一种用于光学塑料表面的耐磨增透涂层材料及制备方法与流程

1.本发明涉及涂料技术领域，尤其是一种用于光学塑料表面的耐磨增透涂层材料及制备方法。


背景技术：

2.光学塑料具有质轻，耐冲击，易于加工成型等优点，已在光学领域应用中占有相当重要的地位，光学领域最常用的光学塑料有聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚碳酸酯(pc)和cr39树脂；但是，与光学玻璃相比，光学塑料存在表面硬度低，耐磨性、耐刮伤性、耐溶剂性、透光性较差等不足。为了进一步提高光学塑料的机械性能和光学性能，光学塑料的涂层材料越来越受到人们的重视。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于针对现有技术的情况，提供一种配方合理、耐磨性好，透光率高的用于光学塑料表面的耐磨增透涂层材料，并提供一种设计合理，操作简易的用于光学塑料表面的耐磨增透涂层材料的制备方法及使用方法。
4.为了实现上述第一个目的，本发明采用以下技术方案：
5.本发明用于光学塑料表面的耐磨增透涂层材料，其包括以下重量份数的组分：
[0006][0007]
所述纳米颗粒功能填料由纳米二氧化硅、纳米二氧化钛和纳米石墨烯按照重量比(8-12):(1-2):1复配而成；
[0008]
所述混合溶剂由乙醇、异丙醇和乙二醇单乙醚按照重量比(6-10):(2-5):(1-2)复配而成。
[0009]
作为优选，本发明用于光学塑料表面的耐磨增透涂层材料，包括以下重量份数的组分：
[0010]
[0011][0012]
所述纳米颗粒功能填料由纳米二氧化硅、纳米二氧化钛和纳米石墨烯按照重量比10:2:1复配而成；
[0013]
所述混合溶剂由乙醇、异丙醇和乙二醇单乙醚按照重量比8:3:1复配而成。
[0014]
作为优选，所述引发剂由硅烷偶联剂和过硫酸钾按照重量比(1-2):1复配而成。
[0015]
作为优选，所述固化剂为四甲基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵、四甲基氯化铵、四丁基氯化铵、四甲基醋酸铵和四丁基醋酸铵中的至少一种。
[0016]
作为优选，所述固化促进剂为三氟化硼、丙烯酰胺、己内酰胺、n,n-二甲基甲酰胺中的至少一种。
[0017]
作为优选，所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂kh560、硅烷偶联剂kh570和硅烷偶联剂kh792中的至少一种。
[0018]
作为优选，所述增透剂为basf blud 2365。
[0019]
作为优选，所述纳米颗粒功能填料的粒径为2-20nm。
[0020]
为了实现上述第二个目的，本发明采用以下技术方案：
[0021]
本发明用于光学塑料表面的耐磨增透涂层材料的制备方法，其包括以下步骤：
[0022]
1)按照各组分重量份数，称取正硅酸乙酯、二甲基二乙氧基硅烷、纳米颗粒功能填料、混合溶剂、增透剂、引发剂、固化剂和固化促进剂；
[0023]
2)将二甲基二乙氧基硅烷加入正硅酸乙酯中，磁力搅拌混合，得到混合液；
[0024]
3)将纳米颗粒功能填料加入混合溶剂中，超声波分散及磁力搅拌1-3h，得到分散液；
[0025]
4)将分散液升温至60-70℃后，缓慢加入混合液、增透剂和引发剂，0.5-1h加完，然后升温至75-100℃反应0.5-1.5h，冷却，得到反应液；
