CN100375768C

CN100375768C - 一种用于光学塑料表面增强的有机硅耐磨透明涂料

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Publication number: CN100375768C
Application number: CNB2006100504225A
Authority: CN
Inventors: 高长有; 詹学贵; 何涛; 邵月刚
Original assignee: Zhejiang Xinan Chemical Industrial Group Co Ltd; Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang Xinan Chemical Industrial Group Co Ltd; Zhejiang University ZJU
Priority date: 2006-04-19
Filing date: 2006-04-19
Publication date: 2008-03-19
Anticipated expiration: 2026-04-19
Also published as: CN1834180A

Abstract

本发明公开的有机硅耐磨透明涂料包括A、B两种组分，按体积百分比计，A组分的含量为83.3%～86.7%，B组分的含量为13.3%～16.7%；其中，A组分含有体积百分比为25%～31%的有机硅单体，0.2%～1%的流平剂，68%～74.6%的溶剂；B组分含有重量百分比为6.2%～9.9%的浓盐酸，89.7%～93.1%的水，0.4%～1.1%的固化剂。本发明的涂料存储期长，使用方法简单。在光学塑料表面形成的涂层性能优越，增强效果明显，经涂层增硬后，光学塑料耐磨性得到很大提高，透光性能良好。

Description

一种用于光学塑料表面增强的有机硅耐磨透明涂料

技术领域

本发明涉及一种有机硅耐磨透明涂料，尤其是用于光学塑料表面增强的有机硅耐磨涂料。

背景技术

光学塑料因具有密度低、抗冲击性能好、易加工成型等优点，常用作光学部件。但其耐摩擦、抗溶剂性能不好，限制了其使用范围。通过表面增强以提高这类材料的表面硬度，是一种简便而实用的方法，可以扩大这类材料的应用领域，如制作各种透镜和眼镜片。在表面增强材料中，耐磨透明涂层具有工艺简单、操作方便、成本低廉、性能优良而得到日益广泛的应用。其中，以水解成膜得到聚有机硅氧烷耐磨涂层较为普遍。这种方法称之为溶胶一凝胶法。有机硅硬质涂料具有硬度高、透明、耐磨、耐高温、低温不脆化和耐辐射等优点，现已广泛用作树脂镜片、光学透镜、背投电视屏幕的保护屏、阳光板、飞机的风挡玻璃等塑料光学部件的耐磨涂层；其中树脂镜片耐磨涂料的用量最大。

国外从60年代后即开始研究用于光学塑料的有机硅耐磨涂料；国内对有机硅耐磨涂料的研究起步晚，迄今尚未见可用于聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚碳酸酯(PC)的有机硅耐磨透明涂料。目前国内的一些塑料镜片生产厂家所用涂料几乎全部依赖进口，价格昂贵。

发明内容

本发明的目的是提供一种价格低廉、易于制得且性能优越的用于光学塑料表面增强的有机硅耐磨透明涂料。

本发明的用于光学塑料表面增强的有机硅耐磨透明涂料包括A、B两种组分，按体积百分比A组分的含量为83.3％～86.7％，B组分的含量为13.3％～16.7％；其中，A组分含有体积百分比为25％～31％的有机硅单体，0.2％～1％的流平剂，68％～74.6％的溶剂；B组分含有重量百分比为6.2％～9.9％的浓盐酸，89.7％～93.1％的水，0.4％～1.1％的固化剂，浓盐酸的浓度为36～38％，所说的有机硅单体是由体积百分比为：正硅酸乙酯22.8％～31.2％，甲基三甲氧基硅烷46.1％～53.9％，γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷10.7％～19.2％，γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷6.3％～13％组成。

本发明中，所有的组分均为市售商品，所说的溶剂可以是异丙醇或乙醇；流平剂可以采用聚氧化乙烯化二甲基硅氧烷；固化剂可以是盐酸胍或碳酸胍；浓盐酸的浓度为36％～38％。

制备方法如下：将体积百分比含量为25％～31％的有机硅单体，0.2％～1％的流平剂，68％～74.6％的溶剂在常温常压下混合，得到A组分；将重量百分比含量为6.2％～9.9％的浓盐酸，89.7％～93.1％的水，0.4％～1.1％的固化剂在常温常压下混合，得到B组分。按体积百分比将13.3％～16.7％的B组分加入到83.3％～86.7％A组分中，充分混合放置至少5个小时，即得到有机硅耐磨透明涂料。

