CN101165128B - 基于硅氧烷的涂料组合物,其制备方法及用该涂料组合物涂敷的光学透镜 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有优良的抗磨性、透明度和染色性的基于硅氧烷的涂料组合物，其制备方法及用该涂料组合物涂敷的光学透镜。该基于硅氧烷的涂料组合物由有机硅烷化合物、铝络合物、无机氧化物(高折射率填料)、常用溶剂和溶剂组成。通过包括有机硅烷化合物和铝络合物，本发明的基于硅氧烷的涂料组合物具有优良的抗磨性和染色性，通过包括对水和有机溶剂都具有亲和力的常用溶剂，基于硅氧烷的涂料组合物具有优良的透明度。该组合物可以被用作包括光学透镜、工业安全眼镜和休闲护目镜的高透明性塑料透镜表面的涂层。

Description

基于硅氧烷的涂料组合物,其制备方法及用该涂料组合物涂敷的光学透镜
技术领域
本发明涉及一种具有优良的抗磨性、透明度和染色性的基于硅氧烷的涂料组合物；其制备方法；以及用该组合物涂敷的光学透镜。更具体地说，本发明涉及一种用于在基板表面形成中等、高和超高折射率的涂层的基于硅氧烷的涂料组合物，其具有优良的抗磨性、透明度和染色性且可以被用于包含光学透镜、工业安全眼镜、休闲护目镜等的高透明性塑料透镜表面的涂层；本发明还涉及该涂料组合物的制备方法；以及用该涂料组合物涂敷的光学透镜。
背景技术
由于优良的抗磨性，常规玻璃透镜已被广泛使用。然而，其容易受外部的冲击而破碎且很难着色。另外，同样很难赋予玻璃透镜特殊功能，例如阻断UV。因此，玻璃透镜已被透明塑料透镜替代。塑料透镜是轻的，具有优良的透明度、抗碎性和染色性，且易于被赋予特殊功能。然而，塑料透镜的特征是具有柔软的表面，所以易被划伤，且易受外部冲击而裂化，所以作为透镜其具有有限的用途。为有利于解决上述问题，已用具有优良的抗磨性的有机或硅化合物的涂层剂涂敷塑料透镜。
用于塑料透镜的涂料组合物优选具有较好的抗磨性、染色性、耐溶剂性、耐温水性、粘合力、光泽、透明度、可加工性和储藏稳定性，而没有一种或多种上述的受到限制的性能。
低折射率透镜CR-39(n＝1.49)曾经是最流行的透镜，但是，近来中等折射率透镜NK-55(n＝1.546)由于其重量轻和质量高，已变得更流行。另外，高折射率透镜MR8(n＝1.593)和超高折射率透镜MR7(n＝1.655)的需求增加。通过高折射率，重的透镜可以变得更薄和更轻。随着非球面透镜的引入，由像差引起的畸变已降低，从而提供更舒适的视觉。
通常，基板与基板上的涂层的折射率的差异产生像干涉条纹的虹。但是，如果二者之间的折射率没有差异，将观察不到干涉条纹，从而可以制备具有优良的透明度和外观的涂层。涂层的折射率需随着眼镜片的折射率的增加而增加。通过使用包含具有1.7～3.0的折射率的高折射率填料的有机或硅类涂料组合物将涂层的折射率调节到与基板的折射率相同的水平。
通常，高折射率填料由复合氧化物组成，该复合氧化物包含两种或多种选自由TiO2(折射率：2.5～2.7)、SiO2(折射率：1.5)、ZrO2(折射率：2.2)、SnO2(折射率：2.0)、Ce2O3(折射率：2.2)、BaTiO3(折射率：2.4)、Al2O3(折射率：1.73)和Y2O3(折射率：1.92)组成的组的氧化物，该填料主要分为有机溶剂分散溶胶和水分散溶胶。对于高折射率填料，制备包含该高折射率填料的基于有机和硅氧烷的涂料组合物的方法不同，即使使用相同的组分，例如抗磨性和透明性的涂层的性质也会因生产顺序而改变。
韩国专利号1998-2185描述了一种具有优良的储藏稳定性、抗磨性和染色性的基于硅氧烷的涂料组合物。然而，根据说明书，该基于硅氧烷的涂料组合物具有低透明度，使得该组合物不适合用于微型元件，例如光学透镜。
韩国专利公开号2000-20026描述了一种具有优良的冲击强度和抗磨性以及高折射率的涂料组合物。然而，该组合物具有较差的染色性和光泽，所以负载有该涂料组合物的休闲护目镜的质量成为问题。
韩国专利公开号2002-9786描述了一种具有改进的粘合力、光泽、可加工性能和储藏稳定性的基于硅氧烷的涂料组合物。但是，即使具有改进的性质，该涂料组合物依然具有低染色性，且在耐蒸煮性试验过程中涂层表面出现裂纹，说明该组合物不适合作为塑料透镜上面的涂层。
韩国专利公开号10-2005-0116346描述了一种由分散于有机溶剂的高折射率填料制备的具有优良的抗磨性、透明度、可加工性能和存储稳定性的基于硅氧烷的涂料组合物。然而，该高折射率填料分散于水时，制得的涂料组合物呈现降低的耐磨性和透明度。
