CN101955728A

CN101955728A - 一种用于光学塑料表面增强的有机-无机杂化耐磨透明涂料

Info

Publication number: CN101955728A
Application number: CN2009101122344A
Authority: CN
Inventors: 黄祥道
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-07-17
Filing date: 2009-07-17
Publication date: 2011-01-26

Abstract

本发明公开了一种用于光学塑料表面增强的有机-无机杂化耐磨透明涂料，它主要由二氧化硅溶胶、甲基三乙氧基硅烷、去离子水、乙酸、溶剂、硅烷偶联剂，加热搅拌水解杂化后添加固化剂、固化促进剂和流平剂，所制得的涂料涂覆在光学塑料表面，经加热固化后能较好地附着在基材表面，增硬效果明显。本发明的涂料制作方法简单，生产周期短，其在光学塑料表面形成的涂层耐磨性能好、附着力强、透光性能良好。

Description

一种用于光学塑料表面增强的有机-无机杂化耐磨透明涂料

技术领域

本发明涉及一种涂料，特别是涉及一种用于光学塑料表面增强的有机-无机杂化耐磨透明涂料。

背景技术

光学塑料具有密度小、耐冲击性能好、易加工成型等优点，但其耐摩擦、耐溶剂及耐热性较差，限制了其使用范围。通过在光学塑料表面涂上有机-无机杂化耐磨透明涂料，经加热固化成膜，从而提高材料的表面硬度和耐磨性，扩大其使用范围，是一种简便而实用的方法。20世纪80年代以来，将纳米二氧化硅和有机硅聚合物有效地复合，使复合材料兼具无机二氧化硅和有机硅的特性的研究和应用十分活跃，以这种方法制作的有机-无机杂化耐磨透明涂料由于其形成的涂层具有透明、高硬度、耐高温、耐低温、耐磨、耐辐射等优点，现广泛用作塑料板材、汽车灯、树脂镜片、挡风玻璃等光学塑料件的耐磨增硬涂层。

专利CN101445698A公开了一种单组分有机玻璃表面强化剂及其制备方法，其制备过程中要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。其不足之处是增加了蒸馏、抽真空、过滤设备的投入，工艺要求复杂。

专利CN101168645A公开了一种透明有机硅增硬涂料，其制作过程是常温下，将甲基三烷氧基硅烷、硅系乳胶液、聚合催化剂和水按一定比例加入容器中，连续搅拌反应10～50小时，直到反应液成为均相，过滤后加入适量稀释溶剂和表面活性剂，搅拌混合均匀，如此即制得有机硅增硬涂料。但这种方法生产周期过长，制得的有机硅增硬涂料形成的膜层与塑料基材的粘结性能欠佳。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术不足，提供一种制作方法简单、生产周期短的单组分有机-无机杂化耐磨透明涂料，其在光学塑料表面形成的涂层耐磨性能好、附着力强、透光率高。本发明的目的是通过如下的技术方案实现的。

本发明的一种用于光学塑料表面增强的有机-无机杂化耐磨透明涂料包括下列组份及重量份：二氧化硅溶胶2～20，甲基三乙氧基硅烷30～58，去离子水2～18，乙酸0.5～3，溶剂10～30，硅烷偶联剂2～11，固化剂0.5～5，固化促进剂0.02～2，流平剂0.05～1。

本发明所有组分均为市售商品。所述的溶剂为乙醇、异丙醇、乙二醇丁醚的混合物，所述的混合物含有重量百分比为10％～40％的乙二醇丁醚；所述的硅烷偶联剂为β-(3，4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷或β-(3，4-环氧环己基)乙基三乙氧基硅烷；所述的固化剂为甲基六氢苯酐或甲基四氢苯酐；所述的固化促进剂为三(二甲胺基甲基)苯酚；所述的流平剂为聚醚改性聚二甲基硅氧烷。

本发明发现，选用平均粒径8～28纳米的二氧化硅水溶胶，优选平均粒径10～20纳米的二氧化硅水溶胶，能显著提高涂料形成的膜层的耐磨性能和透光性能。本发明选用的二氧化硅水溶胶含有重量百分比为20％～40％的二氧化硅。

本发明选用β-(3，4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷或β-(3，4-环氧环己基)乙基三乙氧基硅烷，其环氧基直接连接在饱和脂环上，能形成紧密的刚性分子结构，固化后交联密度大，表现出制得的膜层热变形温度和硬度较高，而且热固化收缩率小，制得的膜层与光学塑料基材的内应力小，表现出很好的粘结性能。

本发明选用的甲基六氢苯酐或甲基四氢苯酐固化环氧树脂的温度一般在120℃～150℃之间，加入适量的固化促进剂三(二甲胺基甲基)苯酚，能有效降低甲基六氢苯酐或甲基四氢苯酐固化环氧树脂的温度20℃～40℃，缩短固化时间。三(二甲胺基甲基)苯酚是一种潜伏性固化促进剂，在常温下活性不高，使涂料能保持较长的适用期。

制备方法如下：按前述配方的重量分向容器内加入二氧化硅溶胶、甲基三乙氧基硅烷、去离子水、乙酸、溶剂、硅烷偶联剂，常压下加热到60℃～120℃连续搅拌反应2～3小时，水解反应完全，冷却到室温时加入固化剂、固化促进剂、流平剂，混合均匀并过滤，即得到有机-无机杂化耐磨透明涂料。