在光学塑料表面涂覆有机硅耐磨透明涂料的方法：

采用浸渍成膜的方法，在光学塑料板材或镜片上涂覆有机硅耐磨透明涂料。对于聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，涂覆的条件为20℃～25℃，湿度45％～55％。在PMMA表面形成涂层后，在50℃、45％～55％的相对湿度下预干燥10分钟，再经80℃下固化2～4小时即可。

对于聚碳酸酯(PC)板材或镜片，用50％的甲基三甲氧基硅烷的异丙醇溶液预涂覆，预涂覆的条件为20℃～25℃，湿度45％～55％。干燥后，采用浸渍成膜的方法，在PC板材或镜片上涂覆有机硅耐磨透明涂料，涂覆的条件为20℃～25℃，湿度45％～55％。在PC板材或镜片表面形成涂层后，在50℃、45％～55％的相对湿度下干燥10分钟，再经120℃下固化2～4小时即可。

本发明的有益效果在于：

本发明的涂料在光学塑料表面形成的涂层性能优越，增强效果明显，经涂层增硬后，光学塑料耐磨性得到很大提高，透光性能良好。在PMMA上其耐磨性可达0.1，涂膜的透光性能可达94.8％，涂膜铅笔硬度可达6H。在PC上其耐磨性可达0.9，透光性可达91％，铅笔硬度可达4H。本发明的涂料存储期长，可达6个月，使用方法简单。

附图说明

图1是硬度与固化时间的关系；

图2是涂层表面接触角随固化时间的变化；

图3是PMMA涂膜前后的紫外可见透过光谱。

具体实施方式

实施例1

A组分：按体积百分比含有有机硅单体25.4％，聚氧化乙烯化二甲基硅氧烷0.2％，异丙醇74.4％；其中有机硅单体由正硅酸乙酯22.8％，甲基三甲氧基硅烷53.9％，γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷17％，γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷6.3％组成。

B组分：按重量百分比含有水91.4％，浓度为38％的盐酸8.1％，盐酸胍0.5％；

在室温下，按体积百分比将15％B组分加入到85％A组分中，充分混合放置24小时，得有机硅耐磨透明涂料。

在光学塑料表面涂覆有机硅耐磨透明涂料的方法：

1)在PMMA镜片表面涂覆有机硅耐磨透明涂料

用水清洗PMMA镜片，常温晾干，然后在异丙醇中浸泡30秒，取出后40℃干燥；

在25℃和50％的相对湿度下，将经上述预处理过的PMMA镜片，浸入涂料中5分钟后匀速提拉，提拉速度30cm/min；在50℃，湿度55％下干燥10分钟后，在80℃的烘箱中干燥固化3h，冷却后即得耐磨涂层。所得膜层的硬度在5H-6H，透光性94％。

2)在PC镜片表面涂覆有机硅耐磨透明涂料

用50％的甲基三甲氧基硅烷的异丙醇溶液预涂覆，预涂覆的条件为25℃，湿度50％。干燥后，采用浸渍成膜的方法，PC镜片上涂覆耐磨涂料。涂覆的条件为25℃，湿度50％。在PC镜片表面形成涂层后，在50℃、55％的相对湿度下预干燥10分钟，再在120℃的烘箱中固化3h，得到耐磨涂层。所得膜层的硬度在3H-4H，透光性90.5％。

实施例2

A组分：按体积百分比含有有机硅单体25％，聚氧化乙烯化二甲基硅氧烷0.4％，异丙醇74.6％；其中有机硅单体由正硅酸乙酯30.8％，甲基三甲氧基硅烷46.1％，γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷15.4％，γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷7.7％组成。