[0026]
5)在使用前，往反应液中加入固化剂和固化促进剂，搅拌均匀，制得耐磨增透涂层材料。
[0027]
为了实现上述第三个目的，本发明采用以下技术方案：
[0028]
本发明用于光学塑料表面的耐磨增透涂层材料的使用方法，其是将待处理光学塑料洗净干燥，然后浸泡至耐磨增透涂层材料中0.1-0.5min，提起，晾干，置于90-120℃烘箱中烘烤60-180min。
[0029]
作为优选，所述待处理光学塑料洗净干燥的方法为：使用氢氧化钠、碳酸钠和磷酸钠溶液中的至少一种，浸泡待处理光学塑料15-30min，然后轮流用自来水和去离子水冲洗2-3遍，室温下使水分挥发尽后放入70-80℃烘箱中加热1-2h。
[0030]
本发明采用以上技术方案，将正硅酸乙酯和二甲基二乙氧基硅烷的混合使用，显
著增强了涂层材料的耐磨性能，而且复配交联进行附着排列，形成纳米级别孔隙，进而可发生光衍射达到光学增透目的，添加有增透剂，有利于纳米粉体的规整排列，增加光的透过性，提高投影效果，并与混合溶剂、引发剂、固化剂和固化促进剂协同作用下，结合纳米颗粒功能填料中纳米二氧化硅多孔特性，降低了涂层材料有效折光指数，起到光学增透作用，结合纳米石墨烯优异的耐摩擦性能，显著提高了涂层材料与光学塑料表面的附着性能，大大增强了涂层材料的耐摩擦性能；本发明的混合溶剂采用标准大气压下沸点不同的乙醇、异丙醇和乙二醇单乙醚进行复配，利用三者沸点的梯度差，能更好的控制涂层干燥速度及表面张力，从而达到最优铺展效果。本发明用于光学塑料表面的耐磨增透涂层材料，具有极好的分散性和稳定性，本发明制得的用于光学塑料表面的耐磨增透涂层表面光滑平整好，具有优异的附着力、硬度高、耐磨性好，透光率达到率》90％。
具体实施方式
[0031]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加简洁明了，本发明用以下具体实施例进行说明，但本发明绝非仅限于这些例子。以下所述仅为本发明较好的实施例，仅仅用于描述本发明，不能理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
[0032]
本发明用于光学塑料表面的耐磨增透涂层材料，其包括以下重量份数的组分：
[0033][0034][0035]
所述纳米颗粒功能填料由纳米二氧化硅、纳米二氧化钛和纳米石墨烯按照重量比(8-12):(1-2):1复配而成；
[0036]
所述混合溶剂由乙醇、异丙醇和乙二醇单乙醚按照重量比(6-10):(2-5):(1-2)复配而成。
[0037]
作为优选，本发明用于光学塑料表面的耐磨增透涂层材料，包括以下重量份数的组分：
[0038][0039]
所述纳米颗粒功能填料由纳米二氧化硅、纳米二氧化钛和纳米石墨烯按照重量比10:2:1复配而成；
[0040]
所述混合溶剂由乙醇、异丙醇和乙二醇单乙醚按照重量比8:3:1复配而成。
[0041]
作为优选，所述引发剂由硅烷偶联剂和过硫酸钾按照重量比(1-2):1复配而成。
[0042]
作为优选，所述固化剂为四甲基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵、四甲基氯化铵、四丁基氯化铵、四甲基醋酸铵和四丁基醋酸铵中的至少一种。
[0043]
作为优选，所述固化促进剂为三氟化硼、丙烯酰胺、己内酰胺、n,n-二甲基甲酰胺中的至少一种。
[0044]
