CN112760035B - 一种光固化复合柔性增透涂层及其制备方法与应用 - Google Patents

一种光固化复合柔性增透涂层及其制备方法与应用 Download PDF

Info

Publication number
CN112760035B
CN112760035B CN202011606066.7A CN202011606066A CN112760035B CN 112760035 B CN112760035 B CN 112760035B CN 202011606066 A CN202011606066 A CN 202011606066A CN 112760035 B CN112760035 B CN 112760035B
Authority
CN
China
Prior art keywords
composite
photocuring
coating
flexible
reflection coating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011606066.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112760035A (zh
Inventor
宋伟杰
舒潘静
艾玲
孔云辉
季虹
鲁越晖
张景
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS
Original Assignee
Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS filed Critical Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS
Priority to CN202011606066.7A priority Critical patent/CN112760035B/zh
Publication of CN112760035A publication Critical patent/CN112760035A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112760035B publication Critical patent/CN112760035B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D183/00Coating compositions based on macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon, with or without sulfur, nitrogen, oxygen, or carbon only; Coating compositions based on derivatives of such polymers
    • C09D183/04Polysiloxanes
    • C09D183/06Polysiloxanes containing silicon bound to oxygen-containing groups
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G77/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule
    • C08G77/04Polysiloxanes
    • C08G77/14Polysiloxanes containing silicon bound to oxygen-containing groups
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J7/00Chemical treatment or coating of shaped articles made of macromolecular substances
    • C08J7/04Coating
    • C08J7/0427Coating with only one layer of a composition containing a polymer binder
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J7/00Chemical treatment or coating of shaped articles made of macromolecular substances
    • C08J7/04Coating
    • C08J7/046Forming abrasion-resistant coatings; Forming surface-hardening coatings
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D171/00Coating compositions based on polyethers obtained by reactions forming an ether link in the main chain; Coating compositions based on derivatives of such polymers
    • C09D171/02Polyalkylene oxides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D187/00Coating compositions based on unspecified macromolecular compounds, obtained otherwise than by polymerisation reactions only involving unsaturated carbon-to-carbon bonds
    • C09D187/005Block or graft polymers not provided for in groups C09D101/00 - C09D185/04
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D4/00Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, based on organic non-macromolecular compounds having at least one polymerisable carbon-to-carbon unsaturated bond ; Coating compositions, based on monomers of macromolecular compounds of groups C09D183/00 - C09D183/16
