CN105295083A - 具有增硬涂层的透明塑料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有增硬涂层的透明塑料及其制备方法，其中的具有增硬涂层的透明塑料包括透明塑料基底，所述的透明塑料基底上依次设置有辅助层和有机-无机复合保护层，所述的辅助层为有机硅改性丙烯酸酯。本发明中具有增硬涂层的透明塑料的增硬涂层在高低温及其湿热条件下具有较好的附着力。
Description
技术领域
本发明涉及塑料加工领域，尤其涉及一种具有增硬涂层的透明塑料及其制备方法。
背景技术
透明塑料材料是很好的透明绝缘材料，应用广泛，比如，其中的聚甲基丙烯酸甲酯俗称有机玻璃，具有透明性优异、耐候性好、成型性良好的优点，使它的用途极为广泛。除了在飞机上用作座舱盖、风挡和舷窗外，也用作汽车的风挡和车窗、大型建筑的天窗、电视和雷达的屏幕、仪器和设备的保护罩、电讯仪表的外壳、望远镜和照相机上的光学镜片。但透明塑料材料存在耐磨及耐刮擦性差等问题。
一般采用表面涂层技术来提高透明塑料材料的耐磨性能，最常见的为无机涂层和有机涂层。其中无机涂层在透明塑料制品上的附着力差，易剥落；有机涂层与透明塑料结合性良好，但由于有机物本身柔韧性好，单纯使用有机涂层硬度不高，耐磨性差。
有机-无机复合涂层兼顾有机涂层和无机涂层的优点，附着力强且耐磨性能好。如专利CN103387759A公开了一种有机/无机杂化增硬剂及其制备方法，在该方法中，硅溶胶和不饱和硅烷偶联剂等混合制备了增硬剂，将此增硬剂加入UV固化涂层，形成有机/无机杂化UV固化涂层，涂层的铅笔硬度最高可达4H。又如专利CN1752165A公开了一种有机硅透明耐磨增硬涂料及其制作方法，该方法在用于透明塑料基片时如树脂镜片的浸涂时，不需要底涂就能直接浸涂固化，但是目前的有机-无机复合涂层在高温、低温及其湿热条件下附着力明显降低。
发明内容
本发明提供一种具有增硬涂层的透明塑料，具有在高温、低温及其湿热条件下附着力良好的优点。
本发明还提供了一种具有增硬涂层的透明塑料的制备方法。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的：
一种具有增硬涂层的透明塑料，包括透明塑料基底，所述的透明塑料基底上依次设置有辅助层和有机-无机复合保护层，所述的辅助层为有机硅改性丙烯酸酯，其分子式如式(Ⅰ)所示：
其中，R1、R2均为碳原子数为1-6的烷基、氢原子、羟基乙基和羟基丙基中的任意一种；m、n、p均为1-20的整数。
进一步的，所述的透明塑料基底为有机玻璃。
进一步的，所述的辅助层厚度为0.2-10μm。
进一步的，所述的有机-无机复合保护层为聚合物，其分子式如式(Ⅱ)所示：
其中，R1、R2、R3、R4、R5、R6均为甲基、乙基、苯基、乙烯基、羟基、氢原子、甲氧基和乙氧基中的任意一种；m、n、p均为1-20的整数。
进一步的，所述的保护层厚度为0.2-10μm。
另一方面，一种具有增硬涂层的透明塑料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)透明塑料基底预处理：去除所述的透明塑料基底表面的污垢；
(2)制备辅助层：在预处理过的所述透明塑料基底上喷涂有机硅改性丙烯酸酯，待所述的有机硅改性丙烯酸酯表面自然干燥20-40min后在60-90℃条件下干燥固化1-5h，即得所述的辅助层；
(3)制备有机-无机复合保护层：在所述辅助层上喷涂有机-无机复合材料，待所述的有机-无机复合材料表面自然干燥20-40min后在60-90℃条件下干燥固化1-5h，即得所述的有机-无机保护层。
进一步的，所述步骤(1)具体包括如下步骤：将所述的透明塑料基底用氧化铈和水的混合液抛光去除所述的透明塑料基底表面的油垢，所述混合液由体积比为1:1-10氧化铈粉末和水混合得到；然后用去离子水清洗残留在衬底表面的污垢，干燥。
与现有技术相比，本发明至少具有如下优点：
在透明玻璃基底与有机-无机复合保护层之间设置一层辅助层，使整个涂层体系的化学性质、热性质等形成一个梯度，提高了保护层在透明塑料基底上的附着力，在经过70℃48h、-55℃24h、相对湿度95％温度60℃10天的环境试验后用百格法测试，涂层100％不脱落。
