術人員通常理解的相同含義。在本文的發(fā)明說明書中使用的術語只用于描述具體的實施方案，而不旨在限制本發(fā)明。本發(fā)明可按不同的形式具體化，本申請的具體實施方案的引用不應視為把本發(fā)明限于本文描述的實施方案。相反地，提供這些實施方案是為了使本公開內(nèi)容透徹和完全。如用于本發(fā)明的說明書和附加權(quán)利要求，除非上下文清楚地另外指出，否則單數(shù)形式“一”和“該”旨在也包括復數(shù)形式。除非另有說明(即通過使用術語“精確地”)，說明書和權(quán)利要求書中使用的所有的表達數(shù)量、性質(zhì)比如分子量、反應條件等的數(shù)字應理解為在一切情況下由術語“約”修飾。相應地，除非另有說明，在以下說明書和權(quán)利要求書中陳述的數(shù)值性質(zhì)為近似值，其可隨本發(fā)明的實施方案中尋求獲得的期望性質(zhì)而改變。如用于本文，“高折射率”指的是大于或等于約I. 53的折射率。此外，除非另外具體指出，本文使用的用于涂層或涂層組合物的折射率指的是由涂層組合物形成的涂層的折射率的值，也就是聚氨酯聚合物底涂層的折射率，而非水性聚氨酯分散體涂層組合物的水性實施方案的折射率。材料的折射率是在光從一個介質(zhì)通到另一介質(zhì)時，有多少光會折射即彎曲的度量。光波以不同的速度穿過不同的介質(zhì)。由于光波進入不同的介質(zhì)，光速改變。由于在穿過介質(zhì)時光的頻率不變，所以光波速度的變化引起光路彎曲。折射率只是表明光彎曲多少。對于一個具體的介質(zhì)，折射率(R. I.)可表示為R. I.=[真空中的光速/介質(zhì)中的光速]。真空中的光速與空氣中的光速無顯著差異，因此折射率可用空氣中的光速代替真空中的光速來表示。光穿過不同介質(zhì)引起的折射(其與穿過介質(zhì)的光學清晰度有關)，通過使各介質(zhì)折射率間的差異最小化而最小化。相應地，為減小或最小化折射率大于或等于約I. 53的基底的折射，任何涂到基底的涂層比如聚氨酯底涂層，需要具有與基底類似的折射率，即大于或等于約I. 53，以使基底和涂層的相應折射率間的差異最小化。本發(fā)明人已確定，隨著由組合物形成的聚氨酯聚合物涂層的芳香族官能團含量增力口，水性聚氨酯分散體涂層組合物的折射性質(zhì)改進，即折射率隨聚合物內(nèi)芳香族官能團的濃度增大而增大。具體地講，本發(fā)明人已確定聚氨酯折射率和芳香族官能團含量之間的以下關系折射率=
。


了這種關系。為了用這種關系制造一種有效的涂層組合物，芳香族官能團的存在量的范圍為聚氨酯聚合物固體重量的約16%-約42%。否則，如果芳香族官能團少于16%，由這種涂層組合物形成的固化涂層的折射率少于I. 53，因此不是如本文定義的高折射率。相反地，具有超過42%的芳香族官能團影響涂層組合物在水中的分散性。相應地，本文描述的高折射率聚氨酯涂層組合物包含芳香族官能團，所述芳香族官能團的量的范圍為聚氨酯聚合物重量的約16%-約42%。當在基底上涂敷并固化時，這些涂層組合物提供透明、耐沖擊、粘性和高折射率的底涂層，其中底涂層的折射率范圍為約I. 53-約1.63。聚氨酯是由大分子鏈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。這些基團一般通過具有多于一個異氰酸酯官能團的化合物與具有多于一個活性氫官能團的化合物的反應形成。用于本文的“活性氫官能團”指的是任何容易與異氰酸酯官能團反應的官能團，比如羥基官能團、氨基官能團和硫醇官能團。 相應地，用于本文的“活性氫化合物”指的是具有至少一個活性氫官能團的任何化合物或分子，所述官能團包括但不限于羥基官能團、氨基官能團、硫醇官能團或其組合。聚氨酯的氨基甲酸酯基通常由聚異氰酸酯與多元醇的加聚反應形成，不過氨基甲酸酯基的形成不局限于這些反應物。聚異氰酸酯是具有兩個或更多個異氰酸酯官能團的分子，即R1-(N=C=O)1^215多元醇是具有兩個或更多個羥基官能團的分子，即R2_(0H)n>2。脲基通常由聚異氰酸酯與聚胺的加聚反應形成。聚胺是含有兩個或更多個氨基官能團的分子，即R3_(NH2)n>2。水性聚氨酯分散體涂層組合物是由聚氨酯聚合物分散在水相中形成的膠態(tài)穩(wěn)定分散體。水性聚氨酯分散體的制備一般可分成三步進行，不過本領域普通技術人員將理解這三步不相互排斥。此外，本說明書為了清楚而從這些步驟的背景下描述本發(fā)明，且本發(fā)明的實施方案或特征不應該視為局限于這些步驟。此外，這三步不應視為局限于這種順序，而是這些步驟可按不同順序進行，或可同時進行，或按它們的組合進行?！愣?，所述三步包括1)聚氨酯預聚物形成步驟，2)分散步驟，和3)最終聚合步驟。第一步一般涉及通過多元醇和過量聚異氰酸酯之間在高溫下在有機溶劑中的反應產(chǎn)生具有異氰酸酯封端端基的聚氨酯預聚物。預聚物的形成對限定所得聚氨酯聚合物的特征是關鍵的，因此根據(jù)本文描述的涂層組合物的高折射率性質(zhì)可歸因于預聚物的形成。第二步一般包括將聚氨酯預聚物或聚合物分散到水中以形成穩(wěn)定的膠態(tài)分散體。聚氨酯預聚物或聚合物一般借助于分散劑，或者分散劑以及混合，而分散到水性相內(nèi)。通過使分散劑與聚氨酯預聚物或聚合物反應，預聚物或聚合物獲得水混溶性或溶解性基團，所述基團有助于形成分散在水中的穩(wěn)定的聚氨酯聚合物顆粒。制備水性聚氨酯分散體的第三步是最終聚合步驟。最終聚合步驟是通過使預聚物的異氰酸酯封端末端與多官能胺或多官能醇反應增長聚氨酯聚合物鏈，以將聚氨酯預聚物增長為高分子量聚合物。因為用于描述這種制備水性分散體的方法的三個步驟不互相排斥，所以最終聚合步驟可在分散步驟之前、期間或之后進行。制備水性分散體涂層組合物的第一步是聚氨酯預聚物的制造。聚氨酯預聚物一般通過使多元醇與過量的聚異氰酸酯反應而制造，換言之，在聚異氰酸酯的異氰酸酯官能團與多元醇的羥基官能團的化學計量比大于或等于約1.1:1時制造。多元醇和聚異氰酸酯的選擇決定組合物，因此決定由預聚物形成的所得聚氨酯聚合物的性質(zhì)。