[發(fā)明專利]一種高折射率TiO2/有機(jī)硅雜化涂層的制作方法

無效

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• 申請日: 2009-06-30
• 公開（公告）號: CN101935457A
• 公開（公告）日: 2011-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅仲寬;王芳;青雙桂;曹慧群;周莉;邱琦
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳大學(xué)
• 主分類號: C08L83/06
• 分類號: C08L83/06;C08K3/22;C08J5/18;C08G77/18
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高折射率TiO₂/有機(jī)硅雜化涂層的制作方法，可用于制備高折射率TiO₂/有機(jī)硅雜化涂層，屬于有機(jī)無機(jī)雜化涂層材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)

有機(jī)聚合物具有密度較低、粘彈性好、韌性高、可加工性好等優(yōu)點(diǎn)，無機(jī)物具有硬度高、彈性模量及強(qiáng)度高、較好的透光性能、高折射率等優(yōu)點(diǎn)。有機(jī)-無機(jī)雜化材料則可兼具以上兩種材料的優(yōu)點(diǎn)，既容易加工成型，又可對折射率進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)。將無機(jī)粒子與聚合物復(fù)合可以構(gòu)造高折射率的復(fù)合材料。目前，高折射率材料在傳感器、可調(diào)激光器、電發(fā)光器件、非線性光學(xué)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(yīng)用前景。

目前，國內(nèi)外報(bào)道的制備高折射率有機(jī)無機(jī)雜化材料的主要方法有機(jī)械共混法、納米微粒原位生成法和溶膠-凝膠法。Papadimitrakopoulos等人采用球磨法將高折射率的半導(dǎo)體納米硅粒子以1∶1重量比例摻入明膠中，制備高折射率的納米復(fù)合材料，折射率可達(dá)到3.2。這種方法操作簡單，缺點(diǎn)是在制備過程中，粒子容易團(tuán)聚，引起光散射，影響雜化材料的透明度。納米微粒原位生成法即無機(jī)納米粒子不是預(yù)先制備的，而是在反應(yīng)中生成的，聚合物基體可以是復(fù)合過程中形成的，也可以是預(yù)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。但是部分制備原料或產(chǎn)物對環(huán)境污染性大，或部分化合物的穩(wěn)定性差，限制了該法在制備高折射率雜化材料的應(yīng)用。而溶膠-凝膠法是通過以無機(jī)鹽或金屬醇鹽為前驅(qū)物，溶于溶劑中形成均勻的溶液，然后加入其它組分，在一定溫度下，溶質(zhì)與溶劑產(chǎn)生水解或醇解反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物聚集成幾個納米左右的粒子并形成溶膠，再經(jīng)干燥和燒結(jié)等處理制成所需材料。該法得到的雜化材料中的有機(jī)和無機(jī)組分經(jīng)過化學(xué)鍵合，無相分離，具有非常優(yōu)異的耐熱性，而且操作簡單，反應(yīng)溫度低，能耗低。

目前，采用溶膠-凝膠法制備高折射率雜化材料的研究報(bào)道中，較多采用聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、聚丙烯酸酯等聚酯、聚醇等聚合物，較少研究高折射率的TiO₂/有機(jī)硅雜化材料。有機(jī)硅聚合物具有透過率高、耐熱性好、耐紫外輻射性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。目前報(bào)道的有Que制備的TiO₂/甲基三甲氧基硅烷及TiO₂/KH560雜化涂層體系，得到的雜化涂層折射率可調(diào)，但是其采用的有機(jī)硅折射率較低，增大了與二氧化鈦折射率的差值，在一定程度上，會造成納米雜化涂層的光散射現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是公開一種高折射率TiO₂/有機(jī)硅雜化涂層的制作方法。

本發(fā)明的方法包括如下步驟：

以無水乙醇為溶劑，無機(jī)酸為催化劑，以含苯基的有機(jī)硅單體為原料，加熱攪拌一段時(shí)間后，再添加KH560單體進(jìn)行水解，與含苯基的有機(jī)硅單體水解物相互交聯(lián)反應(yīng)，得到高折射率的有機(jī)硅溶膠。停止加熱，利用余熱滴加無水乙醇及去離子水的混合溶液，邊滴加邊攪拌，然后再加入金屬醇鹽，繼續(xù)攪拌，使金屬醇鹽水解，并與有機(jī)硅溶膠反應(yīng)，形成網(wǎng)絡(luò)狀的納米復(fù)合有機(jī)硅雜化溶膠，再采用旋涂法在基底上制備雜化涂層。

由此可見具體實(shí)施分兩大步：

第一步是高折射率有機(jī)硅溶膠的制備，第二步是高折射率TiO₂/有機(jī)硅涂層的制備。現(xiàn)分別詳述如下：

(1)高折射率有機(jī)硅溶膠的制備

將無水乙醇，去離子水和無機(jī)酸于三口燒瓶中在25～80℃反應(yīng)溫度下混合均勻，添加含苯基的有機(jī)硅單體，加熱攪拌10～20min后，滴加KH560單體進(jìn)行水解，與含苯基的有機(jī)硅單體水解物相互交聯(lián)，攪拌反應(yīng)1～40h，得到高折射率的有機(jī)硅溶膠。

所述的有機(jī)硅單體包括二苯基二甲氧基硅烷或二苯基二乙氧基硅烷中的一種或兩者混合。

所述的無機(jī)酸為鹽酸、硝酸、磷酸或醋酸中的一種。

(2)高折射率TiO₂/有機(jī)硅雜化涂層的制備

在以上制備的高折射率有機(jī)硅溶膠中，添加無水乙醇和去離子水，隨后加入鈦醇鹽，利用有機(jī)硅溶膠體系的余熱，使鈦醇鹽水解，與有機(jī)硅溶膠反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為10～50小時(shí)，最后形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的雜化溶膠。然后采用旋涂機(jī)以500cps～4000cps的轉(zhuǎn)速在基底上制備雜化涂層，將涂層置于干燥箱中于25～120℃下，加熱固化2min～2h，得到TiO₂/有機(jī)硅雜化涂層。

所述的鈦醇鹽包括酞酸丁酯或鈦酸異丙酯中的一種。

本發(fā)明的基本原理如下所述：