有機(jī)硅-TiO2耐擦傷透明涂層的研究.pdf

1、聚碳酸酯(PC)由于具有質(zhì)輕、耐沖擊、高透光率、易于加工成型等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于光學(xué)領(lǐng)域。與光學(xué)玻璃相比,PC表面硬度低,在日常使用過(guò)程中表面易擦傷而影響其正常使用,通過(guò)溶膠-凝膠法在PC表面上制備增硬耐擦傷的有機(jī)硅涂層,在保證良好透光率的前提下,可提高PC的使用壽命。然而,由于有機(jī)硅涂層與PC的折射率差別較大,制約了PC在高性能光學(xué)器件上的應(yīng)用。近年來(lái),高折射率的有機(jī)硅增硬涂層成為了研究熱點(diǎn)。其中,通過(guò)溶膠一凝膠法將TiO2引入到有機(jī)

2、硅涂層中可以獲得折射率連續(xù)可調(diào)的高折射率的增硬耐擦傷涂層,并且加工工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉。
　　 本文采用溶膠一凝膠法,以正硅酸乙酯、硅溶膠、甲基三乙氧基硅烷、γ-環(huán)氧丙氧丙基三甲氧基硅烷和鈦酸正丁酯等為前驅(qū)體,以鹽酸為催化劑,醋酸為鈦酸正丁酯的水解穩(wěn)定劑,乙醇為溶劑,制備了儲(chǔ)存穩(wěn)定性良好(可穩(wěn)定儲(chǔ)存一年以上)的有機(jī)硅/TiO2復(fù)合溶膠。復(fù)合溶膠經(jīng)涂膜固化制得高折射率的耐擦傷復(fù)合涂層。涂層對(duì)PC附著力可達(dá)到O級(jí),在可見(jiàn)光范圍內(nèi)的透光

3、率大于90；并系統(tǒng)研究了水解條件及組成對(duì)復(fù)合溶膠及涂層的性能的影響,得到如下的結(jié)果:
　　 (1)含水量對(duì)有機(jī)硅TiO2復(fù)合溶膠的穩(wěn)定性及涂層性能有很大的影響,當(dāng)含水量H2O:OR=1～1.5時(shí),溶膠的陳化時(shí)間最短,涂層的顯微維氏硬度值最高；控制含水量H2O:OR＜1.5及空氣濕度小于60％,可以避免涂膜的發(fā)白。(2)聚酯附著力增進(jìn)劑可有效提高涂層對(duì)PC的粘接性能,其最佳摻入量為1％,涂層的附著力為O級(jí),在經(jīng)受70℃熱水處理1h

4、后的附著力仍可達(dá)到2級(jí)。(3)有機(jī)硅/TiO2復(fù)合溶膠組成對(duì)涂層的硬度、折射率都有較大的影響。當(dāng)Ti02含量在4.99％～32.09％范圍內(nèi)時(shí),涂層在入射光波長(zhǎng)為467.9nm處的折射率在1.5087～1.5778之間連續(xù)可調(diào),經(jīng)線性擬合得到TiO2含量與折射率的線性方程為:n=0.2442w％+1.4941。當(dāng)涂層中TiO2含量為32.09％時(shí),涂層在入射光波長(zhǎng)為467.9nm處的折射率為1.5778,透光率達(dá)到90％,鉛筆硬度為4H

5、,涂層與PC表面附著力為1級(jí)。(4)在維持涂層的折射率相等的條件下(即組成中Ti原子與Si原子的摩爾比保持不變),以SiO2溶膠取代正硅酸乙酯制備SiO2/有機(jī)硅/TiO2復(fù)合涂層,可以進(jìn)一步提高涂層的硬度。當(dāng)反應(yīng)組成配比SiO2:MTES:GPTMS:TPOT=1:2:4:4.5和2:0:5:4.5時(shí),在120℃下固化3h后可得到無(wú)裂紋的涂層,其顯微維氏硬度值可達(dá)到66.49和68.95,涂層經(jīng)過(guò)破壞性擦傷測(cè)試后表面無(wú)肉眼可見(jiàn)的劃痕產(chǎn)