相應地，因為本文描述的高折射率聚氨酯涂層組合物具有芳香族官能團，所述芳香族官能團的量的范圍為聚氨酯重量的約16%-約42%，聚氨酯預聚物通過選擇足夠量的具有芳香族官能團的聚異氰酸酯、具有芳香族官能團的多元醇、或組合選擇具有芳香族官能團的聚異氰酸酯和多元醇兩者而獲得。如上所述，聚異氰酸酯包括含有兩個或更多個異氰酸酯官能團的任何化合物。本文描述的高折射率涂層組合物使用具有兩個異氰酸酯官能團的聚異氰酸酯，其稱為二異氰酸酯。為在聚氨酯預聚物反應中獲得芳香族官能團成分，使用芳香族二異氰酸酯。如本文所指，芳香族二異氰酸酯包括任何包含至少一個芳香族官能團的二異氰酸酯，所述芳香族官能團在加聚反應形成聚氨酯預聚物時由二異氰酸酯帶入聚氨酯聚合物結(jié)構(gòu)中。用于本文的芳香族二異氰酸酯的實例包括，但不局限于亞二甲苯二異氰酸酯(XDI)、四甲基二甲苯二異氰酸酯(TMXDI)、甲苯二異氰酸酯(TDI)、萘二異氰酸酯(NDI)、亞苯基二異氰酸酯、甲苯胺二異氰酸酯(TODI)、二苯甲烷二異氰酸酯(MDI)、來源于上述的任何二異氰酸酯及其組 合。亞二甲苯二異氰酸酯，特別是間苯二甲基二異氰酸酯，或四甲基二甲苯二異氰酸酯是本文描述的高折射率底涂層組合物使用的優(yōu)選的芳香族二異氰酸酯。根據(jù)本文描述的高折射率涂層組合物的一個實施方案，選擇多元醇與芳香族二異氰酸酯反應用于調(diào)節(jié)聚氨酯預聚物和相應的聚氨酯聚合物中的芳香族官能團含量。具體來說，使用短鏈的多元醇(即整個烴鏈具有小于或等于約8個碳、或烴鏈的重復單元具有小于或等于8個碳原子的烴多元醇)，相對于長鏈多元醇(即整個烴鏈具有大于約8個碳、或烴鏈的重復單元具有大于8個碳原子的烴多元醇)，增加了所得聚氨酯聚合物中的芳香族官能團的重量百分數(shù)。本文描述的高折射率涂層組合物使用具有兩個羥基官能團的多元醇，其稱為二醇。本文描述的高折射率涂層組合物的實施方案使用多元醇比如聚合物二醇、月旨肪族二醇或聚合物二醇和脂肪族二醇的組合。如本文所指，脂肪族二醇是在低聚物分子中含有四個或更少的重復單體單元的烴單體分子、烴低聚物分子或其組合。如本文所指，聚合物二醇是在高分子中含有大于四個重復單體單元的烴高分子。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。優(yōu)選短鏈聚合物二醇或脂肪族二醇，因為二醇中的短鏈在聚氨酯聚合物鏈段的重復的芳香族官能團(可歸因于芳香族二異氰酸酯)之間產(chǎn)生較短的距離。增加聚氨酯內(nèi)重復芳香族官能團的頻率增加芳香族官能團的濃度，因此增加整個聚氨酯聚合物中芳香族官能團的重量百分數(shù)。當聚氨酯包含約16%-約42%的芳香族官能團(按重量計)時，本文描述的高折射率聚氨酯涂層組合物產(chǎn)生折射率范圍在約I. 53-約I. 63的涂層。如比較實施例I說明，使用聚合物二醇作為預聚物反應中僅有的多元醇，特別是平均分子量約2000的聚碳酸酯二醇，獲得占聚氨酯固體重量約9%的芳香族官能團含量。由于以上論述的原因，在聚合物二醇之外或者代替聚合物二醇使用短鏈脂肪族二醇，與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團含量。這在以下比較實施例2中說明。與比較實施例I描述的類似的聚氨酯涂層組合物的9%的芳香族含量相比，引入少量的短鏈脂肪族二醇(相對于使用的長鏈聚碳酸酯二醇的量)，增加芳香族官能團含量至聚氨酯重量的約13%。當使用脂肪族二醇和聚合物二醇兩者時，聚氨酯聚合物中重復的芳香族官能團單元之間的距離在至少一些聚氨酯鏈段(可歸因于脂肪族二醇)中減小，從而增加了整個聚氨酯聚合物中芳香族官能團的含量。因此，為獲得占聚氨酯聚合物固體重量約16%-約42%范圍的芳香族官能團含量，根據(jù)本文描述的涂層組合物，短鏈脂肪族二醇或足量的聚合物二醇和短鏈脂肪族二醇的組合用作預聚物反應中的活性氫化合物。用于形成高折射率聚氨酯涂層組合物的聚合物二醇的實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、環(huán)氧二醇、多羥基聚乙烯醇或任意上述聚合物二醇的混合物。更具體的合適的聚合物二醇的實例是平均分子量為約800-約2000范圍的聚(環(huán)六亞甲基碳酸酯)二醇。本文使用的用于形成高折射率聚氨酯涂層組合物的聚合物二醇還包括芳香族聚合物二醇，即具有至少一個芳香族官能團的芳基化聚合物二醇。這些芳香族聚合物的實例包括由雙酚A化合物形成的聚碳酸酯二醇。
本文描述的涂層組合物使用的合適的短鏈脂肪族二醇的實例包括具有約2-約8個碳、優(yōu)選約2-約3個碳的烴鏈的脂肪族二醇。這些短鏈脂肪族二醇包括具有約2-約8個碳的烷二醇，優(yōu)選具有約2-約3個碳的烷二醇。適合于本文的高折射率涂層組合物的短鏈脂肪族二醇的具體實例包括乙二醇、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，優(yōu)選乙二醇和丙二醇。根據(jù)本文描述的高折射率涂層組合物的一個實施方案，優(yōu)選的用作活性氫化合物以形成聚氨酯預聚物的多元醇包含具有約2-約8個碳的脂肪族二醇和聚合物二醇。由具有約2-約8個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團含量的范圍為聚氨酯聚合物固體重量的約16%-約27%。由脂肪族二醇和聚合物二醇形成的相應的聚氨酯聚合物涂層的折射率的范圍為約 I. 53-約 I. 57。根據(jù)另一個實施方案，聚氨酯預聚物和相應聚合物中芳香族官能團的濃度可通過在預聚物反應中選擇芳香族二醇與芳香族二異氰酸酯反應而控制。如本文所指，芳香族二醇包括任何包含至少一個芳香族官能團的二醇，所述芳香族官能團在加聚反應形成聚氨酯預聚物時由二醇帶入聚氨酯聚合物結(jié)構(gòu)中。當這些具有至少一個芳香族官能團的二醇與芳香族二異氰酸酯反應時，相比不含芳香族官能團的其它短鏈聚合物二醇或短鏈脂肪族二醇，使用芳香族二醇增加重復芳香族官能團單元的頻率，因為芳香族官能團出現(xiàn)在可歸因于芳香族二異氰酸酯和芳香族二醇兩者的聚氨酯聚合物鏈段中。