聚碳酸酯PC表面制备耐磨涂层的研究开题报告

 2023-03-30 08:55:27
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1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

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文 献 综 述1、引言聚碳酸酯(PC)具有良好的透明性、较高的Tg和高冲击强度以及易成型的特性，是五大工程塑料中综合性能优异的材料，广泛应用于透明材料领域，特别是以其制造的光学制品以及结构产品近年来发展迅速，如光学镜片、阳光板、汽车窗玻璃、飞机风挡和舷窗、头盔、宇航员防护产品等。

由于聚碳酸酯最大的缺点是耐磨性差，使用过程中容易被磨损导致透光率和雾度下降，引起制品失效，影响安全性和使用寿命。

为了提高聚碳酸酯表面抗磨蚀能力，最常用的方法是对其表面进行改性，如涂覆耐磨涂层。

耐磨涂层主要技术路线集中在聚硅氧烷和多官能丙烯酸体系硬涂层。

另外，聚氨酯韧性涂层也有少量应用，由于其黏接性强，调节组分的硬段和软段，可改变涂层的物理性能，因此也可用 作聚碳酸酯表面的耐磨涂层。

[1]2、聚碳酸酯材料概述聚碳酸酯(Polycarbonate)是主链含有碳酸酯键的聚合物。

聚碳酸酯大致可分为两类：一类是芳香族聚碳酸酯，主要为双酚A型聚碳酸酯，结构式如图1所示；另一类为脂肪族聚碳酸酯。

我们常说的聚碳酸酯一般指芳香族聚碳酸酯，它是一种具有优良综合性能的工程塑料，透明度高、高冲击强度、耐热性、耐寒性、尺寸稳定性等，其在工业、农业、日常生活中的应用越来越广泛，这些年有了迅猛的发展。

[2] 图1双酚A型聚碳酸酯分子结构目前市场上常用的聚碳酸酯一般指为双酚 A 型聚碳酸酯(bisphenol A polycarbonate, BPA-PC），本课题所指即是这类聚碳酸酯，它以高透光率、高耐冲击性、良好的耐温性和优异的耐蠕变性，已成为最重要的光学透明材料之一，其应用正从普通光学领域如光学镜片、镜头等，逐渐向航空、航天、汽车和光电等高端光学领域渗透，以替代传统的有机玻璃（PMMA）和无机玻璃（硅酸盐玻璃），它用于汽车车窗时具有无机玻璃无法媲美的性能，它具有重量轻,安全性高，设计自由度大的巨大优势。

[3,4,5,6]3、涂层材料现状3.1聚硅氧烷类耐磨涂层聚碳酸酯表面的聚硅氧烷类耐磨涂层通常以有机硅氧烷水解缩合成膜法(也叫溶胶-凝胶法)制备[7-10],其典型组分由有机硅氧烷、水、水解催化剂、缩合催化剂(固化剂)、助剂和有机溶剂组成。

有机硅氧烷可以为 甲基三甲氧基（乙氧基）硅烷、二甲基二乙氧基硅烷或四乙氧基硅烷（TEOS）、γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550）、γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷（KH-560）、γ-甲基丙烯酰氧丙基硅烷（KH-570），有机硅氧烷水解后生成硅醇，然后进行缩聚成预聚物，最后在加热以及催 化剂作用下形成交联密度较大的硅氧键的网状结构，其中四烷基硅烷的引入可明显改善涂膜耐磨性，大多时候是引入SiO2溶胶，其表面的Si-OH可以参与缩合反应，形成有机-无机结构，以增加耐磨蚀能力；水解催化剂为盐酸、乙酸、甲酸等；缩合催化剂一般是二甲基胺乙酸盐、乙醇胺乙酸盐、苯四酸四乙基胺等。

此外，为提高涂膜硬度和耐磨性，在涂料树脂中可 添加无机纳米粒子，据报道，美国Triton Systems公司生产的 NanoTuf Coatings 超耐磨纳米透明涂料，把有机改性的纳米瓷土加入到聚合物树脂中，在聚碳酸酯 表面其耐磨性和耐久性是传统聚碳酸酯表面涂料4倍，主要用于海军面罩涂层的生产。