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D7/00Features of coating compositions, not provided for in group C09D5/00; Processes for incorporating ingredients in coating compositions
    • C09D7/40Additives
    • C09D7/60Additives non-macromolecular
    • C09D7/61Additives non-macromolecular inorganic
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2367/00Characterised by the use of polyesters obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain; Derivatives of such polymers
    • C08J2367/02Polyesters derived from dicarboxylic acids and dihydroxy compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2379/00Characterised by the use of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing nitrogen with or without oxygen, or carbon only, not provided for in groups C08J2361/00 - C08J2377/00
    • C08J2379/04Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain; Polyhydrazides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
    • C08J2379/08Polyimides; Polyester-imides; Polyamide-imides; Polyamide acids or similar polyimide precursors

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Surface Treatment Of Optical Elements (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
  • Paints Or Removers (AREA)

Abstract

本发明公开了一种光固化复合柔性增透涂层及其制备方法与应用。所述制备方法包括:将含有烷氧基的硅烷单体、酸催化剂、醇溶剂与水反应,使含有烷氧基的硅烷单体发生水解‑缩合,获得无机二氧化硅的交联体系;将嵌段共聚物、光固化单元、光引发剂、醇溶剂与水均匀混合后再与所述无机二氧化硅的交联体系混合,获得光固化前驱复合溶胶;在紫外光照射条件下,对其进行预固化处理,再老化处理,获得复合溶胶;之后将其施加于柔性衬底上,获得复合增透涂层,进而对其进行二次光固化处理和紫外臭氧处理,获得光固化复合柔性增透涂层。本发明制备的光固化复合柔性增透涂层具有宽光谱减反增透特性,光学雾度低,同时具有良好的耐候及机械耐磨特性。

Description

一种光固化复合柔性增透涂层及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及一种增透涂层,尤其涉及到一种光固化减反射复合柔性增透涂层及其制备方法与应用,属于有机-无机复合材料设计及改性技术领域。
背景技术
面向柔性电子应用的快速发展,柔性电子器件的制备对柔性衬底的要求越来越高。特别得,针对柔性显示、柔性透明窗口以及当下随着5G时代发展而来的透明天线等应用需求,柔性衬底除了具备质轻、耐弯折、耐环境稳定性等,还对柔性衬底提出了高透、耐磨以及功能化等要求,以获得更高品质的柔性复合衬底,推动柔性光电器件及高端商业电子产品的发展。
目前技术采用溶胶-凝胶法在柔性衬底上镀一层具有较低折射率的二氧化硅涂层,通过折射率及涂层厚度的调控实现不同波段的减反特性。然而,涂层在实际制备过程多需要经过高温处理过程实现多孔隙结构以及膜层跟衬底的键合作用,来保证低折射率及膜基结合力,对柔性衬底来说无疑是一个技术难题,尤其针对玻璃化转变温度较低的聚合物衬底。
专利CN107629491A中已公开了一种可用于柔性衬底上的介孔SiO2耐磨增透涂层及其制备方法,在50~75℃密封环境中水解缩合得到前驱溶胶,再加入模版胶束均匀分散,通过低温工艺(50~200℃)除去后可得介孔SiO2增透涂层,其中孔径为5~7nm。该方法条件温和,故能应用于多种柔性衬底。该方法中采用的单体为硅氧烷,酸催化条件下水解缩合后有大量硅羟基产生,赋予表面一定亲水特性的同时,也增加了膜层的吸潮性,对于膜层的长期使用不利,因此在膜层环境稳定性方面具备进一步提升空间。
专利CN109592908A中公开了一种改性多孔二氧化硅防潮增透涂层,用多臂硅烷作为单体,在酸催化条件下制备前驱溶胶,以两亲性嵌段共聚物为模板剂,通过退火处理即可得到介孔二氧化硅防潮增透涂层,其中孔径5~10nm。该方法通过化学改性提供更多交联位点实现高交联度网络结构,通过该方法可以有效避免膜中残留过多硅羟基,通过调控表面孔隙使膜具有防潮性能,此外,交联度的增加使得膜层机械性能增加,耐磨性能较好,在干擦80次后,透过率下降小于0.3%。该技术通过化学改性实现衬底的选择性结合,相比专利CN107629491A中膜层,膜层稳定性增强,膜基结合力具有一定提升。为了适应更苛刻的环境考验,通过设计更适合柔性衬底镀膜的复合体系和固化方式来改善膜层机械及环境稳定性将为柔性显示市场实际应用需求提供更多可能性和更广阔的发展空间。