芳香族二醇的實例包括苯二酚化合物比如鄰苯二酚、氫醌、亞二甲苯二酚、間苯二酚、甲基間苯二酚、烷基取代的苯二酚、烷氧基取代的苯二酚、二甲苯二酚；雙酚A化合物，包括但不限于雙酚A烷氧基化物；及其衍生物。本文描述的涂層組合物使用的合適的芳香族二醇包括在化合物中具有約2-約8個碳的芳香族二醇化合物和在烷氧基化物鏈中具有約2-約4個碳的雙酚A烷氧基化物。本文優(yōu)選使用在烷氧基化物鏈中具有約2-約4個碳的雙酚A烷氧基化物，更優(yōu)選在烷氧基化物鏈中具有約2-約3個碳的雙酚A烷氧基化物。雙酚A烷氧基化物的具體實例包括乙氧化雙酚A、丙氧化雙酚A和丁氧化雙酚A。根據(jù)本文描述的高折射率涂層組合物的一個實施方案，用作活性氫化合物以形成聚氨酯預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團含量的范圍為聚氨酯聚合物固體重量的約16%-約27%。由聚合物二醇和芳香族二醇形成的相應聚氨酯聚合物涂層的折射率的范圍為約I. 53-約I. 57。
根據(jù)另一個實施方案，短鏈脂肪族二醇、芳香族二醇或其組合用于與芳香族二異氰酸酯反應以形成涂層組合物的聚氨酯預聚物和相應的聚合物。本實施方案的一個實例是用短鏈脂肪族二醇、芳香族二醇或其組合中的至少一種形成的聚氨酯聚合物。根據(jù)本實施方案由涂層組合物形成的聚氨酯聚合物具有芳香族官能團，所述芳香族官能團的量的范圍為聚氨酯聚合物固體重量的約16%_約27%，且聚氨酯聚合物涂層的折射率的范圍為約I. 53-約I. 57。根據(jù)本實施方案使用的優(yōu)選短鏈脂肪族二醇包括在烴鏈中具有約2-約3個碳的烷二醇。根據(jù)本實施方案使用的優(yōu)選的芳香族二醇包括在烷氧基化物鏈中具有約2-約3個碳的雙酚A烷氧基化物。除通過調(diào)節(jié)聚氨酯聚合物的芳香族官能團含量來調(diào)節(jié)折射率性質(zhì)以外，折射率性質(zhì)通過用在烷基鏈中具有約2-約4個碳的硫化物官能化烷基化合物或在化合物中具有約2-約8個碳的硫醇官能化烴化合物形成聚氨酯聚合物來調(diào)節(jié)，從而制造具有芳香族官能團和硫的聚氨酯聚合物。優(yōu)選地，硫醇官能化烴化合物在化合物中具有約2-約4個碳。根據(jù)本實施方案，硫化物官能化烷基化合物、硫醇官能化烴化合物或其組合被用來代替用于形成聚氨酯聚合物的二醇或與之結(jié)合。如本文所指，硫化物官能化烷基化合物和硫醇官能化烴化合物各自具有大于或等于兩個活性氫官能團，即至少兩個異氰酸酯官能團反應位。硫 化物官能化烷基化合物包括具有至少一個硫化物官能團的化合物。這種硫化物烷基官能化合物的實例包括硫醚比如硫二甘醇或硫化物官能化燒基雙硫醇。本文使用的硫化物官能化烷基化合物的具體實例包括雙(2-羥乙基)硫化物、2，5- 二甲基-1，4- 二噻烷和雙(2-巰基乙基)硫化物。本文使用的硫醇官能化烴化合物包括具有至少一個硫醇官能團和至少一個其它活性氫官能團的硫醇官能化烷基或芳基烴化合物。這類烴化合物的實例是巰基烷基醇，即具有一個硫醇官能團和一個羥基官能團的化合物，和具有大于一個硫醇官能團的化合物，即烷基雙硫醇。更特別地，合適的硫醇官能化烴化合物包括在烷基鏈中具有約2-約8個碳的巰基烷基醇，比如2-巰基乙醇或3-巰基-I-丙醇；在烷基鏈中具有約2-約8個碳的燒基雙硫醇，比如乙燒雙硫醇、丙燒雙硫醇、1，2- _■疏基丙燒、1，2_乙燒雙硫醇、2-疏基乙醚和1，3-丙烷雙硫醇；在化合物中具有約2-約8個碳的硫醇官能化芳基化合物，比如苯-1，2-雙硫醇、1，4-苯二甲烷硫醇或其組合。根據(jù)本實施方案，由芳香族二異氰酸酯與具有約2-約4個碳的硫化物官能化烷基化合物、具有約2-約8個碳的硫醇官能化烴化合物或其組合中的至少一種反應所形成的聚氨酯聚合物，包含占聚氨酯聚合物固體重量約16%-約42%的芳香族官能團和約O. 1%-約15%的硫。所得聚氨酯聚合物涂層的折射率范圍為約 I. 53-約 1.63。根據(jù)另一個實施方案，在將預聚物分散在水中之前，可將添加劑比如紫外線(UV)吸收劑添加到聚氨酯預聚物混合物中。隨著聚氨酯分散在水中，紫外線吸收劑陷入聚氨酯聚合物結(jié)構(gòu)內(nèi)。紫外線吸收劑提高以下兩者根據(jù)本文描述的涂層組合物形成的聚氨酯涂層的紫外線穩(wěn)定性，還提高這些涂層的折射率。添加紫外線吸收劑提高涂層的折射率，因為紫外線吸收劑含有芳香族官能團，這進一步增加聚氨酯聚合物的芳香族官能團含量。相應地，本文使用的合適的紫外線吸收劑包括具有至少一個芳香族官能團的紫外線吸收劑，比如基于二苯甲酮的化合物或苯并三唑紫外線吸收劑。紫外線吸收劑構(gòu)成聚氨酯聚合物固體重量的O-約12%。用紫外線吸收劑形成的相應聚氨酯聚合物涂層的折射率的范圍為約I. 53-約I. 63，且芳香族官能團含量的范圍為聚氨酯聚合物固體重量的約16%-約42%。預聚物反應使用的合適的有機溶劑的選擇取決于反應形成聚氨酯聚合物的構(gòu)成組分的選擇，包括那些能溶解所選活性氫化合物的溶劑和那些不易與聚異氰酸酯反應的溶齊U?？捎糜谂c聚氨酯預聚物反應的合適的有機溶劑的實例包括酮比如甲乙酮、丙酮、甲基異丁基酮、二丙酮醇和戊二酮；二氧六環(huán)；N-甲基吡咯烷酮；乙腈；酯；乙二醇酯；和叔醇比如叔戊醇。取決于用于形成聚氨酯聚合物的二異氰酸酯或活性氫化合物，可將催化劑添加到用于制備聚氨酯預聚物的溶液中。合適的可用于制備聚氨酯預聚物的催化劑包括金屬羧酸鹽(即羧酸的金屬鹽)，比如乙基己酸錫(II)、二月桂酸二丁基錫和雙(辛基馬來酸)二丁