韩国专利公开号10-2005-0126113和韩国专利公开号10-2006-0084252描述了一种制备分散于水的高折射率填料的方法，但是该专利中没有描述包含该填料的涂料组合物或制备该组合物的方法。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种具有优良的抗磨性、透明度和染色性的基于硅氧烷的涂料组合物及其制备方法。
本发明的另一个目的是提供一种用上述组合物涂敷的光学透镜。
本发明的上述目的和其它目的可以通过下面本发明的实施方式实现。
本发明提供一种具有优良的抗磨性、透明度和染色性的基于硅氧烷的涂料组合物以实现上述目的，该组合物由a)0.1～50重量份的由下面通式1表示的化合物、其水解产物或部分缩合物；b)10～60重量份的由下面通式2表示的化合物、其水解产物或部分缩合物；c)0.01～10重量份的铝络合物；d)1.0～100重量份的具有1.7～3.0的折射率的无机氧化物；e)最高30重量份的常用溶剂；和f)10～100重量份的溶剂。
[通式1]
R1 aSi(OR2)4-a
其中，R1和R2各自独立地选自由C1～C6烷基、C2～C6烯基、C1～C6烷基卤、C2～C6烯丙基和C3～C6芳香烃组成的组，且a为0～3的整数。
[通式2]
R3 bSi(OR4)4-b
其中，R3为
Figure S061G0824020061205D000041
R5为C1～C4亚烷基，R6选自由H、C1～C4烷基和
Figure S061G0824020061205D000042
组成的组，R7选自由H和C1～C4亚烷基组成的组，R4为C1～C6烷基，且b为0～3的整数。
本发明还提供一种制备具有优良的抗磨性、透明度和染色性的基于硅氧烷的涂料组合物的方法，该方法包括如下步骤：
a)在溶剂和催化剂存在下使i)由通式1表示的化合物、其水解产物或部分缩合物、或它们的混合物；和ii)由通式2表示的化合物、其水解产物或部分缩合物、或它们的混合物混合，接着通过溶胶-凝胶反应生成有机-无机溶胶；
b)向有机-无机溶胶中加入常用溶剂；
c)向常用溶剂中的有机-无机溶胶中加入具有1.7～3.0的折射率的无机氧化物；以及
d)在步骤a)或步骤b)的过程中加入铝络合物。
本发明进一步提供一种用本发明的具有优良的抗磨性、透明度和染色性的基于硅氧烷的涂料组合物涂敷的光学透镜。
下文参照附图详细地描述本发明的实施方式。
图1为根据试验例1的水分散的高折射率填料溶胶(OST-1，2)的粒子分布图。
图2为根据试验例1的有机溶剂分散的高折射率填料溶胶(DH40)的粒子分布图。
图3为展示试验例2中使用的常用溶剂的效果的照片。
根据本发明的具有优良的抗磨性、透明度和染色性的基于硅氧烷的涂料组合物包含a)0.1～50重量份的由通式1表示的化合物、其水解产物或部分缩合物；b)10～60重量份的由通式2表示的化合物、其水解产物或部分缩合物。
[通式1]
R1 aSi(OR2)4-a
其中，R1和R2各自独立地选自由C1～C6烷基、C2～C6烯基、C1～C6烷基卤、C2～C6烯丙基和C3～C6芳香烃组成的组，且a为0～3的整数。
[通式2]
R3 bSi(OR4)4-b
其中，R3为
Figure S061G0824020061205D000061
R5为C1～C4亚烷基，R6选自由H、C1～C4烷基和
Figure S061G0824020061205D000062
组成的组，R7选自由H和C1～C4亚烷基组成的组，R4为C1～C6烷基，且b为0～3的整数。
本发明的基于硅氧烷的涂料组合物的由通式1表示的化合物、其水解产物或部分缩合物(a)为通式1的有机硅烷化合物单元单体前体，该单元单体前体可以是通过在通式1的有机硅烷化合物、通式2的有机硅烷化合物和铝络合物中的溶胶-凝胶反应(进行缩合/脱氢反应)形成的无机网状结构的重复单元。
本发明的基于硅氧烷的涂料组合物的由通式2表示的化合物、其水解产物或部分缩合物(b)为通式1的有机硅烷化合物单元单体前体，该单元单体前体可以是通过在通式1的有机硅烷化合物、通式2的有机硅烷化合物和铝络合物中的溶胶-凝胶反应(进行缩合/脱氢反应)形成的无机网状结构的重复单元。
通式1的有机硅烷化合物中，在a至少为1时，R1优选为甲基。R1的烷基越长，产生的涂层的表面变得越柔软，意味着涂层物理性质的降低。除了甲基之外，如果需要可以包含其它的交换基，但是包含甲基的硅烷化合物的摩尔数必须比其它硅烷化合物的摩尔数大。在a为0时，R2优选为C1～C6烷基。
