專利名稱：可紫外固化的有機/無機納米復合耐磨透明涂層材料及制備方法
可紫外固化的有機/無機納米復合耐磨透明涂層材料及制備方法技術領域
本發明屬于涂層材料技術領域，具體涉及一種利用溶膠-凝膠法制備的可紫外固化的、耐磨的、透明的納米尺度復合有機/無機雜化涂層材料及制備方法。該涂層材料可以用作汽車燈罩、儀表盤、光盤、樹脂鏡片的耐磨涂層。技術背景
隨著高分子材料與加工工藝的發展，聚合物光學透明材料在光學透鏡、汽車燈具、 儀器儀表以及光電器件等方面已逐步取代無機材料而得到廣泛應用。但是，由于高分子材料表面的耐磨、耐劃傷性質比較差，限制了它們的應用效果和使用期限。為了解決這一問題，人們發展了加硬涂料涂覆在聚合物材料的表面。
由于有機/無機復合涂層材料結合了有機物的優點(粘彈性、易加工性、強抗沖性等)和無機物的優點(高硬度、化學穩定性、光學性、熱穩定性等)而引起人們的極大關注。
有機/無機復合涂層材料的有機部分多數為自由基聚合類型的丙烯酸類樹脂和甲基丙烯酸類樹脂。但丙烯酸類單體具有易揮發性，存在潛在的健康危害；丙烯酸類低聚物不易揮發，但具有很高的黏性，不利于生產和涂覆；而且，由于氧的抑制作用，使得涂層的固化程度不完全，所以，含丙烯酸類單體的涂層的固化過程通常在惰性氣體(氮氣)的保護下進行。目前，涂層固化工藝多采用熱固化。發明內容
本發明的目的是提供一種可紫外固化的、高透明度的、高耐磨耐劃傷性的有機/ 無機復合涂層材料及制備方法。
本發明的有機/無機復合涂層材料的有機部分為陽離子聚合類型的含環氧基團的可水解硅烷，無機部分為二氧化硅溶膠。該涂層材料中含有硅酸酯、含環氧基團的可水解硅烷和光引發劑。該涂層材料的制備是以無機酸為催化劑，硅酸酯在醇溶劑中水解得二氧化硅溶膠；將含環氧基團的可水解硅烷與二氧化硅溶膠進行水解、縮合，得到穩定、透明、均一的復合涂層材料。將所得復合涂層材料浸涂、噴涂或旋涂到器件表面，進行紫外固化，所得涂層表面光滑平整，具有高強的耐磨性能，高透光率、低霧度、良好的熱穩定性和化學穩定性等優點。涂層可用作汽車燈罩、儀表盤、光盤、樹脂鏡片等的保護層。
實驗采用的含環氧基團的可水解硅烷單體不易揮發，毒性低，與基底具有良好的粘附性，固化過程無氧的抑制作用，固化徹底，固化后具有良好的熱穩定性和化學穩定性。
本發明采用的紫外固化工藝，具有固化速度快、設備成本低、室溫固化能耗低、環境友好等優點，克服和解決了的熱固化工藝中的缺點和問題。
本發明所述的可紫外固化的有機/無機納米復合耐磨透明涂層材料，其原料各組分及質量百分含量為
a. 10% 30%的化學式如(I)所示的硅酸酯；
b.30%-、50%的化學式如(II)所示的含環氧基團的可水解硅烷
C.20%-、50%的醇溶劑；
d.5%~15%的水；
e.0. 1 的光引發劑；
f.0. 01 0. 的酸催化劑；
g·0. 1 -的流平劑。
權利要求
1.一種可紫外固化的有機/無機納米復合耐磨透明涂層材料，其原料各組分及質量百分含量為a.10% 30%的化學式如(I)所示的硅酸酯；b.30% 50%的化學式如(II)所示的含環氧基團的可水解硅烷；c.20%~ 50%的醇溶劑；d.5% 15%的水；e.0.1 的光引發劑；f.0.01 0.的酸催化劑；g.0.1 的流平劑；OR1R1O——Si——OR1 ⑴ OR1八H2C—CHR2——Si(OR3)3 (Π)其中R1為結構式如-(CH2)nCH3K示的直鏈烷基，其中η為O 2的整數；R2為結構式如-CH2O(CH2)m-所示的的直鏈烷基，其中m為2 4的整數；R3是甲基或乙基。
