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纳米SiO2提高聚碳酸酯板材的耐刮性和耐磨性

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和无机材料相比,溶胶-凝胶法制得的涂层均较软。即便物系中的无机成分产生高度交联,所得涂层仍然较软,其原因在于物系中无机材料尺寸很小,从而降低了涂层的力学性能,诸如涂层的硬度和耐磨性。加入含填料的聚合物可以更充分发挥无机组分的力学性能,因为填料无机颗粒的尺寸达数微米。然而一般会降低透明度。为了获得透明耐磨涂层,可以加入SiO2细微颗粒,如Aerosils RTM颗粒,但在低浓度时,耐磨性仅稍有改善,而在高浓度时,微粒发聚集,从而降低涂层的透明度,并增加涂覆液的黏度。

将四乙氧基硅烷(TEOS)在加有作溶剂的乙醇的盐酸水溶液进行预水解和缩合,然后在搅拌下加入带环氧基的硅氧烷缩水甘氧丙基三甲氧基硅烷(GPTS),在50℃下搅拌5h,制得面层涂溶胶。涂覆后在110℃下固化。这种溶胶的缺点是储存期仅数,Taber磨耗试验表明,这种涂层不适用于汽车窗玻璃。

下面所述的溶胶-凝胶法具有代表性,所得涂层具有优良的耐伤、耐磨性。

将厚度为4mm的聚碳酸酯板材用异丙醇清洗,采用淋涂法涂底涂层。

将3份聚甲基丙烯酸甲酯(Du Pont公司生产,牌号ElvaciteRTM)和15份双丙酮酵、85份丙二醇单甲醚混合,在70℃搅拌2h,直到完全溶解,制得底涂层涂覆液。在底涂层仅仅表面干燥,即淋涂耐刮伤基底涂层涂覆液。

将203g甲基三甲氧基硅烷和1.25g冰醋酸混合,得到酸化的基三甲氧基硅烷。将125. 5g Ludox RTM AS(Du Pont公司生产铵稳定的胶体二氧化硅溶胶,含有40% Si02,粒径约22nm,{Ph=9.2)和41. 5g去离子水混合,将S102含量调至30%(质量)。搅拌下将上述用去离子水稀释的二氧化硅溶胶加入酸化的甲基三氧基硅烷中,于室温下继续搅拌16~18h,然后加入到质量比为:1的异丙醇一丁醇混合溶剂中,最后,加入32g紫外线吸收剂4一。(三甲氧基/三乙氧基甲硅烷基)丙氧基] -2-羟基二苯甲酮。将合物在室温下搅拌2周,制得耐刮伤基底涂层涂覆液。该涂覆液固体含量为20%(质量),按固含量计,含有11%(质量)紫外线收剂,在室温下涂覆液的黏度约为5 mm2/s。为了促进缩聚反,在涂覆前,均匀混入0. 2%(质量)乙酸四丁铵。

在淋涂耐刮伤基底涂层后,在23℃和63%相对湿度下进行30min不沾尘空气干燥,在130℃烘箱中加热30min,然后冷至室温。

最后淋涂面层涂覆液。

面层涂覆液的制法如下。在200g四乙氧基硅烷(TEOS)、22g 甲基三乙氧基硅烷(MTS)和130g异丙醇混合物中快速滴加130g异内醇、159. 4g蒸馏水和2.89 37%盐酸混合物。加热至30~40℃,发生放热反应。将反应产物冷至室温,搅拌1. 5h。得到的面层涂覆溶胶予4℃冷藏存放。在使用前,用异丙醇将固体含量稀释至1%(质量),按固体含量计,加入,1%(质量)流动控制剂BYK. RTM 347。

面层涂覆液还可用下述方法制取。在200g TEOS、22g或11g甲基丙烯酸基[代]丙基三甲氧基硅烷( MPTS)和130g异丙孵混合物中快速滴加130g异丙醇、155.5g或150. 4g蒸馏水和2.8g37%盐酸混合物。加热至30~40℃,发生放热反应,将反应产物冷至室温,搅拌1. 5h。涂覆溶胶于4℃冷藏。使用前用异丙醇将浓度稀释至固体含量为1%(质量),按固体含量计,加入1%(质量)流动控制剂BYK. RTM 306。

面层涂覆液的另一种制法如下。在200g TEOS、22g缩水甘油氧丙基三甲氧基硅烷(GPTS)和130g异丙醇混合物中快速滴加130g异丙醇、156. 8g蒸馏水和2.89 37%盐酸混合物,加热至30~40℃,发生放热反应。然后将反应产物冷至室温,搅拌1. 5h。所得涂覆溶胶于4℃冷藏存放。在使用前,用异丙醇将浓度稀释至1%(质量)固体含量,加入按固体含量计1%(质量)的流动控制剂BYK. RTM 347。

淋涂面层涂覆液后,在23℃、63%相对湿度下空气干燥30min,然后,在130℃加热120min。

耐刮伤层的厚度可为0. 5~30微米。