光固化有机-无机复合材料光学和机械力学性能可调,在商业化高强度耐磨耐候防护涂层中具有广泛的应用,这种基于光固化方式的涂层优势在于可以覆盖任意刚性及柔性衬底的涂层制备,且对于提升机械力学特性效果显著。要想获得满足实际应用需求的增透耐磨复合涂层,光固化有机-无机复合材料设计的思路或将成为该领域的发展趋势。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种光固化复合柔性增透涂层及其制备方法,从而克服了现有技术中的不足。
本发明的另一目的还在于提供所述光固化复合柔性增透涂层的应用。
为实现上述发明目的,本发明采用了如下技术方案:
本发明实施例提供了一种光固化复合柔性增透涂层的制备方法,其包括:
(1)使包含含有烷氧基的硅烷单体、酸催化剂、醇溶剂与水的第一混合反应体系反应,使其中的含有烷氧基的硅烷单体发生水解-缩合,获得无机二氧化硅的交联体系;
使包含嵌段共聚物、光固化单元、光引发剂、醇溶剂与水的第二混合反应体系与所述无机二氧化硅的交联体系混合,获得光固化前驱复合溶胶;
(2)在紫外光照射条件下,对步骤(1)所获光固化前驱复合溶胶进行预固化处理,之后老化处理,获得复合溶胶;
(3)将步骤(2)所获复合溶胶施加于柔性衬底上,获得复合增透涂层;
(4)在紫外光照射条件下,对步骤(3)所获复合增透涂层依次进行二次光固化处理和紫外臭氧处理,获得光固化复合柔性增透涂层。
在一些优选实施例中,所述光固化单元包括含可光固化基团的硅氧烷、含可光固化基团的聚倍半硅氧烷等。
进一步地,所述含可光固化基团的硅氧烷包括3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、3-(2,3-环氧丙氧)丙基三乙氧基硅烷、3-(2,3-环氧丙氧)丙基甲基二甲氧基硅烷、3-(2,3-环氧丙氧)丙基甲基二乙氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷中的任意一种或两种以上的组合。
进一步地,所述含可光固化基团的聚倍半硅氧烷包括环氧基环己基异丁基聚倍半硅氧烷、环氧基环己基聚倍半硅氧烷、缩水甘油基聚倍半硅氧烷、缩水甘油基乙基聚倍半硅氧烷、缩水甘油基异丁基聚倍半硅氧烷、缩水甘油基异辛基聚倍半硅氧烷中的任意一种或两种以上的组合;
在一些优选实施例中,步骤(3)包括:至少采用提拉法、滚涂法、喷涂法中的任一种将所述复合溶胶施加于柔性衬底上,获得复合增透涂层,其中环境温度为15~35℃,环境相对湿度为20~40%,提拉法采用的提拉速度为500~2500μm/s,提拉次数为1~3次,滚涂法采用的滚动速度为1~5mm/s,喷涂法采用的走步速度为1~10mm/s。
本发明实施例还提供了由前述方法制备的光固化复合柔性增透涂层,其具有宽光谱减反增透特性。
本发明实施例还提供了前述光固化复合柔性增透涂层于制备柔性电子器件领域中的用途。
相应的,本发明实施例还提供了一种柔性电子器件,包括柔性衬底,所述柔性衬底上设置有所述光固化复合柔性增透涂层。
与现有技术相比,本发明至少具有如下有益效果:
1)本发明制备工艺简单,成本低,可以通过有机-无机前驱溶胶的协同调控获到稳定的光固化前驱溶胶,通过光固化分子的引入,使涂层在紫外光照条件下引发进行交联固化,膜结构更加坚固,而且光固化过程效率高、耗时短、能耗低、对衬底要求低,这一过程可完全在常温条件下进行,故该涂层适用于绝大部分柔性衬底。同时,采用的有机-无机光固化复合材料具备良好的化学兼容性,光固化交联网络与无机交联网络的复合减少了硅氧烷水解产生的硅羟基,改善涂层吸湿性,利于涂层长期使用稳定性。由于光固化交联位点更多,该体系中复合交联度高,涂层展现出优异的机械性能,故可以通过一次成膜以及紫外光照射获得柔性衬底上的具有宽光谱减反效应的复合耐磨耐候增透涂层;
2)本发明制备的光固化复合柔性增透涂层具有宽光谱减反增透特性,涂层内部紧密堆积,外部表面连续光滑,光学平整,与传统热固增透涂层相比,具有良好的耐候及机械耐磨特性,耐磨特性显著提升,既克服了传统柔性涂层制备不耐高温的技术难题,又提升涂层的耐候特性,使涂层与衬底的结合以及涂层的机械耐磨性得到显著提升,延长涂层在实际应用中的服役年限,适用于包括玻璃、石英等刚性衬底以及超薄玻璃、聚合物等柔性衬底的涂层制备,具备规模化的市场前景及行业发展趋势;
3)本发明制备的复合涂层具备宽光谱减反特性,在柔性衬底上制备的双面涂层,在400~2000nm波段的平均增透绝对提升5.6%;
4)本发明制备的光固化复合柔性增透涂层与传统柔性衬上的热固化涂层相比,具备显著的耐磨特性,经过1200次循环耐磨测试后,其透过率绝对下降仅为0.38%;涂层经过60h的双85试验后,其透过率绝对下降仅为0.56%。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例1中制备的光固化复合柔性增透涂层的SEM图;
图2是本发明实施例2中制备的光固化复合柔性增透涂层的光学透过率曲线图;
图3是本发明实施例3中制备的光固化复合柔性增透涂层经过200次循环耐磨测试后的光学透过率曲线图;
图4是本发明实施例4中制备的光固化复合柔性增透涂层经过400次循环耐磨测试后的光学透过率曲线图;
图5是本发明实施例5中制备的光固化复合柔性增透涂层经过600次循环耐磨测试后的光学透过率曲线图;
图6是本发明实施例6中制备的光固化复合柔性增透涂层经过12h双85试验后的光学透过率曲线图;
图7是本发明实施例7中制备的光固化复合柔性增透涂层经过24h双85试验后的光学透过率曲线图;
图8是本发明实施例8中制备的光固化复合柔性增透涂层的SEM表面图;
图9是本发明实施例9中制备的光固化复合柔性增透涂层的SEM表面图;
图10是本发明实施例10中制备的光固化复合柔性增透涂层的SEM截面图。
具体实施方式
鉴于现有技术中的不足,本案发明人经长期研究和大量实践,得以提出本发明的技术方案,其主要是提供一种光固化复合柔性增透涂层的设计及制备方法,通过光固化分子的引入,使涂层在紫外光照条件下引发进行交联固化,制备的涂层具有宽光谱增透特性,涂层表面光滑,光学平整,具有良好的耐候及机械耐磨特性。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
作为本发明技术方案的一个方面,其所涉及的系一种光固化复合柔性增透涂层的制备方法,其包括:
(1)使包含含有烷氧基的硅烷单体、酸催化剂、醇溶剂与水的第一混合反应体系反应,使其中的含有烷氧基的硅烷单体发生水解-缩合,获得无机二氧化硅的交联体系;
使包含嵌段共聚物、光固化单元、光引发剂、醇溶剂与水的第二混合反应体系与所述无机二氧化硅的交联体系混合,获得光固化前驱复合溶胶;
(2)在紫外光照射条件下,对步骤(1)所获光固化前驱复合溶胶进行预固化处理,之后老化处理,获得复合溶胶;
(3)将步骤(2)所获复合溶胶施加于柔性衬底上,获得复合增透涂层;
(4)在紫外光照射条件下,对步骤(3)所获复合增透涂层依次进行二次光固化处理和紫外臭氧处理,获得光固化复合柔性增透涂层。
