CN112876890A

CN112876890A - 一种抗静电有机硅透明硬质涂层材料及其制备方法

Info

Publication number: CN112876890A
Application number: CN202110070339.9A
Authority: CN
Inventors: 孟祥福; 李祥; 谢岱君
Original assignee: Capital Normal University
Current assignee: Capital Normal University
Priority date: 2021-01-19
Filing date: 2021-01-19
Publication date: 2021-06-01

Abstract

本发明公开了一种抗静电有机硅透明硬质涂层及其制备方法，该方法是：在四官能度硅烷、三官能度硅烷、二官能度硅烷、硅烷偶联剂、抗静电剂、催化剂和溶剂组成的水解产物中，加入固化剂，搅拌均匀，喷涂在塑料基材表面。表面干燥后，在80～150℃下固化0.5～2h即可得到抗静电透明硬质涂层。本发明制备的涂层不仅能具有优良的抗静电性能，还具有良好的透明性，硬度高达9H，附着力5B级，可见光透光率在85％以上，抗划伤性能优异。该方法制备工艺简单，生产成本低，有利于实现工业化生产。

Description

一种抗静电有机硅透明硬质涂层材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种涂层，特别是涉及一种适用于塑料基材表面防护的抗静电有机硅透明硬质涂层材料及其制备方法。

背景技术

塑料是指以树脂(或在加工过程中用单体直接聚合)为主要成分，以增塑剂、填充剂、润滑剂、着色剂等添加剂为辅助成分，在加工过程中能流动成型的材料。由于塑料具有加工特性好、质量轻、成本低、比强度大、导热系数小和化学稳定性好等优点，广泛应用于人们的生产生活中。

但是，目前塑料介电常数小，一般属于非导体，绝缘性能较高，因此，静电的产生是不能避免的。由于静电电荷积聚在塑料表面容易造成表面吸附灰尘，甚至引起放电，造成火灾。为了避免塑料表面静电的积聚，增加它的抗静电能力，在塑料中加入导电物质，如聚乙炔、聚苯胺等以增加它的导电性能，但是，改性后的塑料在实际应用中，存在易氧化、不稳定、加工性能不好、受光照容易老化、耐候性差等缺点。为了提高塑料的抗静电性能，也可以在塑料中加入炭黑，这样不仅可以提高抗静电性能，也可以提高强度和耐磨性，但是炭黑的使用存在污染环境、透光率下降、产品易老化等缺点。

由于材料的化学相容性的限制，掺杂比例无法人为调节，材料物理性能的限制，使得在塑料中掺入抗静电材料的方法无法应用到工业生产中。采用在塑料基底表面涂覆抗静电涂层的方法也可以改变塑料的静电性能。美国专利US5091213中公开了一种在塑料基底表面改善抗静电性的工艺，这种方法得到的塑料抗静电性能保持时间短，且当环境湿度变低后，材料的抗静电性能下降明显。中国专利CN102199305B公开了一种改善塑料表面抗静电性的方法，这种方法处理后的塑料虽然具有良好的抗静电性，但处理方法复杂，污染环境。

目前，已报道的改善塑料表面抗静电性的方法，工艺复杂，抗静电性能随时间和湿度下降明显。本发明通过在有机硅涂料中引入铵盐类抗静电剂，可以在保证塑料表面透明性的基础上，提高塑料表面的抗静电性和硬度。

发明内容

为了实现如上所述的发明目的，本发明采用如下所述的技术方案：

所述的抗静电有机硅透明硬质涂层的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)将四官能度硅烷、三官能度硅烷、二官能度硅烷、硅烷偶联剂和抗静电剂在溶剂中搅拌均匀，加入催化剂，在30～50℃温度下反应4～9h，

(2)加入质量分数0.1％～1％的固化剂，得到涂层料液；

(3)将上述料液喷涂在塑料基材表面，表面干燥后，在80～150℃温度下固化0.5～2h即可得到抗静电有机硅透明硬质涂层。

所述的一种抗静电有机硅透明硬质涂层的制备方法，所述的四官能度硅烷为正硅酸甲酯或正硅酸乙酯。

所述的一种抗静电有机硅透明硬质涂层的制备方法，所述的三官能度硅烷为甲基三甲氧基硅烷、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种。

所述的一种抗静电有机硅透明硬质涂层的制备方法，所述的二官能度硅烷为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种。

