專利名稱：單組份聚碳酸脂表面耐磨增硬透明涂料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及單組份聚碳酸脂表面耐磨增硬透明涂料的制備方法，主要涂復(fù)于聚碳酸 脂表面不需底涂使聚碳酸脂表面達到耐磨增硬透明的涂層。
背景技術(shù)：
光學(xué)透明塑料之一聚碳酸脂，質(zhì)輕價廉，具有密度低，抗沖強度好、韌性好、易加 工成型等優(yōu)點，已廣泛用于光學(xué)透鏡、眼鏡鏡片、車燈、儀表板、照明燈具外殼等用途。 但最大缺點是硬度低，輕輕地一碰擦材料表面起毛，抗溶劑性能不好，限制了其使用范 圍。
由于聚碳酸脂材料表面易擦傷，故需要開發(fā)能與聚碳酸脂表面緊密牢固粘附在一 起，對聚碳酸脂表面起到增硬、耐擦傷、增加透光率的涂料。有機硅耐磨透明增硬涂料 因工藝操作方便，成本低廉、性能穩(wěn)定、貯存期長，是其它涂料(如光固化丙烯酸、聚 氨脂、密胺等)所不能具有的。國外從60年代末即開始研究用于光學(xué)塑料的有機硅耐 磨涂料，耐磨增硬透明涂料是由Rsi (OR，) 3 (R為甲基、苯基，R，為甲基、乙基) 在微量酸的存在下，水解縮聚而制得樹脂的預(yù)聚物，在固化劑的存在下涂復(fù)于基材，再 進一步加熱固化，即成為堅硬耐磨透光率好的涂層。由于其對光學(xué)塑料表面進行強化后 有增硬、耐磨、增加透光率涂層的作用，在此基礎(chǔ)上國內(nèi)外已發(fā)表了對聚碳酸脂表面強 化使其達到透明、耐磨、增硬涂層報道，如USP3986986、 USP4309319、 USP4436851 等描述了烷氧基硅烷和膠體二氧化硅混合形成的熱固化耐磨涂層。雖然所述組合物經(jīng)加 熱固化，涂層對丙烯酸類有良好的附著性，但是還不能完全附著于聚碳酸脂表面或暫時 附著好。由于各種氣候，環(huán)境影響下，不久便剝離，因為聚碳酸脂制成塑料制其表面有 不規(guī)則性，因此通常采用對聚碳酸脂表面進行底涂，再用上述制備方法涂有機硅耐磨增 硬透明涂層。為此采用二步法，如日本國專利公開號JP78-13072、特開平6-240206、 特開平6-331803、特開平6-166847;中國專利公開號CN1423682A、 CN10105109A; 這些專利文獻披露的底涂采用丙烯酸樹脂、有機硅改性丙酸樹脂、環(huán)氧樹脂、硅垸偶聯(lián) 劑等，其采用的方法是先對聚碳酸脂表面進行底涂，才能將有機硅耐磨增硬透明涂料涂 復(fù)于底涂過的聚碳酸脂表面。眾所周知采用二次涂膜，涂膜工藝復(fù)雜，凈化條件要求高， 鏡片易污染，在鏡片第二次涂膜時易產(chǎn)生"斑點"(晶點)，增加涂膜工藝難度，難以達到產(chǎn)品質(zhì)量要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供單組份聚碳酸脂表面耐磨增硬透明涂料 的制備方法，主要使聚碳酸脂表面耐磨增硬時不需要底涂劑，用單組份聚碳酸脂表面達 到耐磨增硬透明的作用，使涂層與聚碳酸脂表面緊緊地粘附在一起，起到耐磨增硬透明。 本發(fā)明的目的是通過如下的技術(shù)方案實現(xiàn)的。
一種單組份聚碳酸脂表面耐磨增硬透明涂料的制備方法，該制備方法通過多種院氧 基硅垸在加熱的狀況下，以陽離子交換樹脂為催化劑，與無離子水進行共水解，再與有 機硅改性丙烯酸環(huán)氧異丙醇溶液一起共水解，縮聚反應(yīng)，加入混合溶劑，濾去催化劑(可 反復(fù)使用)，加入適量固化劑，聚醚改性硅氧烷而制得單組份聚碳酸脂表面耐磨增硬透 明涂料。
所述的多種垸氧基硅烷原料為
一甲基三乙氧基硅垸或一 甲基三甲氧基硅烷；
