[发明专利]耐用性、导电性聚氨酯组合物和应用其的方法

说明书

一种适合于涂覆基底表面的聚氨酯组合物。聚氨酯组合物可包含脂族聚酯型氨基甲酸酯基质和氟化离子防静电添加剂。脂族聚酯型氨基甲酸酯基质可包含脂族二异氰酸酯、具有聚酯二醇和聚酯三醇的聚酯多元醇、和磺化聚酯型氨基甲酸酯多元醇。

技术领域

本发明总体涉及聚氨酯组合物和掺合这种组合物的涂覆飞行器透明件(transparencies)，并且更具体地，涉及具有杰出静电消散能力的、优越的抗腐蚀性、和优秀的环境耐久性的透明的聚氨酯组合物。

背景技术

用于现代军用飞行器的透明件常常需要位于外表面上的保护性的、抗腐蚀的涂料或膜。需要这种保护性外层以防止损坏脆性的底层金属或陶瓷导电涂料(如金、银、或铟锡氧化物(ITO))，或保护具有有限的环境耐久性的塑料表面(如聚碳酸酯)。透明的聚氨酯涂层和膜由于其优秀的透明性(transparency)、优越的抗腐蚀性、和良好的环境耐久性而被优选用于这些应用。

飞行器透明件的外表面易受静电充电影响，尤其对于高性能现代军用飞行器。该充电是通过在飞行期间与冰晶和其它颗粒接触而引起的，这导致电荷经由摩擦电或摩擦效应转移到表面。该现象在工业中被称为沉淀充电、或沉积静电充电。

飞行器透明件的非导电性(电介质)外表面的沉积静电充电可产生影响飞行器性能、透明件使用寿命、和人身安全的几种严重问题。飞行期间的放电可导致由于介质击穿而损坏外涂层或者可导致对仪器的电子干扰。这种电荷积累也可对飞行和地面人员造成电击危险。

为了防止由沉积静电充电引起的这些问题，飞行器透明件的外层必须具有足够导电性以允许电荷排遍(drain across)表面流到机体或通过层的厚度流到下面的接地导电层。向大多数有机聚合物一样，聚氨酯通常是电的不良导体。因此，在需要静电耗散特性的应用中不进行改性的情况下，聚氨酯无法令人满意地使用。

过去已经使用了几种方法以改性聚氨酯以增加其导电性，并且从而更好地消散静电荷的积聚(buildup)。在一种这样的方法中，导电性纤维或颗粒被掺合到聚氨酯基质中。然而，该方法不适用于透明的聚氨酯，因为导电性填充材料是不透明的并且极大地减少改性材料的光透射。

在用于改性聚氨酯以增加其导电性的另一方法中，将导电性聚合物(如聚苯胺或聚噻吩盐)掺合到聚氨酯基质中。然而，再次，该方法不适用于透明的聚氨酯，因为导电性聚合物添加剂形成降低透明性的分散相。另外，聚苯胺、聚噻吩和其它导电性聚合物不具有良好的环境稳定性，并且通常引起对老化和环境降解的总体抗性的降低。

在用于改性聚氨酯以增加其导电性的又一方法中，亲水性添加剂(如胺和季铵盐)被用于增加聚氨酯的表面电导率。这些添加剂通过迁移到聚氨酯的表面发挥作用，其中它们吸引水并从而产生导电膜。然而，该方法不适合于聚氨酯涂层和层压件，因为添加剂也迁移到与底层表面接合的聚氨酯的表面，导致粘附力的丧失。另外，这种添加剂可随着时间丧失其效用，因为其可在正常使用条件下从聚氨酯析出。

用于改性聚氨酯以增加其导电性的其它方法——过去仅可用于聚氨酯泡沫——要求加入与增强剂偶联的可电离的金属盐。优选的盐阳离子是碱金属离子或碱土金属离子，并且优选的阴离子是无机酸或C2-C4羧酸的共轭碱。优选的增强剂是磷酸酯和脂肪酸的盐或酯。这些已知用于增加聚氨酯的导电性的添加剂都被认为对于用于透明的聚氨酯中不是完全令人满意的，并且特别是在用作现代军用飞行器透明件的涂层的聚氨酯中。

一般来说，已经发现非离子添加剂和多元醇改性剂只有以高水平使用时才能显著增强导电性，这可能不利地影响其它重要特性，如透明度和机械强度。离子添加剂(包括季铵盐和可电离的金属盐)通常在增强导电性方面更有效。该类最有效的已知添加剂是全氟烷基磺酸盐的可电离的金属盐。然而，这些离子添加剂都被认为对于用于用作涂料的透明的聚氨酯中不是完全令人满意的，因为它们是短效的，并且随着老化，它们可引起透明度的丧失、附着力的丧失、和电导率的丧失。