所述的一种抗静电有机硅透明硬质涂层的制备方法，所述的硅烷偶联剂为硅烷偶联剂为γ-(2,3-环氧丙氧)-丙基三甲氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基甲基二乙氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己基乙基)三甲氧基硅烷中的一种。

所述的一种抗静电有机硅透明硬质涂层的制备方法，所述的抗静电剂为N,N-二甲基-N-十八烷基氨基丙基三甲氧基硅烷季铵盐、N,N-二甲基-N-十二烷基氨丙基三甲氧基硅烷氯化铵、3-三乙氧基硅基丙基三甲基氯化铵中的一种。

所述的一种抗静电有机硅透明硬质涂层的制备方法，所述的溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、环己醇、乙酸丁酯、四氢呋喃中的一种或多种混合物。

所述的一种抗静电有机硅透明硬质涂层的制备方法，所述的催化剂为甲酸、硝酸、盐酸、醋酸、硫酸中的一种，浓度为0.001mol/L～1mol/L。

所述的一种抗静电有机硅透明硬质涂层的制备方法，所述的固化剂为乙酰丙酮钴、乙酰丙酮锆、乙酰丙酮铝、乙酰丙酮钛、乙酰丙酮锰中的一种。

采用如上所述的技术方案，本发明具有如下有益效果：

本发明所述的一种抗静电有机硅透明硬质涂层及其制备方法，该方法是：在四官能度硅烷、三官能度硅烷、二官能度硅烷、硅烷偶联剂、抗静电剂、催化剂和溶剂组成的水解产物中，加入固化剂，搅拌均匀，喷涂在塑料基材表面。表面干燥后，在80～150℃下固化0.5～2h即可得到抗静电透明硬质涂层。本发明制备的涂层不仅能具有优良的抗静电性能，还具有良好的透明性，硬度高达9H，附着力5B级，可见光透光率在85％以上，抗划伤性能优异。该方法制备工艺简单，生产成本低，有利于实现工业化生产。

附图说明

图1.是本发明实施例1所制备的抗静电有机硅透明硬质涂层的紫外-可见透光率曲线图。

图2.是本发明实施例2所制备的抗静电有机硅透明硬质涂层的附着力实验结果图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合具体实施例来进一步说明。

实施例1：

将正硅酸甲酯、甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)-丙基三甲氧基硅烷和N,N-二甲基-N-十八烷基氨基丙基三甲氧基硅烷季铵盐在甲醇中搅拌均匀，加入质量分数0.1％的甲酸，在30℃下反应4h；加入质量分数0.1％的乙酰丙酮钴，得到涂层料液；将上述料液喷涂在塑料基材表面，表面干燥后，在80℃温度下固化0.5h即可得到抗静电有机硅透明硬质涂层。涂层硬度为9H，附着力为5B级，透光率为88％，表面阻抗值为2.9×10⁹Ω。(如图1所示)

实施例2：

将正硅酸甲酯、甲基三乙氧基硅烷、二乙基二甲氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基甲基二乙氧基硅烷和N,N-二甲基-N-十二烷基氨丙基三甲氧基硅烷氯化铵在乙酸丁酯中搅拌均匀，加入质量分数0.3％的硝酸，在50℃下反应5h；加入质量分数1％的乙酰丙酮锰，得到涂层料液；将上述料液喷涂在塑料基材表面，表面干燥后，在120℃温度下固化0.8h即可得到抗静电有机硅透明硬质涂层。涂层硬度为9H，附着力为5B级，透光率为90％，表面阻抗值为3.0×10⁹Ω。(如图2所示)

实施例3：

将正硅酸乙酯、乙基三甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己基乙基)三甲氧基硅烷和N,N-二甲基-N-十二烷基氨丙基三甲氧基硅烷氯化铵在正丁醇中搅拌均匀，加入质量分数1％的盐酸，在40℃下反应7h；加入质量分数0.5％的乙酰丙酮铝，得到涂层料液；将上述料液喷涂在塑料基材表面，表面干燥后，在110℃温度下固化0.9h即可得到抗静电有机硅透明硬质涂层。涂层硬度为9H，附着力为5B级，透光率为89％，表面阻抗值为2.9×10⁹Ω。