一甲基二乙氧基硅烷或二甲基二甲氧基硅烷；
四乙氧基硅烷或四甲氧基硅烷；
r甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅垸；
r一環(huán)氧丙氧基丙基三甲氧基硅垸。
以上所述單組份聚碳酸脂表面耐磨增硬透明涂料的多種垸氧基硅烷是擇一選取，還 根據(jù)有機基因與硅原子之間的比例，進行調(diào)節(jié)涂料的成膜性(或成膜耐磨、硬度)，比
例為有機基因硅原子=1: 0.7 1。
所述單組份聚碳酸脂表面耐磨增硬透明涂料所用的多種烷氧基硅垸進行共水解的縮 聚反應(yīng)，催化劑為氫型732陽離子交換樹脂，用量按重量計為10 20%。
所述的單組份聚碳酸脂表面耐磨增硬透明涂料所述多種烷氧基硅烷進行共水解反 應(yīng)，采用無離子水參與水解縮聚反應(yīng)，水用量與烷氧基硅垸之間的比例3 12: lmol。
所述的單組份聚碳酸脂表面耐磨增硬透明涂料所述用的溶劑為乙醇、乙二醇、異丙 醇、苯甲醇、乙二醇乙醚、乙二醇丁醚、丙二醇甲醚、丙二醇丁醚、甲基異丁酮、二丙 酮醇、環(huán)已酮、乙酸、丙酸、醋酸甲脂、醋酸乙脂、醋酸丁脂。根據(jù)涂膜揮發(fā)不同的層 次，選用幾種不同沸點的溶劑作為混合溶劑，所述的混合溶劑指至少兩種溶劑混合，首 先選環(huán)保型溶劑。所述的單組份聚碳酸脂表面耐磨增硬透明涂料所用固化劑為環(huán)烷酸鈉、環(huán)烷酸鉀、 環(huán)垸酸鋅、異辛酸鋅、乙酸胍、乙酸鈉、乙酸鉀、乙酸銨、乙醇胺、三乙醇胺、四甲基 氫氧化銨、三甲基卡基氯化銨、四甲基氯化銨、三乙基卡基溴化銨、二丁基二月桂酸錫、 二丁基二酸醋酸錫、辛酸亞錫、鈦酸丁脂、異丙醇鋁、三乙酰丙酮鋁。本發(fā)明采用的固 化劑，有機金屬鹽的至少兩種的醋酸溶液，組成潛伏性固化劑，加入量按重量計為l 2%。
本發(fā)明原料來源充足，生產(chǎn)成本較低，易于規(guī)模生產(chǎn)，產(chǎn)品貯存期長達一年，質(zhì)量 穩(wěn)定。適用于木材、石材、紙、紡織品、金屬、玻璃光學(xué)透鏡、眼鏡鏡片、車燈、儀表 板、摩托車擋風(fēng)板、照明燈具、陶瓷等制品領(lǐng)域應(yīng)用。
具體實施例方式
單組份聚碳酸脂表面耐磨增硬透明涂料采用浸涂、噴涂、滾涂、刷涂工藝，以眼鏡 鏡片為例，采用浸涂工藝為優(yōu)先。單組份聚碳酸脂表面耐磨增硬透明涂料工藝如下
將乙醇、陽離子交換樹脂加入裝有溫度計，滴液漏斗、冷凝管、攪拌裝置的四口瓶 中，在攪拌情況下，加入一甲基三乙氧基硅烷(一甲基三甲氧基硅垸)、二甲基二乙氧
基硅垸(二甲基二甲氧基硅垸)、四乙氧基硅垸(四甲氧基硅垸)、r一甲基丙烯酰氧基 丙基三甲氧基硅烷、r"環(huán)氧丙氧基丙基三甲氧基硅垸，加入完畢，開始加熱升溫。當(dāng) 溫度升至6(TC時就開始滴加無離子水，半小時之內(nèi)滴加完，在60-70'C溫度維持半小時， 加入5-15%有機硅改性丙烯酸環(huán)氧異丙醇溶液，再升溫至8(TC共水解縮聚反應(yīng)，維持l 小時，用加熱的方法脫去溶劑，即停止加熱。在冷卻的同時加入混合溶劑攪拌l小時后 濾去陽離子交換樹脂，制得硅樹脂脂預(yù)聚體，加入適量固化劑及聚醚改性硅氧烷攪拌4 小時，用l!4f密過濾器過濾，即制得單組份聚碳酸脂表面耐磨增硬透明涂料。