通式1的有机硅烷化合物选自由甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、二甲基二甲氧 基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、乙烯基甲基二甲氧基硅烷、丁基三甲氧基硅烷、二苯基乙氧基乙烯基硅烷、甲基三异丙氧基硅烷、甲基三乙酰氧基硅烷、四苯氧基硅烷、四丙氧基硅烷、乙烯基三异丙氧基硅烷和其混合物组成的组。
相对于组合物的总重量，通式1的有机硅烷化合物的优选含量为0.1～50重量份，且更优选的含量为1.0～30重量份。如果该含量低于上述范围，涂层的抗磨性会降低。与此相反，如果该含量高于上述范围，耐温水试验过程中涂层会出现裂纹。
通式2的有机硅烷化合物包含环氧官能团，且其与有机染料在基板上涂料组合物的硬化过程中参与着色或染色。
通式2的有机硅烷化合物选自由3-环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷、3-环氧丙氧丙基三乙氧基硅烷、3-环氧丙氧丙基甲基甲氧基硅烷、3-环氧丙氧丙基甲基乙氧基硅烷、β-(3，4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷和其混合物组成的组。
相对于组合物的总重量，通式2的有机硅烷化合物的含量为10～60重量份，且更优选的含量为20～40重量份。如果该含量低于上述范围，耐温水试验过程中涂层会出现裂纹。与此相反，如果该含量高于上述范围，涂层的抗磨性会降低。
本发明的基于硅氧烷的涂料组合物包含铝络合物，该络合物为单体前体，该单体前体可以是通过铝络合物和通式1或2的有机硅烷化合物、其水解产物或部分缩合物的氧化或溶胶-凝胶反应(进行缩合/脱氢)形成的无机网状结构的铝-硅氧化物络合物或氧化铝的重复单元。通过参与涂料组合物的干燥，铝络合物提高抗磨性或可加工性能。
相对于组合物的总重量，铝络合物的含量为0.01～10重量份，且更优选为0.05～5重量份。如果该含量低于上述含量范围，铝络合物的加入不起作用，所以涂层的抗磨性会降低或即使在干燥过程中涂层依然是粘的，具有降低的可加工性。如果该含量高于上述范围，涂层的透明度会降低，从而降低最终产品的质量。
应用到本发明的涂料组合物的铝络合物以异丙醇铝、硼酸铝、溴化铝、碳化铝、氯化铝、氢氧化铝、氮化铝、乙酰丙酮铝、硅酸铝和其混合物为例。
本发明的基于硅氧烷的涂料组合物包含无机氧化物。无机氧化物起控制基于硅氧烷的涂料组合物的折射率的作用。因此，将无机氧化物负载到基于硅氧烷的涂料组合物上时，能够形成中等、高和超高折射率的涂层，且用作调节折射率以使其与应用到光学透镜等的基板的折射率相同的高折射率填料。无机氧化物将由涂料组合物形成的涂层的折射率调节至1.5～1.8，说明能够形成中等、高和超高折射率的层。
无机氧化物具有1.7～3.0的折射率，且包括金属的单一氧化物或复合氧化物和无机氧化物-络合物。无机氧化物分散于水或有机溶剂并将该分散加入本发明的基于硅氧烷的涂料组合物。
无机氧化物优选选自由氧化钛(TiO2，折射率：2.5～2.7)、氧化锆(ZrO2，折射率：2.2)、氧化锡(SnO2，折射率：2.0)、氧化铈(Ce2O3，折射率：2.2)、钛酸钡(BaTiO3，折射率：2.4)、氧化铝(Al2O3，折射率：1.73)、氧化钇(Y2O3，折射率：1.92)和其混合物组成的组。
本发明的无机氧化物可以是复合氧化物，其由至少两种不同的优选选自由氧化硅(SiO2)、氧化钛(TiO2)、氧化锆(ZrO2)、氧化锡(SnO2)、氧化铈(Ce2O3)、钛酸钡(BaTiO3)、氧化铝(Al2O3)和氧化钇(Y2O3)组成的 组的无机氧化物通过化学键形成。更优选地，复合氧化物可以是TiO2-SiO2，TiO2-ZrO2或TiO2-ZrO2-SiO2。
包含于无机氧化物-络合物复合物中的络合物选自由乙酰丙酮、1，3-二苯基-1，3-丙二酮(C6H5C(O)CH2C(O)C6H5)、叔丁基叔丁基酮((CH3)3CC(O)CC(CH3)3)、4-叔丁基二甲基甲硅烷氧基-3-戊烯-2-酮、4-(三甲基甲硅烷氧基)-3-戊烯-2-酮、甲基溶纤剂、乙基溶纤剂、丁基溶纤剂、异丙基溶纤剂和其混合物组成的组。
无机氧化物的成分取决于折射率，且无机氧化物的优选成分为TiO2或TiO2-乙酰丙酮(acethylacetone)。
