CN108473515B - 多面体低聚倍半硅氧烷及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种多面体低聚倍半硅氧烷及其制备方法，更具体地，提供了一种如下的多面体低聚倍半硅氧烷及其制备方法：其自身具有低折射特性，并且使得能够形成具有优异化学和机械特性的涂层，并且提供优异的对各种基底表面的粘合强度。

Description

多面体低聚倍半硅氧烷及其制备方法
技术领域
相关申请的交叉引用
本申请基于于2016年3月17日提交的韩国专利申请第10-2016-0032284号并要求其优先权，其公开内容在此通过引用整体并入本文。
本发明涉及一种多面体低聚倍半硅氧烷及其制备方法。
背景技术
多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)意指具有三维结构的基于硅氧烷的材料，并且通常由分子式(RSiO1.5)n表示。
POSS具有硅-氧键，硅-氧键是构成分子的基本结构的无机骨架，并且R可以由各种有机基团组成。因此，POSS已被作为有机-无机杂化纳米级材料进行研究。
由于POSS的分子直径在几纳米范围内，因此其表现出量子尺寸效应、量子表面效应、量子界面效应等，并且由于这些量子特性，POSS材料可以在诸如导热性、导电性、光学和磁性行为、亲水性、亲油性等许多不同方面具有特定的物理和化学特性，并且还允许将这些特性引入聚合物等的表面上。
特别地，POSS具有由硅-氧键组成的基本结构(倍半硅氧烷型)，因此分子结构具有非常高的物理和化学稳定性以及高的耐热性和耐燃性。在高温和高压条件下，POSS的无机骨架断裂以产生二氧化硅(SiO2)，二氧化硅可以形成单独的涂层。该涂层可以非常有效地充当保护层。
此外，各种官能团可以与POSS的基本倍半硅氧烷结构中的硅原子结合，因此容易根据待引入的有机基团的结构来提供许多不同的新物理特性。
发明内容
[技术问题]
本发明提供了一种多面体低聚倍半硅氧烷及其制备方法，所述多面体低聚倍半硅氧烷自身具有低的折射特性，使得能够在许多不同基底的表面上形成具有优异化学和机械特性的涂层，并且与各种有机溶剂具有高的相容性。
[技术方案]
本发明提供了一种由以下化学式1表示的多面体低聚倍半硅氧烷：
[化学式1]
(R1SiO1.5)x(R2SiO1.5)y(R3SiO1.5)z
其中R1和R2为其中至少一个氢原子被卤素原子取代的具有1至10个碳原子的烃基，以及R1和R2彼此不同，
R3为不饱和官能团，
x和y各自独立地为1至12的整数，以及z为2至12的整数。
另外，本发明提供了一种制备多面体低聚倍半硅氧烷的方法，该方法包括以下步骤：使包含由以下化学式1x表示的第一硅烷化合物、由以下化学式1y表示的第二硅烷化合物和由以下化学式1z表示的第三硅烷化合物的反应混合物反应：
[化学式1x]
R1SiX1 3
[化学式1y]
R2SiX2 3
[化学式1z]
R3-SiX3 3
其中R1和R2为其中至少一个氢原子被卤素原子取代的具有1至10个碳原子的烃基，以及R1和R2彼此不同，
R3为不饱和官能团，
X1至X3彼此相同或不同，并且各自独立地为卤素原子或具有1至5个碳原子的烷氧基。
[发明效果]
本发明的多面体低聚倍半硅氧烷自身具有低的折射特性，使得能够在许多不同基底的表面上形成具有优异化学和机械特性的涂层，并且与各种有机溶剂具有高的相容性，从而用于各种应用。
另外，根据本发明的制备方法，可以通过使具有不同结构的副产物的产生最小化来合成高纯度的多面体低聚倍半硅氧烷。
具体实施方式
本发明的多面体低聚倍半硅氧烷由以下化学式1表示：
[化学式1]
(R1SiO1.5)x(R2SiO1.5)y(R3SiO1.5)z
其中R1和R2为其中至少一个氢原子被卤素原子取代的具有1至10个碳原子的烃基，以及R1和R2彼此不同，
R3为不饱和官能团，
x和y各自独立地为1至12的整数，以及z为2至12的整数。