其中,在一些更为具体的实施案例之中,本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:一种光固化复合材料的合成设计及光固化复合柔性增透涂层的制备方法,包括以下步骤:
(1)光固化前驱复合溶胶的合成制备
将含有烷氧基的硅烷单体、酸催化剂、醇溶剂、去离子水按照一定比例加入三颈烧瓶中,在一定温度下加热回流搅拌,使含有烷氧基的硅烷单体充分发生水解-缩合;反应一定时间后,得到无机二氧化硅的交联体系;将嵌段共聚物、光固化单元、光引发剂、醇溶剂与去离子水按照一定比例混合,室温下充分搅拌后,再与前述无机二氧化硅的交联体系进行一定比例的混合搅拌,得到光固化前驱复合溶胶。
(2)复合溶胶的预处理
将步骤(1)中制备的光固化前驱复合溶胶在一定功率密度的紫外光下照射一段时间,调控预固化时间和预固化温度,后进行一定时间的常温避光老化处理,得到复合溶胶。
(3)复合增透涂层的制备
柔性衬底依次用洗洁精水、去离子水、乙醇、丙酮、异丙醇超声清洗后,将清洗干净的柔性衬底经过氧等离子体处理或者紫外臭氧处理后,采用步骤(2)制备的复合溶胶在柔性衬底通过提拉、滚涂或喷涂等方式制备复合增透涂层。
(4)复合涂层的后处理
将步骤(3)所得含有复合增透涂层的柔性衬底在一定功率密度的紫外光照下充分照射进行二次光固化,经过充分的紫外臭氧处理后得到光固化复合柔性增透涂层。
本发明提供的一种光固化复合柔性增透涂层的制备机理在于:首先在硅氧烷的溶胶-凝胶反应体系中引入光固化单体或低聚物单元,通过反应物配比以及反应条件调控,在光引发剂的作用下辅以一定时间的预固化处理,得到光固化前驱复合溶胶;然后将光固化前驱复合溶胶进行一定时间的老化处理,使预光固化的交联体系与溶胶-凝胶的水解-缩合交联过程充分稳定复合,从而获得交联程度较高,环境稳定的均匀前驱溶胶;最后,将这种前驱溶胶通过提拉或滚涂等方式在柔性衬底上沉积湿膜,将多余溶剂挥发,并通过紫外臭氧及二次紫外光照射处理,得到具有多孔结构的复合涂层。本发明制备的涂层内部紧密堆积,外部平整光滑,光学雾度低,与传统热固增透涂层相比,耐磨特性显著提升。
更具体的,本发明中光固化有机-无机复合材料的设计合成及制备,主要包括有机光固化分子的选择及与复合材料中无机体系的复合方式。首先,有机光固化分子选择范围主要为带有光固化基团的硅氧烷单体或低聚物,为光固化的进行提供必要的引发位点,使固化过程形成的胶联网络与现有基于溶胶-凝胶过程的无机胶联体系具有化学结构相似相容特性,有利于复合材料体系的均一性和稳定性;其次,光固化分子结构为以硅氧硅键合形成的低聚物为中心及四周带有环氧基团的有机侧链组成,或带有环氧基团的有机链段与硅氧烷端基组成的硅烷单体,可以实现光引发作用下的分子内固化交联过程以及与溶胶-凝胶过程中无机反应体系发生分子外交联;最后,溶胶-凝胶过程无机反应体系的前驱体选择空间位阻较小的硅烷小分子,可以通过酸催化反应条件,实现烷氧基脱水缩合过程,在小分子中引入亲/疏水基团,赋予无机交联体系一定的功能化化学改性,可以实现最终复合涂层的功能化应用。如此,既克服了传统柔性涂层制备不耐高温的技术难题,又使涂层与衬底的结合以及涂层的机械耐磨型得到显著提升。
在一些实施方案中,步骤(1)包括:将含有烷氧基的硅烷单体、酸催化剂、醇溶剂与水混合,形成所述第一混合反应体系,并使其加热至40~70℃回流搅拌,使含有烷氧基的硅烷单体充分发生水解-缩合,反应1~3h后获得所述无机二氧化硅的交联体系。
在一些实施方案中,步骤(1)中,所述含有烷氧基的硅烷单体包括四甲氧基硅烷(又称正硅酸甲酯,即TEOS)、四乙氧基硅烷(又称正硅酸乙酯,即TEOS)、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷等中的任意一种或两种以上的组合,但不限于此。
进一步地,步骤(1)中,所述酸催化剂为乙酸、盐酸、硝酸、磷酸等中的任意一种或两种以上的组合,但不限于此。
进一步地,步骤(1)中,所述醇溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇等中的任意一种或两种以上的组合,但不限于此。
进一步地,步骤(1)中,所述含有烷氧基的硅烷单体、酸催化剂、水与醇溶剂的摩尔比为0.5~2:0.001~0.01:0.5~2:22~45。
进一步地,所述硅烷单体的用量为11~44mmol,酸催化剂的用量为0.022~0.22mmol,水的用量为11~44mmol,醇溶剂的用量为0.5~1mol。
进一步地,所述加热温度为40~70℃,反应时间为1~3h。
在一些实施方案中,步骤(1)中,所述嵌段共聚物的重均分子量为10000~20000,所述嵌段共聚物中所含的疏水嵌段包括聚苯乙烯(PS)、聚苯乙烯磺酸(PSS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氧丁烯(PBO)、聚氧丙烯(PPO)、聚丁二烯(PB)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)中的任意一种,所述嵌段共聚物中所含的亲水嵌段包括聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇(PEG)、聚乙烯吡啶(PVP)、聚丙烯酸(PAA)、聚甲基丙烯酸(PMAc)、聚氧乙烯(PEO)、聚乙烯亚胺(PEI)中的任意一种,但不限于此。
进一步地,所述嵌段共聚物包括PEO-PPO-PEO、PEO-PPO-PBO、PBO-PEO、PMMA-PPO-PVA、PDMS-PSS-PAA、PEG-PPO-PEO、PEG-PVP-PEO、PBO-PSS-PEI、PB-PSS-PMAc、PAA-PMMA-PAA等,但不限于此。
在一些实施方案中,步骤(1)中,所述光固化单元可以包括含可光固化基团的硅氧烷、含可光固化基团的聚倍半硅氧烷(即SSQ)等,但不限于此。
进一步地,所述含可光固化基团的硅氧烷可以是例如3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(即GPTMS)、3-(2,3-环氧丙氧)丙基三乙氧基硅烷(即GPTES)、3-(2,3-环氧丙氧)丙基甲基二甲氧基硅烷(即GPMDMS)、3-(2,3-环氧丙氧)丙基甲基二乙氧基硅烷(即GPMDES)、2-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷等中的任意一种或两种以上的组合,但不限于此。
进一步地,所述含可光固化基团的聚倍半硅氧烷(即SSQ)可以是例如环氧基环己基异丁基聚倍半硅氧烷、环氧基环己基聚倍半硅氧烷、缩水甘油基聚倍半硅氧烷、缩水甘油基乙基聚倍半硅氧烷、缩水甘油基异丁基聚倍半硅氧烷、缩水甘油基异辛基聚倍半硅氧烷等中的任意一种或两种以上的组合,但不限于此。