为了在基于硅氧烷的涂料组合物中稳定地分散以及涂层的透明度，无机氧化物的初级粒子的平均直径优选为1～20nm，且次级粒子(通过初级粒子的凝聚形成)的平均直径最高到200nm。次级粒子的平均直径更优选为5～200nm，且最优选为5～30nm。
总的组合物中无机氧化物的含量优选为1.0～100重量份，更优选为5～80重量份。如果该含量低于上述范围，不会产生具有适当折射率的涂层。与此相反，如果该含量高于上述范围，涂层中会出现裂纹，因此涂层会被扯开或涂层的硬度会明显降低。
本发明的基于硅氧烷的涂料组合物包含常用溶剂。本发明的常用溶剂包括对水和有机溶剂都具有亲和力的全部溶剂，且更具体地说，是对有机修饰的无机氧化物和有机溶剂具有亲和力的溶剂。常用溶剂选自由乙酰丙酮、丙酮、双丙酮醇(DAA)、二甲基甲酰胺(DMF)、四氢呋喃(THF)、甲基溶纤剂(MC)、乙基溶纤剂(EC)、N-甲基吡咯烷、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、1，3-二苯基-1，3-丙二酮、叔丁基叔丁基酮、4-叔 丁基二甲基甲硅烷氧基-3-戊烯-2-酮、4-(三甲基甲硅烷氧基)-3-戊烯-2-酮、乙酸乙酯、1，4-二氧杂环己烷、2-吡咯烷酮、二甲基亚砜、二甲基乙酰胺、C1～C5烷基溶纤剂和其混合物组成的组。C1～C5烷基溶纤剂选自由甲基溶纤剂、乙基溶纤剂、丁基溶纤剂、异丙基溶纤剂和其混合物组成的组。
全部组合物中常用溶剂的含量最高到30重量份，且更优选为最高到25重量份。如果该含量超过30重量份，染色过程中产物会依然是粘的，且涂覆性能降低。
基于硅氧烷的涂料组合物包含溶剂。该溶剂与常用溶剂被分开加入，其用作通式1和2的有机硅烷化合物及铝络合物的溶胶-凝胶反应的反应溶剂，以及用作无机氧化物的铺展溶剂。该溶剂可以选自由甲醇、乙醇、异丙醇、正丙醇、正丁醇、仲丁醇、叔丁醇、乙酸乙酯、乙酸甲酯、二甲苯、甲苯和其混合物组成的组，但是不总是局限于此。相对于全部组合物，该溶剂的含量为10～100重量份，且更优选30～80重量份。
本发明的基于硅氧烷的涂料组合物可以另外包含催化剂。该催化剂起调剂pH、反应速度和与基板的粘合的作用，以提高储存稳定性和抗磨性。该催化剂可以选自由如乙酸、磷酸、硫酸、盐酸、硝酸、氯磺酸、对甲苯磺酸、三氯乙酸、多磷酸、碘酸、碘酸酐和高氯酸的酸催化剂；如氢氧化钠、氢氧化钾、正丁胺、二正丁胺、咪唑和高氯酸铵的碱催化剂；和其混合物组成的组，但不总是局限于此。
本发明的基于硅氧烷的涂料组合物具有优良的抗磨性、透明度和染色性。本领域的技术人员还应该理解，只要其不降低本发明的效果， 可以加入有助于提高与涂布基材的粘合性、可加工性能及抗反射的任何添加剂。
上述添加剂可以选自由聚烯烃环氧树脂、环己烷氧化物、多缩水甘油醚、双酚A环氧树脂、环氧丙烯酸树脂；和如二苯甲酮(benzephenone)、苯并三唑和苯酚的UV吸收剂组成的组，且其不总是局限于此。为提高涂覆性能，可以加入各种表面活性剂，其以二甲基硅氧烷/聚醚嵌段共聚物或接枝共聚物或氟化表面活性剂为例。
可以通过任何常规方法制备具有优良的抗磨性、透明度和染色性的基于硅氧烷的涂料组合物，但是优选通过包括如下步骤的方法制备：
a)在溶剂和催化剂存在下使i)由通式1表示的化合物、其水解产物或部分缩合物、或它们的混合物；和ii)由通式2表示的化合物、其水解产物或部分缩合物、或它们的混合物混合，接着通过溶胶-凝胶反应生成有机-无机溶胶；
b)向有机-无机溶胶中加入常用溶剂；
c)向常用溶剂中的有机-无机溶胶中加入具有1.7～3.0的折射率的无机氧化物；以及
d)在步骤a)或步骤b)的过程中加入铝络合物。
根据本发明，为制备具有优良的抗磨性、透明度和染色性的基于硅氧烷的涂料组合物，第一步为a)使i)由通式1表示的化合物、其水解产物或部分缩合物、或它们的混合物；和ii)由通式2表示的化合物、其水解产物或部分缩合物、或它们的混合物混合，以此在溶剂和催化剂的存在下进行溶胶-凝胶反应以生成有机-无机溶胶。
由通式1或2表示的化合物的水解产物是具有羟基(-OH)的有机硅烷化合物衍生物，羟基由通式1或2的有机硅烷化合物的烷氧基与水反应而获得。
由通式1或2表示的化合物的部分缩合物是通过通式1或2的有机硅烷化合物(作为单体前体)或其水解产物的溶胶-凝胶反应(进行脱氢/缩合)形成的无机网状结构的缩合物。
通过考虑反应速度和反应溶剂的沸点来决定溶胶-凝胶反应的温度和压力，其优选为20～40℃和环境压力。
在由溶胶-凝胶反应获得的有机-无机溶胶中，通式1和2的化合物在低温下短时间内形成稳定分子的3维网状结构和具有优良的粘合力的涂层。
