本发明属于有机材料技术领域，具体涉及一种有机玻璃的表面改性方法。
背景技术：
有机玻璃是一种通俗的名称，缩写为pmma。此高分子透明材料的化学名称叫聚甲基丙烯酸甲酯，是由甲基丙烯酸甲酯聚合而成的高分子化合物。是一种开发较早的重要热塑性塑料。有机玻璃分为无色透明，有色透明，珠光，压花有机玻璃四种。有机玻璃俗称亚克力、中宣压克力、亚格力，有机玻璃具有较好的透明性、化学稳定性，力学性能和耐候性，易染色，易加工，外观优美等优点。有机玻璃又叫明胶玻璃、亚克力等。
由于有机玻璃具有优良的耐候性、电绝缘性和极好的装饰性等性能，使得有机玻璃的应用越来越广泛。但有机玻璃目前依然存在着与无机玻璃无法相比的性能缺陷，其硬度偏低，不耐刮檫，在使用过程中及其容易被擦伤，造成表面起雾，使得有机玻璃的透明度下降，影响使用性能和美观效果。
技术实现要素：
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种有机玻璃的表面改性方法，显著提高了有机玻璃的表面硬度，并且冲击强度和耐老化性能得到提高，透光性不受影响。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种有机玻璃的表面改性方法，在有机玻璃表面涂膜一层厚度为0.5-0.6毫米的有机硅改性涂层，该有机硅改性涂层的制备方法包括以下步骤：
（1）按照重量份计称取以下原料：聚氯丁橡胶乳液70-75份、甲基丙烯酸甲酯35-38份、丙烯酸丁酯25-29份、正硅酸乙酯10-12份、甲基三乙氧基硅烷14-16份、op-101-2份、过硫酸钾0.8-1.0份、三乙酰丙酮铝醇溶液18-20份、碳酸氢钠缓冲剂3-4份、氨水1-2份、乙二胺醇溶液20-25份；
（2）将聚氯丁橡胶乳液加入到反应器中，加入op-10，机械搅拌20-30分钟，均分三次加入过硫酸钾、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯，每次间隔时间为18-20分钟，整个过程在50-55℃下高速搅拌，搅拌转速在1000-1200转/分钟范围，保温预乳化30-35分钟，得到预乳化液；
（3）将正硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷加入到预乳化液中，搅拌混合，通入氮气作为保护气，加入乙二胺醇溶液，升温至60-65℃进行聚合反应，反应至90-100分钟后加入三乙酰丙酮铝醇溶液，缓慢升温至75-80℃，保温20-30分钟，保温过程中滴加碳酸氢钠缓冲剂，继续反应3-4小时，反应结束后自然冷却至室温，滴加氨水调节ph值在7.3-7.5范围，将乳液使用筛网过滤即可。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯使用前采用2倍体积的质量浓度为4.5-5.0%的氢氧化钠水溶液稀释，混合均匀后，静置分层，除去碱液，使用去离子水洗涤至体系ph值为中性，用无水硫酸钠干燥后冷藏备用。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述聚氯丁橡胶乳液固含量为48-50%。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述三乙酰丙酮铝醇溶液是由三乙酰丙酮铝与无水乙醇按照质量比为1:8-10的比例混合得到的。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述乙二胺醇溶液是由乙二胺与无水乙醇按照质量比为1:4-5的比例混合得到的。
本发明相比现有技术具有以下优点：为了解决现有有机玻璃硬度低导致的表面性能不佳的问题，本发明提供了一种有机玻璃的表面改性方法，在有机玻璃表面涂膜一层厚度为0.5-0.6毫米的有机硅改性涂层，该涂层作为一种硬质性保护薄膜，能够使有机玻璃表面硬度提高至76kg/mm2以上，耐擦伤性能增强，在外力作用下依然保持表面光滑，并且该涂层还能够维持有机玻璃透光性不变，耐酸碱老化性能好，附着力强，本发明显著提高了有机玻璃的表面硬度，并且冲击强度和耐老化性能得到提高，透光性不受影响，大大提高了有机玻璃的使用功能和寿命，提高了力学性能，降低损坏率，能够实现扩展有机玻璃销售市场的现实意义，是一种极为值得推广使用的技术方案。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明所提供的技术方案。
实施例1
一种有机玻璃的表面改性方法，在有机玻璃表面涂膜一层厚度为0.5毫米的有机硅改性涂层，该有机硅改性涂层的制备方法包括以下步骤：
（1）按照重量份计称取以下原料：聚氯丁橡胶乳液70份、甲基丙烯酸甲酯35份、丙烯酸丁酯25份、正硅酸乙酯10份、甲基三乙氧基硅烷14份、op-101份、过硫酸钾0.8份、三乙酰丙酮铝醇溶液18份、碳酸氢钠缓冲剂3份、氨水1份、乙二胺醇溶液20份；
（2）将聚氯丁橡胶乳液加入到反应器中，加入op-10，机械搅拌20分钟，均分三次加入过硫酸钾、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯，每次间隔时间为18分钟，整个过程在50℃下高速搅拌，搅拌转速在1000-1200转/分钟范围，保温预乳化30分钟，得到预乳化液；
（3）将正硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷加入到预乳化液中，搅拌混合，通入氮气作为保护气，加入乙二胺醇溶液，升温至60℃进行聚合反应，反应至90分钟后加入三乙酰丙酮铝醇溶液，缓慢升温至75℃，保温20分钟，保温过程中滴加碳酸氢钠缓冲剂，继续反应3小时，反应结束后自然冷却至室温，滴加氨水调节ph值在7.3-7.5范围，将乳液使用筛网过滤即可。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯使用前采用2倍体积的质量浓度为4.5%的氢氧化钠水溶液稀释，混合均匀后，静置分层，除去碱液，使用去离子水洗涤至体系ph值为中性，用无水硫酸钠干燥后冷藏备用。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述聚氯丁橡胶乳液固含量为48%。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述三乙酰丙酮铝醇溶液是由三乙酰丙酮铝与无水乙醇按照质量比为1:8的比例混合得到的。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述乙二胺醇溶液是由乙二胺与无水乙醇按照质量比为1:4的比例混合得到的。