Nanophase Technologies公司将自己的纳米材料产品Nanotek氧化铝与透明清漆混合，制得的涂料大大提高了涂层的硬度、耐划伤性及耐磨性，比传统涂层耐磨性提高了2 ~ 4倍，可用于轿车保护面漆、透明塑料、高抛光金属板材和其他平板材料的表面[11]。

3.2多官能丙烯酸酯耐磨涂层 多官能丙烯酸酯耐磨涂层体系由多官能丙烯酸酯(低聚物)、单体、溶剂、引发剂等构成。

多官能丙烯酸 酯在紫外光引发下双键发生聚合反应形成较为致密 的网状结构，具有一定刚性和耐磨性。

针对聚碳酸酯 多官能丙烯酸酯光固化耐磨涂层，日本、美国发布了较多专利[12-15]。

由于紫外光固化技术具有快速固化、接近室温固化以及节能和环保的优势，20世纪80年代以聚碳酸酯为基材的 F-16 座舱表面涂覆的光固化丙烯酸酯体系S-373和S- 378(Aierracin/Sylmar公司）具有较好的综合性能[16]。

3.3聚氨酯类耐磨涂层 聚氨酯涂料主要采用聚酯、聚醚或其他含羟基的多元醇(柔性链段)和氨基甲酸酯基、脲基、缩二脲基(刚性链段)发生加聚反应成膜[17]，涂膜分子中柔性长链可自由旋转使涂层具有一定柔韧性，刚性短链束缚大分子自由旋转使涂层保持刚性，而且大分子中存在较多氢键，涂膜具有较好的机械性能和耐磨性。

与硬涂层相比，涂覆在聚碳酸酯表面的聚氨酯膜层较软、硬度低，但具自愈特性且黏接性强，可以不用底漆处理剂直接涂覆在聚碳酸酯表面作为耐磨涂层使用。

3.4无机涂层无机涂层主要通过化学气相沉降、溅射、物理气相沉降等方法在聚碳酸酯透明材料表面制备保护涂层。

T.Schmauder等人采用高频微波离子化学气相沉降法在聚碳酸酯表面制备，原材料硅氧烷单体的氧气环境中进行等离子化学气相沉降。

涂层的主要成分为硅的氧化物，沉降过程中随着氧气含量增加，涂层在聚碳酸酯表面的沉积量增大，同时涂层的耐磨性增加。

A.Moustaghfir[18]等人首先采用氧化锌为原料制备了具有紫外吸收功能的涂层，中氧化锌主要提供紫外吸收功能，氧化锌层的厚度对涂层的紫外线吸收功能有较大影响，当氧化锌厚度达600nm时，紫外线基本被完全吸收，该文中还提出采用低温二氧化碳等离子体对聚碳酸 酯基材处理10~30s，可以提高附着力，再在氧化锌涂层表面涂装氧化铝增硬耐磨涂层，最终制得了具有紫外线吸收功能的透明耐磨层。

4、结语聚碳酸酯透明材料的广泛应用，对其保护涂层提出了更高的要求，例如需要涂层具有红外反射功能、抗静电功能、以及超疏水功能等。

未来聚碳酸酯透明材料保护涂层的发展是在现有基础上，具备更多的功能，不仅仅是对聚碳酸酯透明材料耐磨防护，多功能化发展是未来聚碳酸酯透明材料保护涂层发展的必然趋势。

参考文献[1] 钟艳莉，张璇，张洪峰.聚碳酸酯耐磨涂层应用技术[J].专论与综述.2012，（15）:10-12[2] 史国力,李复生,田红兵.聚碳酸酯在汽车和航空透明材料领域应用的研究进展[J].材料导报,2006,20(4):404-407 [3] William R. P. Development of directly formed and frameless aircraft transparency technology[C].Conference on Aerospace Transparent Materials and Enclosures,1993:1088~1110[4] Robert E.M. Next generation transparency (NGT) program[C]. DDR研究耐磨硬质涂层的形成原理及因素;研究相关实验参数影响涂层在PC表面硬度;(2)拟采用的研究手段1.熟料掌握耐磨硬质涂层的形成条件及因素，了解实验流程，了解每一步的反应的原理及作用，进而尝试找出最佳条件;2.找出最优条件下做出的涂层，通过SEM图分析其表面结构;3.紫外-可见-分光光度仪分析其表面光学透射率;4.使用铅笔划痕法来对不同的涂层进行硬度的测量，从而确定最好的条件。

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