只要适于制备基于硅氧烷的涂料组合物，本发明不限制溶剂和催化剂。
在步骤a)中，加入i)由通式1表示的有机硅烷化合物、ii)由通式2表示的化合物、溶剂和催化剂的顺序不固定。
接着，进行步骤b)(向有机-无机溶胶中加入常用溶剂)。
在步骤c)中，向常用溶剂中的有机-无机溶胶中加入具有1.7～3.0的折射率的无机氧化物。
在加入常用溶剂之前向通过溶胶-凝胶反应制备的无机-有机溶胶中加入无机氧化物(高折射率填料)时，无机氧化物与有机-无机溶胶的相容性很低，引起凝聚并降低透明度。所以，在本发明中加入常用溶剂的时间是将要考虑的一个重要因素。
制备本发明的基于硅氧烷的涂料组合物的方法可以另外包括在步骤a)或步骤b)的过程中的某点加入铝络合物的步骤d)。在步骤a)加入铝络合物的情况下，在溶胶-凝胶反应之前和在溶胶-凝胶反应过程中加入铝络合物。如果加入异丙醇铝，优选在步骤a)加入。如果加入其它铝络合物，优选在步骤b)加入。
本发明的光学透镜包含用本发明的基于硅氧烷的涂料组合物涂敷的涂层。
如上文所述，通过使用本发明的组合物制备的涂层具有1.5～1.8的折射率，所以其可以被用作中等、高和超高折射率涂层，且可以在如工业安全眼镜和休闲护目镜的塑料透镜上使用以提高塑料透镜的质量。
本发明的组合物具有优良的抗磨性和透明度，且透射率(DT(％))改变的机会较少。另外，涂敷后该组合物容易变干，所以灰尘污染减少且加工稳定性提高。
通过常规涂敷方法制备该涂层。将组合物应用到如光学透镜、工业安全眼镜或休闲护目镜的塑料透镜，然后干燥并硬化被涂敷的表面。
此时，涂敷后硬化的条件因混合比和组分而变化，但是，一般在低于基板的软化温度的60～150℃下硬化20分钟～10小时以制备涂层。
一般使用湿涂法进行涂层。同样可以使用辊涂、喷涂、浸涂或旋涂，但是方法不总局限于此。
包含基于硅氧烷的涂料组合物的涂层可以通过分散染料染色。可以调节分散染料的浓度、温度和反应时间，例如，可以用0.1～1wt％的染料溶液在80～100℃下5～10分钟内完成染色。
附图说明
参照附图更清楚地理解本发明的优选实施方式的应用，其中：
图1为分散于水的根据实施例1的高折射率填料溶胶(OST-1，2)的粒子尺寸分布的图。
图2为分散于有机溶剂的根据实施例1的高折射率填料溶胶(DH40)的粒子尺寸分布的图。
图3为水分散的高折射率填料溶胶(OST-1)与甲醇混合的溶液的照片(右)和水分散的高折射率填料溶胶(OST-1)与甲醇/双丙酮醇混合的另一种溶液的照片(左)。
具体实施方式
如下面实施例所示说明本发明实用的和现有的优选实施方式。
然而，本领域的技术人员应该理解，考虑到本公开，可以在本发明的实质和范围内进行修改和改进。
[实施例1]
基于硅氧烷的涂料组合物的制备
在 室 温 下 向 夹 套 反 应 器 中 加 入 10g 四 乙 氧 基 硅 酸 酯(tetraethoxysilicate)、30g3-环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷、2g异丙醇铝 和20g甲醇，接着搅拌5分钟。向反应混合物中加入8g乙酸溶液(pH2.5)，接着搅拌3小时进行溶胶-凝胶反应。
向通过上述溶胶-凝胶反应制备的溶胶溶液中加入10g乙酰丙酮，接着搅拌一小时，加入14g分散于水的TiO2-乙酰丙酮(LG化学.，OST-2，水分散，粒子尺寸：4～5nm，球形，晶体，折射率：2.5，32wt％的固体含量)。搅拌超过一小时后，向混合物中加入25g甲醇以生成基于硅氧烷的涂料组合物。
涂层的形成
用于眼镜(Nippon Oil&Fat，NK-55，折射率：1.55)的中等折射率透镜蚀刻后，将透镜浸入用于涂敷的基于硅氧烷的涂料组合物中。然后在110℃硬化2小时，结果在透镜上形成涂层。
[实施例2]
除了加入28gTiO2-乙酰丙酮以及涂敷用于眼镜(Chemiglass，MR-8，折射率：1.59)的高折射率透镜之外，以与实施例1中描述的相同方法制备基于硅氧烷的涂料组合物和包含该组合物的涂层。
[实施例3]
除了加入40gTiO2-乙酰丙酮以及涂敷用于眼镜(Chemiglass，MR-7，折射率：1.65)的超高折射率透镜之外，以与实施例1中描述的相同方法制备基于硅氧烷的涂料组合物和包含该组合物的涂层。
[实施例4]
除了加入10g DAA代替乙酰丙酮并加入14g TiO2(LG化学，OST-1，水分散，平均直径：4～5nm，球形，晶体，折射率：2.5，32wt％的固体含量)代替TiO2-乙酰丙酮之外，以与实施例1中描述的相同方法制备基于硅氧烷的涂料组合物和包含该组合物的涂层。