B组分：按重量百分比含有水90.4％，浓盐酸8.9％，盐酸胍0.7％；

在室温下，按体积百分比将13.3％B组分加入到86.7％A组分中，充分混合放置24小时，得有机硅耐磨透明涂料。

用实施例1中相同方法在PMMA镜片表面镀制耐磨涂层。所得膜层的硬度在6H，透光性94.8％。

用实施例1中相同方法在PC镜片表面镀制耐磨涂层。所得膜层的硬度在3H-4H，透光性91％。

PMMA镜片表面涂层铅笔硬度随固化时间的变化(见图1)，随着固化时间的增加，PMMA镜片的表面硬度逐渐增大。将涂料涂于PMMA板材表面，80℃固化时耐磨涂层表面接触角随固化时间的变化，如图2所示，可见随着固化时间的延长，表面接触角逐渐增加，并且趋向于一个恒定的大小。图3所示是PMMA镜片涂膜前后的紫外可见透过光谱，由图3可见，涂膜后的可见光范围内的透过率与涂膜前相比有所增加。

实施例3

A组分：按体积百分比含有有机硅单体27％，聚氧化乙烯化二甲基硅氧烷0.4％，异丙醇72.6％；其中有机硅单体由正硅酸乙酯23％，甲基三甲氧基硅烷53.3％，γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷10.7％，γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷13％组成。

B组分：按重量百分比含有水93.1％，浓盐酸6.2％，碳酸胍0.7％；

用实施例1中相同方法在PMMA镜片表面镀制耐磨涂层。所得膜层的硬度在5H-6H，透光性94％。

用实施例1中相同方法在PC镜片表面镀制耐磨涂层。所得膜层的硬度在3H，透光性90.6％。

实施例4

A组分：按体积百分比含有有机硅单体26％，聚氧化乙烯化二甲基硅氧烷0.4％，乙醇73.6％；其中有机硅单体由正硅酸乙酯26.9％，甲基三甲氧基硅烷46.2％，γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷19.2％，γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷7.7％组成

B组分：按重量百分比含有水89.7％，浓盐酸9.9％，碳酸胍0.4％；

在室温下，按体积百分比将16.7％B组分加入到83.3％A组分中，充分混合放置24小时，得有机硅耐磨透明涂料。

用实施例1中相同方法在PMMA镜片表面镀制耐磨涂层。所得膜层的硬度在5H，透光性94％。

用实施例1中相同方法在PC镜片表面镀制耐磨涂层。所得膜层的硬度在3H，透光性90％。

实施例5

A组分：按体积百分比含有有机硅单体31％，聚氧化乙烯化二甲基硅氧烷1％，异丙醇68.0％；其中有机硅单体由正硅酸乙酯30.6％，甲基三甲氧基硅烷46.1％，γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷15.6％，γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷7.7％组成；

B组分：按重量百分比含有水90.0％，浓盐酸8.9％，盐酸胍1.1％；

在室温下，按体积百分比将16％B组分加入到84％A组分中，充分混合放置5小时，得有机硅耐磨透明涂料。

用实施例1中相同方法在PMMA镜片表面镀制耐磨涂层。所得膜层的硬度在6H，透光性94％。

用实施例1中相同方法在PC镜片表面镀制耐磨涂层。所得膜层的硬度在3H-4H，透光性90％。

Claims

1.一种用于光学塑料表面增强的有机硅耐磨透明涂料，其特征是包括A、B两种组分，按体积百分比A组分的含量为83.3％～86.7％，B组分的含量为13.3％～16.7％；其中，A组分含有体积百分比为25％～31％的有机硅单体，0.2％～1％的流平剂，68％～74.6％的溶剂；B组分含有重量百分比为6.2％～9.9％的浓盐酸，89.7％～93.1％的水，0.4％～1.1％的固化剂，浓盐酸的浓度为36～38％，所说的有机硅单体是由体积百分比为：正硅酸乙酯22.8％～31.2％，甲基三甲氧基硅烷46.1％～53.9％，γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷10.7％～19.2％，γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷6.3％～13％组成。

2.根据权利要求1所述的用于光学塑料表面增强的有机硅耐磨透明涂料，其特征是所说的溶剂是异丙醇或乙醇。

3.根据权利要求1所述的用于光学塑料表面增强的有机硅耐磨透明涂料，其特征是所说的流平剂是聚氧化乙烯化二甲基硅氧烷。

4.根据权利要求1所述的用于光学塑料表面增强的有机硅耐磨透明涂料，其特征是所说的固化剂是盐酸胍或碳酸胍。