无机纳米SiO2/聚氨酯丙烯酸酯复合透明涂层的制备方法技术

本发明专利技术涉及到一种抗擦伤的无机纳米SiO2/聚氨酯丙烯酸酯复合透明涂层的制备方法。包括有以下步骤：将置换溶剂加入硅溶胶中，得含置换溶剂的硅溶胶混合液；加入到UV光固化型聚氨酯丙烯酸酯的清漆溶液中，得到透明液体；将该透明液体涂覆在透明光学塑料基体上，通过溶剂的逐步挥发，UV光照固化得无机纳米SiO2/聚氨酯丙烯酸酯复合透明涂层。本发明专利技术的有益效果在于：以硅溶胶为纳米SiO2的来源，成本低廉，抗擦伤效果好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到一种抗擦伤的无机纳米SiO2/聚氨酯丙烯酸酯复合透明涂层的制备方法。
技术介绍
光学塑料具有良好的光学特性、化学特性和机械特性。与光学玻璃相比，光学塑料具有良好的可塑成型工艺特性，对近紫外以及近红外的透射率也更优，且同时具有耐冲击性较好、柔韧性较好、重量较轻、光学特性可调范围广、易加工成型、生产成本较低等优点，因此被广泛用于生产制造当中。迄今为止在世界范围内被广泛应用的光学塑料已有一百多种，而一般用作塑料光学元件的材料主要有聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)、苯乙烯与丙烯酸酯共聚物(NAS)、烯丙基二甘醇碳酸酯(CR‐39)、丙烯腈与苯乙烯共聚物(SAN)、环氧树脂、硅树脂、聚硫化物、透明聚酰胺等等。但是这些光学塑料本身仍存在硬度较低的问题，在使用过程中易被擦伤而在表面留下刮痕。为此，在光学塑料表面涂覆一层抗擦伤涂层可提高其应用范围。为了不影响光学塑料的光学性能，涂覆的抗擦伤涂层除了具有良好的抗擦伤性能外，还应具有良好的光学性能。聚氨酯丙烯酸酯同时具备聚氨酯树脂和丙烯酸树脂两者的优点，其成膜后具有低摩擦系数、韧性好、耐磨性能好及光学性能优异的特点，使聚氨酯丙烯酸酯可作为一种性能优异的光学塑料表面涂层而受到广泛关注。无机粒子/有机聚合物复合涂层，这类涂层兼具有机和无机材料的特性，一方面通过有机基体保障其对光学塑料优异的附着力，另一方面通过无机相的高物理机械性能提高涂层的硬度和抗划伤性。因此，有机/无机复合涂层被作为光学塑料表面抗划伤涂层的重要研究方向。纳米无机粒子与高分子材料的复合近年来受到了普遍地关注。由于纳米微粒的具有极小的粒径，表面原子所占有的比例较大，表面原子数急剧增多，从而使比表面积显著变大，而表面能也随之急剧增大，因此这些表面原子会呈现出极高的活性，其与聚合物基体复合得到的材料可能具有优异独特的性能。且纳米粒子的粒径在100nm以内，小于可见光的半波长，纳米粒子如能以单分散的形式均匀分散在高分子基体中，将不影响可见光的透过，使复合涂层能保持较高的透光率。Yoon Se[见Yoon S E,Woo H G,Kim D P.Study on the Improved Abrasion Resistance ofPolycarbonate Substrate by UV-curable Organic/inorganic Hybrid Coatings[J].Polymer-KOREA,2000,24(3):389-398.]等人采用溶胶-凝胶法，以正硅酸乙酯(TEOS)作为无机前驱体，经水解缩合得到硅溶胶，再通过硅烷偶联剂改性，制备了一种具有抗划性能的有机/无机杂化涂层，
结果表明，硅溶胶的加入能提高涂层的光泽度和抗划伤性能，但是会在一定程度上损失涂层的透光性。Hsiang Hsing-I[见Hsiang H,Chang Y,Chen C.Silane Functional Effects on theRheology and Abrasion Resistance of Transparent SiO2/UV-curable Resin Nano-composites.Materials Chemistry and Physics,2010,120(2):476-479.]等人通过3-甲基丙烯酰硅氧烷(MEMO)接枝改性纳米SiO2,研究发现，MEMO可以提高纳米SiO2的分散性，并研究了改性纳米SiO2加入丙烯酸酯光固化体系后，对涂层流变性及抗划伤性能的影响，实验结果表明，涂层的硬度因纳米SiO2的加入从4H增加到6H。Yahyaei H[见Yahyaei H,Mohseni M,Bastani S.UsingTaguchi Experimental Design to Reveal the Impact of Parameters Affecting the Abrasion Resistanceof Sol-gel based UV Curable Nanocomposite Films on Polycarbonate[J].Journal of Sol-gel Scienceand Technology,2011,59(1):95-105.]等人用正硅酸乙酯水解缩合形成硅溶胶、并用3-甲基丙烯酰硅氧烷(MEMO)对其进行改性，再以聚氨酯丙烯酸酯作为有机载体，制备了透明度很高的有机/无机杂化涂料，而且抗划伤性能优良。Jeon Seong Je[见Jeon S J,Lee J J,Kim W.HardCoating Films based on Organosilane-Modified Boehmite Nanoparticles under UV/Thermaldual Curing[J].Thin Solid Films,2008,516(12):3904-3909.]等人制备了一种铅笔硬度高达8H以上，且透光率在90％以上的改性软铝石纳米粒子涂层，一方面运用有机硅改性纳米粒子增强其分散性，另一方面添加有机交联剂作为助剂，研究了助剂和光引发剂在紫外和热双固化体系中的作用，结果表明，光引发剂和有机交联剂对涂层的硬度和透光率均有影响。然而，目前多采用前驱体法或无机纳米颗粒预改性法以得到纳米粒子均匀分散的有机/无机纳米复合涂层，前驱体法通常成本较高，如正硅酸乙酯是纳米SiO2常用的前驱体，其原料成本高，而无机纳米颗粒预改性法工序复杂。研究一种工序简单，成本较低的有机/无机纳米复合涂层的制备方法就具有较高的实用价值，特别是在抗擦伤、透明复合涂层方面具有广泛的应用前景。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术而提出一种工序简单、制作成本低廉的抗擦伤的无机纳米SiO2/聚氨酯丙烯酸酯复合透明涂层的制备方法。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案是：无机纳米SiO2/聚氨酯丙烯酸酯复合透明涂层的制备方法，包括有以下步骤：将置换溶剂加入硅溶胶中，得含置换溶剂的硅溶胶混合液；加入到UV光固化型聚氨酯丙烯酸酯的清漆溶液中，得到透明液体；将该透明液体涂覆在透明光学塑料基体上，通过溶剂的逐步挥发，UV光照固化得无机
纳米SiO2/聚氨酯丙烯酸酯复合透明涂层。按上述方案，所述的置换溶剂为正丁醇、异丁醇、正戊醇、异戊醇、正己醇或苯甲醚。按上述方案，所述的硅溶胶为碱性硅溶胶，其中SiO2含量为20～30wt％，NaO含量为0.1～0.5wt％，所述的硅溶胶的胶体颗粒大小为10nm～100nm。按上述方案，所述的UV光固化型聚氨酯丙烯酸酯的清漆溶液的组分包含有活性单体双季戊四醇六丙烯酸酯(DPHA)、复合光引发剂为光引发剂1173与光引发剂183的混合物、助剂和稀释剂。按上述方案，所述的助剂包括有阻聚剂、消泡剂和流平剂，稀释剂为乙酸乙酯或乙酸丁酯。按上述方案，所述的透明光学塑料为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯或聚碳酸酯。根据GB/T1730-93《漆膜硬度测定法摆杆阻尼试验》标准测涂层硬度；采用紫外可见分光光度计测试涂层在600nm波长的透光率；在150g/c本文档来自技高网...