在一些实施方案中,步骤(1)中,所述光引发剂可以是二苯甲酮、苯乙酮类化合物、二苯基碘鎓盐、三苯基硫鎓盐、三苯基硒鎓盐等中的任意一种或两种以上的组合,例如,1-羟基环已基苯基酮,但不限于此。
在一些实施方案中,步骤(1)中,所述光固化单元、嵌段共聚物、醇溶剂与水的摩尔比为1~8:0.008~0.3:300~600:50~150。
进一步地,其中光固化单元的用量为3~24mmol,嵌段共聚物的用量为0.024~0.09mmol,醇溶剂的用量为0.9~1.8mol,水的用量为0.15~0.44mol。
在一些实施方案中,步骤(1)中,所述光引发剂与光固化单元的质量比为1~10:100,亦即,光引发剂的用量可以是光固化单元单体质量的1%~10%。
进一步地,所述第二混合反应体系与所述无机二氧化硅的交联体系的体积比为1:0.5~2,亦即,光固化溶胶与二氧化硅溶胶体积比可以是1:0.5~2。
在一些实施方案中,步骤(2)包括:将所述光固化前驱复合溶胶在紫外光下照射15~40min进行预固化处理,之后于常温避光老化处理,获得复合溶胶。
进一步地,步骤(2)中,所述紫外光功率密度为0.2~7mW/cm2
进一步地,所述预固化处理的时间为15~40min,所述预固化处理的温度为15~40℃,所述老化处理的时间为12h~240h。
在一些实施方案中,步骤(3)包括:至少采用提拉法、滚涂法、喷涂法中的任一种将所述复合溶胶施加于柔性衬底上,获得复合增透涂层,制备复合增透涂层时的环境温度为15~35℃,环境相对湿度为20~40%,提拉法采用的提拉速度为500~2500μm/s,提拉次数为1~3次,滚涂法采用的滚动速度为1~5mm/s,喷涂法采用的走步速度为1~10mm/s。
进一步地,所述步骤(3)还包括:在将所述复合溶胶施加于柔性衬底上之前,先对柔性衬底进行清洗处理和氧等离子体处理或紫外臭氧处理。
进一步地,所述氧等离子体处理或紫外臭氧处理的时间为3~10min。
进一步地,所述柔性衬底的材质包括PET、PI、PEN、PC、PMMA等中的任一种,但不限于此。其中,所述柔性衬底还可以是超薄玻璃、其他聚合物等。
在一些实施方案中,步骤(4)包括:将所述复合增透涂层在0.2~7mW/cm2功率密度的紫外光下充分照射从而进行二次光固化处理,随后进行紫外臭氧处理,获得光固化复合柔性增透涂层。
进一步地,步骤(4)中,所述二次光固化处理的时间为5~10min,所述紫外臭氧处理的时间为5~20min。
综上所述,本发明的制备工艺简单,成本低,可以通过有机-无机前驱溶胶的协同调控获到稳定的光固化前驱溶胶。本发明在通过一次成膜及简单的后处理得到具有宽光谱增透效应的柔性复合涂层同时,可以解决柔性涂层的机械耐磨难题,提升涂层的耐候特性,延长涂层在实际应用中的服役年限,适用于包括玻璃、石英等刚性衬底以及超薄玻璃、聚合物等柔性衬底的涂层制备,具备规模化的市场前景及行业发展趋势。
作为本发明技术方案的另一个方面,其所涉及的系由前述方法制备的光固化复合柔性增透涂层。
进一步地,本发明制备的复合涂层具备宽光谱减反增透特性,内部紧密堆积,外部平整光滑,光学雾度小于0.2%,在柔性衬底上制备的双面涂层,在400~2000nm波段的平均增透绝对提升5.6%。
进一步地,所述光固化复合柔性增透涂层具有多孔结构,所获孔洞的孔径为5~100nm,充分交联固化后膜层紧密堆积。
进一步地,所述光固化复合柔性增透涂层的厚度为100~300nm。
进一步地,经过1200次循环耐磨测试后,所述光固化复合柔性增透涂层的透过率绝对下降为0.38%以下。
进一步地,经过60h的双85试验后,所述光固化复合柔性增透涂层的透过率绝对下降为0.56%以下。
本发明制备的涂层与传统柔性衬上的热固化涂层相比,具备显著的耐磨特性,经过1200次循环耐磨测试后,其透过率绝对下降仅为0.38%;涂层经过60h的双85试验后,其透过率绝对下降仅为0.56%。
作为本发明技术方案的另一个方面,其所涉及的系前述的光固化复合柔性增透涂层于制备柔性电子器件领域中的用途。
作为本发明技术方案的另一个方面,其所涉及的系一种柔性电子器件,包括柔性衬底,所述柔性衬底上设置有所述光固化复合柔性增透涂层。
下面结合若干优选实施例及附图对本发明的技术方案做进一步详细说明,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。需要指出的是,以下所述实施例旨在便于对本发明的理解,而对其不起任何限定作用。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法,通常按照常规条件。
实施例1
(1)光固化前驱复合溶胶的合成制备
将2.5ml正硅酸乙酯、190μl盐酸、30ml乙醇、200μl去离子水加入三颈烧瓶中,在50℃下加热回流搅拌1h,使硅烷单体正硅酸乙酯充分发生水解-缩合,得到无机二氧化硅的交联体系;将0.3g PEO-PPO-PEO嵌段共聚物、0.7g 3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(即GPTMS)、50μl三苯基硫鎓盐溶液、51ml乙醇与2.6ml去离子水混合,室温下充分搅拌后,再与前述无机二氧化硅的交联体系按1:1体积比混合搅拌,得到光固化前驱复合溶胶。
(2)复合溶胶的预处理
将步骤(1)中制备的光固化前驱复合溶胶在0.2mW/cm2的紫外光下在40℃下照射40min,后进行24h的常温避光老化处理,得到复合溶胶。
(3)复合增透涂层的制备
PET衬底依次用洗洁精水、去离子水、乙醇、丙酮、异丙醇超声清洗后,将清洗干净的PET衬底经过氧等离子体处理5min后,在30℃的环境温度、36%的相对湿度下,通过浸渍提拉法,采用步骤(2)制备的复合溶胶,以2000μm/s的提拉速度在PET衬底上提拉一次,制备复合增透涂层。
(4)复合涂层的后处理
将步骤(3)所得含有复合增透涂层的PET衬底在7mW/cm2的紫外光照下充分照射5min进行二次光固化,经过15min紫外臭氧处理后得到光固化复合柔性增透涂层。
本实施例中,在39℃、36%相对湿度的环境下在PET上制备的光固化复合柔性增透涂层在400-2000nm范围内的平均透过为92.6%。其SEM图片如图1所示,可以观察到表面的孔结构,堆积紧密,表面平滑,平均粗糙度为4.5nm,膜层机械性能、耐候性能优异,经过1200次循环耐磨测试后,其平均透过率绝对下降仅为0.3%,经过24h的双85试验后,其平均透过率绝对下降仅为0.5%。
实施例2
(1)光固化前驱复合溶胶的合成制备
