CN107325309A - 自成纳米孔隙增透涂层的制备方法 - Google Patents

自成纳米孔隙增透涂层的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种功能聚合物材料领域，特别涉及一种自成纳米孔隙增透涂层的制备方法，将苯乙烯与丙烯酸聚硅氧烷酯通过自由基聚合获得共聚物。共聚物含有元素有机聚合物结构可提高材料的光学增透性能。将共聚物溶于甲苯中获得系列浓度溶液，将其涂覆到聚酯薄膜等光学材料表面，通过处理后获得具有纳米孔隙表面可进一步提高光学增透性能。此外该种聚合物材料含有聚硅氧烷使其疏水性增强，具有一定的自清洁功能。该种功能涂料制备工艺简单、原材料成本低廉，光学增透效果明显，兼具自清洁性能。

Description

自成纳米孔隙增透涂层的制备方法
技术领域
本发明属于功能聚合物材料合成领域，特别涉及一种光学增透聚合物材料及其涂层的制备方法。
背景技术
近年来，随着数字成像和液晶显示技术的发展，聚酯薄膜的应用领域越来越广泛。在液晶显示器组件生产中需要使用多种光学级薄膜产品，包括光扩散膜、增透膜、反射膜、保护膜等。这些光学薄膜产品都是在高透光率聚酯光学基膜的基础上加工制备出来的，是数字成像和平板显示等产品生产中必不可少的关键材料。但单纯的聚酯薄膜透光率不能达到相关技术要求，因此在提高聚酯薄膜整体质量的同时需要对聚酯薄膜进行表面改性以期获得高透光率聚酯薄膜。通过在聚酯薄膜表面镀制合适的增透膜可减小其表面的反射损耗，增加其透光率，是提高聚酯薄膜等材料光学性能的有效手段。
光学增透在工业、农业、军工以及日常生活当中得到了广泛应用。目前较为前沿的方法是在材料表面构建纳米孔隙结构用于增透，相关研究报道较多。用于光学增透的聚合物纳米孔隙材料作为一种新颖的光学功能材料，具有优越的光学性能和相对简单的制备工艺。聚合物纳米孔隙尺寸小于可见光的波长，光波可以发生衍射进而使聚合物纳米孔隙涂层可以达到相对较低的折射率，从而满足使用性能要求。此外通过改变制备工艺比例的改变可以实现对材料有效折射率的调节。
发明内容
本发明的目的是提供一种自成纳米孔隙增透涂层的制备方法，实现本发明目的的技术方案是：
通过自由基聚合将苯乙烯与丙烯酸聚硅氧烷酯单体进行共聚，制备出具有元素有机结构的共聚物，然后通过匀胶机将共聚物均匀地涂覆于聚酯薄膜等材料表面。
本发明光学增透用共聚物的制备方法的具体实施步骤如下：
a、丙烯酸聚硅氧烷酯的制备：称取30g端羟基聚硅氧烷溶于60mL甲苯，并用N2鼓泡10min后注入充分干燥的单口烧瓶中，加入三乙胺1.5mL，置于冰盐浴中磁力搅拌，使用恒压滴液漏斗缓慢滴加2mL丙烯酰氯和10mL甲苯混合溶液于反应瓶中，避光反应3h后撤去冰浴，室温下反应1h。离心，取上层清液，用甲醇/水混合溶液沉淀，将油状产物70℃真空干燥24h，得到丙烯酸聚硅氧烷酯，密封低温保存。
b、苯乙烯、丙烯酸聚硅氧烷酯共聚物的合成：将一定量的苯乙烯和丙烯酸聚硅氧烷酯单体、甲苯以及引发剂加入到三口烧瓶中，所述引发剂为偶氮二异丁腈，含量为1～2％；其中固含量为50％。将三口烧瓶抽真空通氮气，并重复此操作三次。随后将三口烧瓶置于76℃的恒温油浴中搅拌反应1h，反应结束后将产物倒入干燥的瓶中密封保存。
c、光学用增透涂层的制备：将0.1g苯乙烯-丙烯酸聚硅氧烷酯共聚物溶于适量的甲苯溶剂中，分别配制成质量分数为1/10、1/15、1/20、1/30、1/40及1/60 (g/mL)的溶液。使用YJ-250A型匀胶机将5-6滴溶液旋涂到聚酯薄膜表面，涂覆后置于60℃烘箱内热处理1h。
在本发明中用于制备光学增透用共聚物及其涂层的聚酯材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯。
