[發明專利]一種玻璃/PMMA微納界面結構層合材料制備方法

無效

• 申請號: 201210097810.4
• 申請日: 2012-04-06
• 公開（公告）號: CN102659322A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發明（設計）人: 盧金山;劉望子
• 申請（專利權）人: 南昌航空大學
• 主分類號: C03C17/42
• 分類號: C03C17/42;B32B5/18;B32B17/06;C08L33/12
• 代理公司: 南昌洪達專利事務所 36111
• 代理人: 劉凌峰

技術領域

本發明涉及一種玻璃/PMMA層合材料制備方法，尤其涉及一種玻璃/PMMA微納界面結構層合材料制備方法。

背景技術

玻璃（無機）具有較好的硬度、強度、光學性能以及化學穩定性，但脆性大、抗沖擊性能差；而有機玻璃（聚甲基丙烯酸甲酯，PMMA）容易成型，有良好的韌性和抗沖擊性，但硬度低、表面易劃傷、易老化。有機-無機層合材料兼顧了玻璃硬度高、耐高溫、耐腐蝕和有機玻璃輕質、抗沖擊、易成型等優點，在強度、減重、耐高溫、抗沖擊、長壽命等方面獲得最佳優化組合，可以替代傳統透明材料，應用于飛機風擋、防彈門窗、汽車玻璃、高檔建筑透明地板等領域。

由于玻璃與有機玻璃的彈性模量和熱膨脹系數相差一個數量級，熱壓層合過程中出現很高的玻璃層熱應力和層間界面應力（界面正應力和界面剪切應力）。在使用過程中層合材料承受環境溫度和外部載荷作用，產生往復疲勞變形，一段時間之后界面容易出現脫膠。界面脫膠失效的主要原因是層間剪切失效，失效位置位于層合界面邊沿位置。提高玻璃/有機玻璃的界面粘結強度，降低界面應力，對于防止界面脫膠至關重要。現有技術主要利用界面改性（增大界面粘結力！）改善界面粘接性能，但容易導致界面抗剪切性能和抗沖擊性能降低（歐迎春，馮海兵，藍知惟，等，“聚氨酯膠片與有機玻璃界面粘結強度的研究”，武漢理工大學學報，2009，31，103-105。），因此，有必要從界面結構的角度，重新審視界面脫膠失效的解決途徑。

二氧化硅多孔薄膜已成功應用于亞微米高速集成電路、光學器件、催化、分離、隔熱和保溫以及納米復合材料領域。通過選擇不同原料和制備工藝，孔徑從納米尺度到微米尺度連續可調。CN1272245公開了用聚乙烯醇作為模板制備二氧化硅多孔薄膜的方法，孔徑分布在2-100?nm范圍。Dongjiang?Yang等人以聚甲基氫硅氧烷和正硅酸乙酯為原料，制備出孔徑在50-500?nm之間可調的多孔二氧化硅，且薄膜疏水性能可控（D?J?Yang,?Y?Xu,?W?J?Xu,?et?al.?Tuning?pore?size?and?hydrophobicity?of?macroporous?hybrid?silica?films?with?high?optical?transmittance?by?a?non-template?route.?Journal?of?Materials?Chemistry,?2008,?18,?5557–5562.）。Yong?Liu等人通過玻璃與鹽酸和雙氧水發生水熱反應（Y?Liu,?H?Wang,?Y?C?Wang，et?al.?A?non-template?hydrothermal?route?to?uniform?3D?macroporous?films?with?switchable?optical?properties.?Journal?of?Non-Crystalline?Solids,?2011,?357,?1768–1773.），在玻璃表面形成孔徑1-7?mm的二氧化硅大孔薄膜。

通過在玻璃/有機玻璃界面上引入孔徑為微米/納米尺度的二氧化硅多孔薄膜，由于二氧化硅薄膜與玻璃之間主要化學成分（SiO₂）和化學鍵相似，界面結合強度高，能夠形成硬膜層；與此同時，多孔二氧化硅的孔道增大了玻璃/有機玻璃界面粘接的有效面積，改善界面粘接性能。玻璃/PMMA界面由原來的二維平面結構轉變為三維微納結構（PMMA進入SiO₂孔道中），降低了界面剪切應力，改善界面抗老化和抗疲勞性能，從而有助于提升玻璃/有機玻璃層合材料的可靠性和使用壽命。

發明內容

本發明的目的在于通過在玻璃表面引入微納尺度孔徑的多孔二氧化硅薄膜，改進玻璃/有機玻璃界面結構，利用多孔膜開孔孔道內的PMMA預聚體聚合，制備出具有微納界面結構的玻璃/PMMA層合材料。

本發明的目的是這樣實現的，其特征是方法步驟為：

1）利用聚甲基氫硅氧烷（PMHS）和正硅酸乙酯（TEOS）在乙醇溶劑中堿性條件下水解，制備出固含量為10%的SiO₂溶膠，并涂覆于玻璃表面，在真空下固化，制備出SiO₂多孔薄膜；

2）將甲基丙烯酸甲酯單體（MMA）、增塑劑鄰苯二甲酸二丁酯（DBP）以及引發劑過氧化苯甲酰（BPO）按照一定比例混合后預聚，制備出聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）預聚體；