CN101445698A

CN101445698A - 单组份有机玻璃表面强化剂及其制备方法

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Publication number: CN101445698A
Application number: CNA2008101639765A
Authority: CN
Inventors: 薛志庆; 王占雷
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-12-30
Filing date: 2008-12-30
Publication date: 2009-06-03

Abstract

本发明涉及一种用于有机玻璃表面耐磨、增硬涂料的单组份有机玻璃表面强化剂及其制备方法。该强化剂以一甲基三乙氧基硅烷为主原料，根据有机基团与硅原子之间的比例加入二甲基二乙氧基硅烷、正硅酸乙酯来调节单组份有机玻璃表面强化剂的成膜性，通过氢型阳离子交换树脂为触媒，在加热的情况下，有机烷氧基硅烷与无离子水进行水解缩聚反应，反应后，通过加热的方式或在温度低于40℃的真空条件下，除去乙醇和水，再加入由不同的溶剂组成的混合溶剂，滤去触媒，再加入固化剂而制得的单组份有机玻璃表面强化剂；该制备方法可行。本发明生产工艺简易，生产周期较短，保存时间较长，适合涂于有机玻璃表面，具有透光率高，增硬耐磨涂层的特性。

Description

单组份有机玻璃表面强化剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种用于有机玻璃表面耐磨、增硬涂料——单组份有机玻璃表面强化剂及其制备方法.。

背景技术

有机玻璃作为一种新型的光学材料早在二战期间就已出现，但因其表面耐磨性能差妨碍了它的开发使用，直至70年代初期国外逐步解决了有机玻璃的耐磨性，重新受到人们的重视，尤其在眼镜行业显得更为突出。有机镜片与无机镜片相比有明显的优点，质轻舒适，冲击强度好，不易碎裂，成型简单，染色容易，成本低廉。基于这些因素，有机镜片在欧美、日本及国内已得广泛的应用。

国内起步较晚，80年代初期才开始有双组份用于有机玻璃表面的强化液，如上海树脂厂生产的SAR-3甲基硅树脂，四川晨光研究院一分院生产GTS-103甲基硅树脂。但是由于双组份用户配料时要增加设备，易污染。涂膜时，易产生“斑点”(晶点)，贮存时间短易胶结，造成不必要的经济损失。

中国专利文献中披露关于有机玻璃表面增强硬度耐磨涂层的技术方案。如公开号CN1834180A，“一种用于光学塑料表面增强的有机硅耐磨透明涂料”，该件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。该件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。双组份涂有机玻璃用极少量盐酸水解在酸的存在下，难以形成贮存期长的产品。

又如公开号CN1752165A，“一种有机硅透明耐磨增硬涂料及其制作方法”，此件发明公开了主要由四烷氧基硅烷、三烷氧基硅烷与二烷氧基硅烷的混合物构成，在溶剂中，酸催化作用下，水解聚合，然后再添加偶联剂，熟化4～7天后，加入适量的固化剂和固化促进剂而制成。该涂料可以在室温下简单的设备中进行反应制备，而且可以不需要抽真空除去低沸点的溶剂，加入潜伏性固化剂后，易于运输、储存，达到了简化生产工艺、减少能源消耗、减少设备投入的目的，制成的涂料具有硬度高、耐磨性好、能在室温下长时间保存的优点，同时该涂料在用于透明塑料基片如树脂镜片的浸涂时，不需要底涂就能直接浸涂固化。此件专利中所公开了用乙酸作触媒进行水解反应后，存放期为4～7天才能配制透明耐磨增硬涂层，其生产周期过长。4～7天的存放期一到就加入固化剂混合，即马上对塑料基材进行喷涂或浸涂。易造成对塑料基材表面产生“斑点”(晶点)，主要原因是没有对配制好的涂料进行必要的过滤。

本发明内容

本发明目的是克服现有的技术不足，提供一种单组份有机玻璃表面强化剂及其制备方法，使其在室温的条件下保存时间较长，制成单组份有机玻璃表面强化剂涂于有机玻璃表面，能达到透光率高，增硬耐磨涂层的目的。本发明的目的是通过如下的技术方案实现的。