【技术保护点】
无机纳米SiO2/聚氨酯丙烯酸酯复合透明涂层的制备方法，包括有以下步骤：将置换溶剂加入硅溶胶中，得含置换溶剂的硅溶胶混合液；加入到UV光固化型聚氨酯丙烯酸酯的清漆溶液中，得到透明液体；将该透明液体涂覆在透明光学塑料基体上，通过溶剂的逐步挥发，UV光照固化得无机纳米SiO2/聚氨酯丙烯酸酯复合透明涂层。

【技术特征摘要】
1.无机纳米SiO2/聚氨酯丙烯酸酯复合透明涂层的制备方法，包括有以下步骤：将置换溶剂加入硅溶胶中，得含置换溶剂的硅溶胶混合液；加入到UV光固化型聚氨酯丙烯酸酯的清漆溶液中，得到透明液体；将该透明液体涂覆在透明光学塑料基体上，通过溶剂的逐步挥发，UV光照固化得无机纳米SiO2/聚氨酯丙烯酸酯复合透明涂层。2.按权利要求1所述的无机纳米SiO2/聚氨酯丙烯酸酯复合透明涂层的制备方法，其特征在于所述的置换溶剂为正丁醇、异丁醇、正戊醇、异戊醇、正己醇或苯甲醚。3.按权利要求1所述的无机纳米SiO2/聚氨酯丙烯酸酯复合透明涂层的制备方法，其特征在于所述的硅溶胶为碱性硅溶胶，其中SiO2含量为20～30wt％，NaO含量为0.1～...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴力立，许航锋，张超灿，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42