[發明專利]一種有機硅透明柔性硬質涂層材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202110070390.X
• 申請日: 2021-01-19
• 公開（公告）號: CN112876986A
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 孟祥福;李祥;趙光蕾;謝岱君
• 申請（專利權）人: 首都師范大學
• 主分類號: C09D183/06
• 分類號: C09D183/06;C08G77/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種有機硅透明柔性硬質涂層及其制備方法，該方法是：首先將硅烷偶聯劑在堿性條件下反應得到梯形聚倍半硅氧烷，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、催化劑和溶劑組成的水解產物中，加入固化劑，攪拌均勻，噴涂在聚合物、無機或金屬基材表面。表面干燥后，在80～150℃下固化0.5～2h即可得到透明柔性硬質涂層。本發明制備的涂層透明性和柔韌性良好，硬度高達9H，附著力5B級，可見光透光率在85％以上，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基材表面防護的有機硅透明柔性硬質涂層材料及其制備方法。

背景技術：

有機硅涂層因其特殊的化學結構而具有優異的物理和化學性能，如耐高溫、耐低溫、防潮、絕緣、耐腐燭、耐老化等，用途廣泛。在大多數的報道中，前驅體由四官能度硅烷(如四乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷)和有機烷氧基硅烷(三官能度硅烷和二官能度硅烷組成)得到的涂層為有機-無機雜化涂層，具有硬度高、致密性好的優點，可用于耐刮傷涂層，防腐底漆等。然而，此類涂層脆性高、柔韌性較差，難以適應未來柔性器件(如可折疊手機屏、柔性顯示屏等)的表面防護。

最近幾年，以梯形聚倍半硅氧烷改性各類樹脂或者采用化學方法來改性有機硅涂層成為一個熱點。Choi等(Adv.Mater.2017,29,1700205.)將梯形和籠形聚倍半硅氧烷直接通過光固化得到了兼具塑料和玻璃性能的柔性耐磨涂層，但是制備方法復雜，固化條件苛刻。中國專利CN104927589A公開了一種適用于有機玻璃及其他透明塑料表面保護的有機硅耐磨加硬涂層材料，是采用雙酚A環氧樹脂和γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷在過氧化二苯甲酰作用下反應生成的高聚物。涂膜最高硬度僅為6H，難以得到高硬度的透明聚合物，且涂層的耐候性較差。中國專利CN1752165A公開了一種環保型有機硅耐高溫涂料，是采用有機硅樹脂在三亞乙基四胺作用下固化得到的高聚物，涂膜最高硬度為5H，難以滿足人們對高硬度涂層的需求。

目前，已報道的有機硅硬質涂層硬度較低，且涂層較脆，達不到對于柔性基質材料防護的要求。本發明通過引入柔性的梯形聚倍半硅氧烷，可以同時提高有機硅涂層硬度和柔性，且保證涂層良好的透明度。

發明內容：

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：

所述的有機硅透明柔性硬質涂層的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

(1)將硅烷偶聯劑在pH＝8～10條件下30～50℃反應72h，得到梯形聚倍半硅氧烷；

(2)將四官能度硅烷、三官能度硅烷和二官能度硅烷在溶劑中攪拌均勻，加入質量分數0.1％～1％的催化劑，然后按質量分數5％～50％加入梯形聚倍半硅氧烷，在30～50℃溫度下反應4～9h，最后加入質量分數0.1％～1％的固化劑，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，表面干燥后，在80～150℃溫度下固化0.5～2h即可得到有機硅透明柔性硬質涂層。

所述的一種有機硅透明柔性硬質涂層的制備方法，所述的硅烷偶聯劑為硅烷偶聯劑為γ-(2,3-環氧丙氧)-丙基三甲氧基硅烷、γ-(2,3-環氧丙氧)丙基甲基二乙氧基硅烷、2-(3,4-環氧環己基乙基)三甲氧基硅烷中的一種。

所述的一種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。

所述的一種有機硅透明柔性硬質涂層的制備方法，所述的二官能度硅烷為二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、二乙基二甲氧基硅烷、二乙基二乙氧基硅烷中的一種。