一种单组份有机玻璃表面强化剂，该强化剂以一甲基三乙氧基硅烷为主原料，根据有机基团与硅原子之间的比例加入二甲基二乙氧基硅烷、正硅酸乙酯来调节单组份有机玻璃表面强化剂的成膜性，通过氢型阳离子交换树脂为触媒(可反复使用)，在加热的情况下，有机烷氧基硅烷与无离子水进行水解缩聚反应，反应后，通过加热的方式或在温度低于40℃的真空条件下，除去乙醇和水，再加入由不同的溶剂组成的混合溶剂，滤去触媒，再加入固化剂而制得的单组份有机玻璃表面强化剂。

以上所述的有机烷氧基硅烷为一甲基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、正硅酸乙酯。

以上所述的有机基团与硅原子之间的比例在1.0：0.7～1.2之间。

以上所述的无离子水的水用量是采用有机烷氧基硅烷单体摩尔与无离子水摩尔之比为1：3.1～12.0。

所述的触媒——氢型阳离子交换树脂是强酸型苯乙烯系阳离子交换树脂，首先选择732阳离子交换树脂。用量是有机烷氧基硅烷总重量的15％～25％。

所述的混合溶剂为乙醇、异丙醇、二丙酮醇、苯甲醇、乙二醇乙醚、乙二醇丁醚、丙二醇甲醚、丙二醇乙醚、丙二醇丁醚、甲基异丁酮、甲乙酮、乙酸、丙酸、醋酸甲脂、醋酸乙脂、醋酸丁脂，多种不同沸点的溶剂，这几种混合溶剂可选择其一或选择至少两种。根据涂膜的成膜性，选用溶剂的沸点为80℃～200℃之间。混合溶剂能使涂料在涂膜时与基材紧密结合，不发生涂膜彩光、涂膜流平性好涂膜不泛白等要求为目的。

所述的固化剂是自制的金属盐类和有机胺类混合固化剂。

本发明原料来源充足，生产工艺简易，生产周期较短，在室温的条件下保存一年以上，适合工业化生产。采用触媒——氢型阳离子交换树脂，不会发生此凝胶现象。制成单组份有机玻璃表面强化剂涂于有机玻璃表面，透光率高，增硬耐磨涂层。

单组份有机玻璃表面强化剂的制备方法具体实施工艺如下：将乙醇、氢型阳离子交换树脂加入到有温度计、滴液瓶、冷凝管、有搅拌装置的四口烧瓶中并开启搅拌，然后依次加入一甲基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、正硅酸乙酯，在搅拌的情况下开始加热并升温至70℃，滴加无离子水，半小时之内加完，升温至80℃，维持1小时，维持完毕后，用加热蒸馏的方法脱去溶剂，即停止加热。在冷却的同时，加入混合溶剂搅拌半小时，滤去氢型阳离子交换树脂，并加入固化剂，聚醚改性硅氧烷，用1μ精密过滤器过滤即可涂膜，得到的单组份有机玻璃强化液。

本发明所述的单组份有机玻璃表面强化剂涂料在涂布有机玻璃表面或有机玻璃镜片表面时，采用浸涂工艺。对有机玻璃镜片，先要对有机玻璃镜片进行清洗，除去有机玻璃镜片上的油脂及空气中的灰尘，然后用无离子水进行2～3道水洗。随后用异丙醇清洗，在清洗的过程中镜片的提升速度为30cm/分，在20±2℃相对湿度在40～50℃情况下，半自动生产流水线作业：镜片在单组份有机玻璃表面强化剂涂料中，提升速度为30cm/分，在50～60℃，相对湿度40～50％，干燥时间为6～7分种，放入80℃的烘箱中，固化2小时；全自动流水线作业：镜片清洗和涂膜一次完成，即得透明光亮增硬耐磨的有机玻璃镜片；硬度为5～6H。

