[发明专利]热塑性聚氨酯组合物、制品及其方法

说明书

本发明公开了改进的热塑性聚氨酯组合物、制品以及相关方法。这些组合物包含具有范围为57重量％至80重量％的硬链段含量的脂族热塑性聚氨酯。硬涂层组合物具有至少70的肖氏D硬度，并且可显示出25摄氏度下至少150％的断裂伸长率测试结果。这些材料在硬化时可起到装饰性和/或保护性功能的作用，同时显示出中等温度下的高度伸长率和高硬度两者。

技术领域

提供了聚氨酯组合物、由其衍生的膜以及相关方法。更具体地，提供的聚氨酯组合物是适用于保护性和装饰性膜应用的热塑性聚氨酯。

背景技术

聚氨酯代表广泛的一类具有极大商业和工业重要性的聚合物。虽然这些材料可以配制成具有各式各样的材料特性，但是聚氨酯凭借其耐磨性、韧性、柔韧性、抗冲击性、撕裂强度和耐化学性而为人们所熟知。主要应用包括膜、涂料、弹性体以及泡沫。膜和涂料可特别有利于保护基材免受环境风化、化学暴露、热和/或磨损。聚氨酯还可被工程化成高度透明的，并且如果需要，可成形为具有用于装饰应用的图形艺术的膜和涂料。

在化学上，聚氨酯的特征在于它们的特征氨基甲酸酯(-NH-CO-O-)键，并且通常通过在催化剂存在下使多官能异氰酸酯与多官能二醇或更通常地多元醇反应来制备。存在两种一般类型的聚氨酯，即热固性的和热塑性的。热固性聚氨酯通过共价键高度交联。热塑性聚氨酯的特征在于具有自有序嵌段结构的线性聚合链。这些聚氨酯通常是非交联的，但还可以是轻度交联的。热塑性聚氨酯的嵌段结构通常包括端对端彼此共价键合的交替的“硬”和“软”链段。硬链段聚集形成在环境温度下像物理交联一样作用，但是在加热时转化成熔融状态的结晶区。因此，热塑性聚氨酯非常适合于在三维制品上热成形，并且可被容易地再加工。

聚氨酯的某些有利的应用涉及它们在硬涂层应用中的用途。这些有利的应用包括例如保护机动车辆的外表面免受严酷环境条件的油漆保护膜或油漆替换膜。此类条件包括来自石头、沙子、碎片和昆虫的冲击，以及随时间推移可基本上使机动车外部劣化的一般的户外风化。复合聚氨酯膜先前已在美国专利5,405,675(Sawka等人)；5,468,532(Ho等人)；6,607,831(Ho)；6,383,644(Fuchs)；以及国际专利公布WO 2008/042883(Ho等人)中有所描述。

发明内容

关于硬涂层应用，热固性聚氨酯材料和热塑性聚氨酯材料呈现出竞争性优点和缺点。热塑性油漆保护膜可满足最小性能需求，但是将受益于耐污染性、耐化学性和紫外光(UV)稳定性的增加。热固性聚氨酯通常显示高度的耐污染性、耐化学性和耐UV性，但是需要多个涂布步骤，从而提高了制造成本，并且具有可阻碍其拉伸和适形于机动车辆的不规则轮廓的能力的高膜模量。此外，同时实现高度硬度和伸长率两者是一直未被现有技术热塑性聚氨酯材料充分解决的技术问题。

本文公开了改进的热塑性聚氨酯组合物、制品以及相关方法。发现当与现有的硬涂层组合物相比时，这些组合物惊人地显示出高的耐污染性、耐磨性、耐刮伤性、耐UV性和耐玻璃处理化学品性，同时还在高硬度水平下提供非常高度的伸长率。这些材料的可加工性使它们特别适用于用于保护性和装饰性应用的双真空热成形(有时称为真空接触粘结)部件。此外，这些聚氨酯显示出与较软的反应性挤出的热塑性聚氨酯涂层优异的粘附，从而使混合式复合膜构造具有各种潜在应用，这些潜在应用从遮黑膜(black out film)应用到双真空热成形部件应用。

在一个方面，提供了一种硬涂层组合物。该硬涂层组合物包含：脂族热塑性聚氨酯，该脂族热塑性聚氨酯具有范围为57重量％至80重量％的硬链段含量，其中该硬涂层组合物具有至少70的肖氏D硬度和25摄氏度下至少150％的断裂伸长率测试结果。

在另一个方面，提供了一种复合膜，该复合膜包括：硬涂层，该硬涂层具有相对的第一主表面和第二主表面并且包含前述的硬涂层组合物；以及粘合剂层，该粘合剂层延伸跨过第二主表面的至少一部分。