作为优选，所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂kh560、硅烷偶联剂kh570和硅烷偶联剂kh792中的至少一种。
[0045]
作为优选，所述增透剂为basf blud 2365。
[0046]
作为优选，所述纳米颗粒功能填料的粒径为2-20nm。
[0047]
本发明还可添加消泡剂、附着力促进剂、增稠剂、成膜助剂等助剂。本领域技术人员可以根据需要加入适量盐酸等酸性溶液或者氨水等碱性溶液进行诸如ph值调节等常规操作。
[0048]
本发明用于光学塑料表面的耐磨增透涂层材料的制备方法，其包括以下步骤：
[0049]
1)按照各组分重量份数，称取正硅酸乙酯、二甲基二乙氧基硅烷、纳米颗粒功能填料、混合溶剂、增透剂、引发剂、固化剂和固化促进剂；
[0050]
2)将二甲基二乙氧基硅烷加入正硅酸乙酯中，磁力搅拌混合，得到混合液；
[0051]
3)将纳米颗粒功能填料加入混合溶剂中，超声波分散及磁力搅拌1-3h，得到分散液；
[0052]
4)将分散液升温至60-70℃后，缓慢加入混合液、增透剂和引发剂，0.5-1h加完，然后升温至75-100℃反应0.5-1.5h，冷却，得到反应液；
[0053]
5)在使用前，往反应液中加入固化剂和固化促进剂，搅拌均匀，制得耐磨增透涂层材料。
[0054]
本发明用于光学塑料表面的耐磨增透涂层材料的使用方法，其是将待处理光学塑料洗净干燥，然后浸泡至耐磨增透涂层材料中0.1-0.5min，提起，晾干，置于90-120℃烘箱中烘烤60-180min。
[0055]
作为优选，所述待处理光学塑料洗净干燥的方法为：使用氢氧化钠、碳酸钠和磷酸
钠溶液中的至少一种，浸泡待处理光学塑料15-30min，然后轮流用自来水和去离子水冲洗2-3遍，室温下使水分挥发尽后放入70-80℃烘箱中加热1-2h。
[0056]
本发明采用以上技术方案，将正硅酸乙酯和二甲基二乙氧基硅烷的混合使用，显著增强了涂层材料的耐磨性能，而且复配交联进行附着排列，形成纳米级别孔隙，进而可发生光衍射达到光学增透目的，添加有增透剂，有利于纳米粉体的规整排列，增加光的透过性，提高投影效果，并与混合溶剂、引发剂、固化剂和固化促进剂协同作用下，结合纳米颗粒功能填料中纳米二氧化硅多孔特性，降低了涂层材料有效折光指数，起到光学增透作用，结合纳米石墨烯优异的耐摩擦性能，显著提高了涂层材料与光学塑料表面的附着性能，大大增强了涂层材料的耐摩擦性能；本发明的混合溶剂采用标准大气压下沸点不同的乙醇、异丙醇和乙二醇单乙醚进行复配，利用三者沸点的梯度差，能更好的控制涂层干燥速度及表面张力，从而达到最优铺展效果。本发明用于光学塑料表面的耐磨增透涂层材料，可以显著提高与光学塑料表面的附着性能，耐摩擦性能优异，透光率高。
[0057]
实施例1
[0058]
本发明用于光学塑料表面的耐磨增透涂层材料的制备方法，其包括以下步骤：
[0059]
1)按照各组分重量份数，称取正硅酸乙酯15份、二甲基二乙氧基硅烷10份、纳米颗粒功能填料20份、混合溶剂50份、引发剂2份、增透剂1份、固化剂0.3份和固化促进剂0.1份；
[0060]
所述引发剂由硅烷偶联剂kh560和过硫酸钾按照重量比1:1复配而成；
[0061]
所述纳米颗粒功能填料由纳米二氧化硅、纳米二氧化钛和纳米石墨烯按照重量比8:1:1复配而成；
[0062]
所述混合溶剂由乙醇、异丙醇和乙二醇单乙醚按照重量比6:2:1复配而成；
