[发明专利]一种涂层和一种光学元件

说明书

技术领域

本发明属于涂料技术领域，具体涉及一种涂层、一种光学元件及其制备方法。

背景技术

光学塑料，质轻低廉，具有密度低、耐冲击、韧性好、易加工成型、可吸收紫外线等优异的性能，已广泛应用于光学透镜、眼镜镜片、车灯、仪表板、照明灯具外壳等用途。但其最大的缺陷就是硬度低、表面易被磨损、抗刮擦能力差，成为制约光学塑料使用寿命和研制其使用领域的问题。因此对光学塑料的表面保护就成为广泛使用这些材料的前提。

目前光学塑料的耐磨涂层主要采用聚硅氧烷、多官能团丙烯酸酯、聚氨酯和化学气相沉积法(PVD)。其中多官能团丙烯酸酯涂层的耐磨性和硬度存在局限性，PVD设备昂贵，生产成本高；聚硅氧烷因工艺简单、操作方便、成本低廉、性能优良、贮存期长的优点而得到日益广泛的应用。

例如CNl01445701A公开了一种单组份PC表面耐磨增硬透明涂料的制备方法，该方法通过多种烷氧基硅烷在加热的状况下，以阳离子交换树脂为催化剂，与无离子水进行共水解，再与有机硅改性丙烯酸环氧异丙醇溶液一起共水解，缩聚反应，加入溶剂，滤去催化剂，加入适量固化剂和聚醚改性硅氧烷制成；其中多种烷氧基硅烷为单官能度硅烷、二官能度硅烷、四官能度硅烷和有机硅烷偶联剂。但该方法中，由于四官能度硅烷的存在，水解缩合过程中会产生短程分子链间的剧烈缩合，导致最后得到的涂层较脆、易翘曲，与基材的附着力较差；且涂层的耐磨性和硬度均较低。

发明内容

本发明解决了现有技术中存在的涂层与基材附着力差、耐磨性和硬度较低的技术问题。

本发明提供一种涂层，所述涂层由含有三官能度硅烷、线性硅氧烷、有机硅烷偶联剂、有机亲水性溶剂的第一混合物在水中水解缩合、加入含有纳米水性硅溶胶和固化剂的第二混合物后固化涂膜形成；所述三官能度硅烷具有式1所示结构，线性硅氧烷具有式2所示结构，有机硅烷偶联剂具有式3所示结构：

式1        式2        式3

其中，R₁-R₁₁各自独立地为碳原子数1-10的烷基，R₁₂为具有与聚合物分子有亲合力或反应能力的活性官能团。

本发明还提供了一种光学元件，所述光学元件包括透明基材和位于透明基材表面的涂层，其中，所述涂层为本发明提供的涂层。

本发明的涂层，由三官能度硅烷、线性硅氧烷和有机硅烷偶联剂水解缩合生成大分子成膜长链，纳米水性硅溶胶以纳米粒子形式镶嵌于成膜长链中，增加涂层的韧性、硬度和耐磨性；由于涂层的韧性较好，可有效防止涂层翘曲，消除涂层表面的缩孔，提高涂层与基材的附着力较高，从而使得具有本发明的涂层的光学元件在保持透光率良好的前提下耐磨性和硬度较高，透明基材与涂层的附着力高。

具体实施方式

本发明提供了一种涂层，所述涂层由含有三官能度硅烷、线性硅氧烷、有机硅烷偶联剂、有机亲水性溶剂的第一混合物在水中水解缩合、加入含有纳米水性硅溶胶和固化剂的第二混合物后固化涂膜形成；所述三官能度硅烷具有式1所示结构，线性硅氧烷具有式2所示结构，有机硅烷偶联剂具有式3所示结构：

式1        式2        式3

其中，R₁-R₁₁各自独立地为碳原子数1-10的烷基，R₁₂为与聚合物分子有亲合力或反应能力的活性官能团。

本发明中，所述官能度指与硅原子直接相连的氧原子的个数。

本发明的涂层由如下方法得到：先通过三官能度硅烷、线性硅氧烷和有机硅烷偶联剂中的烷氧基水解缩合；其中的线性硅氧烷为成膜体系提供柔韧性，避免涂层过脆，有机硅烷偶联剂的R₁₂为具有功能性官能团的烷基或烷酯基，因此可通过与水解后的Si-OH发生反应生成长链结构，从而增强成膜体系的韧性和透明基材的润湿覆盖性；然后加入纳米水性硅溶胶，纳米水性硅溶胶以纳米SiO₂粒子形式均匀分散在长链周围，可增加其韧性、硬度和耐磨性；加入固化剂后，在固化条件下，长链结构发生缩合交联反应，形成本发明的涂层。