基錫O在制備水性聚氨酯分散體的第二個基本步驟中，將所得聚氨酯預聚物或聚合物分 散在水性溶液中。將聚氨酯預聚物或聚合物借助于分散劑在水的存在下分散，或者，將聚氨酯預聚物或聚合物借助于分散劑和混合而分散。分散劑給出可混溶或可溶解聚氨酯聚合物的子集，作用于輔助或增強聚合物作為水相中的顆粒的分散性。根據(jù)本文描述的高折射涂層組合物，在形成預聚物期間，羧酸在二異氰酸酯的存在下反應，以使羧酸官能團結(jié)合到聚氨酯聚合物結(jié)構(gòu)內(nèi)。在預聚物反應期間，優(yōu)選二羥基羧酸用于共價鍵合聚氨酯預聚物結(jié)構(gòu)以結(jié)合羧酸官能團作為聚氨酯預聚物骨架中的鏈段，從而制造分散劑在聚氨酯聚合物中的反應位。在這種聚氨酯預聚物形成以后，在足量的能夠分散聚氨酯預聚物或聚合物的水的存在下，將聚氨酯骨架中的羧酸官能團用分散劑比如叔胺中和。羧酸官能團的中和產(chǎn)生聚氨酯預聚物或聚合物在水中的陰離子穩(wěn)定分散體。若使用混合，則在引入混合到這種高折射率聚氨酯涂層組合物之前、期間或之后，進行用分散劑中和?；旌习ń柚谘b置比如高剪切分散器、均化器或其它能夠分散聚氨酯顆粒的裝置引起的高剪應力或混合。對于本文描述的高折射率聚氨酯涂層組合物合適的二羥基羧酸包括任何具有至少兩個羥基官能團的羧酸。二羥基羧酸由通式(H0)2R4(C00H)表示，其中R4是具有約
1-約12個碳原子的未支化或支化的烷基。二羥基羧酸的實例非限制地包括二羥甲基丙酸(DMPA)、二羥甲基丁酸(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羥基衍生物。優(yōu)選的用于水性聚氨酯分散體的二羥基羧酸包括DMPA。本文用于中和羧酸官能團以幫助分散聚氨酯聚合物的合適的分散劑的實例包括陰離子堿比如叔胺、氫氧化銨、膦和金屬氫氧化物，優(yōu)選叔胺。具體的非限制性叔胺的實例包括三乙醇胺、二甲基乙醇胺、三甲基胺、三乙基胺等。作為制備水性分散體的最后步驟，鏈增長劑用于在最終聚合階段將聚氨酯預聚物增長為高分子量分散的聚氨酯聚合物。這個最后步驟在分散步驟之前、期間或之后發(fā)生，即不同于分散預聚物，高分子量鏈增長的聚氨酯聚合物的分散與鏈增長同時進行，或分散與鏈增長同時進行。預聚物中異氰酸酯封端的端基在鏈增長劑比如多官能胺、多官能多元醇、脲或其組合的存在下反應，以將聚氨酯預聚物增長為更高分子量的聚氨酯聚合物。根據(jù)本文描述的涂層組合物的有用的合適鏈增長劑的具體實例包括一水合肼、水性肼(30%)、I, 6-己二胺、1，2-乙二胺、1，3-丙二胺、1，4- 丁二胺、1，5-戍二胺、1，8- 二氨基辛燒、
2-(2-氨乙基)氨基乙醇、3-氨甲基-3，5，5-三甲基環(huán)己胺、二氨基甲苯、間二甲苯二胺或其組合。在最后聚合時，將水性聚氨酯聚合物分散體冷卻至貯存穩(wěn)定溫度比如環(huán)境溫度并準備好進行貯藏、進一步加工(即稀釋)或作為涂層涂敷于基底，其在固化時提供透明、耐沖擊、高折射率的底涂層。在添加鏈增長劑以后，任選將水性聚氨酯分散體涂層組合物進一步加工。例如，任選將用于預聚物反應的涂層組合物中殘留的有機溶劑通過對涂層組合物的加熱、減壓或通過加熱和減壓的組合而蒸發(fā)。取決于粘度，在將組合物涂到基底上之前，通過用至少一種有機溶劑稀釋分散體將高折射率水性聚氨酯分散體涂層組合物進一步制備成底涂層組合物。用于制備這種涂層組合物的合適的有機溶劑的實例包括丙二醇單甲醚(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、異丙醇、乙醇和甲醇。添加到分散體的稀釋劑的量可由本領域普通技術人員按照期望的高折射率底涂層組合物的粘度確定。用合適的溶劑稀釋不影響水性聚氨酯分散體的貯存穩(wěn)定性。在作為涂層涂敷前，任選將任何其他添加劑或稀釋劑比如表面活性劑、均化劑或流動控制劑等添加到分散體中。
可將有效量的均化劑或流動控制劑結(jié)合到本文描述的涂層組合物中以使組合物在基底表面上擴散更均勻或均化，并提供與基底實質(zhì)上均勻的接觸。均化劑或流動控制劑的量可廣泛改變，但可以是足夠向涂層組合物提供約10-約5，000 ppm的均化劑或流動控制劑的量?？墒褂萌魏纬Ｒ?guī)的、市售可得的均化劑或流動控制劑，所述均化劑或流動控制劑與涂層組合物和基底相容，能夠?qū)⑼繉咏M合物在基底上均化，并增強涂層組合物和基底之間的潤濕。這種流動控制劑的非限制性實例包括聚醚、硅酮或氟表面活性劑。本文描述的水性聚氨酯涂層組合物以任何合適的方式涂到基底上。例如，本發(fā)明的組合物可用常規(guī)方法比如流涂、噴涂、幕涂、浸涂、旋涂、輥涂等涂到固體基底上，以在基底上形成連續(xù)的表面膜。將水性聚氨酯涂層組合物涂到基底上并在涂敷任何另外的涂層組合物或?qū)?比如聚氨酯層上面的硬涂層或頂涂層)之前至少部分固化。本文描述的聚氨酯涂層組合物通過在環(huán)境溫度或更高風干而固化。如用于本文，環(huán)境溫度指的是約20°C -約28°C的溫度范圍。合適的固化溫度的范圍為環(huán)境溫度至約150°C。使涂層組合物充足固化以允許在其上涂敷另一個涂層的固化時間隨涂層厚度和固化環(huán)境(即濕度、溫度、對流氣流的存在等)而變化，但在環(huán)境溫度下少于一小時，優(yōu)選少于35分鐘。加熱或照射可另外用于減小固化所需的時間量，但既不需要加熱也不需要照射來引發(fā)或維持本文描述的聚氨酯涂層組合物的固化。聚氨酯層在環(huán)境溫度下可花費幾個星期以完全固化，并因此獲得完全固化的聚氨酯層的性質(zhì)。本文描述的水性聚氨酯分散體涂層組合物在固化時形成熱固性即交聯(lián)的聚氨酯涂層。聚氨酯涂層的熱固性性質(zhì)防止涂在它上面的另外的涂層或?qū)硬焕艋蛉芙饩郯滨?。相應地，另外的涂層組合物或?qū)涌赏康骄郯滨由希灰咽咕郯滨映浞止袒?，即熱固性聚氨酯層的部分固化足以防止另外的涂層組合物或?qū)幽軌蚬艋蛉芙饩郯滨印４讼Σ?，若在涂敷另外的涂層組合物或?qū)訒r聚氨酯層不全部或完全固化，即聚氨酯層只是充分固化以防止另外的層攻擊或溶解聚氨酯層，那么聚氨酯層將在涂敷另外的涂層組合物或?qū)右院笤诃h(huán)境溫度下繼續(xù)固化，直到聚氨酯層全部固化。或者或另外，通過加熱或照射固化另外的涂層組合物也將全部固化下面的聚氨酯層。