另外，本发明的制备多面体低聚倍半硅氧烷的方法包括以下步骤：使包含由以下化学式1x表示的第一硅烷化合物、由以下化学式1y表示的第二硅烷化合物和由以下化学式1z表示的第三硅烷化合物的反应混合物反应：
[化学式1x]
R1SiX1 3
[化学式1y]
R2SiX2 3
[化学式1z]
R3-SiX3 3
其中R1和R2为其中至少一个氢原子被卤素原子取代的具有1至10个碳原子的烃基，以及R1和R2彼此不同，
R3为不饱和官能团，
X1至X3彼此相同或不同，并且各自独立地为卤素原子或具有1至5个碳原子的烷氧基。
在本发明中，术语“第一”、“第二”等用于描述各种组分，并且这些术语仅用于区分某一组分与其他组分。
此外，在本说明书中使用的术语仅用于说明示例性实施方案，并不旨在限制本发明。除非在上下文中不同地表达，否则单数表达可以包括复数表达。必须理解，本说明书中的术语“包括”、“配备”或“具有”仅用于指出存在起作用的特性、数字、步骤、组分或其组合，但并不预先排除存在或可能添加一个或更多个不同的特性、数字、步骤、组分或其组合。
虽然易于对本发明作出各种修改和替代形式，但是如下详细示出并描述了特定实施方案。然而，应理解，该描述不旨在将本发明限制于所公开的特定形式，而是相反地，旨在覆盖落在本发明的精神和范围内的所有修改、等效方案和替代方案。
在整个本说明书中使用的烃基限定为由碳和氢构成的单价有机官能团，并且可以包括所有包含碳-碳双键和/或碳-碳三键的不饱和烃以及饱和烃。烃可以包含线性、支化或环状结构或者其二种或更多种结构。更具体地，烃可以为包含线性、支化或环状结构的烷烃、烯烃、炔烃或芳烃，其中一者或更多者可以被取代或连接至另一者。
在整个本说明书中使用的不饱和官能团限定为包含碳-碳双键和/或碳-碳三键的烃基或杂烃基、或者如下官能团：其为具有4个或更少原子的环状基团并且可以通过碳多重键的加成反应或开环反应转变为饱和形式。
下文中，将更详细地描述本发明。
根据本发明的一个方面的多面体低聚倍半硅氧烷由以下化学式1表示：
[化学式1]
(R1SiO1.5)x(R2SiO1.5)y(R3SiO1.5)z
其中R1和R2为其中至少一个氢原子被卤素原子取代的具有1至10个碳原子的烃基，以及R1和R2彼此不同，
R3为不饱和官能团，
x和y各自独立地为1至12的整数，以及z为2至12的整数。
根据本发明的一个实施方案，R1和R2可以各自独立地为三氟甲基、三氟乙基、三氟丙基、三氟丁基、五氟丁基、三氟戊基、五氟戊基、七氟戊基、三氟己基、五氟己基、七氟己基、九氟己基、三氟庚基、五氟庚基、七氟庚基、九氟庚基、十二氟庚基、氯丙基或二溴乙基，更优选为氟(F)取代的烷基。
在多面体倍半硅氧烷中，R1或R2为与硅原子连接的有机基团。基本倍半硅氧烷骨架居中，并且上述有机基团形成为在多面体外部沿径向突出，从而有效地表现出有机基团的特性。
特别地，当引入卤素取代的烃基时，即使不添加成孔剂，材料自身也具有低的折射特性，并且包含该化合物的组合物可以用于容易地提供光学装置例如抗反射膜等。
特别地，当引入氟取代的烃基时，其使得能够在各种基底的表面上形成具有优异化学和机械特性例如拒水性、拒油性、耐化学性、耐磨性等的涂层。
就此而言，例如，R1的卤素原子在烃基中的取代率可以优选小于50％，再例如，R2的卤素原子在烃基中的取代率可以优选为50％或更大。
卤素原子在烃基中的取代率意指R1和R2烃基中取代的卤素原子的数量与具有相同结构的其中无氢原子被取代的烃基中的氢原子的总数量的比率，并且取代率被表示为％。
即，R1的卤素原子在烃基中的取代率小于50％意指R1的取代的卤素原子的数量小于烃基中剩余氢原子的数量，并且R2的卤素原子在烃基中的取代率为50％或更大意指R2的取代的卤素原子的数量等于或大于烃基中剩余氢原子的数量。
随着取代的卤素原子的数量越大，越容易赋予上述化学、光学和机械特性，但与通常一起使用的溶剂或添加剂的相容性降低。
因此，同时引入在分子中具有大量取代的卤素原子的烃基有机官能团和在分子中具有少量取代的卤素原子的烃基有机官能团，以在保持优异化学、光学和物理特性的同时提高与许多不同溶剂或添加剂的相容性。