2.如權利要求1所述的一種可紫外固化的有機/無機納米復合耐磨透明涂層材料，其特征在于硅酸酯是正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、硅酸正丙酯中的一種或幾種的混合。
3.如權利要求1所述的一種可紫外固化的有機/無機納米復合耐磨透明涂層材料，其特征在于醇溶劑是乙醇、異丙醇、正丁醇中的一種或幾種的混合。
4.如權利要求1所述的一種可紫外固化的有機/無機納米復合耐磨透明涂層材料，其特征在于酸催化劑是鹽酸、硫酸、硝酸、磷酸、乙酸、氫碘酸、氫溴酸、高氯酸、高碘酸、氯磺酸、對甲苯磺酸中的一種或幾種的混合。
5.如權利要求1所述的一種可紫外固化的有機/無機納米復合耐磨透明涂層材料，其特征在于含環氧基團的可水解硅烷優選Y-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。
6.如權利要求1所述的一種可紫外固化的有機/無機納米復合耐磨透明涂層材料，其特征在于光引發劑是4，4_ 二乙酰胺基苯基碘六氟磷酸鹽、對芐基二苯基碘鐺離子六氟磷酸鹽、對苯甲?；交忤K離子六氟磷酸鹽或3-硝基苯基二苯基硫六氟磷酸鹽。
7.如權利要求1所述的一種可紫外固化的有機/無機納米復合耐磨透明涂層材料，其特征在于流平劑是聚甲基硅氧烷、聚二甲基硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷或聚醚改性的硅油中的一種。
8.權利要求1 7任何一項所述的一種可紫外固化的有機/無機納米復合耐磨透明涂層材料的制備方法，其特征在于是將硅酸酯和酸催化劑溶于醇溶劑中，攪拌混合均勻后， 在繼續攪拌的條件下將水加入到上述溶液中，攪拌反應1 10小時；在繼續攪拌的條件下加入一部分含環氧基團的可水解硅烷，攪拌反應1 10小時；加熱至40 70°C后加入剩余部分含環氧基團的可水解硅烷，攪拌反應0. 5 10小時；最后加入光引發劑和流平劑，攪拌使混合均勻，從而得到性狀均一、透明的有機/無機納米復合涂層材料。
9.權利要求1 7任何一項所述的一種可紫外固化的有機/無機納米復合耐磨透明涂層材料用于制備透明涂層。
10.如權利要求9所述的一種可紫外固化的有機/無機納米復合耐磨透明涂層材料用于制備透明涂層，其特征在于是將復合涂層材料旋涂或浸涂到經過表面清潔處理的硅片、 玻璃片、聚碳酸酯片或聚甲基丙烯酸甲酯上；然后采用10 400納米的紫外光照射固化 1 15分鐘，從而得到具有高機械強度、高耐磨性的透明涂層。
全文摘要
本發明涉及一種可紫外固化的、高透明度的、高耐磨耐劃傷性的膜層材料及制備方法，具體涉及一種利用溶膠-凝膠法進行納米尺度復合的有機/無機雜化膜層材料及制備方法。該涂層材料中含有硅酸酯、含環氧基團的可水解硅烷和光引發劑。以無機酸為催化劑，硅酸酯在醇溶劑中水解得二氧化硅溶膠；將含環氧基團的可水解硅烷與二氧化硅溶膠進行水解、縮合，得到穩定、透明、均一的涂層組合物。將所得涂料浸涂、噴涂或旋涂到器件表面，進行紫外固化，從而得到高耐磨性、高透明性涂層。所得的膜層材料可以用作汽車燈罩、儀表盤、光盤、樹脂鏡片等的保護層。
文檔編號C09D1/00GK102504701SQ20111035592
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月11日 優先權日2011年11月11日
發明者張愷, 楊柏, 王明陽 申請人:吉林大學