[發明專利]光固化納米雜化材料及其合成方法和用途

有效

• 申請號: 201110276267.X
• 申請日: 2011-09-16
• 公開（公告）號: CN102993440A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 賀建蕓;夏秉乾;余海龍;楊愛軍;李永超
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: C08G77/20
• 分類號: C08G77/20;C09D151/08;C09D163/10;C09D175/14;C09D167/06;C09D171/00
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產權代理事務所(普通合伙) 11369
• 代理人: 劉冬梅

技術領域

本發明涉及環境友好型光固化高分子材料，具體涉及具有光固化活性基團的光固化納米雜化材料及其合成方法和用途。

背景技術

光固化高分子涂料是利用紫外光作為固化能源，在常溫下引發涂料不同組份分子間發生化學反應，在瞬間快速交聯成膜的一種新型高分子環保涂料。與傳統涂料固化技術相比，其輻射固化具有節能、環保、高效、適用于熱敏基材、性能優異、設備投資少等優點。隨著人類環保意識的增強，輻射固化取代傳統熱固化必將成為一種趨勢。

光固化高分子涂料特點包括：

(1)固化速度快：光固化涂料最為顯著的特點就是固化速度快，最快可在0.05～0.1s的時間內固化，是目前各類涂料中干燥固化最快的涂料，通常在若干千瓦功率的紫外燈輻照下，只需幾秒或者幾十秒便可固化完全，達到使用要求，這無疑大大提高了生產效率，節省了半成品堆放的空間，而且能夠滿足大規模自動化生產的需求。同時，光固化產品的質量也較易得到保證。

(2)環境友好：光固化涂料的另一個優勢在于它基本不含揮發性的溶劑，具有環境友好的特點。光固化涂料在光照時，幾乎所有成分參與交聯聚合，進入到涂層當中，成為交聯網狀結構的一部分，可視為100％固含量的涂料。因此，減小了對環境的污染和對人體的危害。

(3)節約能源：與溶劑型涂料相比，紫外光固化所用的能量只相當于溶劑型涂料熱固化的五分之一左右。光固化涂料在常溫下快速冷固化的特點也是其他涂料望塵莫及的。光固化涂料能夠有效地利用紫外光源，并且固化速度快，實際上大大加強了對能量的有效利用和節約。

(4)費用低：光固化僅需要用于激發光引發劑的輻射能，因此可以節省大量的能源消耗；同時，由于光固化涂料中的有效成分含量高，使得材料實際消耗量大幅度減少；此外，光固化設備投資相對較低，易于實現自動化，可節省大量的投資，并減少廠房占地。

概括起來，光固化涂料具有快干、環保、節能等優點。隨著世界各國對生態環境保護的日益重視，對大氣排放物的嚴格立法限制，光固化涂料的重要性也越來越突出。美國、歐盟、日本等均將VOC的減少作為優先采用光固化技術的重要原因之一。在我國，隨著經濟規模的迅速擴大以及對環境保護的日益重視，作為環保型綠色工藝的光固化涂料的研究、開發及應用也將日益深入普及。

進一步提高光固化涂料綜合性能的有效措施之一，是進行有機無機納米雜化。進行有機無機納米雜化，目前通常的做法是：采用物理摻雜法，即把納米粉體(或經過表面處理的納米粉體)直接加入到光固化體系中，但是存在納米粒子難以達到納米級分散，而且引起光固化體系黏度急劇上升，影響工藝性能等問題；因此，人們進行了在改性納米粒子表面縮合接枝光固化基團的研究，但是，沒有接枝上有機物的納米粒子，仍然存在著分散與團聚問題。

目前，有關于在二氧化硅納米粉體上接枝聚合光敏性基團的報道，尚未有通過具有光敏性基團的硅氧烷制備光固化納米雜化材料的報道。

發明內容

為了克服上述技術問題，本發明人經過銳意研究發現：使具有光固化反應性基團(也稱為光敏基團)的硅氧烷在適當條件下水解縮聚，得到具有光固化反應性基團的光固化納米雜化材料，其在光固化樹脂中具有良好的溶解性和分散性，從而完成本發明。

本發明的目的在于提供一種具有光固化反應性基團的光固化納米雜化材料，其結構中包括以下式(1)所示的結構部分：

式(1)

其中，R為光固化反應性基團，具體為CH₂＝CH-、或CH₂＝C(CH₃)COO-R₁-，其中R₁為亞烷基；

波浪線表示以上式(1)所示結構部分的重復擴展、或氫。

本發明的另一目的在于提供上述具有光固化反應性基團的光固化納米雜化材料的制備方法，該方法包括：在氮氣氛下，在催化劑存在下，在有機溶劑中，在20-80℃的溫度下，使具有光固化反應性基團的硅氧烷和去離子水反應，所得水解產物縮聚，減壓除去反應體系中的溶劑以及其它小分子，得到具有光固化反應性基團的光固化納米雜化材料，其中，具有光固化反應性基團的硅氧烷選自乙烯基硅氧烷、和(甲基)丙烯酰氧基硅氧烷。

本發明的再一目的是提供上述具有光固化反應性基團的光固化納米材料在制備光固化涂料中的用途。