卤素原子的取代率小于50％的烃基可以具体包括例如三氟丙基、三氟丁基、三氟戊基、五氟戊基、三氟己基、五氟己基、三氟庚基、五氟庚基、七氟庚基、氯丙基或二溴乙基等，并且卤素原子的取代率为50％或更大的烃基可以具体包括例如三氟甲基、三氟乙基、五氟丁基、七氟戊基、七氟己基、九氟己基、九氟庚基、十二氟庚基等。然而，本发明不限于此。
根据本发明的另一实例，R3可以优选为烯键式不饱和官能团或环氧不饱和官能团。
R3可以具体为例如具有1至30个碳原子的烃基或烃氧基，所述烃基或所述烃氧基被选自(甲基)丙烯酰基、(甲基)丙烯酰氧基、缩水甘油基、环氧基和乙烯基中的一个或更多个取代基取代。即，与具有1至30个碳原子的烃基或烃氧基中的碳原子结合的至少一个氢原子被上述烯键式不饱和官能团或环氧不饱和官能团取代，使得R3可以为不饱和官能团的形式。
这样的官能团可以向多面体低聚倍半硅氧烷化合物提供优异的对各种基底的表面的粘合强度，还可以在涂覆时改善表面的机械特性例如耐磨性或耐刮擦性。
根据本发明的一个实例，化学式1可以满足6≤x+y+z≤30，优选满足6≤x+y+z≤14。即，当x、y和z系数满足以上范围时，硅原子和氧原子可以位于每个多面体的顶点或边缘处，从而形成稳定形式的完全缩合结构。
根据本发明的另一实例，x:y可以优选为约5:1至约1:5。即，在多面体低聚倍半硅氧烷分子中，具有卤素原子的取代率低的烃基官能团的硅原子部分与具有卤素原子的取代率高的烃基官能团的硅原子部分的比率优选在以上范围内。
当x与y的比率太小时，存在与各种有机溶剂或添加剂的相容性可能劣化的问题。在相反情况下，存在折射率可能增加或者拒水性、拒油性、耐化学性等可能劣化的问题。
根据本发明的又一实例，更优选化学式1中的(x+y)/z的值满足约0.2或更大且约3或更小。换句话说，在多面体低聚倍半硅氧烷分子中，具有卤素取代的烃基的硅原子部分与具有不饱和官能团的硅原子部分的比率优选在以上范围内。
当具有卤素取代的烃基的硅原子部分的比率太小时，存在上述通过使用卤素取代的烃基而获得的化学特性和机械物理特性可能劣化的问题。相反地，当具有不饱和官能团的硅原子部分的比率太小时，存在与基底的粘合力可能降低并且机械特性(例如耐磨性、耐刮擦性等)可能劣化的问题。
本发明的多面体低聚倍半硅氧烷自身可以具有约1.20至约1.50的折射率以表现出低的折射特性。可以将该材料原样或以包含该材料的涂覆组合物的形式施加至目标基底上，从而容易地提供光学装置例如抗反射膜等。
同时，根据本发明的另一方面，提供了一种制备多面体低聚倍半硅氧烷的方法，该方法包括以下步骤：使包含由以下化学式1x表示的第一硅烷化合物、由以下化学式1y表示的第二硅烷化合物和由以下化学式1z表示的第三硅烷化合物的反应混合物反应：
[化学式1x]
R1SiX1 3
[化学式1y]
R2SiX2 3
[化学式1z]
R3-SiX3 3
其中R1和R2为其中至少一个氢原子被卤素原子取代的具有1至10个碳原子的烃基，以及R1和R2彼此不同，
R3为不饱和官能团，
X1至X3彼此相同或不同，并且各自独立地为卤素原子或具有1至5个碳原子的烷氧基。
由Si-O-Si键形成的硅氧烷结构通常由四种类型(Q、T、D和M)限定，并且由[RSiO1.5]表示的倍半硅氧烷具有四种类型中的T单元结构。
这样的倍半硅氧烷通过水解聚合而合成，并且使用三烷氧基硅烷的方法是通常已知的。已知由此合成的聚倍半硅氧烷通常具有高规则性。然而，已知低聚倍半硅氧烷(例如六聚物、八聚物、十聚物或十二聚物)具有笼形结构、梯子形结构或不规则混合结构，因此低聚倍半硅氧烷不满足期望的化学和机械特性。
然而，根据本发明的一个方面的方法，提供了一种具有高度规则的笼形结构的高纯度多面体低聚倍半硅氧烷。
根据本发明的一个实例，R1和R2可以各自独立地为三氟甲基、三氟乙基、三氟丙基、三氟丁基、五氟丁基、三氟戊基、五氟戊基、七氟戊基、三氟己基、五氟己基、七氟己基、九氟己基、三氟庚基、五氟庚基、七氟庚基、九氟庚基、十二氟庚基、氯丙基、二溴乙基等，并且更优选为氟(F)取代的烷基。