在本发明中用于制备光学增透用共聚物及其涂层所采用的聚合反应温度范围为65～80℃。
在本发明中用于制备光学增透用共聚物及其涂层所采用的溶剂为甲苯。
在本发明中用于制备光学增透用共聚物及其涂层所采用的聚合比例范围为 4～6:1。
附图说明
图1为实施例中丙烯酸聚硅氧烷酯及其与苯乙烯共聚物的红外谱图；
图2是本实施例1获得的自成纳米孔隙增透涂层的扫描电镜图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进行详细描述。
实施例1
(1)称取30g端羟基聚硅氧烷溶于60mL甲苯，并用N2鼓泡10min后注入充分干燥的单口烧瓶中，加入三乙胺1.5mL，置于冰盐浴中磁力搅拌，使用恒压滴液漏斗缓慢滴加2mL丙烯酰氯和10mL甲苯混合溶液于反应瓶中，避光反应3h后撤去冰浴，室温下反应1h。离心，取上层清液，用甲醇/水混合溶液沉淀，将油状产物70℃真空干燥24h，得到丙烯酸聚硅氧烷酯，密封低温保存。
(2)将2g的苯乙烯和1g丙烯酸聚硅氧烷酯单体、甲苯以及引发剂加入到三口烧瓶中，所述引发剂为偶氮二异丁腈，含量为1％；其中固含量为50％。将三口烧瓶抽真空通氮气，并重复此操作三次。随后将三口烧瓶置于80℃的恒温油浴中搅拌反应1h，制备光学增透用共聚物。
(3)将0.1g苯乙烯-丙烯酸聚硅氧烷酯共聚物溶于适量的甲苯溶剂中，配制成质量分数为1/10(g/mL)的溶液。使用YJ-250A型匀胶机将5-6滴溶液旋涂到聚酯薄膜表面，涂覆后置于60℃烘箱内热处理1h。
实施例2
(1)称取30g端羟基聚硅氧烷溶于60mL甲苯，并用N2鼓泡10min后注入充分干燥的单口烧瓶中，加入三乙胺1.5mL，置于冰盐浴中磁力搅拌，使用恒压滴液漏斗缓慢滴加2mL丙烯酰氯和10mL甲苯混合溶液于反应瓶中，避光反应3h后撤去冰浴，室温下反应1h。离心，取上层清液，用甲醇/水混合溶液沉淀，将油状产物70℃真空干燥24h，得到丙烯酸聚硅氧烷酯，密封低温保存。
(2)将4g的苯乙烯和1g丙烯酸聚硅氧烷酯单体、甲苯以及引发剂加入到三口烧瓶中，所述引发剂为偶氮二异丁腈，含量为1.5％；其中固含量为50％。将三口烧瓶抽真空通氮气，并重复此操作三次。随后将三口烧瓶置于72℃的恒温油浴中搅拌反应1h，制备光学增透用共聚物。
(3)将0.1g苯乙烯-丙烯酸聚硅氧烷酯共聚物溶于适量的甲苯溶剂中，配制成质量分数为1/30(g/mL)的溶液。使用YJ-250A型匀胶机将5-6滴溶液旋涂到聚酯薄膜表面，涂覆后置于60℃烘箱内热处理1h。
实施例3
(1)称取30g端羟基聚硅氧烷溶于60mL甲苯，并用N2鼓泡10min后注入充分干燥的单口烧瓶中，加入三乙胺1.5mL，置于冰盐浴中磁力搅拌，使用恒压滴液漏斗缓慢滴加2mL丙烯酰氯和10mL甲苯混合溶液于反应瓶中，避光反应3h后撤去冰浴，室温下反应1h。离心，取上层清液，用甲醇/水混合溶液沉淀，将油状产物70℃真空干燥24h，得到丙烯酸聚硅氧烷酯，密封低温保存。
(2)将6g的苯乙烯和1g丙烯酸聚硅氧烷酯单体、甲苯以及引发剂加入到三口烧瓶中，所述引发剂为偶氮二异丁腈，含量为2％；其中固含量为50％。将三口烧瓶抽真空通氮气，并重复此操作三次。随后将三口烧瓶置于65℃的恒温油浴中搅拌反应1h，制备光学增透用共聚物。
(3)将0.1g苯乙烯-丙烯酸聚硅氧烷酯共聚物溶于适量的甲苯溶剂中，配制成质量分数为1/60(g/mL)的溶液。使用YJ-250A型匀胶机将5-6滴溶液旋涂到聚酯薄膜表面，涂覆后置于60℃烘箱内热处理1h。
