的透明聚氨酯的制作方法
【專利說(shuō)明】具有高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg的透明聚氨酯
[0001] 本發(fā)明涉及具有高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度1；的透明聚氨酯。
[0002] 光學(xué)元件，例如光導(dǎo)體、光擴(kuò)散器（optical diffuser)或透鏡的生產(chǎn)需要透明材 料，即所述材料對(duì)電磁波特別是在人類可見(jiàn)的400至800納米的光譜范圍內(nèi)具有最大可能 的透過(guò)性。由于許多光源如白熾燈和LED，在它們發(fā)光的同時(shí)產(chǎn)生熱，因此，相當(dāng)重要的是光 學(xué)元件以及用于生產(chǎn)它們的材料各自具有高的熱穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性。具體地，這意味著， 例如甚至在材料經(jīng)受明顯加熱時(shí)也不允許其發(fā)生變形，因?yàn)榉駝t例如透鏡將變得無(wú)用。同 時(shí)，它們?cè)诔叵逻€必須具有足夠的硬度，以抵抗機(jī)械負(fù)荷。
[0003] 此外，日益增長(zhǎng)的LED作為光源的用途已對(duì)新材料產(chǎn)生了相當(dāng)大的需求，其中該 材料一方面要符合現(xiàn)行需要，另一方面要適合于LED封裝，或封裝LED的鑄造工藝。
[0004] 因此，本發(fā)明的目的是提供一種透明的，具有高的熱穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性，此外還 適用于光源如LED的封裝的材料。
[0005] 根據(jù)本發(fā)明，所述目的可通過(guò)這樣的聚氨酯實(shí)現(xiàn)，該聚氨酯僅由多異氰酸酯組分 和多元醇組分構(gòu)成，其中該多異氰酸酯組分由一種或多種多異氰酸酯組成，且該多異氰酸 酯組分每分子的平均NCO官能度彡3,和該多元醇組分由一種或多種多元醇組成，且該多元 醇組分每分子的平均OH官能度彡3且其OH含量為彡25wt %。
[0006] 令人驚訝地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這種類型的聚氨酯具有高的透明度：按照在實(shí)驗(yàn)部分中描 述的方法進(jìn)行測(cè)量，它們顯示出80%以上的透光率。此外，本發(fā)明的聚氨酯還具有非常高的 熱穩(wěn)定性。按照在實(shí)驗(yàn)部分所述的方法，確定的本發(fā)明的聚氨酯的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為高于 80°C。因此，它們非常適于生產(chǎn)預(yù)定用于暴露在高溫下的光學(xué)元件，例如光導(dǎo)體，光擴(kuò)散器 或透鏡。此外，根據(jù)在實(shí)驗(yàn)部分中所描述的方法，確定本發(fā)明聚氨酯的肖氏D硬度大于70， 而且這證明了該聚合物的好地機(jī)械穩(wěn)定性。本發(fā)明的聚氨酯還能容易地用于如LED的光源 的封裝。
[0007] 對(duì)于本發(fā)明的方法而言，被認(rèn)為是聚氨酯的化合物是具有氨基甲酸酯基 團(tuán)-NH-CO-O-的有機(jī)化合物。
[0008] 多異氰酸酯是具有NCO基團(tuán)的有機(jī)化合物。
[0009] 多異氰酸酯組分的NCO官能度可通過(guò)組成該多異氰酸酯組分的多異氰酸酯的NCO 基團(tuán)的總數(shù)除以多異氰酸酯組分的分子總數(shù)來(lái)計(jì)算。
[0010] 出現(xiàn)的術(shù)語(yǔ)多元醇是指具有OH基團(tuán)的有機(jī)化合物。
[0011] 多元醇組分的OH官能度可通過(guò)組成該多元醇組分的多元醇的OH基團(tuán)總數(shù)除以多 元醇組分的分子總數(shù)來(lái)計(jì)算。