化学式1x的第一硅烷化合物是用于将卤素取代的烃基引入多面体低聚倍半硅氧烷中的前体。特别地，通过使用其中R1为源自卤素取代的烃的单价部分的化合物作为第一硅烷化合物，可以向多面体低聚倍半硅氧烷提供诸如低折射特性、拒水性、拒油性、耐化学性、润滑性、耐磨性等特性，同时还向多面体低聚倍半硅氧烷提供提高的与各种有机溶剂的相容性。
R1的卤素原子在烃基中的取代率可以优选小于50％，并且包含该官能团的硅烷化合物可以具体包括例如包含三氟丙基、三氟丁基、三氟戊基、五氟戊基、三氟己基、五氟己基、三氟庚基、五氟庚基、七氟庚基、氯丙基或二溴乙基的烷氧基硅烷化合物。
化学式1y的第二硅烷化合物也是用于将卤素取代的烃基引入多面体低聚倍半硅氧烷中的前体。特别地，通过使用其中R1为源自卤素取代的烃的单价部分的化合物作为第二硅烷化合物，可以向多面体低聚倍半硅氧烷提供诸如低折射特性、拒水性、拒油性、耐化学性、润滑性、耐磨性等特性。
R2的卤素原子在烃基中的取代率可以优选为50％或更大，并且包含该官能团的硅烷化合物可以具体包括例如包含三氟甲基、三氟乙基、五氟丁基、七氟戊基、七氟己基、九氟己基、九氟庚基、十二氟庚基等的烷氧基硅烷化合物。
此外，化学式1z的第三硅烷化合物是用于将被各种官能团取代的烃基引入多面体低聚倍半硅氧烷中的前体。R3可以优选为烯键式不饱和官能团或环氧不饱和官能团，并且包含该官能团的硅烷化合物可以具体包括例如包含(甲基)丙烯酰基、(甲基)丙烯酰氧基、缩水甘油基、环氧基、乙烯基等的烷氧基硅烷化合物。
上述第一硅烷化合物、第二硅烷化合物和第三硅烷化合物是用于在上述化学式1的多面体低聚倍半硅氧烷化合物中形成具有x、y或z系数的相应单元的前体材料，并且与化学式1的多面体低聚倍半硅氧烷化合物的描述中的相同。
在根据一个实施方案的制备方法中，第一硅烷化合物、第二硅烷化合物和第三硅烷化合物可以优选在碱性催化剂的存在下反应。该反应条件可以进一步提高产物的产率。
可以使用本发明所属领域中使用的各种化合物作为碱性催化剂而没有限制。然而，在各种碱性催化剂中，可以使用氢氧化铵来使副反应最小化并改善多面体低聚倍半硅氧烷的合成产率。更具体地，可以使用甲基氢氧化铵、四甲基氢氧化铵、乙基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵等作为氢氧化铵。所使用的碱性催化剂的量没有特别限制，但相对于总计100摩尔的硅烷化合物，可以以约0.001摩尔至约100摩尔的量使用碱性催化剂。在该范围内，可以使副反应最小化，并且可以高纯度且高效率地合成多面体低聚倍半硅氧烷。
此外，根据一个实施方案的制备方法，反应混合物可以在有机溶剂的存在下反应。结果，可以进一步抑制除具有笼形结构的多面体低聚倍半硅氧烷之外的具有不同结构的高分子量副产物的产生。有机溶剂可以为任何有机溶剂而没有限制，只要其可以对相应的硅烷化合物表现出适当的溶解性同时不影响硅烷化合物的反应即可。有机溶剂的具体实例可以为醚溶剂例如二乙醚、四氢呋喃等。
包含第一硅烷化合物、第二硅烷化合物和第三硅烷化合物的反应混合物可以在室温下反应适当的时间。反应时间没有特别限制，但是可以使反应进行约5小时至约128小时以提高多面体低聚倍半硅氧烷的产率。
通过上述方法制备的多面体低聚倍半硅氧烷可以具有高的纯度并且自身可以表现出低的折射特性。例如，如通过使用Abbe折射计测量的，多面体低聚倍半硅氧烷的折射率可以为约1.20至约1.50。
本发明的多面体低聚倍半硅氧烷可以用于显示装置的抗反射膜的低折射率层，以实现非常低的反射率。特别地，当使用多面体低聚倍半硅氧烷时，可以省略通过产生气泡来实现低折射率的额外过程。因此，预期会提供一种高品质的经济抗反射膜。
下文中，将参照具体实施例更详细地描述本发明的作用和效果。然而，这些实施例仅用于说明目的，并且本发明的范围不旨在受这些实施例限制。