实施例4：

将正硅酸乙酯、乙基三乙氧基硅烷、二乙基二甲氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基甲基二乙氧基硅烷和N,N-二甲基-N-十八烷基氨基丙基三甲氧基硅烷季铵盐在异丙醇中搅拌均匀，加入质量分数0.5％的醋酸，在35℃下反应9h；加入质量分数0.7％的乙酰丙酮锆，得到涂层料液；将上述料液喷涂在塑料基材表面，表面干燥后，在90℃温度下固化1.5h即可得到抗静电有机硅透明硬质涂层。涂层硬度为9H，附着力为5B级，透光率为91％，表面阻抗值为3.1×10⁹Ω。

实施例5：

将正硅酸甲酯、甲基三乙氧基硅烷、二乙基二乙氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)-丙基三甲氧基硅烷和3-三乙氧基硅基丙基三甲基氯化铵在乙醇中搅拌均匀，加入质量分数0.7％的硫酸，在45℃下反应8h；加入质量分数0.3％的乙酰丙酮钛，得到涂层料液；将上述料液喷涂在塑料基材表面，表面干燥后，在100℃温度下固化2h即可得到抗静电有机硅透明硬质涂层。涂层硬度为9H，附着力为5B级，透光率为89％，表面阻抗值为3.2×10⁹Ω。

本发明实施例1-5得到的有机硅透明柔性硬质涂层具有如下物理指标：

	铅笔硬度	附着力	透光率	表面阻抗值
					实施例1	9H	5B级	88％	2.9×10<sup>9</sup>Ω
实施例2	9H	5B级	90％	3.0×10<sup>9</sup>Ω
					实施例3	9H	5B级	89％	2.9×10<sup>9</sup>Ω
实施例4	9H	5B级	91％	3.1×10<sup>9</sup>Ω
					实施例5	9H	5B级	89％	3.2×10<sup>9</sup>Ω

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不限于此，任何熟悉本领域的技术人员在发明所揭露的技术范围内，可不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims

1.一种抗静电有机硅透明硬质涂层的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(2)加入质量分数0.1％～1％的固化剂，得到涂层料液；

(3)将上述料液喷涂在塑料基材表面，表面干燥后，在80～150℃温度下固化0.5～2h即能够得到抗静电有机硅透明硬质涂层。

2.根据权利要求1所述的一种抗静电有机硅透明硬质涂层的制备方法，其特征在于，所述的四官能度硅烷为正硅酸甲酯或正硅酸乙酯。

3.根据权利要求1所述的一种抗静电有机硅透明硬质涂层的制备方法，其特征在于，所述的三官能度硅烷为甲基三甲氧基硅烷、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种。

4.根据权利要求1所述的一种抗静电有机硅透明硬质涂层的制备方法，其特征在于，所述的二官能度硅烷为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种。

5.根据权利要求1所述的一种抗静电有机硅透明硬质涂层的制备方法，其特征在于，所述的硅烷偶联剂为γ-(2,3-环氧丙氧)-丙基三甲氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基甲基二乙氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己基乙基)三甲氧基硅烷中的一种。

6.根据权利要求1所述的一种抗静电有机硅透明硬质涂层的制备方法，其特征在于，所述的抗静电剂为N,N-二甲基-N-十八烷基氨基丙基三甲氧基硅烷季铵盐、N,N-二甲基-N-十二烷基氨丙基三甲氧基硅烷氯化铵、3-三乙氧基硅基丙基三甲基氯化铵中的一种。

7.根据权利要求1所述的一种抗静电有机硅透明硬质涂层的制备方法，其特征在于，所述的溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、环己醇、乙酸丁酯、四氢呋喃中的一种或多种混合物。

8.根据权利要求1所述的一种抗静电有机硅透明硬质涂层的制备方法，其特征在于，所述的催化剂为甲酸、硝酸、盐酸、醋酸、硫酸中的一种，浓度为0.001mol/L～1mol/L。

9.根据权利要求1所述的一种抗静电有机硅透明硬质涂层的制备方法，其特征在于，所述的固化剂为乙酰丙酮钴、乙酰丙酮锆、乙酰丙酮铝、乙酰丙酮钛、乙酰丙酮锰中的一种。

10.一种抗静电有机硅透明硬质涂层，其特征在于，其由权利要求1～9任一项所述的制备方法制得，涂层透明，抗静电性好，可见光透光率在85％以上，硬度达9H，附着力为5B级。