具体实施方式

以下所列实施例及比较例仅为本发明较详细具体的说明，其所示数据不代表本发明特征范围的限制。

实施例1

将乙醇50g、氢型阳离子交换树脂50g加入到有温度计滴液瓶、冷凝管、有搅拌装置的500ml四口烧瓶中并开启搅拌，然后依次加入一甲基三乙氧基硅烷142.4g、二甲基二乙氧基硅烷23.68g、正硅酸乙酯22.16g，在搅拌的情况下开始加热并升温至70℃，滴加无离子水90g，半小时之内加完，升温至80℃，维持1小时，维持完毕后，用加热蒸馏的方法脱去溶剂160g，即停止加热。在冷却的同时，加入混合溶剂搅拌半小时，滤去氢型阳离子交换树脂，得到的树脂溶液将固体含量调整至20％，并加入固化剂2％，聚醚改性硅氧烷0.1％，用1μ精密过滤器过滤即可涂膜，采用浸涂工艺。以有机玻璃镜片为例，先要对有机玻璃镜片进行清洗，除去有机玻璃镜片上的油脂及空气中的灰尘，然后用无离子水进行2～3道水洗。随后用异丙醇清洗，在清洗的过程中镜片的提升速度为60cm/分，在20±2℃相对湿度在40～50℃情况下，半自动生产流水线：镜片在单组份有机玻璃表面强化剂涂料中，提升速度为60cm/分，在50～60℃，相对湿度40～50％，干燥时间为6～7分种，放入80℃的烘箱中，固化2小时；全自动流水线：镜片清洗和涂膜一次完成，即得透明光亮增硬耐磨的有机玻璃镜片；硬度5～6H。得到的单组份有机玻璃强化液有机基团与硅原子之比为1.05。

实施例2

将乙醇50g、氢型阳离子交换树脂50g加入到有温度计滴液瓶、冷凝管、有搅拌装置的500ml四口烧瓶中并开启搅拌，然后依次加入一甲基三乙氧基硅烷142.4g、二甲基二乙氧基硅烷23.68g、正硅酸乙酯45.2g，在搅拌的情况下开始加热并升温至70℃，滴加无离子水90g，半小时之内加完，升温至80℃，维持1小时，维持完毕后，用加热蒸馏的方法脱去溶剂160g，即停止加热。在冷却的同时，加入混合溶剂搅拌半小时，滤去氢型阳离子交换树脂，得到的树脂溶液将固体含量调整至20％，并加入固化剂2％，聚醚改性硅氧烷0.1％，用1μ精密过滤器过滤即可涂膜，采用浸涂工艺。参照实例1，即得透明光亮增硬耐磨的有机玻璃镜片；硬度6H。得到的单组份有机玻璃强化液有机基团与硅原子之比为0.95。

实施例3

将乙醇50g、氢型阳离子交换树脂50g加入到有温度计滴液瓶、冷凝管、有搅拌装置的500ml四口烧瓶中并开启搅拌，然后依次加入一甲基三乙氧基硅烷142.4g、二甲基二乙氧基硅烷23.68g、正硅酸乙酯90.2g，在搅拌的情况下开始加热并升温至70℃，滴加无离子水90g，半小时之内加完，升温至80℃，维持1小时，维持完毕后，用加热蒸馏的方法脱去溶剂160g，即停止加热。在冷却的同时，加入混合溶剂搅拌半小时，滤去氢型阳离子交换树脂，得到的树脂溶液将固体含量调整至20％，并加入固化剂2％，聚醚改性硅氧烷0.1％，用1μ精密过滤器过滤即可涂膜，采用浸涂工艺。参照实例1，即得透明光亮增硬耐磨的有机玻璃镜片；硬度≥6H。得到的单组份有机玻璃强化液有机基团与硅原子之比为0.8。

比较例1

将乙醇50g、氢型阳离子交换树脂50g加入到有温度计滴液瓶、冷凝管、有搅拌装置的500ml四口烧瓶中并开启搅拌，然后依次加入一甲基三乙氧基硅烷142.4g、二甲基二乙氧基硅烷23.68g、正硅酸乙酯8.38g，在搅拌的情况下开始加热并升温至70℃，滴加无离子水90g，半小时之内加完，升温至80℃，维持1小时，维持完毕后，用加热蒸馏的方法脱去溶剂160g，即停止加热。在冷却的同时，加入混合溶剂搅拌半小时，滤去氢型阳离子交换树脂，得到的树脂溶液将固体含量调整至20％，并加入固化剂2％，聚醚改性硅氧烷0.1％，用1μ精密过滤器过滤即可涂膜，采用浸涂工艺。参照实例1，即得透明光亮增硬耐磨的有机玻璃镜片；硬度2～3H。得到的单组份有机玻璃强化液有机基团与硅原子之比为1.12。