[实施例5]
除了加入28gTiO2以及涂敷用于眼镜(Chemiglass，MR-8，折射率：1.59)的高折射率透镜之外，以与实施例4中描述的相同方法制备基于硅氧烷的涂料组合物和包含该组合物的涂层。
[实施例6]
除了加入40gTiO2以及涂敷用于眼镜(Chemiglass，MR-7，折射率：1.65)的超高折射率透镜之外，以与实施例4中描述的相同方法制备基于硅氧烷的涂料组合物和包含该组合物的涂层。
[比较例1]
除了加入14gTiO2-乙酰丙酮并在搅拌一小时后加入10g乙酰丙酮之外，以与实施例1中描述的相同方法制备基于硅氧烷的涂料组合物和包含该组合物的涂层。
[比较例2]
除了加入14gTiO2并在搅拌一小时后加入10gDAA之外，以与实施例4中描述的相同方法制备基于硅氧烷的涂料组合物和包含该组合物的涂层。
[比较例3]
除了不加入DAA(10g)之外，以与实施例4中描述的相同方法制备基于硅氧烷的涂料组合物和包含该组合物的涂层。
[比较例4]
除了不加入异丙醇铝(2g)之外，以与实施例1中描述的相同方法制备基于硅氧烷的涂料组合物和包含该组合物的涂层。
[试验例1]高折射率填料溶胶粒子的平均直径和分散度
图1为显示由水分散的高折射率填料溶胶(OST-1，2)中的初级粒子的凝聚制备的次级粒子的粒子尺寸分布的图，图2为显示由有机溶剂分散的高折射率填料溶胶(DH40)中的初级粒子的凝聚制备的次级粒子的粒子尺寸分布的图，二者在实施例和比较例中制备。如图1和图2所示，高折射率填料粒子的平均直径分别为12nm和11nm，并具有0.0028和0.0038的标准偏差，说明其为高浓度的单分散溶胶。
[试验例2]常用溶剂的影响
为观察对与有机溶剂及与其它填料的相容性的影响，且为测试分散度，在将常用溶剂加入根据上述实施例和比较例制备的水分散的高折射率填料溶胶(OST-1)时，分别向10g甲醇和10g甲醇/DAA(重量比：7/3)混合物中加入0.5g高折射率填料溶胶。然后测定透明度，结果示于图3。
[试验例3]涂层的物理性质
通过湿涂将实施例和比较例中制备的各种涂料溶液负载于多种基板，在60℃干燥，且在120℃硬化2小时。从而观察获得的各种涂层的物理性质，且结果示于表1。
A：折射率
用涂料组合物涂敷硅片并硬化。通过使用棱镜耦合器每个区域测定折射率五次并获得平均值。
B：薄膜厚度(μm)
用涂料组合物涂敷硅片并硬化。通过使用棱镜耦合器测定折射率并测量凹槽之间的距离。每个区域进行五次测量并获得平均值。
C：抗磨性
用系于1kg的锤子上的#0000钢绒摩擦透镜30次以观察抗磨性。
◎：刮痕数：0
○：刮痕数：最高1cm长的刮痕最高到5个
△：刮痕数：最高1cm长的刮痕多于5个或1～3个至少1cm的长刮痕
X：刮痕数：多于3个至少1cm长的长刮痕
D：耐温水性
将涂敷的透镜浸入100℃的沸水10分钟，然后进行外观检查。
◎：裂纹数：0
○：裂纹数：最高5mm长的裂纹最高到5个
△：裂纹数：多于5个最高5mm长的裂纹或1～3个超过5mm的长裂纹
X：裂纹数：多于3个超过5mm的长裂纹
E：粘合力
通过ATSM D3359测量粘合力。具体地说，在涂层上划1mm×1mm的线，产生100个部分。使用24mm的透明胶纸(Nichiban公司，日本)进行10次剥离测试，并记录依然粘附而没被剥离的部分的数量。
F：染色性
将涂敷的透镜在90℃浸入0.2wt％BPI亮褐色(sunbrown)染料溶液(Brain Power公司)5分钟，然后测量透镜透射率(DT(％))的差值。
G：雾度
通过使用雾度仪测量基板的雾度以评价涂层的透明度。将基板湿涂，测量涂层的雾度并观察雾度的改变(DHz(％))。
H：可加工性能
将涂敷的透镜在60℃干燥10分钟并观察其可加工性。
○：表面完全干燥，且用空手接触时透镜不粘。
△：表面没有完全干燥，所以用空手接触时透镜有一点粘。
X：表明几乎不干，所以接触时粘到空手上。
[表1]
折射率 厚度 (μm) 抗磨性 耐温水性 粘合力 染色性  (DT(％)) 雾度    (Hz(％)) 可加工性
实施例1 1.55 3 ◎ ◎ 100/100 23 0.1 ○
实施例2 1.60 3 ◎ ◎ 100/100 25 0.2 ○
实施例3 1.65 3 ○ ◎ 100/100 30 0.3 ○
实施例4 1.55 3 ◎ ◎ 100/100 24 0.2 ○
实施例5 1.60 3 ◎ ◎ 100/100 28 0.3 ○