使用时，在温度10℃～35℃和30％～70％的相对湿度下，把清洁的树脂镜片浸入涂料中静置至少20秒后以15～35cm/min的速度匀速提拉出液面，并在60℃下干燥10分钟，在80℃～125℃下固化2小时，即可得到1.5～6微米的耐磨透明涂层。

本发明的有益效果是：

本发明的涂料为单组分涂料，制作方法简单，不需要蒸馏或抽真空脱除醇和水，生产周期短，室温下储存期长达8个月，使用本发明的涂料形成的光学塑料表面的膜层透光率达97％，膜层耐磨性能良好，硬度高，涂膜铅笔硬度达7H，与塑料基材的粘结性能良好，百格测试无膜层脱落。

具体实施方式

本发明不限于以下实施例

实施例1

按重量百分比取以下组分：15％的二氧化硅溶胶、50％的甲基三乙氧基硅烷、6％的去离子水、2.6％的乙酸、2％的乙醇、11％的异丙醇、4％的乙二醇丁醚、7％的β-(3，4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷，加入到容器中，加热到80℃连续搅拌反应2.5小时，冷却到室温时加入2％的甲基六氢苯酐、0.2％的三(二甲胺基甲基)苯酚、0.2％的聚醚改性聚二甲基硅氧烷，混合均匀并过滤，即得到有机-无机杂化耐磨透明涂料。

取清洁烘干的聚碳酸酯镜片1片，浸入上述涂料中60秒后以25cm/min的速度提拉出液面，60℃下干燥10分钟，在120℃下固化2小时，得到的膜层透光率96％，硬度为7H，百格测试无膜层脱落。

实施例2

按重量百分比取以下组分：12％的二氧化硅溶胶、50％的甲基三乙氧基硅烷、8％的去离子水、2.6％的乙酸、2％的乙醇、12％的异丙醇、4％的乙二醇丁醚、7％的β-(3，4-环氧环己基)乙基三乙氧基硅烷，加入到容器中，加热到80℃连续搅拌反应2.5小时，冷却到室温时加入2％的甲基六氢苯酐、0.2％的三(二甲胺基甲基)苯酚、0.2％的聚醚改性聚二甲基硅氧烷，混合均匀并过滤，即得到有机-无机杂化耐磨透明涂料。

用与实施例1相同的方法制备聚碳酸酯镜片上的涂层，得到的膜层透光率97％，硬度为6H，百格测试无膜层脱落。

实施例3

按重量百分比取以下组分：15％的二氧化硅溶胶、50％的甲基三乙氧基硅烷、6％的去离子水、2.6％的乙酸、2％的乙醇、11％的异丙醇、4％的乙二醇丁醚、7％的β-(3，4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷，加入到容器中，加热到80℃连续搅拌反应2.5小时，冷却到室温时加入2％的甲基四氢苯酐、0.2％的三(二甲胺基甲基)苯酚、0.2％的聚醚改性聚二甲基硅氧烷，混合均匀并过滤，即得到有机-无机杂化耐磨透明涂料。

用与实施例1相同的方法制备聚碳酸酯镜片上的涂层，得到的膜层透光率96％，硬度为6H，百格测试无膜层脱落。

实施例4

按重量百分比取以下组分：12％的二氧化硅溶胶、50％的甲基三乙氧基硅烷、8％的去离子水、2.8％的乙酸、2％的乙醇、12％的异丙醇、4％的乙二醇丁醚、7％的β-(3，4-环氧环己基)乙基三乙氧基硅烷，加入到容器中，加热到80℃连续搅拌反应2.5小时，冷却到室温时加入2％的甲基四氢苯酐、0.2％的三(二甲胺基甲基)苯酚、0.2％的聚醚改性聚二甲基硅氧烷，混合均匀并过滤，即得到有机-无机杂化耐磨透明涂料。

用与实施例1相同的方法制备聚碳酸酯镜片上的涂层，得到的膜层透光率97％，硬度为5H，百格测试无膜层脱落。

Claims

1.一种用于光学塑料表面增强的有机-无机杂化耐磨透明涂料，其特征是：它包括下列组分及重量份：二氧化硅溶胶2～20，甲基三乙氧基硅烷30～58，去离子水2～18，乙酸0.5～3，溶剂10～30，硅烷偶联剂2～11，固化剂0.5～5，固化促进剂0.02～2，流平剂0.05～1。

2.根据权利要求1所述的一种用于光学塑料表面增强的有机-无机杂化耐磨透明涂料，其特征是：所述的溶剂是乙醇、异丙醇、乙二醇丁醚的混合物；所述的混合物含有重量百分比为10％～40％的乙二醇丁醚。

3.根据权利要求1所述的一种用于光学塑料表面增强的有机-无机杂化耐磨透明涂料，其特征是：所述的硅烷偶联剂是β-(3，4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷或β-(3，4-环氧环己基)乙基三乙氧基硅烷。

4.根据权利要求1所述的一种用于光学塑料表面增强的有机-无机杂化耐磨透明涂料，其特征是：所述的固化剂是甲基六氢苯酐或甲基四氢苯酐。

5.根据权利要求1所述的一种用于光学塑料表面增强的有机-无机杂化耐磨透明涂料，其特征是：所述的固化促进剂是三(二甲胺基甲基)苯酚。

6.根据权利要求1所述的一种用于光学塑料表面增强的有机-无机杂化耐磨透明涂料，其特征是：所述的流平剂是聚醚改性聚二甲基硅氧烷。