<实施例>
多面体低聚倍半硅氧烷的合成
[实施例1]
将15g(3,3,3-三氟丙基)三甲氧基硅烷、6.3g(九氟己基)三甲氧基硅烷和12.1g(3-丙烯酰氧基丙基)三甲氧基硅烷溶解在140mL THF(四氢呋喃)中，并向其中添加8.2g的5重量％N(CH3)4OH水溶液。
其后，在搅拌下使反应混合物在室温下反应72小时。在反应完成之后，在减压下除去溶剂THF，将生成物溶解在150mL乙酸乙酯中，并用NaCl水溶液萃取副产物四次。
然后，将有机层用MgSO4干燥，并过滤，然后在减压下干燥滤液，以获得23g液相多面体低聚倍半硅氧烷(TNA413)。如通过使用Abbe折射计(DTM-1，ATAGO)测量的，其折射率为1.414。
[实施例2]
将10g(3,3,3-三氟丙基)三甲氧基硅烷、11.2g(九氟己基)三甲氧基硅烷和10.7g(3-丙烯酰氧基丙基)三甲氧基硅烷溶解在120mL THF(四氢呋喃)中，并向其中添加7.5g的5重量％N(CH3)4OH水溶液。
其后，在搅拌下使反应混合物在室温下反应72小时。在反应完成之后，在减压下除去溶剂THF，将生成物溶解在150mL乙酸乙酯中，并用NaCl水溶液萃取副产物四次。
然后，将有机层用MgSO4干燥，并过滤，然后在减压下干燥滤液，以获得22g液相多面体低聚倍半硅氧烷(TNA323)。如通过使用Abbe折射计(DTM-1，ATAGO)测量的，其折射率为1.405。
[实施例3]
将8g(3,3,3-三氟丙基)三甲氧基硅烷、20.2g(九氟己基)三甲氧基硅烷和12.9g(3-丙烯酰氧基丙基)三甲氧基硅烷溶解在150mL THF(四氢呋喃)中，并向其中添加9g的5重量％N(CH3)4OH水溶液。
其后，在搅拌下使反应混合物在室温下反应72小时。在反应完成之后，在减压下除去溶剂THF，将生成物溶解在150mL乙酸乙酯中，并用NaCl水溶液萃取副产物四次。
然后，将有机层用MgSO4干燥，并过滤，然后在减压下干燥滤液，以获得30g液相多面体低聚倍半硅氧烷(TNA233)。如通过使用Abbe折射计(DTM-1，ATAGO)测量的，其折射率为1.398。
[实施例4]
将3g(3,3,3-三氟丙基)三甲氧基硅烷、20.2g(九氟己基)三甲氧基硅烷和9.7g(3-丙烯酰氧基丙基)三甲氧基硅烷溶解在110mL THF(四氢呋喃)中，并向其中添加6.8g的5重量％N(CH3)4OH水溶液。
其后，在搅拌下使反应混合物在室温下反应72小时。在反应完成之后，在减压下除去溶剂THF，将生成物溶解在150mL乙酸乙酯中，并用NaCl水溶液萃取副产物四次。
然后，将有机层用MgSO4干燥，并过滤，然后在减压下干燥滤液，以获得24g液相多面体低聚倍半硅氧烷(TNA143)。如通过使用Abbe折射计(DTM-1，ATAGO)测量的，其折射率为1.394。
[实施例5]
将16g(3,3,3-三氟丙基)三甲氧基硅烷、30g(1H,1,2H,2H-全氟辛基)三甲氧基硅烷和8.6g(3-丙烯酰氧基丙基)三甲氧基硅烷溶解在146mL THF中，并向其中添加12.9g的5重量％四甲基氢氧化铵水溶液。
其后，在搅拌下使反应混合物在室温下反应72小时。在反应完成之后，在减压下除去溶剂THF，将生成物溶解在170mL乙酸乙酯中，并用NaCl水溶液萃取副产物四次。
然后，将有机层用MgSO4干燥，并过滤，然后在减压下干燥滤液，以获得20g液相多面体低聚倍半硅氧烷(THA413)。如通过使用Abbe折射计(DTM-1，ATAGO)测量的，其折射率为1.407。
[实施例6]
将12g(3,3,3-三氟丙基)三甲氧基硅烷、17g(1H,1,2H,2H-全氟辛基)三甲氧基硅烷和12.9g(3-丙烯酰氧基丙基)三甲氧基硅烷溶解在146mL THF中，并向其中添加9.0g的5重量％四甲基氢氧化铵水溶液。
其后，在搅拌下使反应混合物在室温下反应72小时。在反应完成之后，在减压下除去溶剂THF，将生成物溶解在170mL乙酸乙酯中，并用NaCl水溶液萃取副产物四次。