本發(fā)明所述的單組份聚碳酸脂表面耐磨增硬透明涂料成膜工藝，在涂布聚碳酸脂表 面或聚碳酸脂眼鏡鏡片時，采用浸涂工藝先要對聚碳酸脂表面進行清洗，采用5%NaoH 浸6 7分，使聚碳酸脂表面活化及除去鏡片上的油脂及污染物，然后采用多道無離子 水進行清洗，清洗的過程中，提升速度為30cm/分，在50 60°(3相對濕度40 50%，最 后用異丙醇清洗。在鏡片在半自動線的涂膜槽浸涂，溫度為18 2(TC，相對濕度40 50%中進行，提升速度一般為30cm/分，放入12(TC烘箱中，固化2小時，全自動線鏡片 清洗和涂膜一次完成，即得耐磨增硬透明聚碳酸脂鏡子片。
以下所列實例及比較例，僅是本發(fā)明較為詳細的具體說明，并不局限于此描述的保護范圍。 實例一
將乙醇75ml和75g陽離子交換樹脂加入裝有溫度計，滴液漏斗、冷凝管、有攪拌 裝置的1000ml的四口瓶中，開啟攪拌，然后依次加入一甲基三氧基硅烷267ml、 二甲 基二乙氧基硅垸22.2ml、四乙氧基硅烷46.5ml， r甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅垸 18.6ml， r環(huán)氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷17.7ml，在攪拌的情況下，開始加熱升溫至 6(TC時，開始滴加無離子水162ml，半小時內(nèi)加完。升溫至70°C，維持半小時。加入10% 有機硅改性丙烯酸環(huán)氧異丙醇溶液，然后升溫至8(TC進行共水解縮聚反應(yīng)，維持1小 時。然后脫溶劑，脫溶劑至固體含量達到35±2%時，即冷卻，在冷卻的同時，加入混 合溶劑，攪拌1小時，加入適量潛伏性固化劑，聚醚改性硅氧垸，在室溫下攪拌4小時， 調(diào)正固體含量為20%，即用1P精密過濾器過濾，采用浸涂工藝先要對聚碳酸脂表面進 行清洗，采用50%NaoH浸6 7分，使聚碳酸脂表面活化及除去鏡片上的油脂及污染 物，爾后采用多道無離子水進行清洗，清洗的過程中，提升速度為30cm/分，在50 60 °。相對濕度40 50%，最后用異丙醇清洗，鏡片在半自動線的涂膜槽浸涂，溫度為18 20。C相對濕度40 50%中進行，提升速度一般為30cm/分，放入120。C烘箱中，固化2 小時，全自動線鏡片清洗和涂膜一次完成，即得耐磨增硬透明的聚碳酸脂鏡片。再在 80。C的水中煮4小時，附著力(劃格法)達100/100。 實例二
將乙醇75ml和陽離子交換樹脂75g加入到裝有溫度計、滴液漏斗、冷凝器、攪拌 裝置的1000ml的四口瓶中，開啟攪拌，然后依次加入一甲基三甲氧基硅烷204ml、 二 甲基二甲氧基硅垸18ml、四甲氧基硅垸29.6ml, r甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷 18.6ml，廣環(huán)氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷17.7ml，在攪拌的情況下，開始加熱。當(dāng)溫 度開始加熱升溫至6(TC時，開始滴加無離子水162ml,半小時內(nèi)加完，升溫至7(TC，維 持半小時，加入12%有機硅改性丙烯酸環(huán)氧異丙醇溶液，然后升溫至8(TC進行共水解縮 聚反應(yīng)，維持1小時，然后脫溶劑，脫溶劑至固體含量達到35±2%時，即冷卻。在冷 卻的同時，加入混合溶劑，攪拌1小時，加入適量潛伏性固化劑及聚醚改性硅氧垸，在 室溫下攪拌4小時，調(diào)正固體含量至20%，即用1P精密過濾器過濾，采用實例一浸涂 聚碳酸脂鏡片工藝，12(TC固化2小時，即得耐磨增硬透明涂層。再在8(TC的水中煮4 小時，附著力(劃格法)達100/100。
7實例三