比较例2

将乙醇50g、氢型阳离子交换树脂50g加入到有温度计滴液瓶、冷凝管、有搅拌装置的500ml四口烧瓶中并开启搅拌，然后依次加入一甲基三乙氧基硅烷142.4g、二甲基二乙氧基硅烷23.68g，在搅拌的情况下开始加热并升温至70℃，滴加无离子水90g，半小时之内加完，升温至80℃，维持1小时，维持完毕后，用加热蒸馏的方法脱去溶剂160g，即停止加热。在冷却的同时，加入混合溶剂搅拌半小时，滤去氢型阳离子交换树脂，得到的树脂溶液将固体含量调整至20％，并加入固化剂2％，聚醚改性硅氧烷0.1％，用1μ精密过滤器过滤即可涂膜，采用浸涂工艺。即得透明光亮增硬耐磨的有机玻璃镜片。硬度1～2H。得到的单组份有机玻璃强化液有机基团与硅原子之比为1.16。本发明对有机玻璃表面强化后的性能结果。

Claims

1、一种单组份有机玻璃表面强化剂，其特征在于该强化剂以一甲基三乙氧基硅烷为主原料，根据有机基团与硅原子之间的比例加入二甲基二乙氧基硅烷、正硅酸乙酯来调节单组份有机玻璃表面强化剂的成膜性，通过氢型阳离子交换树脂为触媒，在加热的情况下，有机烷氧基硅烷与无离子水进行水解缩聚反应，反应后，通过加热的方式或在温度低于40℃的真空条件下，除去乙醇和水，再加入由不同的溶剂组成的混合溶剂，滤去触媒，再加入固化剂而制得的单组份有机玻璃表面强化剂。

2、如权利要求1所述的单组份有机玻璃表面强化剂，其特征在于所述的有机烷氧基硅烷为一甲基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、正硅酸乙酯。

3、如权利要求1所述的单组份有机玻璃表面强化剂，其特征在于所述的有机基团与硅原子之间的比例在1.0：0.7～1.2。

4、如权利要求1所述的单组份有机玻璃表面强化剂，其特征在于所述的无离子水的水用量是采用有机烷氧基硅烷单体摩尔与无离子水摩尔之比为1：3.1～12.0。

5、如权利要求1所述的单组份有机玻璃表面强化剂，其特征在于所述的触媒为氢型阳离子交换树脂是强酸型苯乙烯系阳离子交换树脂，首先选择732阳离子交换树脂；用量是有机烷氧基硅烷总重量的15％～25％。

6、如权利要求1所述的单组份有机玻璃表面强化剂，其特征在于所述的混合溶剂为乙醇、异丙醇、二丙酮醇、苯甲醇、乙二醇乙醚、乙二醇丁醚、丙二醇甲醚、丙二醇乙醚、丙二醇丁醚、甲基异丁酮、甲乙酮、乙酸、丙酸、醋酸甲脂、醋酸乙脂、醋酸丁脂，多种不同沸点的溶剂，这几种混合溶剂可选择其一或选择至少两种。

7、如权利要求1所述的单组份有机玻璃表面强化剂，其特征在于所述的固化剂是自制的金属盐类和有机胺类混合固化剂。

8、一种单组份有机玻璃表面强化剂的制备方法，此方法的特征在于将乙醇、氢型阳离子交换树脂加入到有温度计、滴液瓶、冷凝管、有搅拌装置的四口烧瓶中并开启搅拌，然后依次加入一甲基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、正硅酸乙酯，在搅拌的情况下开始加热并升温至70℃，滴加无离子水，半小时之内加完，升温至80℃，维持1小时，维持完毕后，用加热蒸馏的方法脱去溶剂，即停止加热。在冷却的同时，加入混合溶剂搅拌半小时，滤去氢型阳离子交换树脂，并加入固化剂，聚醚改性硅氧烷，用1μ精密过滤器过滤即可涂膜，得到的单组份有机玻璃强化液。

9、一种单组份有机玻璃表面强化剂的制备方法，此方法的特征在于所述的单组份有机玻璃表面强化剂涂料在涂布有机玻璃表面或有机玻璃镜片表面时，采用浸涂工艺；对有机玻璃镜片，先要对有机玻璃镜片进行清洗，除去有机玻璃镜片上的油脂及空气中的灰尘，然后用无离子水进行2～3道水洗；随后用异丙醇清洗，在清洗的过程中镜片的提升速度为30cm/分，在20±2℃相对湿度在40～50℃情况下，半自动生产流水线作业：镜片在单组份有机玻璃表面强化剂涂料中，提升速度为30cm/分，在50～60℃，相对湿度40～50％，干燥时间为6～7分种，放入80℃的烘箱中，固化2小时；全自动流水线作业：镜片清洗和涂膜一次完成，即得透明光亮增硬耐磨的有机玻璃镜片；硬度为5～6H。