[0063]
2)将二甲基二乙氧基硅烷加入正硅酸乙酯中，磁力搅拌混合，得到混合液；
[0064]
3)将纳米颗粒功能填料加入混合溶剂中，超声波分散及磁力搅拌1h，得到分散液；
[0065]
4)将分散液升温至60℃后，缓慢加入混合液、增透剂和引发剂，0.5h加完，然后升温至75℃反应0.5h，冷却，得到反应液；
[0066]
5)在使用前，往反应液中加入固化剂和固化促进剂，搅拌均匀，制得耐磨增透涂层材料；所述固化剂为四甲基氢氧化铵和四丁基醋酸铵按照重量比1:1复配而成；所述固化促进剂为三氟化硼。
[0067]
本发明用于光学塑料表面的耐磨增透涂层材料的使用方法，其是使用氢氧化钠浸泡待处理光学塑料15min，然后轮流用自来水和去离子水冲洗2遍，室温下使水分挥发尽后放入70℃烘箱中加热1h，然后浸泡至耐磨增透涂层材料中0.1min，提起，晾干，置于90℃烘箱中烘烤60min。
[0068]
实施例2
[0069]
本发明用于光学塑料表面的耐磨增透涂层材料的制备方法，其包括以下步骤：
[0070]
1)按照各组分重量份数，称取正硅酸乙酯18份、二甲基二乙氧基硅烷11份、纳米颗粒功能填料25份、混合溶剂55份、引发剂5份、增透剂2份、固化剂0.5份和固化促进剂0.2份；
[0071]
所述引发剂由硅烷偶联剂kh570和过硫酸钾按照重量比1.5:1复配而成；
[0072]
所述纳米颗粒功能填料由纳米二氧化硅、纳米二氧化钛和纳米石墨烯按照重量比9:1.5:1复配而成；
[0073]
所述混合溶剂由乙醇、异丙醇和乙二醇单乙醚按照重量比7:3:1.5复配而成；
[0074]
2)将二甲基二乙氧基硅烷加入正硅酸乙酯中，磁力搅拌混合，得到混合液；
[0075]
3)将纳米颗粒功能填料加入混合溶剂中，超声波分散及磁力搅拌1.5h，得到分散液；
[0076]
4)将分散液升温至65℃后，缓慢加入混合液、增透剂和引发剂，0.7h加完，然后升温至80℃反应1h，冷却，得到反应液；
[0077]
5)在使用前，往反应液中加入固化剂和固化促进剂，搅拌均匀，制得耐磨增透涂层材料；所述固化剂为四丁基氢氧化铵；所述固化促进剂为丙烯酰胺。
[0078]
本发明用于光学塑料表面的耐磨增透涂层材料的使用方法，其是使用碳酸钠浸泡待处理光学塑料20min，然后轮流用自来水和去离子水冲洗3遍，室温下使水分挥发尽后放入70℃烘箱中加热1.5h，然后浸泡至耐磨增透涂层材料中0.2min，提起，晾干，置于100℃烘箱中烘烤80min。
[0079]
实施例3
[0080]
本发明用于光学塑料表面的耐磨增透涂层材料的制备方法，其包括以下步骤：
[0081]
1)按照各组分重量份数，称取正硅酸乙酯20份、二甲基二乙氧基硅烷12份、纳米颗粒功能填料28份、混合溶剂70份、引发剂7份、增透剂3份、固化剂0.7份和固化促进剂0.3份；
[0082]
所述引发剂由硅烷偶联剂kh792和过硫酸钾按照重量比2:1复配而成；
[0083]
所述纳米颗粒功能填料由纳米二氧化硅、纳米二氧化钛和纳米石墨烯按照重量比10:2:1复配而成；
[0084]
所述混合溶剂由乙醇、异丙醇和乙二醇单乙醚按照重量比8:3:1复配而成；
[0085]
2)将二甲基二乙氧基硅烷加入正硅酸乙酯中，磁力搅拌混合，得到混合液；
[0086]
3)将纳米颗粒功能填料加入混合溶剂中，超声波分散及磁力搅拌2h，得到分散液；
[0087]
4)将分散液升温至65℃后，缓慢加入混合液、增透剂和引发剂，1h加完，然后升温至90℃反应1h，冷却，得到反应液；