然后，将有机层用MgSO4干燥，并过滤，然后在减压下干燥滤液，以获得24g液相多面体低聚倍半硅氧烷(THA323)。如通过使用Abbe折射计(DTM-1，ATAGO)测量的，其折射率为1.397。
[实施例7]
将8g(3,3,3-三氟丙基)三甲氧基硅烷、25.7g(1H,1,2H,2H-全氟辛基)三甲氧基硅烷和12.9g(3-丙烯酰氧基丙基)三甲氧基硅烷溶解在146mL THF中，并向其中添加9.0g的5重量％四甲基氢氧化铵水溶液。
其后，在搅拌下使反应混合物在室温下反应72小时。在反应完成之后，在减压下除去溶剂THF，将生成物溶解在170mL乙酸乙酯中，并用NaCl水溶液萃取副产物四次。
然后，将有机层用MgSO4干燥，并过滤，然后在减压下干燥滤液，以获得27g液相多面体低聚倍半硅氧烷(THA233)。如通过使用Abbe折射计(DTM-1，ATAGO)测量的，其折射率为1.389。
[实施例8]
将4g(3,3,3-三氟丙基)三甲氧基硅烷、34.3g(1H,1,2H,2H-全氟辛基)三甲氧基硅烷和12.9g(3-丙烯酰氧基丙基)三甲氧基硅烷溶解在146mL THF中，并向其中添加9.0g的5重量％四甲基氢氧化铵水溶液。
其后，在搅拌下使反应混合物在室温下反应72小时。在反应完成之后，在减压下除去溶剂THF，将生成物溶解在170mL乙酸乙酯中，并用NaCl水溶液萃取副产物四次。
然后，将有机层用MgSO4干燥，并过滤，然后在减压下干燥滤液，以获得30g液相多面体低聚倍半硅氧烷(THA143)。如通过使用Abbe折射计(DTM-1，ATAGO)测量的，其折射率为1.375。
[比较例1]
将25g(3,3,3-三氟丙基)三甲氧基硅烷和16.1g(3-丙烯酰氧基丙基)三甲氧基硅烷溶解在180mL THF(四氢呋喃)中，并向其中添加11g的5重量％N(CH3)4OH水溶液。
其后，在搅拌下使反应混合物在室温下反应72小时。在反应完成之后，在减压下除去溶剂THF，将生成物溶解在200mL乙酸乙酯中，并用NaCl水溶液萃取副产物四次。
然后，将有机层用MgSO4干燥，并过滤，然后在减压下干燥滤液，以获得23g液相多面体低聚倍半硅氧烷(TA53)。如通过使用Abbe折射计(DTM-1，ATAGO)测量的，其折射率为1.425。
[比较例2]
将25g(九氟己基)三甲氧基硅烷和9.5g(3-丙烯酰氧基丙基)三甲氧基硅烷溶解在110mL THF(四氢呋喃)中，并向其中添加6.5g的5重量％N(CH3)4OH水溶液。
其后，在搅拌下使反应混合物在室温下反应72小时。在反应完成之后，在减压下除去溶剂THF，将生成物溶解在170mL乙酸乙酯中，并用NaCl水溶液萃取副产物四次。
然后，将有机层用MgSO4干燥，并过滤，然后在减压下干燥滤液，以获得23.5g液相多面体低聚倍半硅氧烷(NA53)。如通过使用Abbe折射计(DTM-1，ATAGO)测量的，其折射率为1.389。
[比较例3]
将30g(1H,1,2H,2H-全氟辛基)三甲氧基硅烷和9g(3-丙烯酰氧基丙基)三甲氧基硅烷溶解在102mL THF中，并向其中添加6.3g的5重量％四甲基氢氧化铵水溶液。
其后，在搅拌下使反应混合物在室温下反应72小时。在反应完成之后，在减压下除去溶剂THF，将生成物溶解在170mL乙酸乙酯中，并用NaCl水溶液萃取副产物四次。
然后，将有机层用MgSO4干燥，并过滤，然后在减压下干燥滤液，以获得30g液相多面体低聚倍半硅氧烷(HA62)。如通过使用Abbe折射计(DTM-1，ATAGO)测量的，其折射率为1.380。
相容性的评估
关于在实施例和比较例中制备的多面体低聚倍半硅氧烷，测量其对有机溶剂的溶解性。将0.3g的各多面体低聚倍半硅氧烷添加至10mL的相应溶剂中并用肉眼进行观察。当溶液不透明时，将其评估为X。
实施例和比较例的条件和评估相容性的结果概述于下表1和2中。
[表1]