实施例6 1.65 3 ○ ◎ 100/100 32 0.5 ○
比较例1 1.55 3 ○ ◎ 100/100 25 0.5 ○
比较例2 1.55 3 ○ ◎ 100/100 27 1 ○
比较例3 1.55 3.5 △ ◎ 100/100 40 3 ○
比较例4 1.55 3 ○ ◎ 100/100 23 0.1 △
如表1所示，加入乙酰丙酮和常用溶剂的组合物(实施例1～6)显示出与有机溶剂以及水分散的高折射率填料的改进的相容性，但是其在制备基于硅氧烷的涂料组合物的过程中没有显现出粒子的凝聚，说明所述组合物具有改进的抗磨性、透明度和染色性。同样由于铝络合物的加入，涂层很快变干且不粘，说明优良的可加工性能。
为制备比较例1的组合物，首先向溶胶-凝胶反应物中加入高折射率填料(OST-2)，然后加入乙酰丙酮，其导致透明度的降低。结果显示在缺乏提供高折射率填料与溶胶-凝胶反应物的相容性的乙酰丙酮的情况下向溶胶-凝胶反应物中加入高折射率填料过程中观测到凝聚，导致透明度的降低。
根据比较例2，向溶胶-凝胶反应物中加入高折射率填料(OST-1)，然后加入DAA，这导致透明度的降低。结果显示如果在缺乏提高高折射率填料与溶胶-凝胶反应物的相容性的常用溶剂DAA的情况下向溶胶-凝胶反应物中加入高折射率填料，观测到聚结，且透明度降低。
对于比较例3的组合物，常用溶剂DAA的缺乏降低高折射率填料(OST-1)与溶胶-凝胶反应物的相容性，所以观测到高折射率填料的凝聚，且透明度和抗磨性降低。
对于比较例4的组合物，铝络合物“异丙醇铝”的缺乏导致组合物即使在干燥后也是粘的。
工业实用性
如上文所述，用于在基板上形成中等、高或超高折射率涂层的本发明的基于硅氧烷的涂料组合物，除了优良的可加工性能之外，具有优良的抗磨性、染色性和透明度，由于其可以迅速干燥，不产生灰尘，所以可以成功地被用作包含光学透镜、工业安全眼镜、休闲护目镜等的塑料透镜的涂层。
本领域的技术人员应该理解，前述说明书中公开的概念和具体实施方式可以用作修改或设计其它用于执行与本发明相同目的的实施方式的基础。本领域的技术人员同样应该理解，这种等效的实施方式不偏离所附权利要求所定义的本发明的实质和范围。

Claims (16)

1.一种具有优良的抗磨性、透明度和染色性的基于硅氧烷的涂料组合物，包括：
a)0.1～50重量份的由下面通式1表示的化合物、其水解产物或部分缩合物；
b)10～60重量份的由下面通式2表示的化合物、其水解产物或部分缩合物；
c)0.01～10重量份的铝络合物；
d)1.0～100重量份的具有1.7～3.0的折射率的无机氧化物；
e)最高30重量份的常用溶剂，所述常用溶剂选自由乙酰丙酮、丙酮、双丙酮醇、二甲基甲酰胺、四氢呋喃、N-甲基吡咯烷、N-甲基吡咯烷酮、1，3-二苯基-1，3-丙二酮、叔丁基叔丁基酮、4-叔丁基二甲基甲硅烷氧基-3-戊烯-2-酮、4-(三甲基甲硅烷氧基)-3-戊烯-2-酮、乙酸乙酯、1，4-二氧杂环己烷、2-吡咯烷酮、二甲基亚砜、二甲基乙酰胺、C1～C5烷基溶纤剂和其混合物组成的组；以及
f)10～100重量份的溶剂，所述溶剂选自由甲醇、乙醇、异丙醇、正丙醇、正丁醇、仲丁醇、叔丁醇、乙酸乙酯、乙酸甲酯、二甲苯、甲苯和其混合物组成的组；
其中，所述无机氧化物为通过无机氧化物与络合物形成的无机氧化物-络合物复合物，所述络合物选自乙酰丙酮、1，3-二苯基-1，3-丙二酮、叔丁基叔丁基酮、4-叔丁基二甲基甲硅烷氧基-3-戊烯-2-酮、4-(三甲基甲硅烷氧基)-3-戊烯-2-酮、甲基溶纤剂、乙基溶纤剂、丁基溶纤剂、异丙基溶纤剂和其混合物中；
[通式1]
R1 aSi(OR2)4-a
其中，R1和R2独立地选自由C1～C6烷基、C2～C6烯基、C1～C6烷基卤和C3～C6芳香烃组成的组，且a为0～3的整数；
[通式2]
R3 bSi(OR4)4-b
其中，R3为
Figure FSB00000449181200021
R5为C1～C4亚烷基，R6选自由H、C1～C4烷基和
Figure FSB00000449181200022
组成的组，R7选自由H和C1～C4亚烷基组成的组，R4为C1～C6烷基，且b为0～3的整数。
2.根据权利要求1所述的基于硅氧烷的涂料组合物，其中，所述由通式1表示的化合物选自由甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、乙烯基甲基二甲氧基硅烷、丁基三甲氧基硅烷、二苯基乙氧基乙烯基硅烷、甲基三异丙氧基硅烷、甲基三乙酰氧基硅烷、四苯氧基硅烷、四丙氧基硅烷、乙烯基三异丙氧基硅烷和其混合物组成的组。
