CN102358822A - 一种复合透明硬涂层的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合透明硬涂层的制备方法，通过将有机硅氧烷、水与无机酸混合，常温高速搅拌，得到水解有机硅氧烷，继而加入异丙醇铝和水，搅拌条件下升温到75～85℃，保温10～15h，得A组分；通过将正硅酸乙酯、水、乙醇和硝酸混合，常温搅拌至澄清，得B组分；将A组分与B组分混合制得复合溶胶；将此复合溶胶涂布在底材上，空气中干燥0.5h后，加热至105～120℃固化1.5～2.5h，即可得到本发明的复合透明硬涂层。本发明的复合透明硬涂层，铅笔硬度可达到6H，可作为光学材料的保护层。本发明的复合透明硬涂层，简化了工艺，提高了工业化生产，同时降低了成本，在众多工业领域和日常生活中有着广泛的应用前景。

Description

一种复合透明硬涂层的制备方法
技术领域
本发明涉及有机无机复合涂层材料领域，具体说是一种复合透明硬涂层的制备方法。
背景技术
基于光学方面的应用要求，在各种底材(如窗户、镜头等)上涂敷硬且透明的涂层受到了广泛的重视。虽然已有采用有机材料来制造透明硬涂层的报道，但所得涂层硬度相对较差；而采用气相或者真空沉积作用得到的无机涂层，虽然耐磨性很好，但黏度较差，容易开裂，且成本较高。因此，采用有机与无机复合的方法来制备透明硬涂层被提了出来。
目前，国内外报道的制备有机无机复合涂层的方法主要有机械共混法、纳米微粒原位生成法和溶胶-凝胶法。相比较而言，前两种方法工艺较为复杂、且实施成本较高，近年来多采用溶胶-凝胶法进行复合涂层材料开发。在采用溶胶-凝胶法制备有机无机复合透明硬涂层的报道中，大多采用钛、硅、铝等金属的氧化物作为无机材料与有机硅氧烷制备复合涂层，成本价格相对较高。
现有专利CN101629066(公开号)以异丙醇铝作为无机原料制备有机无机复合透明硬涂层，其制备步骤多、固化温度高(400℃)。
发明内容
综上所述，本发明的目的在于公开一种复合透明硬涂层的制备方法。
一种复合透明硬涂层的制备方法，其步骤如下：
a、A组分的制备
将有机硅氧烷、去离子水与无机酸按摩尔比为1∶4～6∶0～0.01混合，常温高速搅拌0.5～3h，得到水解有机硅氧烷；
向上述水解有机硅氧烷产物中加入异丙醇铝和去离子水，搅拌条件下升温到75～85℃，保温10～15h，冷却后，得A组分；
其中，异丙醇铝与有机硅氧烷的摩尔比为0.15～0.25∶1，去离子水与有机硅氧烷的摩尔比为13～20∶1；
b、B组分的制备
将硝酸缓慢滴加至正硅酸乙酯、去离子水和乙醇的混合溶液中，常温搅拌至澄清，得B组分；
其中正硅酸乙酯、去离子水、乙醇和硝酸的摩尔比为1∶15∶6∶0.01；
c、复合溶胶的制备
将上述A组分与B组分按质量比为100∶15～30混合，常温搅拌均匀，得复合溶胶；
d、复合透明硬涂层的制备
将c步骤中所得的复合溶胶用涂布器涂布在底材上，在空气中干燥0.5h后，放置在流通空气的干燥箱中加热至105～120℃，固化1.5～2.5h，冷却，即得复合透明硬涂层；
上述有机硅氧烷为γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，或乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷，或N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷，或γ-氨丙基三乙氧基硅烷；
上述无机酸为盐酸，或硝酸，或磷酸，或醋酸。
本发明通过有机硅氧烷水解得到的Si-OH与异丙醇铝水解得到的Al-OH发生缩合反应，生成Al-O-Si，不仅实现铝的氧化物与有机硅氧烷以化学键结合，保证复合涂层的透明性，还赋予本发明所制复合涂层无机物的刚性和有机硅氧烷的柔韧性，使其铅笔硬度达到6H，附着力达到2，不容易开裂。
本发明与现有技术相比，具有的优点：
1、本发明以异丙醇铝与硅氧烷为主要原料，制备复合透明硬涂层，作为制备铝的氧化物的主要原料之一，异丙醇铝价格相对便宜，由其代替铝的氧化物直接与有机硅氧烷制备复合涂层可大大降低成本。
2、本发明采用溶胶-凝胶法制备复合透明硬涂层，由于其采用的制备步骤少、固华温度低(105～120℃)，便于工业化生产。
3、本发明与现有技术相比较，可在无机玻璃，或聚碳酸酯，或聚甲基丙烯酸甲酯，或聚氯乙烯多种底材上涂层，应用范围广。
4、本发明所制备的复合涂层经300次磨耗后，透光度下降不到10％，可作为光学材料的保护层。
具体实施方式
实施例1
将1mol γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷与4mol去离子水混合，常温高速搅拌0.5h，得到水解有机硅氧烷；加入0.2mol异丙醇铝和15mol去离子水，搅拌条件下升温到80℃，继续搅拌保温13h，自然冷却，得A组分。
将0.01mol硝酸缓慢滴加至1mol正硅酸乙酯、15mol去离子水和6mol乙醇的混合溶液中，常温搅拌至澄清，得B组分。
取100g A组分与20g B组分，将其混合，常温搅拌均匀，得复合溶胶。
采用涂布器将所得复合溶胶涂布在无机玻璃上，空气中干燥0.5h后，在流通空气的干燥箱中加热至110℃固化2h，自然冷却，即可得到本发明的复合透明硬涂层。
实施例2
将1mol乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷、4mol去离子水与0.01mol硝酸混合，常温高速搅拌3h，得到水解有机硅氧烷；继续加入0.25mol异丙醇铝和13mol去离子水，搅拌条件下升温到75℃，继续搅拌保温15h，自然冷却，得A组分。
将0.01mol硝酸缓慢滴加至1mol正硅酸乙酯、15mol去离子水和6mol乙醇的混合溶液中，常温搅拌至澄清，得B组分。
取100g A组分与15g B组分，将其混合，常温搅拌均匀，得复合溶胶。
采用涂布器将所得复合溶胶涂布在聚碳酸酯上，空气中干燥0.5h后，在流通空气的干燥箱中加热至105℃固化2.5h，自然冷却，即可得到本发明的复合透明硬涂层。
实施例3
将1mol N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、5mol去离子水中与0.01mol醋酸混合，常温高速搅拌2h，得到水解有机硅氧烷；继续加入0.15mol异丙醇铝和18mol去离子水，搅拌条件下升温到85℃，继续搅拌保温10h，自然冷却，得A组分。
将0.01mol硝酸缓慢滴加至1mol正硅酸乙酯、15mol去离子水和6mol乙醇的混合溶液中，常温搅拌至澄清，得B组分。
取100g A组分与25g B组分，将其混合，常温搅拌均匀，得复合溶胶。
采用涂布器将所得复合溶胶涂布在聚甲基丙烯酸甲酯上，空气中干燥0.5h后，在流通空气的干燥箱中加热至115℃固化1.5h，自然冷却，即可得到本发明的复合透明硬涂层。
实施例4
将1molγ-氨丙基三乙氧基硅烷分、6mol去离子水与0.01mol盐酸混合，常温高速搅拌2.5h，得到水解有机硅氧烷；继续加入0.25mol异丙醇铝和20mol去离子水，搅拌条件下升温到85℃，继续搅拌保温11h，自然冷却，得A组分。
将0.01mol硝酸缓慢滴加至1mol正硅酸乙酯、15mol去离子水和6mol乙醇的混合溶液中，常温搅拌至澄清，得B组分。
取100g A组分与30g B组分，将其混合，常温搅拌均匀，得复合溶胶。
采用涂布器将所得复合溶胶涂布在聚氯乙烯上，空气中干燥0.5h后，在流通空气的干燥箱中加热至120℃固化1.5h，自然冷却，即可得到本发明的复合透明硬涂层。