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6
备注 TNA413 TNA323 TNA233 TNA143 THA413 THA323
x 4 3 2 1 4 3
y 1 2 3 4 1 2
z 3 3 3 3 3 3
溶解性(THF) O O O O O O
溶解性(MEK) O O O O O O
溶解性(MIBK) O O O O O O
溶解性(IPA) O O O O O O
折射率 1.414 1.405 1.398 1.394 1.407 1.397
[表2]
实施例7 实施例8 比较例1 比较例2 比较例3
备注 THA233 THA143 TA53 NA53 HA53
x 2 1 5 - 5
y 3 4 - 5 -
z 3 3 3 3 3
溶解性(THF) O O O O X
溶解性(MEK) O O O O X
溶解性(MIBK) O O O O X
溶解性(IPA) X X O X X
折射率 1.389 1.375 1.425 1.389 1.371
参照以上的表，确定本发明的实施例的多面体低聚倍半硅氧烷包含卤素取代率低的部分、卤素取代率高的部分和官能团取代的部分三者，从而在表现出低折射特性的同时具有优异的对各种有机溶剂的溶解性。
相比之下，确定比较例的多面体低聚倍半硅氧烷不具有三个部分中的任一单体部分，从而具有高的折射率或降低的与溶剂的相容性。
抗反射膜的制备
[实施例1-1]
硬涂覆膜的制备
使用#10mayer棒将KYOEISHA的盐型抗静电硬涂覆溶液(固体含量：50重量％，产品名称：LJD-1000)涂覆至三乙酰纤维素膜上，并在90℃下干燥1分钟。其后，用150mJ/cm2的UV线辐照所获得的涂覆膜，以制备厚度为约5μm至6μm的硬涂层，从而制备硬涂覆膜。
用于形成低折射率层的可光固化涂覆组合物的制备
将1.1重量份季戊四醇四丙烯酸酯(PETA)、2.1重量份实施例1中制备的TNA413、95.4重量份甲基异丁基酮溶液(其中分散有量为20重量％的粒径为50nm至60nm的二氧化硅纳米颗粒)和1.4重量份光引发剂(Irgacure 907，Ciba)混合。用甲基异丁基酮溶剂将该混合物稀释，使得该混合物的含量为12.7重量％(固体含量为约3重量％)。
低折射率层和抗反射膜的制备
通过辊涂法用用于形成低折射率层的可光固化涂覆组合物涂覆由此制备的硬涂覆膜的硬涂层，并在约80℃下干燥约2分钟。其后，使用高压汞灯以200mW/cm2的非偏振UV线辐照所获得的涂覆膜，以制备低折射率层，从而制备抗反射膜。
[实施例2-1]
以与实施例1-1中相同的方式制备抗反射膜，不同之处在于使用实施例2的TNA323代替实施例1的TNA413。
[实施例3-1]
以与实施例1-1中相同的方式制备抗反射膜，不同之处在于使用实施例3的TNA233代替实施例1的TNA413。
[实施例4-1]
以与实施例1-1中相同的方式制备抗反射膜，不同之处在于使用实施例4的TNA143代替实施例1的TNA413。
[实施例5-1]
以与实施例1-1中相同的方式制备抗反射膜，不同之处在于使用实施例5的THA413代替实施例1的TNA413。
[实施例6-1]
以与实施例1-1中相同的方式制备抗反射膜，不同之处在于使用实施例5的THA323代替实施例1的TNA413。
[实施例7-1]
以与实施例1-1中相同的方式制备抗反射膜，不同之处在于使用实施例5的THA233代替实施例1的TNA413。
[实施例8-1]
以与实施例1-1中相同的方式制备抗反射膜，不同之处在于使用实施例5的THA143代替实施例1的TNA413。
[比较例1-1]
以与实施例1-1中相同的方式制备抗反射膜，不同之处在于使用比较例1的TA53代替实施例1的TNA413。
[比较例2-1]
以与实施例1-1中相同的方式制备抗反射膜，不同之处在于使用比较例2的NA53代替实施例1的TNA413。
[比较例3-1]