3.根据权利要求1所述的基于硅氧烷的涂料组合物，其中，所述由通式2表示的化合物选自由3-环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷、3-环氧丙氧丙基三乙氧基硅烷、3-环氧丙氧丙基甲基甲氧基硅烷、3-环氧丙氧丙基甲基乙氧基硅烷、β-(3，4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷和其混合物组成的组。
4.根据权利要求1所述的基于硅氧烷的涂料组合物，其中，所述铝络合物选自由异丙醇铝、硼酸铝、溴化铝、碳化铝、氯化铝、氢氧化铝、氮化铝、乙酰丙酮铝、硅酸铝和其混合物组成的组。
5.根据权利要求1所述的基于硅氧烷的涂料组合物，其中，所述无机氧化物为选自由氧化钛、氧化锆、氧化锡、氧化铈、钛酸钡、氧化铝、氧化钇和其混合物组成的组的单一无机氧化物。
6.根据权利要求1所述的基于硅氧烷的涂料组合物，其中，所述无机氧化物为由至少两种选自由氧化硅(SiO2)、氧化钛(TiO2)、氧化锆(ZrO2)、氧化锡(SnO2)、氧化铈(Ce2O3)、钛酸钡(BaTiO3)、氧化铝(Al2O3)和氧化钇(Y2O3)组成的组的无机氧化物通过化学键形成的复合氧化物。
7.根据权利要求1所述的基于硅氧烷的涂料组合物，其中，所述无机氧化物的次级粒子的平均直径为5～200nm。
8.根据权利要求1所述的基于硅氧烷的涂料组合物，其中，所述C1～C5烷基溶纤剂选自由甲基溶纤剂、乙基溶纤剂、丁基溶纤剂、异丙基溶纤剂和其混合物组成的组。
9.一种制备具有优良的抗磨性、透明度和染色性的基于硅氧烷的涂料组合物的方法，包括如下步骤：
a)在溶剂和催化剂存在下，使i)由通式1表示的化合物、其水解产物或部分缩合物、或它们的混合物和ii)由通式2表示的化合物、其水解产物或部分缩合物、或它们的混合物进行混合，接着通过溶胶-凝胶反应生成有机-无机溶胶；所述溶剂选自由甲醇、乙醇、异丙醇、正丙醇、正丁醇、仲丁醇、叔丁醇、乙酸乙酯、乙酸甲酯、二甲苯、甲苯和其混合物组成的组；
b)向有机-无机溶胶中加入常用溶剂；
c)向常用溶剂中的有机-无机溶胶中加入具有1.7～3.0的折射率的无机氧化物；以及
d)在步骤a)或步骤b)的过程中加入铝络合物；
其中，所述常用溶剂选自由乙酰丙酮、丙酮、双丙酮醇、二甲基甲酰胺、四氢呋喃、N-甲基吡咯烷、N-甲基吡咯烷酮、1，3-二苯基-1，3-丙二酮、叔丁基叔丁基酮、4-叔丁基二甲基甲硅烷氧基-3-戊烯-2-酮、4-(三甲基甲硅烷氧基)-3-戊烯-2-酮、乙酸乙酯、1，4-二氧杂环己烷、2-吡咯烷酮、二甲基亚砜、二甲基乙酰胺、C1～C5烷基溶纤剂和其混合物组成的组；
[通式1]
R1 aSi(OR2)4-a
其中，R1和R2独立地选自由C1～C6烷基、C2～C6烯基、C1～C6烷基卤和C3～C6芳香烃组成的组，且a为0～3的整数；
[通式2]
R3 bSi(OR4)4-b
其中，R3为R5为C1～C4亚烷基，R6选自由H、C1～C4烷基和
Figure FSB00000449181200042
组成的组，R7选自由H和C1～C4亚烷基组成的组，R4为C1～C6烷基，且b为0～3的整数。
10.根据权利要求9所述的制备基于硅氧烷的涂料组合物的方法，其中，如果在步骤a)加入所述铝络合物，则在溶胶-凝胶反应之前或溶胶-凝胶反应过程中加入铝络合物。
11.根据权利要求9所述的制备基于硅氧烷的涂料组合物的方法，其中，步骤a)的反应温度为20～40℃。
12.根据权利要求9所述的制备基于硅氧烷的涂料组合物的方法，其中，所述催化剂为酸催化剂或碱催化剂。
13.根据权利要求12所述的制备基于硅氧烷的涂料组合物的方法，其中，所述酸催化剂选自由乙酸、磷酸、硫酸、盐酸、硝酸、氯磺酸、对甲苯磺酸、三氯乙酸、多磷酸、碘酸、碘酸酐、高氯酸和其混合物组成的组；所述碱催化剂选自由氢氧化钠、氢氧化钾、正丁胺、二正丁胺、咪唑、高氯酸铵和其混合物组成的组。
14.一种用权利要求1所述的具有优良的抗磨性、透明度和染色性的基于硅氧烷的涂料组合物涂敷的光学透镜。
15.根据权利要求14所述的光学透镜，其中，所述透镜具有折射率为1.5～1.8的涂层。
16.根据权利要求14所述的光学透镜，其中，所述透镜被用于工业安全眼镜或休闲护目镜。
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