Claims (2)

1.一种复合透明硬涂层的制备方法，其步骤如下：
a、A组分的制备
将有机硅氧烷、去离子水与无机酸按摩尔比为1∶4～6∶0～0.01混合，常温高速搅拌0.5～3h，得到水解有机硅氧烷；
向上述水解有机硅氧烷产物中加入异丙醇铝和去离子水，搅拌条件下升温到75～85℃，保温10～15h，冷却后，得A组分；
其中，异丙醇铝与有机硅氧烷的摩尔比为0.15～0.25∶1，去离子水与有机硅氧烷的摩尔比为13～20∶1；
b、B组分的制备
将硝酸缓慢滴加至正硅酸乙酯、去离子水和乙醇的混合溶液中，常温搅拌至澄清，得B组分；
其中正硅酸乙酯、去离子水、乙醇和硝酸的摩尔比为1∶15∶6∶0.01；
c、复合溶胶的制备
将上述A组分与B组分按质量比为100∶15～30混合，常温搅拌均匀，得复合溶胶；
d、复合透明硬涂层的制备
将c步骤中所得的复合溶胶用涂布器涂布在底材上，在空气中干燥0.5h后，放置在流通空气的干燥箱中加热至105～120℃，固化1.5～2.5h，冷却，即得复合透明硬涂层；
2.如权利要求1所述的一种复合透明硬涂层的制备方法，其特征在于：所述有机硅氧烷为γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，或乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷，或N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷，或γ-氨丙基三乙氧基硅烷；所述无机酸为盐酸，或硝酸，或磷酸，或醋酸。
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