本文描述的水性聚氨酯分散體涂層組合物可作為涂層涂敷至剛性基底表面或足夠柔性以承受基底的進一步加工(比如模塑或成型)而不損失其性質(zhì)的基底表面。使用多種基底。在優(yōu)選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、聚雙烯丙基碳酸酯、聚對苯二甲酸乙二酯和聚環(huán)烷酸乙二酯(polyethylene naphthenate)。其它基底包括各種聚烯烴、氟化聚合物、金屬和玻璃，比如鈉鈣玻璃、硼硅酸鹽玻璃和丙烯酸玻璃，連同其它類型的玻璃，也可經(jīng)適當?shù)念A處理使用。取決于使用的基底，基底可經(jīng)預處理以增強聚氨酯涂層組合物對基底的粘附性。合適的預處理包括干預處理如電暈或等離子處理、或化學處理比如化學浸蝕。合適的用于化學浸蝕的溶液的實例包括5%-20%(按重量計)的水性氫氧化鈉溶液或5%-20%(按重量計)的水性氫氧化鉀溶液?；瘜W浸蝕加工包括將基底浸入浸蝕溶液浴中，用去離子水沖洗和風干?？墒褂没瘜W浸蝕溶液的超聲波浴。優(yōu)選地，化學浸蝕在約40°C_約60°C的溫度范圍內(nèi)進行。涂有本文描述的水性聚氨酯涂層組合物的基底可用任何合適的硬涂層或頂涂層 在上面涂敷。硬涂層或頂涂層附著于由水性聚氨酯分散體涂層組合物形成的聚氨酯涂層上。硬涂層或頂涂層用于形成覆蓋聚氨酯涂布的基底的層，以防止基底刮擦或破損。合適的硬涂層的實例包括由有機硅氧烷涂層組合物形成的涂層。根據(jù)本發(fā)明的其它實施方案，提供物品。所述物品包含在至少一個表面上具有根據(jù)本文描述的高折射率水性聚氨酯分散體涂層組合物的涂層的基底。本文提供一種包含涂有涂層組合物的高折射率、透明基底的物品，所述涂層組合物在涂敷于基底并固化時，提供透明、耐沖擊、高折射率底涂層。所述物品的涂層組合物包含具有芳香族官能團的聚氨酯聚合物，所述芳香族官能團的量的范圍為聚氨酯聚合物固體重量的約16%-約42%，其中聚氨酯聚合物包含芳香族二異氰酸酯；至少一種活性氫化合物；二羥基羧酸；和多官能胺的反應產(chǎn)物，所述活性氫化合物選自i)具有約2-約8個碳的脂肪族二醇，ii)芳香族二醇，iii)具有約2-約4個碳的硫化物官能化烷基化合物，iv)具有約2-約8個碳的硫醇官能化烴化合物，和V)它們的組合。涂層組合物包括分散劑和一定量的水，所述水足以分散聚氨酯聚合物以形成水性聚氨酯分散體涂層組合物。所述物品還包含由芳香族二異氰酸酯、至少一種活性氫化合物、二羥基羧酸、多官能胺和聚合物二醇的反應產(chǎn)物形成的聚氨酯聚合物。另外，所述物品還包括包含紫外線吸收劑的水性聚氨酯分散體涂層組合物。由涂層組合物形成的底涂層的折射率范圍為約I. 53-約I. 63。根據(jù)另一個實施方案，提供制備水性聚氨酯分散體涂層組合物的方法。一種制備涂層組合物的方法，所述涂層組合物在被涂到基底上并固化時，提供透明、耐沖擊、高折射率的底涂層，所述方法包含使芳香族二異氰酸酯、至少一種活性氫化合物和二羥基羧酸在有機溶劑中反應以形成聚氨酯預聚物，其中所述至少一種活性氫化合物選自i)具有約
2-約8個碳的脂肪族二醇，ii)芳香族二醇，iii)具有約2-約4個碳的硫化物官能化烷基化合物，iv)具有約2-約8個碳的硫醇官能化烴化合物，和V)它們的組合。所述方法包括通過用分散劑中和歸因于二羥基羧酸的預聚物的羧酸官能團將聚氨酯預聚物分散到水中。此外，所述方法包含添加多官能胺以使聚氨酯預聚物鏈增長為高分子量聚氨酯聚合物。聚氨酯聚合物包含芳香族官能團，所述芳香族官能團的量的范圍為聚氨酯聚合物固體重量的約16%-約42%。所述方法還包含使聚合物二醇與芳香族二異氰酸酯、至少一種活性氫化合物、和二羥基羧酸以及多官能胺反應以形成聚氨酯預聚物?；蛘呋蛄硗?，所述方法還包含在將聚氨酯預聚物分散到水中之前，向預聚物添加紫外線吸收劑。當固化時，水性聚氨酯涂層組合物形成折射率范圍為約I. 53-約I. 63的底涂層。根據(jù)另一個實施方案，提供涂布具有高折射率的透明基底的方法。如以上論述，容易因沖擊破壞的基底，特別是硬涂布的透明塑料基底，用本文描述的水性聚氨酯涂層組合物涂布，以改進硬涂布、高折射率透明基底的耐沖擊性和粘合質(zhì)量。所述方法通過用高折射率聚氨酯涂層組合物涂布基底以在硬涂層和基底之間形成彈性體、粘性聚氨酯底層，來改進硬涂布的高折射率、透明基底的耐沖擊性。相應地，涂布具有高折射率的透明基底的方法包含將水性聚氨酯分散體涂層組合物涂到基底的至少一個表面上，其中水性聚氨酯分散體涂層組合物包含具有芳香族官能團的聚氨酯聚合物、分散劑和一定量的水，所述芳香族官能團的量的范圍為聚氨酯聚合物固體重量的約16%-約42%，所述水足以分散聚氨酯聚合物以形成水性聚氨酯分散體涂層組合物。聚氨酯聚合物包含芳香族二異氰酸酯；至少一種活性氫化合物；二羥基羧酸；和多官能胺的反應產(chǎn)物，所述活性氫化合物選自i)具有約2-約8個碳的脂肪族二醇，ii)芳香族二 醇，iii)具有約2-約4個碳的硫化物官能化烷基化合物，iv)具有約2-約8個碳的硫醇官能化烴化合物，和V)它們的組合。所述方法包括使水性聚氨酯分散體涂層組合物至少部分固化在基底的至少一個表面上，以形成聚氨酯聚合物底涂層，其中聚氨酯聚合物底涂層的折射率范圍為約I. 53-約I. 63。所述方法還包括將硬涂層涂層組合物涂到聚氨酯聚合物底涂層上并使硬涂層涂層組合物固化，以形成具有硬涂層的透明、耐沖擊、高折射率基底。另夕卜，根據(jù)本實施方案使用的合適的硬涂層涂層組合物包括有機硅氧烷涂層組合物。提供另一種涂布具有高折射率的透明基底來改進基底的耐沖擊性和粘合性質(zhì)的方法。所述方法包含選擇硬涂層涂層組合物(其在固化時，形成硬涂層)，和選擇水性聚氨酯分散體涂層組合物(其在固化時，形成折射率范圍為約I. 53-約I. 63的聚氨酯聚合物涂層)。水性聚氨酯分散體涂層組合物包含具有芳香族官能團的聚氨酯聚合物、分散劑和一定量的水，所述芳香族官能團的量的范圍為聚氨酯聚合物固體重量的約16%-約42%，所述水足以分散聚氨酯聚合物以形成水性聚氨酯分散體涂層組合物。聚氨酯聚合物包含芳香族二異氰酸酯；至少一種活性氫化合物；二羥基羧酸；和多官能胺的反應產(chǎn)物，所述活性氫化合物選自i)具有約2-約8個碳的脂肪族二醇，ii)芳香族二醇，iii)具有約2-約4個碳的硫化物官能化烷基化合物，iv)具有約2-約8個碳的硫醇官能化烴化合物，和V)它們的組合。在選擇涂層組合物以后，所述方法包括將水性聚氨酯分散體涂層組合物涂到基底的至少一個表面上，并使水性聚氨酯分散體涂層組合物在基底上至少部分固化以形成聚氨酯聚合物涂層。隨后通過將硬涂層涂層組合物涂到聚氨酯聚合物涂層上而將硬涂層涂到基底上，并使硬涂層涂層組合物固化以形成透明、耐沖擊、高折射率硬涂布的基底。根據(jù)涂布高折射率、透明基底的方法，聚氨酯聚合物還包含芳香族二異氰酸酯、至少一種活性氫化合物、二羥基羧酸、多官能胺和聚合物二醇的反應產(chǎn)物。此外，根據(jù)本實施方案，所述方法還包括使水性聚氨酯涂層組合物在環(huán)境溫度下通過風干至少部分固化。或者或另外，根據(jù)本實施方案使用的水性聚氨酯分散體涂層組合物包含紫外線吸收劑。當不違反本文描述的實施方案時，本文描述的方法的要素不旨在局限于任何具體順序。
