[發明專利]具有增強的靜電消散能力的透明聚氨酯防護涂層,膜和層壓組合物及其制備方法

有效

• 申請號: 201110280550.X
• 申請日: 2011-07-22
• 公開（公告）號: CN102431256A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: M·蒙柯;L·霍;S·桑林
• 申請（專利權）人: GKN航天透明系統公司
• 主分類號: B32B27/06
• 分類號: B32B27/06;B32B27/14;B32B27/40;C09D175/04;B32B3/12;B32B37/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 徐厚才;艾尼瓦爾

技術領域

本發明通常涉及透明聚氨酯組合物(trparent?polyurethane?compositions)，以及涉及加入這種組合物的涂覆的和層壓的(laminated)飛行器透明件(aircraft?transparencies)，并且更具體地，涉及具有抗靜電或靜電消散性能的這種組合物、涂覆的透明件、和層壓材料。?

背景技術

用于現代軍用飛行器的透明件經常需要位于外表面上的保護性的、防浸蝕涂層或膜。需要這種保護性外層來防止對下面的脆弱金屬或陶瓷導電涂層如金或氧化銦錫(ITO)的破壞，或者保護具有有限的環境耐久性的塑料表面如聚碳酸酯。透明聚氨酯涂層和膜優選用于這些應用，這是由于它們的優越抗侵蝕性能、優秀的透明度和優良的環境耐久性。?

飛行器透明件的外表面遭受靜電帶電，特別是對于高性能飛行器。該帶電由在飛行過程中與冰晶及其他粒子的接觸造成，其導致電荷通過摩擦帶電或摩擦效應轉移到表面。這種現象在工業中稱為沉淀帶電(precipitation?charging)、或p-靜電帶電(p-static?charging)。?

非導電(介電)外表面的P-靜電帶電能夠引起影響飛行器性能、透明件使用壽命和安全性的幾個嚴重問題。飛行過程中的放電能夠導致由介電擊穿引起的外涂層破壞或者能夠導致對儀器的電子干擾。這種電荷積聚也可以引起對飛行和地勤人員的電擊事故。?

為防止由帶電導致的這些問題，飛行器透明件的外層必須足夠導電以使電荷穿過表面排放至機體(airframe)或經過該層的厚度排放到下面的導電金屬或金屬氧化物層。聚氨酯和其他有機聚合物通常是電的不良導體。因此，這些聚合物不經過改性無法令人滿意的應用于需要靜電消散性能的應用中。?

在過去幾種方法已經被用于改性聚氨酯來增加它們的導電性，從而更好的消散靜電荷的積累。在一種此類方法中，導電纖維或粒子被加入到聚氨酯基質中。?然而，因為導電填料材料是不透明的并且大大地降低改性的材料的光透射，這種方法不適合應用于透明的聚氨酯。對于最高抗侵蝕性所需要的相對厚的層，＞0.002英寸(＞50μ)，摻入所需含量的這些添加劑強烈地降低光透射。?

在改性聚氨酯以增強它們的導電性的另一個方法中，導電聚合物如聚苯胺或聚噻吩鹽被摻入到聚氨酯基質中。然而，同樣地，這種方法不適于用于透明的聚氨酯，因為導電聚合物添加劑形成降低透明度的分散相。另外，聚苯胺、聚噻吩及其他導電聚合物不具有優良的環境穩定性并且通常導致整體耐候性和耐環境降解性的降低。?

在用于改性聚氨酯以增強它們的導電性另一個方法中，親水性添加劑如胺和季銨鹽被用于增強聚氨酯的表面導電性。這些添加劑通過遷徙到聚氨酯的表面來起作用，在那里它們吸引水并由此產生導電膜。然而，該方法不適于聚氨酯涂層和層壓材料，因為所述添加劑還遷徙到與下面的基材接界的聚氨酯表面，導致粘結性的喪失。另外，此類添加劑會隨著時間喪失它們的效力，因為在正常使用條件下它們會從聚氨酯滲出(leach)。?

通常，已經發現非離子添加劑和多元醇改性劑只有以高水平使用才顯著增強導電性，這會不利地影響其他重要性能，如透明性和機械強度。離子添加劑，包括季胺鹽和可離子化的(ionizable)金屬鹽，通常在增強導電性方面更有效。已知的最有效的這類添加劑是全氟烷基磺酸鹽的可離子化金屬鹽。然而，對于用于用作涂層或用于層壓材料中的透明聚氨酯中，沒有一種這些離子添加劑被認為是完全令人滿意的，因為它們是短效的并且隨著老化它們會導致透明性的喪失和粘結性的喪失。?

對于用到透明的聚氨酯，特別是用到用作飛行器窗戶的涂層或用于飛行器窗戶層壓材料中的聚氨酯中，沒有一種用于增加聚氨酯的導電性的這些已知添加劑被認為完全令人滿意。?

最近，包含較少短效添加劑或改性劑的體系已經被開發出來，其與分散的鹽相比展示出提高的性能。這些體系描述在Sandlin等的美國專利No.6,458,875中。通過使用加入到聚氨酯多元醇主鏈中的離子官能團來生成真正非-短效的離子體系，已經展示了超過在美國專利No.6,458,875公開的那些的額外性能改善。這些改性代表了本領域的現狀。?

所有現有技術中用于增強厚聚氨酯涂層和膜的導電性的改性方法都受到一?種限制：導電性(condictivity)強烈取決于溫度。隨著降低溫度，導電性和消散累積的表面電荷的能力呈數量級下降。因為在高海撥飛行的飛行器經常經受-40°F或更低的透明件表面溫度，所以必須在低溫保持靜電釋放能力。目前的體系勉強滿足該需求。?