以与实施例1-1中相同的方式制备抗反射膜，不同之处在于使用比较例3的HA53代替实施例1的TNA413。
反射率的测量
关于在实施例和比较例中获得的抗反射膜，通过使用Solidspec 3700(Shimadzu)在可见光波长区域(约380nm至约780nm)内以5°的入射角测量反射率。
雾度值的测量
关于在实施例和比较例中获得的抗反射膜，通过使用Murakami颜色研究实验室的雾度计HX-150测量雾度。
耐刮擦性的测量
用钢丝绒负载在实施例和比较例中获得的各抗反射膜，并使各抗反射膜的表面以24rpm的速度往复移动摩擦10次。测量通过肉眼观察到1个或更少的1cm或更小的划痕时的最大负载。
测量结果概述于下表3和4中。
[表3]
实施例1-1 实施例2-1 实施例3-1 实施例4-1 实施例5-1 实施例6-1
备注 TNA413 TNA323 TNA233 TNA143 THA413 THA323
反射率(％) 0.85 0.79 0.75 0.73 0.83 0.74
雾度(％) 0.1 0.2 0.2 0.3 0.2 0.3
耐刮擦性(g) 500 500 500 500 500 500
[表4]
实施例7-1 实施例8-1 比较例1-1 比较例2-1 比较例3-1
备注 THA233 THA143 TA53 NA53 HA53
反射率(％) 0.69 0.65 0.92 0.71 -
雾度(％) 0.5 0.7 0.1 1.0 雾度
耐刮擦性(g) 450 400 500 300 300
参照表3和4，确定比较例的抗反射膜表现出优异的低反射率特性同时具有非常低的雾度值和非常优异的耐刮擦性，因为使用了具有优异低折射特性的多面体低聚倍半硅氧烷。
即，认为本发明的多面体低聚倍半硅氧烷自身具有低的折射特性，并且使得能够形成具有优异化学特性和机械物理特性的涂层，从而应用于各种基底的表面以形成抗反射膜。

Claims (8)

1.一种由以下化学式1表示的多面体低聚倍半硅氧烷：
[化学式1]
(R1SiO1.5)x(R2SiO1.5)y(R3SiO1.5)z
其中R1为三氟丙基、三氟丁基、三氟戊基或五氟戊基，
R2为七氟戊基、七氟己基、九氟己基、九氟庚基或十二氟庚基，
R3为具有1至30个碳原子的烃基或烃氧基，所述烃基或所述烃氧基被选自(甲基)丙烯酰基、(甲基)丙烯酰氧基、缩水甘油基、环氧基和乙烯基中的一个或更多个取代基取代，
x和y各自独立地为1至12的整数，以及z为2至12的整数，
其中x∶y为5∶1至1∶5。
2.根据权利要求1所述的多面体低聚倍半硅氧烷，满足6≤x+y+z≤30。
3.根据权利要求1所述的多面体低聚倍半硅氧烷，满足0.2≤(x+y)/z≤3。
4.根据权利要求1所述的多面体低聚倍半硅氧烷，其中折射率为1.20至1.50。
5.一种制备根据权利要求1所述的多面体低聚倍半硅氧烷的方法，所述方法包括以下步骤：使包含由以下化学式1x表示的第一硅烷化合物、由以下化学式1y表示的第二硅烷化合物和由以下化学式1z表示的第三硅烷化合物的反应混合物反应：
[化学式1x]
R1SiX1 3
[化学式1y]
R2SiX2 3
[化学式1z]
R3-SiX3 3
其中R1为三氟丙基、三氟丁基、三氟戊基或五氟戊基，
R2为七氟戊基、七氟己基、九氟己基、九氟庚基或十二氟庚基，
R3为具有1至30个碳原子的烃基或烃氧基，所述烃基或所述烃氧基被选自(甲基)丙烯酰基、(甲基)丙烯酰氧基、缩水甘油基、环氧基和乙烯基中的一个或更多个取代基取代，
X1至X3彼此相同或不同，并且各自独立地为卤素原子或具有1至5个碳原子的烷氧基。
6.根据权利要求5所述的制备多面体低聚倍半硅氧烷的方法，其中使所述反应在碱性催化剂的存在下进行。
7.一种涂覆组合物，包含根据权利要求1至4中任一项所述的多面体低聚倍半硅氧烷。
8.一种抗反射膜，包括通过使用根据权利要求7所述的涂覆组合物形成的低折射率层。
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