图1为实施例1、2和3中，丙烯酸聚硅氧烷酯及其与苯乙烯共聚物的红外谱图，a为丙烯酸聚硅氧烷酯，b为苯乙烯和丙烯酸聚硅氧烷酯共聚物，对比图 1中a和b可以明显发现，在1265cm-1和1100cm-1处都出现相应的吸收峰，分别是Si-C的对称振动和-Si-O-Si-的不对称伸缩振动的吸收峰，表明产物中都存在二甲基硅氧烷单元。而b在3083cm-1，3060cm-1和3027cm-1处出现新的吸收峰，归属于苯环中C-H振动的特征吸收峰；1602cm-1，1496cm-1处的吸收峰归属于苯环骨架的C-H伸缩振动特征峰，说明产物中存在苯乙烯结构单元，两种单体发生了自由基共聚。图2显示出所制备的涂层具有纳米孔隙结构。
对比实施例1
(1)将4g的苯乙烯甲苯以及引发剂加入到三口烧瓶中，所述引发剂为偶氮二异丁腈，含量为1.5％；其中固含量为50％。将三口烧瓶抽真空通氮气，并重复此操作三次。随后将三口烧瓶置于72℃的恒温油浴中搅拌反应1h，制备聚苯乙烯。
(2)将0.1g聚苯乙烯溶于适量的甲苯溶剂中，配制成质量分数为1/30 (g/mL)的溶液。使用YJ-250A型匀胶机将5-6滴溶液旋涂到聚酯薄膜表面，涂覆后置于60℃烘箱内热处理1h。
对比实施例2
(1)将1g丙烯酸聚硅氧烷酯单体、甲苯以及引发剂加入到三口烧瓶中，所述引发剂为偶氮二异丁腈，含量为1.5％；其中固含量为50％。将三口烧瓶抽真空通氮气，并重复此操作三次。随后将三口烧瓶置于72℃的恒温油浴中搅拌反应1h，制备聚合物。
(2)将0.1g丙烯酸聚硅氧烷酯聚合物溶于适量的甲苯溶剂中，配制成质量分数为1/30(g/mL)的溶液。使用YJ-250A型匀胶机将5-6滴溶液旋涂到聚酯薄膜表面，涂覆后置于60℃烘箱内热处理1h。
表1：
序号 透光率 接触角
聚酯薄膜 87.2 68
实施例1 91.8 116
实施例2 92.4 108
实施例3 91.2 94
对比实施例1 88.0 85
对比实施例2 90.1 110
表1为对比实施例1和2与实施例1、2和3所制备的光学增透用共聚物及其涂层，考察了三种共聚物涂层与对比涂层的性能。由表中数据可以看到，利用苯乙烯与丙烯酸聚硅氧烷酯共聚后使用，其光学增透性能和疏水性能等综合性能较好，达到使用要求。而仅仅使用聚苯乙烯或聚硅氧烷酯综合性能较差。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (5)

1.一种自成纳米孔隙增透涂层的制备方法，其特征在于：通过自由基聚合将苯乙烯与丙烯酸聚硅氧烷酯单体进行共聚，制备出具有元素有机结构的共聚物，甲苯溶解后通过匀胶机将共聚物均匀地涂覆于聚酯薄膜等材料表面。
2.根据权利要求1所述的自成纳米孔隙增透涂层的制备方法，具体包括：
1）丙烯酸聚硅氧烷酯单体合成：端羟基聚硅氧烷与丙烯酰氯在溶剂中，三乙胺为缚酸剂反应得到丙烯酸聚硅氧烷酯，密封低温保存；
2）通过苯乙烯、丙烯酸聚硅氧烷酯单体在引发剂存在的条件下以一定的温度反应得到产物，然后将产物密封保存；
3）光学增透用共聚物涂层的制备：将2）中反应所得的产物配制成一定浓度的溶液，通过匀胶机均匀地涂覆于聚酯薄膜等材料表面。
3.根据权利要求2所述的自成纳米孔隙增透涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤2）具体包括在充满惰性气体的反应瓶中加入丙烯酸聚硅氧烷酯、苯乙烯、引发剂、溶液，抽真空通惰性气体，循环3次，密闭后置于一定温度的恒温油浴中，反应指定的时间，所得反应产物即为光学增透共聚物。
4.根据权利要求3所述的自成纳米孔隙增透涂层的制备方法，其特征在于：所述聚合反应温度为60~80℃。
5.根据权利要求2和3所述的自成纳米孔隙增透涂层的制备方法，其特征在于：所述溶剂为甲苯。
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