以下分析試驗方法和實施例只用于說明目的，并不旨在限制隨附權(quán)利要求中限定的本發(fā)明的范圍。
_6] 分析試驗方法
用于定量本發(fā)明(包括但不限于本文提供的實施例)的某些要素的參數(shù)和值詳述如
下
使用的基底:
除非在以下實施例中另有說明，將丙烯酸或聚硫氨酯眼科透鏡用作基底。用實施例的每個樣品涂布多個透鏡。具有相同涂層的不同透鏡用于不同種類的試驗，即具有相同涂層的不同透鏡用于每個粘合試驗和沖擊試驗。在如以下實施例描述向透鏡涂敷涂層之前，通過在60°C下將透鏡浸入水性10%(按重量計)的NaOH溶液中經(jīng)歷10分鐘來將透鏡浸蝕。將浸蝕的透鏡用去離子水沖洗，然后在環(huán)境溫度下干燥。 將水性聚氨酯分散體底涂層涂到基底上
使透鏡在4英寸/分鐘的牽引速度下在水性聚氨酯分散體涂層組合物中浸涂。使浸涂的透鏡在80°C下固化15分鐘。將硬涂層涂到基底上
使透鏡在6英寸/分鐘的牽引速度下在硬涂層涂層組合物中浸涂。隨后使浸涂的透鏡在110°C下固化3小時。涂層厚度測暈:
各層涂層(即底涂層和硬涂層)的涂層厚度的測量用可從San Diego, CA的Filmetrics, Inc.購買的具有接觸臺的F-20膜測量裝置進行。折射率測量:
各涂層的折射率測量在可從Pennington, NJ的Metricon Corporation購買的Metricon 2010/M棱鏡耦合器上在594納米(nm)下進行。粘合試驗
將涂布的透鏡在沸水中浸泡I小時。在冷卻和干燥以后，用刀片在透鏡的涂層上做出交叉影線圖案。隨后將膠帶(tape)施用到涂布的透鏡的交叉影線區(qū)域。在施用膠帶后，將膠帶從涂層除去。重復膠帶的施用和除去三次。若在膠帶的重復施用和除去期間沒有涂層從透鏡除去，那么涂層組合物以100%通過試驗。若由于膠帶的重復施用和除去，有任何涂層從透鏡除去，那么涂層組合物試驗失敗。根據(jù)粘合試驗使用的膠帶是來自St. Paul, MN的 3 M Company 的 Scotch 牌膠帶 Scotch 600。百分比濁度:
涂布的透鏡的百分比池度使用可從Columbia, MD的BYK Gardner USA購買的Haze-Gard Plus 測量。沖擊試驗:
使用可從 Miami, FL 的 Brain Power, Inc.購買的 Square Shooter II Dual DropBall Tester，使一個16克(g)的鋼球從50英寸的高度落到涂布的透鏡上。干渉圖像:
在 UniLamp UL-12 型燈(可從 Valley Park, MO 的 Midwest Scientific Co.購買)提供的綠光下通過雙縫觀察涂布的透鏡，且本文報道了觀測結(jié)果。觀測結(jié)果報道如下無干涉圖像被認為是優(yōu)良結(jié)果，輕微的干涉圖像被認為是良好的結(jié)果，而強烈的干涉圖像被認為是不良結(jié)果。以下實施例中使用的材料和縮寫的列表:
BPX-Il :可從日本ADEKA Corporation購買的丙氧化雙酌'A。Coatosil 1211 :可從 Albany, NY 的 Momentive Performance Materials 購買的流動控制(潤濕)劑涂層添加劑。IM~1186 .T.1~C_60 :可從 Irvine, CA 的 SDC Technologies, Inc 購買的折射率為I. 54 的 IM-1186 JJ-C-60 硬涂層。頂-9000 :可從SDC Technologies, Inc.購買的折射率為I. 60的硬涂層。PR-1135 :可從SDC Technologies, Inc.購買的折射率為I. 50的底涂層。 UVA :可從德國BASF SE購買的Tinuvin 234紫外線吸收劑。XDI :來自日本Mitsui Chemicals, Inc.的間苯二甲基二異氰酸酯。
實施例實施例I-用聚合物二醇和短鏈脂肪族二醇制備高折射率水性聚氨酯分散體
將21. 6 g XDI,16. 4 g聚(六亞甲基碳酸酯)二醇(Mw為2000)、5· 4 g 1,6-己二醇、
3.8g 二羥甲基丙酸和50 g乙腈混合。將混合物加熱到70°C，并反應2小時。將混合物冷卻到60°C，并添加2.8 g三乙基胺以中和二羥甲基丙酸的羧基。通過將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，進一步混入I. 2 g 2-[(2-氨乙基)氨基]乙醇，制備固體含量為20%(按重量計)的聚氨酯水性分散體。所得聚氨酯分散體的固化的聚氨酯涂層的折射率為I. 532。芳香族官能團構(gòu)成聚氨酯聚合物固體重量的約16%。實施例2-用短鏈脂肪族二醇制備高折射率水性聚氨酯分散體
將36. 4 g XDI、6.8 g乙二醇、3. 9 g二輕甲基丙酸和50 g甲乙酮混合。將混合物加熱到70°C，并反應2小時。將混合物冷卻到50°C，并添加2. 9 g三乙基胺以中和二羥甲基丙酸的羧基。通過將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，進一步混入1.9 g 2-[(2_氨乙基)氨基]乙醇，制備固體含量為20重量％的聚氨酯水性分散體。所得聚氨酯分散體的固化的聚氨酯涂層的折射率為1.572。芳香族官能團構(gòu)成聚氨酯聚合物固體重量的約27%。實施例3-用短鏈脂肪族二醇和芳香族二醇制備高折射率水性聚氨酯分散體