实施例2
一种有机玻璃的表面改性方法，在有机玻璃表面涂膜一层厚度为0.55毫米的有机硅改性涂层，该有机硅改性涂层的制备方法包括以下步骤：
（1）按照重量份计称取以下原料：聚氯丁橡胶乳液72份、甲基丙烯酸甲酯36份、丙烯酸丁酯27份、正硅酸乙酯11份、甲基三乙氧基硅烷15份、op-101.5份、过硫酸钾0.9份、三乙酰丙酮铝醇溶液19份、碳酸氢钠缓冲剂3.5份、氨水1.5份、乙二胺醇溶液22份；
（2）将聚氯丁橡胶乳液加入到反应器中，加入op-10，机械搅拌25分钟，均分三次加入过硫酸钾、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯，每次间隔时间为19分钟，整个过程在53℃下高速搅拌，搅拌转速在1000-1200转/分钟范围，保温预乳化33分钟，得到预乳化液；
（3）将正硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷加入到预乳化液中，搅拌混合，通入氮气作为保护气，加入乙二胺醇溶液，升温至62℃进行聚合反应，反应至95分钟后加入三乙酰丙酮铝醇溶液，缓慢升温至78℃，保温25分钟，保温过程中滴加碳酸氢钠缓冲剂，继续反应3.5小时，反应结束后自然冷却至室温，滴加氨水调节ph值在7.3-7.5范围，将乳液使用筛网过滤即可。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯使用前采用2倍体积的质量浓度为4.8%的氢氧化钠水溶液稀释，混合均匀后，静置分层，除去碱液，使用去离子水洗涤至体系ph值为中性，用无水硫酸钠干燥后冷藏备用。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述聚氯丁橡胶乳液固含量为49%。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述三乙酰丙酮铝醇溶液是由三乙酰丙酮铝与无水乙醇按照质量比为1:9的比例混合得到的。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述乙二胺醇溶液是由乙二胺与无水乙醇按照质量比为1:4.5的比例混合得到的。
实施例3
一种有机玻璃的表面改性方法，在有机玻璃表面涂膜一层厚度为0.6毫米的有机硅改性涂层，该有机硅改性涂层的制备方法包括以下步骤：
（1）按照重量份计称取以下原料：聚氯丁橡胶乳液75份、甲基丙烯酸甲酯38份、丙烯酸丁酯29份、正硅酸乙酯12份、甲基三乙氧基硅烷16份、op-102份、过硫酸钾1.0份、三乙酰丙酮铝醇溶液20份、碳酸氢钠缓冲剂4份、氨水2份、乙二胺醇溶液25份；
（2）将聚氯丁橡胶乳液加入到反应器中，加入op-10，机械搅拌30分钟，均分三次加入过硫酸钾、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯，每次间隔时间为20分钟，整个过程在55℃下高速搅拌，搅拌转速在1000-1200转/分钟范围，保温预乳化35分钟，得到预乳化液；
（3）将正硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷加入到预乳化液中，搅拌混合，通入氮气作为保护气，加入乙二胺醇溶液，升温至65℃进行聚合反应，反应至100分钟后加入三乙酰丙酮铝醇溶液，缓慢升温至80℃，保温30分钟，保温过程中滴加碳酸氢钠缓冲剂，继续反应4小时，反应结束后自然冷却至室温，滴加氨水调节ph值在7.3-7.5范围，将乳液使用筛网过滤即可。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯使用前采用2倍体积的质量浓度为5.0%的氢氧化钠水溶液稀释，混合均匀后，静置分层，除去碱液，使用去离子水洗涤至体系ph值为中性，用无水硫酸钠干燥后冷藏备用。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述聚氯丁橡胶乳液固含量为50%。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述三乙酰丙酮铝醇溶液是由三乙酰丙酮铝与无水乙醇按照质量比为1:10的比例混合得到的。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述乙二胺醇溶液是由乙二胺与无水乙醇按照质量比为1:5的比例混合得到的。
对比例1
与实施例1的区别仅在于，有机硅改性涂层在有机玻璃表面涂膜厚度为0.8毫米，其余保持一致。
对比例2
与实施例2的区别仅在于，有机硅改性涂层制备中，正硅酸乙酯与甲基三乙氧基硅烷重量比为1:2，总添加量不变，其余保持一致。
对比例3
与实施例3的区别仅在于，有机硅改性涂层制备中，省略三乙酰丙酮铝醇溶液的添加，其余保持一致。
对比例4
与实施例3的区别仅在于，有机硅改性涂层制备中，省略乙二胺醇溶液的添加，其余保持一致。
对比实验
分别使用实施例1-3和对比例1-4的方法对有机玻璃表面进行改性，以涂膜0.6毫米厚的丙烯酸酯防水涂料的方法作为对照组，以未使用任何处理的有机玻璃作为空白对照，各组有机玻璃取材相同，分别进行性能测试，试验中保持无关变量一致，结果如下表所示：
（试验中采用gb/t6739-1996铅笔硬度法测量有机玻璃表面硬度）
本发明显著提高了有机玻璃的表面硬度，并且冲击强度和耐老化性能得到提高，透光性不受影响，大大提高了有机玻璃的使用功能和寿命，提高了力学性能，降低损坏率，能够实现扩展有机玻璃销售市场的现实意义，是一种极为值得推广使用的技术方案。