[0088]
5)在使用前，往反应液中加入固化剂和固化促进剂，搅拌均匀，制得耐磨增透涂层材料；所述固化剂为四甲基氯化铵和四甲基醋酸铵按照重量比1:1复配而成；所述固化促进剂为己内酰胺。
[0089]
本发明用于光学塑料表面的耐磨增透涂层材料的使用方法，其是使用磷酸钠溶液浸泡待处理光学塑料25min，然后轮流用自来水和去离子水冲洗3遍，室温下使水分挥发尽后放入70℃烘箱中加热1.5h，然后浸泡至耐磨增透涂层材料中0.3min，提起，晾干，置于110℃烘箱中烘烤100min。
[0090]
实施例4
[0091]
本发明用于光学塑料表面的耐磨增透涂层材料的制备方法，其包括以下步骤：
[0092]
1)按照各组分重量份数，称取正硅酸乙酯22份、二甲基二乙氧基硅烷14份、纳米颗粒功能填料30份、混合溶剂80份、引发剂8份、增透剂4份、固化剂0.8份和固化促进剂0.4份；
[0093]
所述引发剂由硅烷偶联剂kh560和过硫酸钾按照重量比2:1复配而成；
[0094]
所述纳米颗粒功能填料由纳米二氧化硅、纳米二氧化钛和纳米石墨烯按照重量比11:1.5:1复配而成；
[0095]
所述混合溶剂由乙醇、异丙醇和乙二醇单乙醚按照重量比9:4:1.5复配而成；
[0096]
2)将二甲基二乙氧基硅烷加入正硅酸乙酯中，磁力搅拌混合，得到混合液；
[0097]
3)将纳米颗粒功能填料加入混合溶剂中，超声波分散及磁力搅拌2.5h，得到分散液；
[0098]
4)将分散液升温至70℃后，缓慢加入混合液、增透剂和引发剂，1h加完，然后升温至100℃反应1.3h，冷却，得到反应液；
[0099]
5)在使用前，往反应液中加入固化剂和固化促进剂，搅拌均匀，制得耐磨增透涂层材料；所述固化剂为四丁基氯化铵；所述固化促进剂为n,n-二甲基甲酰胺。
[0100]
本发明用于光学塑料表面的耐磨增透涂层材料的使用方法，其是使用氢氧化钠和碳酸钠浸泡待处理光学塑料25min，然后轮流用自来水和去离子水冲洗2遍，室温下使水分挥发尽后放入70℃烘箱中加热1.5h，然后浸泡至耐磨增透涂层材料中0.4min，提起，晾干，置于100℃烘箱中烘烤150min。
[0101]
实施例5
[0102]
本发明用于光学塑料表面的耐磨增透涂层材料的制备方法，其包括以下步骤：
[0103]
1)按照各组分重量份数，称取正硅酸乙酯25份、二甲基二乙氧基硅烷15份、纳米颗粒功能填料35份、混合溶剂90份、引发剂10份、增透剂5份、固化剂1份和固化促进剂0.5份；
[0104]
所述引发剂由硅烷偶联剂kh570和过硫酸钾按照重量比2:1复配而成；
[0105]
所述纳米颗粒功能填料由纳米二氧化硅、纳米二氧化钛和纳米石墨烯按照重量比12:2:1复配而成；
[0106]
所述混合溶剂由乙醇、异丙醇和乙二醇单乙醚按照重量比10:5:2复配而成；
[0107]
2)将二甲基二乙氧基硅烷加入正硅酸乙酯中，磁力搅拌混合，得到混合液；
[0108]
3)将纳米颗粒功能填料加入混合溶剂中，超声波分散及磁力搅拌3h，得到分散液；
[0109]
4)将分散液升温至60℃后，缓慢加入混合液、增透剂和引发剂，1h加完，然后升温至100℃反应1.5h，冷却，得到反应液；
[0110]
5)在使用前，往反应液中加入固化剂和固化促进剂，搅拌均匀，制得耐磨增透涂层材料；所述固化剂为四甲基醋酸铵；所述固化促进剂为三氟化硼。
[0111]