将10ml正硅酸甲酯、76ml异丙醇、800μl去离子水、1.9ml盐酸加入三颈烧瓶中,在65℃下加热回流搅拌2h,使硅烷单体正硅酸甲酯充分发生水解-缩合,得到无机二氧化硅的交联体系;将11g PEO-PPO-PBO嵌段共聚物、6.5g 3-(2,3-环氧丙氧)丙基三乙氧基硅烷、0.65g 1-羟基环已基苯基酮、102ml乙醇与7.8ml去离子水混合,室温下充分搅拌后,再与前述无机二氧化硅的交联体系按2:1体积比混合搅拌,得到光固化前驱复合溶胶。
(2)复合溶胶的预处理
将步骤(1)中制备的光固化前驱复合溶胶在7mW/cm2的紫外光下常温照射15min,后进行12h的常温避光老化处理,得到复合溶胶。
(3)复合增透涂层的制备
PET衬底依次用洗洁精水、去离子水、乙醇、丙酮、异丙醇超声清洗后,将清洗干净的PET衬底经过氧等离子体处理5min后,在27℃的环境温度、35%的相对湿度下,通过浸渍提拉法,采用步骤(2)制备的复合溶胶,以1000μm/s的提拉速度在PET衬底上提拉一次,制备复合增透涂层。
(4)复合涂层的后处理
将步骤(3)所得含有复合增透涂层的PET衬底在7mW/cm2的紫外光照下充分照射5min,进行二次光固化,经过15min紫外臭氧处理后得到光固化复合柔性增透涂层。
本实施例中,在27℃、35%相对湿度的环境下在PET上制备的光固化复合柔性增透涂层在400-2000nm范围内的平均透过为92.5%,如图2所示为涂层的光学透过率曲线图。其表面平滑,平均粗糙度为4.3nm,膜层机械性能、耐候性能优异,经过1200次循环耐磨测试后,其平均透过率绝对下降仅为0.28%,经过24h的双85试验后,其平均透过率绝对下降仅为0.48%。
实施例3
(1)光固化前驱复合溶胶的合成制备
将3.2ml乙基三甲氧基硅烷、700μl硝酸、30ml甲醇、400μl去离子水加入三颈烧瓶中,在65℃下加热回流搅拌1h,使硅烷单体乙基三甲氧基硅烷充分发生水解-缩合,得到无机二氧化硅的交联体系;将4.5g PMMA-PPO-PVA嵌段共聚物、5.1g 3-(2,3-环氧丙氧)丙基甲基二甲氧基硅烷、300μl三苯基硫鎓盐溶液、80ml乙醇与5ml去离子水混合,室温下充分搅拌后,再与前述无机二氧化硅的交联体系按1:2体积比混合搅拌,得到光固化前驱复合溶胶。
(2)复合溶胶的预处理
将步骤(1)中制备的光固化前驱复合溶胶在5mW/cm2的紫外光下常温照射15min,后进行72h的常温避光老化处理,得到复合溶胶。
(3)复合增透涂层的制备
PET衬底依次用洗洁精水、去离子水、乙醇、丙酮、异丙醇超声清洗后,将清洗干净的PET衬底经过氧等离子体处理5min后,在30℃的环境温度、32%的相对湿度下,通过浸渍提拉法,采用步骤(2)制备的复合溶胶,以1000μm/s的提拉速度在PET衬底上提拉一次,制备复合增透涂层。
(4)复合涂层的后处理
将步骤(3)所得含有复合增透涂层的PET衬底在5mW/cm2的紫外光照下充分照射5min,进行二次光固化,经过15min紫外臭氧处理后得到光固化复合柔性增透涂层。
本实施例中,在30℃、32%相对湿度的环境下在PET上制备的光固化复合柔性增透涂层在400-2000nm范围内的平均透过为92.3%。其表面平滑,平均粗糙度为4.1nm,膜层机械性能、耐候性能优异,如图3所示,经过200次循环耐磨测试后,其平均透过率绝对下降仅为0.03%,经过24h的双85试验后,其平均透过率绝对下降仅为0.47%。
实施例4
(1)光固化前驱复合溶胶的合成制备
将3.7ml苯基三甲氧基硅烷、800μl乙酸、40ml乙醇、500μl去离子水加入三颈烧瓶中,在70℃下加热回流搅拌2h,使硅烷单体苯基三甲氧基硅烷充分发生水解-缩合,得到无机二氧化硅的交联体系;将6.6g PAA-PMMA-PAA嵌段共聚物、6g 3-(2,3-环氧丙氧)丙基甲基二乙氧基硅烷、400μl三苯基硫鎓盐溶液、80ml乙醇与5ml去离子水混合,室温下充分搅拌后,再与前述无机二氧化硅的交联体系按1:2体积比混合搅拌,得到光固化前驱复合溶胶。
(2)复合溶胶的预处理
将步骤(1)中制备的光固化前驱复合溶胶在4mW/cm2的紫外光下常温照射15min,后进行96h的常温避光老化处理,得到复合溶胶。
(3)复合增透涂层的制备
PET衬底依次用洗洁精水、去离子水、乙醇、丙酮、异丙醇超声清洗后,将清洗干净的PET衬底经过紫外臭氧处理5min后,在28℃的环境温度、38%的相对湿度下,通过浸渍提拉法,采用步骤(2)制备的复合溶胶,以500μm/s的提拉速度在PET衬底上提拉三次,制备复合增透涂层。
(4)复合涂层的后处理
将步骤(3)所得含有复合增透涂层的PET衬底在5mW/cm2的紫外光照下充分照射10min,进行二次光固化,经过15min紫外臭氧处理后得到光固化复合柔性增透涂层。
本实施例中,在28℃、38%相对湿度的环境下在PET上制备的光固化复合柔性增透涂层在400-2000nm范围内的平均透过为92.63%。其表面平滑,平均粗糙度为4.1nm,膜层机械性能、耐候性能优异,如图4所示,经过400次循环耐磨测试后,其平均透过率绝对下降仅为0.2%,经过24h的双85试验后,其平均透过率绝对下降仅为0.47%。
实施例5
(1)光固化前驱复合溶胶的合成制备
将5ml正硅酸乙酯、700μl盐酸、40ml乙醇、400μl去离子水加入三颈烧瓶中,在70℃下加热回流搅拌1h,使硅烷单体正硅酸乙酯充分发生水解-缩合,得到无机二氧化硅的交联体系;将4.5g PB-PSS-PMAc嵌段共聚物、4.1g环氧基环己基异丁基聚倍半硅氧烷、300μl三苯基硫鎓盐溶液、80ml异丙醇与6ml去离子水混合,室温下充分搅拌后,再与前述无机二氧化硅的交联体系按1:1体积比混合搅拌,得到光固化前驱复合溶胶。
(2)复合溶胶的预处理
将步骤(1)中制备的光固化前驱复合溶胶在4mW/cm2的紫外光下常温照射15min,后进行144h的常温避光老化处理,得到复合溶胶。
(3)复合增透涂层的制备
PET衬底依次用洗洁精水、去离子水、乙醇、丙酮、异丙醇超声清洗后,将清洗干净的PET衬底经过氧等离子体处理5min后,在28℃的环境温度、36%的相对湿度下,通过浸渍提拉法,采用步骤(2)制备的复合溶胶,以2500μm/s的提拉速度在PET衬底上提拉一次,制备复合增透涂层。
(4)复合涂层的后处理
将步骤(3)所得含有复合增透涂层的PET衬底在4mW/cm2的紫外光照下充分照射10min,进行二次光固化,经过15min紫外臭氧处理后得到光固化复合柔性增透涂层。
本实施例中,在28℃、36%相对湿度的环境下在PET上制备的光固化复合柔性增透涂层在400-2000nm范围内的平均透过为92.7%。其表面平滑,平均粗糙度为4.4nm,膜层机械性能、耐候性能优异,如图5所示,经过600次循环耐磨测试后,其平均透过率绝对下降仅为0.2%,经过24h的双85试验后,其平均透过率绝对下降仅为0.48%。