[0012] OH含量是，以重量百分比表示的，基于所述多元醇組分的總分子量計(jì)由OH基團(tuán)提 供的分子量的大小。
[0013] 第一優(yōu)選【具體實(shí)施方式】提供了多異氰酸酯組分的NCO官能度是< 4和/或多元醇 組分的OH官能度是彡6。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明合適的多異氰酸酯的實(shí)例是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任意有機(jī)脂族、月旨 環(huán)族、芳族或雜環(huán)多異氰酸酯。特別優(yōu)選的是所有多異氰酸酯的NCO官能度多2。
[0015] 也優(yōu)選的是，所述多異氰酸酯是脂族化合物。同樣優(yōu)選的是，該多異氰酸酯組分僅 由脂族多異氰酸酯組成。
[0016] 合適的多異氰酸酯的實(shí)例是脂族二-或三異氰酸酯的低聚物，例如己烷二異氰酸 酯（六亞甲基二異氰酸酯，HDI)、戊烷二異氰酸酯、丁烷二異氰酸酯、亞甲基雙（環(huán)己基-4， V -二異氰酸酯）、3, 5, 5-三甲基1-異氰酸根合-3-異氰酸根合甲基環(huán)己烷（異佛爾酮 二異氰酸酯，iroi)、4-異氰酸根合甲基辛烷-1，8-二異氰酸酯、1，3-雙（異氰酸根合甲基） 苯（XDI)、氫化苯二亞甲基二異氰酸酯，以及氫化甲苯二異氰酸酯。
[0017] 上述二-和/或三異氰酸酯的加合物被稱為低聚物。這些都可以從異氰酸酯基團(tuán) 之間的加成反應(yīng)來(lái)制備以得到脲二酮和/或異氰脲酸酯，和/或從異氰酸酯基團(tuán)與水和胺， 或與醇的反應(yīng)產(chǎn)物及其下游產(chǎn)物來(lái)制備，其中低聚物的每分子反應(yīng)的二-或三異氰酸酯的 數(shù)為至少2。該低聚物進(jìn)一步包含反應(yīng)性異氰酸酯基團(tuán)。此外，為了本發(fā)明的目的，將該低 聚物定義為每分子中具有小于40wt %，優(yōu)選小于25wt %的具有多于11個(gè)反應(yīng)的二-或三 異氰酸酯的成分的化合物。
[0018] 多異氰酸酯組分的NCO含量特別地可為彡15wt%且彡55wt%，優(yōu)選彡18wt%且 彡50wt %，并特別優(yōu)選彡20wt %且彡30wt %。該NCO含量為，以重量百分比表示的，基于所 述多異氰酸酯組分的總分子量計(jì)由NCO基團(tuán)所提供的分子量的大小。
[0019] 根據(jù)另一個(gè)優(yōu)選的【具體實(shí)施方式】，至少一種多異氰酸酯是縮二脲類化合物，脲二 酮或二-或三異氰酸酯的異氰脲酸酯。此處優(yōu)選的二-或三異氰酸酯選自己烷二異氰酸酯、 異佛爾酮二異氰酸酯、亞甲基雙（環(huán)己基-4,4'-二異氰酸酯）、苯二亞甲基二異氰酸酯、四 甲基苯二亞甲基二異氰酸酯、氫化苯二亞甲基二異氰酸酯、氫化甲苯二異氰酸酯、戊烷二異 氰酸酯和4-異氰酸根合甲基辛烷-1，8-二異氰酸酯。
[0020] 非常特別優(yōu)選的是使用二-或三異氰酸酯的異氰脲酸酯作為多異氰酸酯。還更優(yōu) 選的是使用己烷二異氰酸酯或異佛爾酮二異氰酸酯的異氰脲酸酯或它們的異氰脲酸酯的 混合物作為多異氰酸酯。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明合適的多元醇的實(shí)例是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任意有機(jī)脂族、環(huán)脂 族、芳族或雜環(huán)的多元醇。特別優(yōu)選的是所有多元醇的羥基官能度多2。
[0022] 合適的多元醇的實(shí)例是1，2,10-癸三醇、1，2,8-辛三醇、1，2, 3-三羥基苯、甘油、 1，1，1-三羥甲基丙烷、1，1，1-三羥甲基乙烷、季戊四醇或糖醇。