將乙醇75ml和陽離子交換樹脂75g加入到裝有溫度計、滴液漏斗、冷凝器、攪拌 裝置的1000ml的四口瓶中，開啟攪拌，依次加入一甲基三乙氧基硅垸267ml、 二甲基 二乙氧基硅烷22.2ml、四乙氧硅烷118.5 ml， r甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷 18.6ml， r環(huán)氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷17.7ml，在攪拌的情況下，開始加熱。當(dāng)溫 度升至6(TC時，開始滴加無離子水162ml,半小時內(nèi)加完，升溫至7(TC，維持半小時， 加入7%有機硅改性丙烯酸環(huán)氧異丙醇溶液，然后升溫至8(TC進行共水解縮聚反應(yīng)，維 持l小時后脫溶劑，脫溶劑一部分至固體含量達到35±2%時，即冷卻，加入混合溶劑， 攪拌1小時，加入適量潛伏性固化劑及聚醚改性硅氧烷，在室溫下攪拌4小時，調(diào)正固 體含量為20%，即用1M精密過濾器過濾，采用實例一浸涂聚碳酸脂鏡片工藝，12(TC固 化2小時，即得耐磨增硬透明涂層。再在8(TC的水中煮4小時，附著力(劃格法)達 100/100。 比較例
將乙醇75ml和陽離子交換樹脂75g加入到裝有溫度計、滴液漏斗、冷凝器、攪拌裝 置的1000ml的四口瓶中，開啟攪拌，依次加入一甲基三乙氧基硅垸267ml、 二甲基二 乙氧基硅烷22.2ml、四乙氧硅垸46.5 ml， r甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷18.6ml， r^環(huán)氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷17.7ml，在攪拌的情況下，開始加熱，當(dāng)溫度升至60 'C時，開始滴加無離子水162ml，半小時內(nèi)加完，升溫至7(TC維持半小時，再升溫至 80。C維持1小時脫溶劑，當(dāng)脫溶劑至固體含量35±2%時，即冷卻。在冷卻的同時，加 入混合溶劑，攪拌1小時，加入適量潛伏性固化劑及聚醚改性硅氧垸，在室溫下攪拌4 小時，調(diào)正固體含量至20%，即用1P精密過濾器過濾，采用實例一的方法，浸涂聚碳 酸脂鏡片工藝，12(TC固化2小時，即得耐磨增硬透明涂層。不在8(TC的水中煮，附著 力(劃格法)0/100，涂層附著力不好。
權(quán)利要求
1、一種單組份聚碳酸脂表面耐磨增硬透明涂料的制備方法，其特征在于該制備方法通過多種烷氧基硅烷在加熱的狀況下，以陽離子交換樹脂為催化劑，與無離子水進行共水解，再與有機硅改性丙烯酸環(huán)氧異丙醇溶液一起共水解，縮聚反應(yīng)，加入混合溶劑，濾去催化劑，加入適量固化劑，聚醚改性硅氧烷而制得單組份聚碳酸脂表面耐磨增硬透明涂料。
2、 如權(quán)利要求1所述的單組份聚碳酸脂表面耐磨增硬透明涂料的制備方法， 其特征在于所述的多種烷氧基硅垸原料為一甲基三乙氧基硅垸或一 甲基三甲氧基硅垸； 一甲基二乙氧基硅垸或二甲基二甲氧基硅垸； 四乙氧基硅烷或四甲氧基硅垸； 「甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷； r環(huán)氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷；以上所述單組份聚碳酸脂表面耐磨增硬透明涂料的多種烷氧基硅烷是擇一選 取，還根據(jù)有機基因與硅原子之間的比例，進行調(diào)節(jié)涂料的成膜性(或成膜耐磨、 硬度)，比例為有機基因硅原子=1: 0.7 1。
3、 如權(quán)利要求1所述的單組份聚碳酸脂表面耐磨增硬透明涂料的制備方法，其特征在于所述共水解的縮聚反應(yīng)，催化劑為氫型732陽離子交換樹脂，用量按 重量計為10 20%。