实施例6
(1)光固化前驱复合溶胶的合成制备
将4ml甲基三乙氧基硅烷、700μl磷酸、40ml甲醇、400μl去离子水加入三颈烧瓶中,在65℃下加热回流搅拌1h,使硅烷单体甲基三乙氧基硅烷充分发生水解-缩合,得到无机二氧化硅的交联体系;将6.6g PBO-PSS-PEI嵌段共聚物、3.9g缩水甘油基聚倍半硅氧烷、280μl三苯基硫鎓盐溶液、80ml甲醇与5ml去离子水混合,室温下充分搅拌后,再与前述无机二氧化硅的交联体系按1:1体积比混合搅拌,得到光固化前驱复合溶胶。
(2)复合溶胶的预处理
将步骤(1)中制备的光固化前驱复合溶胶在3mW/cm2的紫外光下常温照射15min,后进行168h的常温避光老化处理,得到复合溶胶。
(3)复合增透涂层的制备
PET衬底依次用洗洁精水、去离子水、乙醇、丙酮、异丙醇超声清洗后,将清洗干净的PET衬底经过氧等离子体处理3min后,在27℃的环境温度、34%的相对湿度下,通过浸渍提拉法,采用步骤(2)制备的复合溶胶,以1500μm/s的提拉速度在PET衬底上提拉一次,制备复合增透涂层。
(4)复合涂层的后处理
将步骤(3)所得含有复合增透涂层的PET衬底在3mW/cm2的紫外光照下充分照射10min,进行二次光固化,经过15min紫外臭氧处理后得到光固化复合柔性增透涂层。
本实施例中,在27℃、34%相对湿度的环境下在PET上制备的光固化复合柔性增透涂层在400-2000nm范围内的平均透过为92.8%。其表面平滑,平均粗糙度为4.05nm,膜层机械性能、耐候性能优异,经过1200次循环耐磨测试后,其平均透过率绝对下降仅为0.3%,如图6所示,经过12h的双85试验后,其平均透过率绝对下降仅为0.46%。
实施例7
(1)光固化前驱复合溶胶的合成制备
将5ml乙基三乙氧基硅烷、700μl乙酸、40ml乙醇、400μl去离子水加入三颈烧瓶中,在60℃下加热回流搅拌1h,使硅烷单体乙基三乙氧基硅烷充分发生水解-缩合,得到无机二氧化硅的交联体系;将4.5g PEG-PPO-PEO嵌段共聚物、4g缩水甘油基乙基聚倍半硅氧烷、0.2g苯乙酮、80ml甲醇与5ml去离子水混合,室温下充分搅拌后,再与前述无机二氧化硅的交联体系按1:1体积比混合搅拌,得到光固化前驱复合溶胶。
(2)复合溶胶的预处理
将步骤(1)中制备的光固化前驱复合溶胶在5mW/cm2的紫外光下常温照射25min,后进行240h的常温避光老化处理,得到复合溶胶。
(3)复合增透涂层的制备
PET衬底依次用洗洁精水、去离子水、乙醇、丙酮、异丙醇超声清洗后,将清洗干净的PET衬底经过紫外臭氧处理10min后,在15℃的环境温度、20%的相对湿度下,通过浸渍提拉法,采用步骤(2)制备的复合溶胶,以1200μm/s的提拉速度在PET衬底上提拉三次,制备复合增透涂层。
(4)复合涂层的后处理
将步骤(3)所得含有复合增透涂层的PET衬底在5mW/cm2的紫外光照下充分照射10min,进行二次光固化,经过5min紫外臭氧处理后得到光固化复合柔性增透涂层。
本实施例中,在32℃、36%相对湿度的环境下在PET上制备的光固化复合柔性增透涂层在400-2000nm范围内的平均透过为92.5%。其表面平滑,平均粗糙度为4.15nm,膜层机械性能、耐候性能优异,经过1200次循环耐磨测试后,其平均透过率绝对下降仅为0.3%,如图7所示,经过24h的双85试验后,其平均透过率绝对下降仅为0.47%。
实施例8
(1)光固化前驱复合溶胶的合成制备
将6ml甲基三甲氧基硅烷、700μl硝酸、40ml异丙醇、400μl去离子水加入三颈烧瓶中,在40℃下加热回流搅拌3h,使硅烷单体甲基三甲氧基硅烷充分发生水解-缩合,得到无机二氧化硅的交联体系;将4.5g PEG-PVP-PEO嵌段共聚物、4.3g缩水甘油基异丁基聚倍半硅氧烷、0.43g二苯甲酮、80ml甲醇与5ml去离子水混合,室温下充分搅拌后,再与前述无机二氧化硅的交联体系按1:1体积比混合搅拌,得到光固化前驱复合溶胶。
(2)复合溶胶的预处理
将步骤(1)中制备的光固化前驱复合溶胶在5mW/cm2的紫外光下常温照射30min,后进行240h的常温避光老化处理,得到复合溶胶。
(3)复合增透涂层的制备
PET衬底依次用洗洁精水、去离子水、乙醇、丙酮、异丙醇超声清洗后,将清洗干净的PET衬底经过氧等离子体处理5min后,在35℃的环境温度、40%的相对湿度下,通过浸渍提拉法,采用步骤(2)制备的复合溶胶,以1000μm/s的提拉速度在PET衬底上提拉二次,制备复合增透涂层。
(4)复合涂层的后处理
将步骤(3)所得含有复合增透涂层的PET衬底在5mW/cm2的紫外光照下充分照射10min,进行二次光固化,经过20min紫外臭氧处理后得到光固化复合柔性增透涂层。
本实施例中,在32℃、36%相对湿度的环境下在PI上制备的光固化复合柔性增透涂层在400-2000nm范围内的平均透过为92.5%。其表面平滑,有紧密的孔隙,如图8所示,平均粗糙度为4.3nm,膜层机械性能、耐候性能优异,经过1200次循环耐磨测试后,其平均透过率绝对下降仅为0.28%,经过60h的双85试验后,其平均透过率绝对下降仅为0.46%。
实施例9
(1)光固化前驱复合溶胶的合成制备
将4ml丙基三甲氧基硅烷、700μl硝酸、40ml异丙醇、400μl去离子水加入三颈烧瓶中,在55℃下加热回流搅拌1h,使硅烷单体丙基三甲氧基硅烷充分发生水解-缩合,得到无机二氧化硅的交联体系;将4.5g PDMS-PSS-PAA嵌段共聚物、5g缩水甘油基异辛基聚倍半硅氧烷、350μl三苯基碘鎓盐溶液、80ml甲醇与5ml去离子水混合,室温下充分搅拌后,再与前述无机二氧化硅的交联体系按1:1体积比混合搅拌,得到光固化前驱复合溶胶。
(2)复合溶胶的预处理
将步骤(1)中制备的光固化前驱复合溶胶在5mW/cm2的紫外光下15℃照射40min,后进行240h的常温避光老化处理,得到复合溶胶。
(3)复合增透涂层的制备
PI衬底依次用洗洁精水、去离子水、乙醇、丙酮、异丙醇超声清洗后,将清洗干净的PI衬底经过氧等离子体处理5min后,在32℃的环境温度、36%的相对湿度下,以5mm/s的速度滚涂一次,制备复合增透涂层。
(4)复合涂层的后处理
将步骤(3)所得含有复合增透涂层的PET衬底在5mW/cm2的紫外光照下充分照射10min,进行二次光固化,经过15min紫外臭氧处理后得到光固化复合柔性增透涂层。
本实施例中,在32℃、36%相对湿度的环境下在PET上制备的光固化复合柔性增透涂层在400-2000nm范围内的平均透过为92.5%。其表面平滑,有紧密的孔隙,如图9所示,平均粗糙度为4.3nm,膜层机械性能、耐候性能优异,经过1200次循环耐磨测试后,其透过率绝对下降仅为0.29%,经过24h的双85试验后,其透过率绝对下降仅为0.45%。
