[發明專利]一種高折射率納米復合有機硅雜化材料及其涂層的制備方法

無效

• 申請號: 200910108108.1
• 申請日: 2009-06-30
• 公開（公告）號: CN101935456A
• 公開（公告）日: 2011-01-05
• 發明（設計）人: 羅仲寬;王芳;青雙桂;曹慧群;周莉
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: C08L83/06
• 分類號: C08L83/06;C08K3/22;C08J5/18;C08G77/38
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技術領域

本發明涉及高折射率納米復合有機硅雜化材料的制備作法，可用于制備高折射率納米復合有機硅雜化涂層，屬于有機無機雜化涂層材料領域。

背景技術

高折射率有機-無機雜化材料可兼具高折射率無機材料的折射率高及高折射率有機材料的易加工成型等特點，實現雜化材料折射率高，折射率可調的特點。目前，高折射率材料在傳感器、可調激光器、電發光器件、非線性光學器件、減反射涂層及各種功能膜材料等方面顯示出了誘人的應用前景。因此，研究具有更好耐熱性、環保及化學穩定的高折射率復合材料具有非常重要的意義。但是，目前國內對高折射率的納米復合有機硅涂層的研究較少，所以研究采用高折射率的納米粒子摻雜的有機硅聚合物對理論研究及生產應用都具有較大的意義。

目前，關于高折射率有機-無機雜化材料國內外報道的主要方法有機械共混法、納米微粒原位生成法和溶膠-凝膠法。V.P.Silva等人采用球磨法將高折射率納米二氧化鈦摻入到有機硅橡膠中，制備納米復合材料。這種方法操作簡單，缺點是納米粒子的摻入量有限，在制備過程中，粒子容易團聚，引起光散射，最終影響雜化材料的透明度。納米微粒原位生成法和共混法的區別在于無機納米粒子是在反應中生成的，聚合物基體可以是復合過程中形成的，也可以是預先制備的。該法主要用于制備過渡金屬硫系化合物或鹵化物/聚合物雜化材料。但是有些原料或產物對環境污染性大，或產物的穩定性差，限制了其在制備高折射率雜化材料的應用。而溶膠-凝膠法是通過以無機鹽或金屬醇鹽為前驅物，溶于溶劑中形成均勻的溶液，溶質與溶劑產生水解或醇解反應，反應產物聚集成幾個納米左右的粒子并形成溶膠，再經干燥和燒結等處理制成所需材料。該法得到的雜化材料有機-無機組分經過化學鍵合，無相分離，具有非常優異的耐熱性，而且操作簡單，反應溫度低，能耗低。

目前，采用納米無機氧化物溶膠和有機硅制備高折射率雜化材料的報道較少。目前，研究較多的是Que、O′Brien和Lü等課題組，且報道的都采用溶膠-凝膠法制備TiO₂/有機硅納米雜化薄膜，折射率較高且可調，涂層厚度較薄，在幾百納米至幾微米之間，但是其過厚的涂層比較容易開裂。

發明內容

本發明需要解決的技術問題是公開一種高折射率納米復合有機硅雜化材料及其涂層的制備方法。

本發明的方法包括如下步驟：

在一定溫度下，將無水乙醇、去離子水和無機酸混合均勻后，在強烈攪拌的條件下，滴加金屬醇鹽，使其在醇水體系中進行水解縮合，制得納米無機氧化物溶膠。同時，采用含氫硅油與含乙烯基的有機硅單體在鉑絡合物的條件下，進行加成反應，得到無色透明的有機硅聚合物，并溶解在四氫呋喃中，然后滴加納米無機氧化物溶膠，攪拌反應一段時間，使納米溶膠與有機硅聚合物發生交聯，得到網狀結構的納米復合有機硅雜化材料。將該雜化溶膠采用旋涂法、提拉法或浸漬法在基底上制備涂層，然后加熱固化，得到納米復合有機硅雜化涂層。該雜化材料具有較高的折射率和透光率，可制備較厚的涂層，分子量較大的含氫硅油使涂層具有一定的柔韌性，涂層不易開裂。

由此可見具體實施分三大步：

第一步是高折射率納米無機氧化物溶膠的制備，第二步是有機硅聚合物的制備，第三步是納米復合有機硅雜化材料及其涂層的制備。

(1)高折射率納米無機氧化物溶膠的制備

在一定溫度下，將無水乙醇、去離子水和無機酸攪拌混合均勻，在強烈攪拌下，滴加金屬醇鹽，使其在醇水體系中進行水解縮合反應0.5～4h，制備納米無機氧化物溶膠。

所述的一定溫度指在20～90℃。

所述的無機酸為鹽酸、硝酸、磷酸或醋酸中的一種。

所述的鈦醇鹽包括鈦酸丁酯、鈦酸異丙酯或鋯酸四丁酯中的一種或混合。

(2)有機硅聚合物的制備

在一定溫度下，采用含氫硅油與含乙烯基的有機硅單體攪拌均勻，然后邊攪拌邊滴加鉑絡合物，使有機硅中的雙鍵和含氫硅油中的Si-H鍵發生加成反應，繼續攪拌反應1～6h，得到無色透明的有機硅聚合物。

所述的一定溫度指20～120℃。

所述的含乙烯基的有機硅單體包括γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)或乙烯基三乙氧基硅烷中的一種。

(3)納米復合有機硅雜化材料及其涂層的制備