本发明用于光学塑料表面的耐磨增透涂层材料的使用方法，其是使用氢氧化钠、碳酸钠和磷酸钠溶液中浸泡待处理光学塑料30min，然后轮流用自来水和去离子水冲洗3遍，室温下使水分挥发尽后放入70℃烘箱中加热2h，然后浸泡至耐磨增透涂层材料中0.5min，提起，晾干，置于120℃烘箱中烘烤180min。
[0112]
性能检测：
[0113]
将本发明实施例1-5制得的耐磨增透涂层材料，分别根据实施例1-5中相应使用方法在光学塑料表面采用提拉法制备耐磨增透涂层，然后从气泡数量和涂液状态来考察涂层材料的分散性和稳定性，并对涂层的附着力、硬度、耐磨性和透光性能进行测试，测试结果如表1所示。
[0114]
(1)涂层表面
[0115]
涂层材料的性能直接影响到涂层的性能。涂层材料的分散性影响到涂层的质量，涂层材料的分散性好，得到的涂层表面光滑平整，反之，涂层材层则会有团聚产生。涂层材料的稳定性决定了涂层材料的使用寿命，稳定性越好，涂层材料使用越久。
[0116]
(2)附着力测试
[0117]
涂层附着力的优劣关系到涂层的耐腐蚀和耐磨损性能，是涂层的重要性能指标。
采用划格法附着力仪测试涂层附着力。按照gb/t9286-1998《色漆和清漆漆膜的划格试验》规定，用单面多刃切割器(刀刃间距1mm，刃锋0.05mm)在涂层上纵横垂直交叉切割6条平行切割线，划出十字方格图形，用透明胶粘贴涂层切断处，均匀撕去胶带，检查切割涂层破坏情况，根据涂膜脱落面积所占比例进行等级评定，试验结果0-5级，以此来判断涂层与基体的附着强度。
[0118]
0级：切割边缘完全光滑，无一格脱落；
[0119]
1级：在切割交叉处涂层有少许薄片分离，划格区受影响的面积不大于5％；
[0120]
2级：切口边缘或交叉处涂层脱落的面积大于5％，但不大于15％；
[0121]
3级：沿切口边缘有部分剥落或整大片剥落，或部分格子被整片剥落，剥落的面积超过15％，但是小于35％；
[0122]
4级：切口边缘大片剥落或一些方格部分或全部剥落，其面积大于划格区的35％，但是小于65％；
[0123]
5级：在划线的边缘及交叉点处有成片的油漆脱落，且脱落总面积大于65％。
[0124]
(3)硬度测试
[0125]
硬度是涂层的重要机械性能之一，它决定涂层在使用过程中的耐磨能力及使用寿命等。本发明耐磨增透涂层硬度检测：根据gb/t 6739-86，采用铅笔硬度测试法测定涂层的硬度。采用一套已知硬度的铅笔笔芯端面的锐利边缘，与涂膜成45
°
角划涂层，以不能划伤涂层膜的最硬铅笔硬度表示。检测范围6h-6b。
[0126]
(4)耐磨性测试
[0127]
对本发明耐磨增透涂层的表面，用钢丝棉(#0000)以荷载500g摩擦40个来回，目视观察表面，根据划痕数量判断膜层的耐磨性，按照以下的基准进行评价。
[0128]
0-5条划痕为优，
[0129]
5-10条划痕为良，
[0130]
10条以上划痕为差。
[0131]
(5)透光率测试
[0132]
本发明耐磨增透涂层的透光率检测：根据gb/t2410-2008采用紫外-可见分光光度计测试在800nm波长的透光率。
[0133]
表1本发明耐磨增透涂层材料性能测试数据
[0134][0135]
从表1中测试数据可以看出，本发明用于光学塑料表面的耐磨增透涂层材料具有极好的分散性和稳定性，使用本发明用于光学塑料表面的耐磨增透涂层材料获得的涂层表
面光滑平整好，具有优异的附着力、硬度高、耐磨性好，透光率达到率》90％。