將29. O g XDI,3. I g乙二醇、12. O g BPX-IK3. 4 g 二羥甲基丙酸和50 g甲乙酮混合。將混合物加熱到70°C并反應2小時。將混合物冷卻到50°C，并添加2. 5 g三乙基胺以中和二羥甲基丙酸的羧基。通過將45 g上述聚氨酯溶液用高剪切分散器分散到75 g的水中，進一步混入2. 5 g 2-[(2_氨乙基)氨基]乙醇，并將甲乙酮從分散體蒸發(fā)，制備固體含量為25重量％的聚氨酯水性分散體。所得聚氨酯分散體的固化的聚氨酯涂層的折射率為I. 572。芳香族官能團構(gòu)成聚氨酯聚合物固體重量的約26%。
_5] 實施例4-用硫醇官能化烴化合物制備高折射率水性聚氨酯分散體
將35. 3 g XDI,5. 8 g 2-巰基乙醇、0.6 g三羥甲基丙烷、4. 2 g 二羥甲基丙酸和50 g1，4- 二氧六環(huán)混合。將混合物加熱到70°C，并反應2小時。將混合物冷卻到50°C，并添加3.1 g三乙基胺以中和二羥甲基丙酸的羧基。通過將35. 7 g上述聚氨酯溶液用高剪切分散器分散到62. I g的水中，進一步混入2. I g 2-[(2_氨乙基)氨基]乙醇，制備固體含量為約20重量％的聚氨酯水性分散體。所得聚氨酯分散體的固化的聚氨酯涂層的折射率為I. 593。芳香族官能團構(gòu)成聚氨酯固體重量的約26%，且硫構(gòu)成聚氨酯聚合物固體重量的約
O.6%。實施例5-用短鏈脂肪族二醇和紫外線吸收劑制備高折射率水性聚氨酯分散體 將34.4 g XDI、6.4 g乙二醇、3.7 g 二輕甲基丙酸和50 g甲乙酮混合。將混合物加熱
到70°C，并反應2小時。將混合物冷卻到50°C，并添加2. 7 g三乙基胺以中和二羥甲基丙酸的羧基。將2. 8 g UVA添加到預聚物溶液內(nèi)。通過將45 g上述聚氨酯溶液用高剪切分散器分散到75 g的水中，進一步混入2.5 g 2-[(2_氨乙基)氨基]乙醇，并將甲乙酮從分散體蒸發(fā)，制備固體含量為25重量％的聚氨酯水性分散體。所得聚氨酯分散體的固化的聚氨酯涂層的折射率為I. 575。芳香族官能團構(gòu)成聚氨酯聚合物固體重量的約26%，且紫外線吸收劑構(gòu)成聚氨酯聚合物固體重量的約5. 8%?！嵤├?-用聚合物二醇和短鏈脂肪族二醇制備高折射率水性聚氨酯分散體
將28. 5 g XDI,10. 6 g聚(六亞甲基碳酸酯)二醇(Mw為860)、4· 5 g乙二醇、3. 9 g二羥甲基丙酸和50 g甲乙酮混合。將混合物加熱到70°C，并反應2小時。將混合物冷卻到65°C，并添加2.9 g三乙基胺以中和二羥甲基丙酸的羧基。通過將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，進一步混入I. 5 g的2-[(2_氨乙基)氨基]乙醇，制備固體含量為20重量％的聚氨酯水性分散體。所得聚氨酯分散體的固化的聚氨酯涂層的折射率為I. 552。芳香族官能團構(gòu)成聚氨酯聚合物固體重量的約21%。實施例7-具有實施例I的高折射率底涂層組合物的透鏡的制備
將40 g實施例I的水性聚氨酯分散體與60 g丙二醇單甲醚混合，然后添加O. I gCoatosil 1211。將這種固化時折射率為I. 532的底涂層組合物涂到丙烯酸透鏡基底上，在80°C下風干10分鐘，并用可從SDC Technologies, Inc.購得的頂1186 JJ-C-60硬涂層涂在上面。實施例7的涂布的透鏡通過各粘合試驗和沖擊試驗。這種涂布的透鏡顯示良好的干涉圖像結(jié)果，通過涂布的透鏡觀察到輕微的干涉圖像。這種透鏡的試驗結(jié)果和具體性質(zhì)在下表I中報道。另外，在表I中，也將實施例7的涂布的透鏡與以下實施例8-10作比較。實施例8-具有實施例6的高折射率底涂層組合物的誘鏡的制備
將40 g實施例6的水性聚氨酯分散體與60 g丙二醇單甲醚混合，然后添加O. I gCoatosil 1211。將這種固化時折射率為I. 552的底涂層組合物涂到丙烯酸透鏡基底上，在環(huán)境溫度下風干30分鐘(涂層在風干20分鐘后無粘性)，并用可從SDC Technologies,Inc.購買的頂1186 JJ-C-60硬涂層涂在上面。實施例8的涂布的透鏡通過各粘合試驗和沖擊試驗。這種涂布的透鏡顯示良好的干涉圖像結(jié)果，通過涂布的透鏡觀察到輕微的干涉圖像。這種透鏡的試驗結(jié)果和具體性質(zhì)在下表I報道。另外，在表I中，也將實施例8的涂布的透鏡與以下實施例7和9-10作比較。實施例9-具有折射率為I. 50的底涂層組合物的誘鏡的制備
將可從SDC Technologies, Inc.購買的固化時折射率為I. 50的PR-1135底涂層組合物涂到丙烯酸透鏡基底上，在環(huán)境溫度下風干30分鐘，并用頂1186 JJ-C-60硬涂層涂在上面。實施例9的這種涂布的透鏡通過各粘合試驗和沖擊試驗。這種涂布的透鏡顯示不良的干涉圖像結(jié)果，因為通過涂布的透鏡觀察到強烈的干涉圖像。除實施例7、8和10的試驗結(jié)果和性質(zhì)以外，下表I報道了這種涂布的透鏡的試驗結(jié)果和具體性質(zhì)。實施例10-無底涂層的透鏡的制備
將頂1186 JJ-C-60硬涂層直接涂到無底涂層的丙烯酸透鏡基底上。實施例10的這種涂布的透鏡通過粘合試驗，但沖擊試驗失敗。這種涂布的透鏡顯示優(yōu)良的干涉圖像結(jié)果，因為通過涂布的透鏡未觀察到干涉圖像。除實施例7、8和9的試驗結(jié)果和性質(zhì)以外，下表I報道了這種涂布的透鏡的試驗結(jié)果和具體性質(zhì)。表I :實施例7-10的件質(zhì)和試駘結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種涂層組合物，其在涂敷于基底并固化時提供透明、耐沖擊、高折射率的底涂層，所述涂層組合物包含 具有芳香族官能團的聚氨酯聚合物，所述芳香族官能團的量的范圍為聚氨酯聚合物固體重量的約16%-約42%，其中聚氨酯聚合物包含以下化合物的反應產(chǎn)物 芳香族二異氰酸酯； 至少一種活性氫化合物，選自i)具有約2-約8個碳的脂肪族二醇，ii)芳香族二醇，iii)具有約2-約4個碳的硫化物官能化烷基化合物，iv)具有約2-約8個碳的硫醇官能化烴化合物，和V)它們的組合； 二羥基羧酸；和 多官能胺。