[0023] 特別優(yōu)選的多元醇是純脂族的化合物甘油、1，1，1-三羥甲基丙烷、1，1，1-三羥甲 基乙烷、季戊四醇和糖醇。
[0024] 本發(fā)明的一個(gè)【具體實(shí)施方式】提供了多元醇組分的OH含量是多25wt %且 < 60wt%，優(yōu)選多 30wt% 且< 60wt%，特別優(yōu)選多 35wt% 且< 60wt%。
[0025] 多異氰酸酯與多元醇的分子比率可以以這樣的方式調(diào)節(jié)，以使NCO基團(tuán)與OH基團(tuán) 的比率在0.95 : 1.00至1.20 : 1.00的范圍，優(yōu)選1.05 : 1.00,特別優(yōu)選1.00 : 1.00。
[0026] 本發(fā)明進(jìn)一步提供通過(guò)混合所述多異氰酸酯組分和所述多元醇組分，并任選加入 催化劑和/或添加劑，并任選加熱該混合物來(lái)生產(chǎn)本發(fā)明的聚氨酯的方法。
[0027] 所述多異氰酸酯組分和所述多元醇組分可例如在本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的多種靜 態(tài)或動(dòng)態(tài)混合組件的幫助下混合。
[0028] 本發(fā)明方法的一個(gè)優(yōu)選的【具體實(shí)施方式】提供，在混合過(guò)程之前，將所述多異氰酸 酯組分和所述多元醇組分加熱到30到90°C，優(yōu)選35到80°C，特別優(yōu)選40到60°C的溫度。
[0029] 同樣優(yōu)選的是催化劑的加入量為0. 001到0.1 OOwt %，優(yōu)選為0. 002到 0. 050wt%，特別優(yōu)選為0. 005到0. 030wt%，基于所述多異氰酸醋組分和多元醇組分的質(zhì) 量總和計(jì)。
[0030] 合適的催化劑的實(shí)例是例如在 Becker/Braun，Kunststoffhandbuch Band 7， Polyurethane，第3. 4章中列出的典型的氨基甲酸醋化的催化劑?？梢允褂玫囊环N特別的 催化劑是選自胺和有機(jī)金屬化合物，優(yōu)選選自有機(jī)錫化合物和有機(jī)鉍化合物的化合物，特 別優(yōu)選二月桂酸二丁基錫。
[0031] 該催化劑可以以用合適的溶劑稀釋的形式或未稀釋的形式加入到兩種組分中的 一種中。優(yōu)選的是將該催化劑與一種組分進(jìn)行預(yù)混合，不加入溶劑，在該組分與其它組分混 合之前。
[0032] 可以添加多種添加劑作為另外的組分，實(shí)例為阻燃劑、染料、熒光劑、透明填料、光 穩(wěn)定劑、抗氧化劑、具有觸變效果的試劑、脫模劑、增粘劑、光散射劑、和任選的其它助劑和 添加物質(zhì)。
[0033] 為了防止不希望的副反應(yīng)和氣泡形成，在混合之前，任選使用合適的方法將起始 材料干燥和脫氣。
[0034] 由于少量的水分會(huì)導(dǎo)致氣泡形成，因此，在本發(fā)明的方法中有利的是，在無(wú)水條 件下混合所述多異氰酸酯組分和多元醇組分，以及任選的其它成份。因此，混合物中殘留 的水含量應(yīng)保持足夠小，以避免出現(xiàn)任何不期望的效果。該混合物中的水含量可優(yōu)選為 < 0. 5wt %。
[0035] 本發(fā)明的方法也可使用最高40wt %的有機(jī)溶劑進(jìn)行，但是優(yōu)選不使用或僅使用少 量溶劑
[0036] 本發(fā)明還進(jìn)一步提供包含本發(fā)明的聚氨酯或由其組成的光學(xué)元件。
[0037] 本發(fā)明的光學(xué)元件可以通過(guò)多種生產(chǎn)方法生產(chǎn)，例如澆鑄，快速注射成型（RM)， 浸涂或其它涂布方法，或其它合適的工藝。
[0038] 該光學(xué)元件可以優(yōu)選是光導(dǎo)體，光擴(kuò)散器，或透鏡。
[0039] 本發(fā)明的光學(xué)元件的實(shí)例可以是在汽車前燈中的透鏡，光學(xué)校正透鏡，光導(dǎo)體，具 有任選混