本发明具有增硬涂层的透明塑料可见光透过率88％以上；附着力强，在经过70℃48h、-55℃24h、相对湿度95％温度60℃10天的环境试验后百格法测试涂层完全不脱落；在有机玻璃上的铅笔硬度达5H。
附图说明
图1为本发明具有增硬涂层的透明塑料中具有增硬涂层的有机玻璃结构示意图；
图2为本发明具有增硬涂层的透明塑料中有机玻璃增硬涂层的透射光谱；
图3为本发明具有增硬涂层的透明塑料中百格法测试增硬涂层的光学照片。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案进行说明，但不作为本发明技术方案的限定。
本发明通过在透明塑料层与有机-无机符合保护层之间增加辅助层，利用有机硅改性丙烯酸酯具有良好的粘附性，使整个涂层体系的化学性质、热性质等形成一个梯度，提高了保护层在透明塑料基底上的附着力，
实施例1
一种在有机玻璃表面涂覆增硬涂层的方法，包括如下步骤：
(1)有机玻璃衬底预处理：首先用烧杯量取50ml的氧化铈粉末和500ml的水，将二者混匀后作为抛光液，将有机玻璃衬底材料用抛光液去除衬底表面的油垢，然后用去离子水清洗残留在衬底表面的污垢；待其清洗干净后，用压缩空气吹干；
采用氧化铈和水的混合溶液进行抛光使得有机玻璃沉底的表面洁净，裂纹的地方也能将污垢清除干净，有利于辅助层的附着。
(2)辅助层的制备：将清洗好的有机玻璃衬底置于洁净室中，喷涂式(Ⅲ)所示的聚合物的丙二醇甲醚溶液(聚合物质量浓度为20％)，表干30min后样品在80℃烘箱中干燥3h后得到辅助层，涂层厚度为0.2μm；
(3)保护层的制备：将步骤(2)中得到涂覆有辅助层的有机玻璃置于洁净室中，喷涂式(Ⅳ)所示的聚合物的正丁醇溶液(聚合物质量浓度为18％)，自然晾干20min后样品在80℃烘箱中干燥3h后得到保护层，其厚度为1μm；
将本实施例得到的增硬涂层经过70℃，48h；低温-55℃，24h；相对湿度95％，温度60℃，的环境试验10天后增硬复合涂层的附着力仍是100％。百格法测试后增硬涂层的光学照片，从图中可见涂层100％不脱落。
实施例2
本例的实施步骤同实施例1，不同在于使用的聚合物、溶剂及其浓度不同。
(1)有机玻璃衬底预处理：首先用烧杯量取50ml的氧化铈粉末和50ml的水，将二者混匀后作为抛光液，将有机玻璃衬底材料用抛光液去除衬底表面的油垢，然后用去离子水清洗残留在衬底表面的污垢；待其清洗干净后，用压缩空气吹干；
(2)制备辅助层：将清洗好的有机玻璃衬底置于洁净室中，喷涂式(Ⅴ)所示的聚合物的乙酸丁酯溶液(聚合物质量浓度为14％)，40min后样品在85℃烘箱中干燥3h后得到辅助层，辅助层的厚度为0.8μm；
(3)制备保护层：将步骤(2)中得到有机玻璃置于洁净室中，喷涂式(Ⅵ)所示的聚合物的正丁醇溶液(聚合物质量浓度为20％)，30min后样品在85℃烘箱中干燥3h后得到保护层，其厚度为0.2μm；
将本实施例得到的增硬涂层经过70℃，48h；低温-55℃，24h；相对湿度95％，温度60℃，的环境试验10天后增硬复合涂层的附着力仍是100％。百格法测试后增硬涂层的光学照片，从图中可见涂层100％不脱落。
实施例3
本例的实施步骤同实施例1，不同在于使用的聚合物、溶剂及其浓度不同。
(1)有机玻璃衬底预处理：首先用烧杯量取50ml的氧化铈粉末和200ml的水，将二者混匀后作为抛光液，将有机玻璃衬底材料用抛光液去除衬底表面的油垢，然后用去离子水清洗残留在衬底表面的污垢；待其清洗干净后，用压缩空气吹干；
(2)辅助层的制备：将清洗好的有机玻璃衬底置于洁净室中，喷涂式(Ⅶ)所示的聚合物丙二醇乙醚溶液(聚合物质量浓度为20％)，30min后样品在60℃烘箱中干燥5h后得到辅助层，其厚度为0.8μm；
(3)保护层的制备：将步骤(2)中得到有机玻璃置于洁净室中，喷涂式(Ⅷ)所示的聚合物正丁醇溶液(聚合物质量浓度为20％)，30min后样品在85℃烘箱中干燥3h后得到保护层，其厚度为0.5μm；
图1为得到的本实施例制备的具有增硬涂层的有机玻璃的结构示意图，其包括有机玻璃衬底1，辅助层2和有机-无机复合保护层3。