4、 如權(quán)利要求1所述的單組份聚碳酸脂表面耐磨增硬透明涂料的制備方法， 其特征在于所述的共水解反應(yīng)，采用無離子水參與水解縮聚反應(yīng)，水用量與烷氧 基硅垸之間的比例3 12: lmol。
5、 如權(quán)利要求1所述的單組份聚碳酸脂表面耐磨增硬透明涂料的制備方法， 其特征在于所述的溶劑為乙醇、乙二醇、異丙醇、苯甲醇、乙二醇乙醚、乙二醇 丁醚、丙二醇甲醚、丙二醇丁醚、甲基異丁酮、二丙酮醇、環(huán)已酮、乙酸、丙酸、 醋酸甲脂、醋酸乙脂、醋酸丁脂；根據(jù)涂膜揮發(fā)不同的層次，選用幾種不同沸點 的溶劑作為混合溶劑，所述的混合溶劑指至少兩種溶劑混合。
6、 如權(quán)利要求1所述的單組份聚碳酸脂表面耐磨增硬透明涂料的制備方法，其特征在于所述的固化劑為環(huán)垸酸鈉、環(huán)烷酸鉀、環(huán)垸酸鋅、異辛酸鋅、乙酸胍、 乙酸鈉、乙酸鉀、乙酸銨、乙醇胺、三乙醇胺、四甲基氫氧化銨、三甲基卡基氯 化銨、四甲基氯化銨、三乙基卡基溴化銨、二丁基二月桂酸錫、二丁基二酸醋酸 錫、辛酸亞錫、鈦酸丁脂、異丙醇鋁、三乙酰丙酮鋁。本發(fā)明采用的固化劑，有 機金屬鹽的至少兩種的醋酸溶液，組成潛伏性固化劑，加入量按重量計為1 2%。
7、 一種單組份聚碳酸脂表面耐磨增硬透明涂料的制備方法，其特征在于涂料 工藝將乙醇、陽離子交換樹脂加入裝有溫度計，滴液漏斗、冷凝管、攪拌裝置 的四口瓶中，在攪拌情況下，加入一甲基三乙氧基硅垸(一甲基三甲氧基硅垸)、 二甲基二乙氧基硅垸(二甲基二甲氧基硅垸)、四乙氧基硅垸(四甲氧基硅垸)、 r甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅垸、「環(huán)氧丙氧基丙基三甲氧基硅垸，加入 完畢，開始加熱升溫；當(dāng)溫度升至6(TC時就開始滴加無離子水，半小時之內(nèi)滴 加完，在60-7(TC溫度維持半小時，加入5-15%有機硅改性丙烯酸環(huán)氧異丙醇溶 液，再升溫至8(TC共水解縮聚反應(yīng)，維持1小時，用加熱的方法脫去溶劑，即 停止加熱；在冷卻的同時加入混合溶劑攪拌l小時后濾去陽離子交換樹脂，制得 硅樹脂脂預(yù)聚體，加入適量固化劑及聚醚改性硅氧烷攪拌4小時，用l!4t密過 濾器過濾，即制得單組份聚碳酸脂表面耐磨增硬透明涂料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種單組份聚碳酸脂表面耐磨增硬透明涂料的制備方法，該制備方法通過多種烷氧基硅烷在加熱的狀況下，以陽離子交換樹脂為催化劑，與無離子水進行共水解，再與有機硅改性丙烯酸環(huán)氧異丙醇溶液一起共水解，縮聚反應(yīng)，加入混合溶劑，濾去催化劑(可反復(fù)使用)，加入適量固化劑，聚醚改性硅氧烷而制得單組份聚碳酸脂表面耐磨增硬透明涂料。本發(fā)明原料來源充足，生產(chǎn)成本較低，易于規(guī)模生產(chǎn)，產(chǎn)品貯存期長達一年，質(zhì)量穩(wěn)定。適用于木材、石材、紙、紡織品、金屬、玻璃光學(xué)透鏡、眼鏡鏡片、車燈、儀表板、摩托車擋風(fēng)板、照明燈具、陶瓷等制品領(lǐng)域應(yīng)用。
文檔編號C09D183/12GK101445701SQ20081016397
公開日2009年6月3日 申請日期2008年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月30日
發(fā)明者王占雷, 薛志慶 申請人:王占雷