[發明專利]一種光固化有機硅透明柔性硬質涂層及其制備方法

在審

• 申請號: 202110070228.8
• 申請日: 2021-01-19
• 公開（公告）號: CN112876990A
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 孟祥福;謝岱君;李祥
• 申請（專利權）人: 首都師范大學
• 主分類號: C09D183/08
• 分類號: C09D183/08;C09D183/07;C09D183/06;C09D7/65;C09D5/08;C08G77/392;C08G77/20;C08G77/04
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本發明公開了一種光固化有機硅透明柔性硬質涂層及其制備方法，該方法是：首先將乙烯基硅烷在堿性條件下水解反應，然后將其加入到由四官能度硅烷、三官能度硅烷、二官能度硅烷、巰基硅烷偶聯劑、催化劑和溶劑組成的水解產物中，加入光引發劑，攪拌均勻，噴涂在聚合物、無機或金屬基材表面。在紫外光照射下即可固化得到涂層。本發明制備的涂層透明，柔韌性好，可見光透光率在88％以上，硬度達9H，附著力為5B級，抗劃傷性能優異。該方法制備工藝簡單，生產成本低，有利于實現工業化生產。

技術領域

本發明涉及一種涂層，特別是涉及一種適用于透明基材表面保護、防腐的有機硅透明柔性硬質涂層及其制備方法。

背景技術

有機硅高分子是半無機、半有機結構的高分子化合物，其分子結構中含有元素硅、且硅原子上連接有機基團的聚合物。從結構上看，這一類化合物，它們兼有有機聚合物和無機聚合物的特性。經過五十多年的發展，此類聚合物目前已成為有機硅行業的主導產品及其發展水平的主要標志。有機硅涂層因其特殊的化學結構而具有硬度高、耐溫性好及耐候性好、防腐蝕性好及穩定性高等優點。有機硅硬質涂層作為保護涂層在提高材料表面硬度方面取得了突出效果，具有良好的經濟效益和社會效益。

紫外光(UV)固化技術是一種不用溶劑的綠色環保型技術，它具有固化速度快，能量消耗低、能自動化生產、適合于用在熱敏基材上等優點。與傳統的自然干燥或熱固化涂料相比，紫外固固化具有固化速度快和不含揮發性溶劑的特點，是一種節能、低污染、高效率和適合連續化大生產的涂料品種，符合當前世界各國日益重視環保的要求，被譽為環境友好型材料。

近年來，有大量文獻報道了利用紫外光(UV)固化硅氧烷制備透明耐磨涂層。例如，通過環氧丙烯酸酯化法將光固化基團接枝到硅烷偶聯劑上，添加不同官能團的有機硅單體，利用水解-縮合法制備出可光固化的硅氧烷類涂料。涂層具有一定的耐磨性，但硬度較低。中國專利CN108587381A公布了一種UV固化含氟耐磨疏水涂層材料，是將疏水納米SiO₂/TiO₂顆粒和有機硅含氟丙烯酸酯乳液混合，加入光引發劑，通過光照得到耐磨疏水涂層。涂層硬度較低、不透明，而且加入含氟丙烯酸酯乳液對環境造成危害。

發明內容

為了解決光固化涂層硬度低和引入含氟物質危害環境的問題。本發明將紫外光(UV)固化技術引入有機硅涂層領域，從而減少涂層固化所需的大量能源，并且減少涂料對環境的危害。

為了實現如上所述的發明目的，本發明采用如下所述的技術方案：

所述的光固化有機硅透明柔性硬質涂層的制備方法，其特征包括以下步驟：

(1)將乙烯基硅烷偶聯劑在pH＝8～10條件下30～50℃反應72h，得到乙烯基聚倍半硅氧烷；

(2)將四官能度硅烷、三官能度硅烷、二官能度硅烷和巰基硅烷偶聯劑在溶劑中攪拌均勻，加入質量分數0.1％～1％的催化劑，在30～50℃溫度下反應9h，得到預聚體；然后將乙烯基聚倍半硅氧烷按質量分數10％～70％加入到預聚體中，混合均勻，最后加入質量分數0.1％～1％的光引發劑，攪拌均勻，得到涂層料液；

(3)將上述料液噴涂在聚合物、無機或金屬等基材表面，在紫外燈下，波長365nm，照射功率5～20mW/cm²，進行固化0.5～2h，即可得到有機硅透明柔性硬質涂層。

所述的一種光固化有機硅透明柔性硬質涂層的制備方法，所述的乙烯基硅烷偶聯劑為γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷中的一種。

所述的一種光固化有機硅透明柔性硬質涂層的制備方法，所述的四官能度硅烷為正硅酸甲酯或正硅酸乙酯。

所述的一種光固化有機硅透明柔性硬質涂層的制備方法，所述的三官能度硅烷為甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷中的一種。