2.權(quán)利要求I的組合物，還包含分散劑和一定量的水，所述水足以分散聚氨酯聚合物以形成水性聚氨酯分散體涂層組合物。
3.權(quán)利要求2的組合物，其中至少一種活性氫化合物選自具有約2-約8個碳的脂肪族二醇、芳香族二醇及其組合。
4.權(quán)利要求3的組合物，其中聚氨酯聚合物包含芳香族官能團，所述芳香族官能團的量的范圍為聚氨酯聚合物固體重量的約16%-約27%，且其中底涂層的折射率范圍為約I.53-約 I. 57。
5.權(quán)利要求2的組合物，其中至少一種活性氫化合物選自具有約2-約4個碳的硫化物官能化烷基化合物、具有約2-約8個碳的硫醇官能化烴化合物及其組合。
6.權(quán)利要求5的組合物，其中聚氨酯聚合物包含硫，所述硫的量的范圍為聚氨酯聚合物固體重量的約O. 1%-約15%，且其中底涂層的折射率范圍為約I. 53-約I. 63。
7.權(quán)利要求2的組合物，其中芳香族二異氰酸酯選自亞二甲苯二異氰酸酯、四甲基二甲苯二異氰酸酯及其組合。
8.權(quán)利要求I的組合物，其中反應產(chǎn)物還包括聚合物二醇，其中聚氨酯聚合物包含芳香族官能團，所述芳香族官能團的量的范圍為聚氨酯聚合物固體重量的約16%-約27%，且底涂層的折射率范圍為約I. 53-約I. 57。
9.權(quán)利要求8的組合物，還包含分散劑和一定量的水，所述水足以分散聚氨酯聚合物以形成水性聚氨酯分散體涂層組合物。
10.一種包含涂有涂層組合物的高折射率、透明基底的物品，所述涂層組合物在涂敷于基底并固化時，提供透明、耐沖擊、高折射率的底涂層，所述涂層組合物包含 a)具有芳香族官能團的聚氨酯聚合物，所述芳香族官能團的量的范圍為聚氨酯聚合物固體重量的約16%-約42%，其中聚氨酯聚合物包含以下化合物的反應產(chǎn)物 1)芳香族二異氰酸酯， 2)至少一種活性氫化合物，選自i)具有約2-約8個碳的脂肪族二醇，ii)芳香族二醇，iii)具有約2-約4個碳的硫化物官能化烷基化合物，iv)具有約2-約8個碳的硫醇官能化烴化合物，和V)它們的組合， 3)二羥基羧酸，和 4)多官能胺， b)分散劑；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體涂層組合物， 其中底涂層的折射率范圍為約I. 53-約I. 63。
11.權(quán)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、聚雙烯丙基碳酸酯材料、聚對苯二甲酸乙二酯材料和聚環(huán)烷酸乙二酯材料中的至少一種。
12.涂布具有高折射率的透明基底的方法，所述方法包含 將水性聚氨酯分散體涂層組合物涂敷到基底的至少一個表面，其中水性聚氨酯分散體涂層組合物包含 a)具有芳香族官能團的聚氨酯聚合物，所述芳香族官能團的量的范圍為聚氨酯聚合物固體重量的約16%-約42%，其中聚氨酯聚合物包含以下化合物的反應產(chǎn)物 1)芳香族二異氰酸酯， 2)至少一種活性氫化合物，選自i)具有約2-約8個碳的脂肪族二醇，ii)芳香族二醇，iii)具有約2-約4個碳的硫化物官能化烷基化合物，iv)具有約2-約8個碳的硫醇官能化烴化合物，和V)它們的組合， 3)二羥基羧酸，和 4)多官能胺， b)分散劑；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體涂層組合物；和 使水性聚氨酯分散體涂層組合物在基底的至少一個表面上至少部分固化，以形成聚氨酯聚合物底涂層，其中聚氨酯聚合物底涂層的折射率范圍為約I. 53-約I. 63。
13.權(quán)利要求12的方法，還包含 將硬涂層涂層組合物涂敷在聚氨酯聚合物底涂層上；和 固化硬涂層涂層組合物以形成具有硬涂層的透明、耐沖擊、高折射率基底。
14.權(quán)利要求13的方法，其中硬涂層涂層組合物包含有機硅氧烷涂層組合物。
15.權(quán)利要求12的方法，其中至少一種活性氫化合物選自具有約2-約8個碳的脂肪族二醇、芳香族二醇及其組合。
16.權(quán)利要求15的方法，其中聚氨酯聚合物包含芳香族官能團，所述芳香族官能團的量的范圍為聚氨酯聚合物固體重量的約16%-約27%，且其中聚氨酯聚合物底涂層的折射率范圍為約I. 53-約I. 57。
17.權(quán)利要求12的方法，其中至少一種活性氫化合物選自具有約2-約4個碳的硫化物官能化烷基化合物、具有約2-約8個碳的硫醇官能化烴化合物及其組合。
18.權(quán)利要求17的方法，其中聚氨酯聚合物包含硫，所述硫的量的范圍為聚氨酯聚合物固體重量的約O. 1%-約15%。
19.權(quán)利要求12的方法，其中芳香族二異氰酸酯選自亞二甲苯二異氰酸酯、四甲基二甲苯二異氰酸酯及其組合。
20.權(quán)利要求12的方法，其中反應產(chǎn)物還包括聚合物二醇，且其中聚氨酯聚合物包含芳香族官能團，所述芳香族官能團的量的范圍為聚氨酯聚合物固體重量的約16%-約27%，且聚氨酯聚合物底涂層的折射率范圍為約I. 53-約I. 57。
全文摘要
本文提供高折射率的水性聚氨酯分散體底涂層組合物，其在基底上涂敷和固化時提供透明、耐沖擊和粘性的底涂層。這些聚氨酯涂層組合物包含具有芳香族官能團的聚氨酯聚合物(所述芳香族官能團的量的范圍為聚氨酯聚合物固體重量的約16%-約42%)，并提供折射率范圍為約1.53-約1.63的底涂層。本文還提供制造這類高折射率涂層組合物的方法；用這類高折射率涂層組合物涂布基底的方法；和涂有這類高折射率涂層組合物的物品。
文檔編號B32B27/00GK102905892SQ201180026718
公開日2013年1月30日 申請日期2011年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月24日
發(fā)明者巖住正典, A.施耐德 申請人:Sdc 科技有限公司