对本实施例得到的增硬涂层进行性能测试：在有机玻璃上的增硬复合涂层铅笔硬度为5H。图2为有机玻璃增硬涂层的透射光谱，给出了增硬复合涂层在400～800nm处的透射光谱，从图中可以看出涂覆有增硬涂层的有机玻璃的光透射率较好；经过70℃，48h；低温-55℃，24h；相对湿度95％，温度60℃，的环境试验10天后增硬复合涂层的附着力仍是100％。图3为百格法测试增硬涂层的光学照片，给出了百格法测试后增硬涂层的光学照片，从图中可见涂层100％不脱落。
实施例4
一种聚碳酸酯表面涂覆增硬涂层的方法，包括如下步骤：
(1)有机玻璃衬底预处理：用去离子水清洗聚碳酸酯材料表面，清楚其表面的污垢；
(2)辅助层的制备：将清洗好的有机玻璃衬底置于洁净室中，喷涂式(Ⅲ)所示的聚合物的丙二醇甲醚溶液(聚合物质量浓度为20％)，表干25min后样品在60℃烘箱中干燥5h后得到辅助层，其厚度为0.2μm；
(3)保护层的制备：将步骤(2)中得到涂覆有辅助层的有机玻璃置于洁净室中，喷涂式(Ⅳ)所示的聚合物的正丁醇溶液(聚合物质量浓度为18％)，自然晾干20min后样品在90℃烘箱中干燥1h后得到保护层，其厚度为0.5μm；
将本实施例得到的增硬涂层经过70℃，48h；低温-55℃，24h；相对湿度95％，温度60℃，的环境试验10天后增硬复合涂层的附着力仍是100％。百格法测试增硬涂层的光学照片，从图中可见涂层100％不脱落。
以上实施例中得到的增硬涂层在高低温及其湿热条件下均具有较好的附着力，硬度较强。
本发明方案中未进行限定的部分均为本领域常规技术即可完成的，本领域可以根据需要进行选择，比如选用的有机-无机复合涂层，本领域技术人员可以根据具体需要选择其材质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种具有增硬涂层的透明塑料，其特征在于，包括透明塑料基底，所述的透明塑料基底上依次设置有辅助层和有机-无机复合保护层，所述的辅助层为有机硅改性丙烯酸酯，其分子式如式(Ⅰ)所示：
其中，R1、R2均为碳原子数为1-6的烷基、氢原子、羟基乙基和羟基丙基中的任意一种；m、n、p均为1-20的整数。
2.根据权利要求1所述的具有增硬涂层的透明塑料，其特征在于，所述的透明塑料基底为有机玻璃。
3.根据权利要求1所述的具有增硬涂层的透明塑料，其特征在于，所述的辅助层厚度为0.2-10μm。
4.根据权利要求1所述的具有增硬涂层的透明塑料，其特征在于，所述的有机-无机复合保护层为聚合物，其分子式如式(Ⅱ)所示：
其中，R1、R2、R3、R4、R5、R6均为甲基、乙基、苯基、乙烯基、羟基、氢原子、甲氧基和乙氧基中的任意一种；m、n、p均为1-20的整数。
5.根据权利要求1所述的具有增硬涂层的透明塑料，其特征在于，所述的保护层厚度为0.2-10μm。
6.一种权利要求1-5任意一项所述的具有增硬涂层的透明塑料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)透明塑料基底预处理：去除所述的透明塑料基底表面的污垢；
(2)制备辅助层：在预处理过的所述透明塑料基底上喷涂有机硅改性丙烯酸酯，待所述的有机硅改性丙烯酸酯表面自然干燥20-40min后在60-90℃条件下干燥固化1-5h，即得所述的辅助层；
(3)制备有机-无机复合保护层：在所述辅助层上喷涂有机-无机复合材料，待所述的有机-无机复合材料表面自然干燥20-40min后在60-90℃条件下干燥固化1-5h，即得所述的有机-无机保护层。
7.根据权利要求6所述的具有增硬涂层的透明塑料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)具体包括如下步骤：将所述的透明塑料基底用氧化铈和水的混合液抛光去除所述的透明塑料基底表面的油垢，所述混合液由体积比为1:1-10氧化铈粉末和水混合得到；然后用去离子水清洗残留在衬底表面的污垢，干燥。
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