实施例10
(1)光固化前驱复合溶胶的合成制备
将5.3ml丙基三乙氧基硅烷、700μl硝酸、40ml异丙醇、400μl去离子水加入三颈烧瓶中,在55℃下加热回流搅拌1h,使硅烷单体丙基三乙氧基硅烷充分发生水解-缩合,得到无机二氧化硅的交联体系;将6.6g PEO-PPO嵌段共聚物、5g缩水甘油基异辛基聚倍半硅氧烷、350μl二苯基碘鎓盐溶液、80ml甲醇与5ml去离子水混合,室温下充分搅拌后,再与前述无机二氧化硅的交联体系按1:1体积比混合搅拌,得到光固化前驱复合溶胶。
(2)复合溶胶的预处理
将步骤(1)中制备的光固化前驱复合溶胶在5mW/cm2的紫外光下40℃照射15min,后进行240h的常温避光老化处理,得到复合溶胶。
(3)复合增透涂层的制备
PEN衬底依次用洗洁精水、去离子水、乙醇、丙酮、异丙醇超声清洗后,将清洗干净的PEN衬底经过氧等离子体处理5min后,在32℃的环境温度、36%的相对湿度下,以1~10mm/s的速度喷涂一次,制备复合增透涂层。
(4)复合涂层的后处理
将步骤(3)所得含有复合增透涂层的PET衬底在5mW/cm2的紫外光照下充分照射10min,进行二次光固化,经过15min紫外臭氧处理后得到光固化复合柔性增透涂层。
本实施例中,在32℃、36%相对湿度的环境下在PET上制备的光固化复合柔性增透涂层在400-2000nm范围内的平均透过为92.5%。其表面平滑,有紧密的孔隙,如图10所示,平均粗糙度为4.3nm,膜层机械性能、耐候性能优异,经过1200次循环耐磨测试后,其透过率绝对下降仅为0.29%,经过24h的双85试验后,其透过率绝对下降仅为0.45%。
本案发明人还将实施例1-10中的PET衬底替换为PI、PEN、PC、PMMA等材质的衬底,其最终所获光固化复合柔性增透涂层基本一致。
对比例1
本对比例与实施例1基本一致,不同之处在于:
步骤(1)仅为:将2.5ml正硅酸乙酯、600μl硝酸、50ml乙醇、300μl去离子水加入三颈烧瓶中,在50℃下加热回流搅拌0.5h,使硅烷单体正硅酸乙酯充分发生水解-缩合,得到无机二氧化硅的交联体系。
本对比例中,在39℃、36%相对湿度的环境下在PET上制备的涂层在400-2000nm范围内的平均透过为91.03%,经过200次循环耐磨测试后,其平均透过率绝对下降为0.51%,经过24h的双85试验后,其平均透过率绝对下降为0.76%。
对比例2
本对比例与实施例1基本一致,不同之处在于:(未加入光固化单元)
步骤(1)仅为:将2.5ml正硅酸乙酯、600μl硝酸、50ml乙醇、300μl去离子水加入三颈烧瓶中,在50℃下加热回流搅拌0.5h,使硅烷单体正硅酸乙酯充分发生水解-缩合,得到无机二氧化硅的交联体系;将4.5g聚氧丙烯-聚氧乙烯-聚氧丙烯嵌段共聚物、200μl三苯基硫鎓盐溶液、90ml乙醇与5ml去离子水混合,室温下充分搅拌后,再与前述无机二氧化硅的交联体系按1:1体积比混合搅拌,得到光固化前驱复合溶胶。
本对比例中,在39℃、36%相对湿度的环境下在PET上制备的涂层在400-2000nm范围内的平均透过为93.04%。经过200次循环耐磨测试后,其平均透过率绝对下降为0.4%,经过24h的双85试验后,其平均透过率绝对下降为0.8%。
对比例3
本对比例与实施例1基本一致,不同之处在于:未进行步骤(2)的预固化处理和老化处理。
本对比例中,所得涂层不均匀且泛白,未能得到均匀的增透涂层。
对比例4
本对比例与实施例1基本一致,不同之处在于:未进行步骤(4)的二次光固化处理和紫外臭氧处理。
本对比例中,在39℃、36%相对湿度的环境下在PET上制备的涂层无法形成稳定薄膜,膜基结合力较差,手指轻拭即可抹去。
本发明的各方面、实施例、特征及实例应视为在所有方面为说明性的且不打算限制本发明,本发明的范围仅由权利要求书界定。在不背离所主张的本发明的精神及范围的情况下,所属领域的技术人员将明了其它实施例、修改及使用。
在本发明案中标题及章节的使用不意味着限制本发明;每一章节可应用于本发明的任何方面、实施例或特征。
在本发明案通篇中,在将组合物描述为具有、包含或包括特定组份之处或者在将过程描述为具有、包含或包括特定过程步骤之处,预期本发明教示的组合物也基本上由所叙述组份组成或由所叙述组份组成,且本发明教示的过程也基本上由所叙述过程步骤组成或由所叙述过程步骤组组成。
除非另外具体陈述,否则术语“包含(include、includes、including)”、“具有(have、has或having)”的使用通常应理解为开放式的且不具限制性。
应理解,各步骤的次序或执行特定动作的次序并非十分重要,只要本发明教示保持可操作即可。此外,可同时进行两个或两个以上步骤或动作。
此外,本案发明人还参照前述实施例,以本说明书述及的其它原料、工艺操作、工艺条件进行了试验,并均获得了较为理想的结果。
尽管已参考说明性实施例描述了本发明,但所属领域的技术人员将理解,在不背离本发明的精神及范围的情况下可做出各种其它改变、省略及/或添加且可用实质等效物替代所述实施例的元件。另外,可在不背离本发明的范围的情况下做出许多修改以使特定情形或材料适应本发明的教示。因此,本文并不打算将本发明限制于用于执行本发明的所揭示特定实施例,而是打算使本发明将包含归属于所附权利要求书的范围内的所有实施例。此外,除非具体陈述,否则术语第一、第二等的任何使用不表示任何次序或重要性,而是使用术语第一、第二等来区分一个元素与另一元素。

Claims (12)

1.一种光固化复合柔性增透涂层的制备方法,其特征在于包括:
(1)将含有烷氧基的硅烷单体、酸催化剂、醇溶剂与水混合,形成第一混合反应体系,并使其加热至40~70℃回流搅拌,使含有烷氧基的硅烷单体发生水解-缩合,反应1~3h后获得无机二氧化硅的交联体系;所述含有烷氧基的硅烷单体、酸催化剂、水与醇溶剂的摩尔比为0.5~2:0.001~0.01:0.5~2:22~45;
使包含嵌段共聚物、光固化单元、光引发剂、醇溶剂与水的第二混合反应体系与所述无机二氧化硅的交联体系混合,获得光固化前驱复合溶胶;所述嵌段共聚物的重均分子量为10000~20000,所述嵌段共聚物中所含的疏水嵌段选自聚苯乙烯、聚苯乙烯磺酸、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氧丁烯、聚氧丙烯、聚丁二烯、聚二甲基硅氧烷中的任意一种,所述嵌段共聚物中所含的亲水嵌段选自聚乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯吡啶、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚氧乙烯、聚乙烯亚胺中的任意一种;所述光固化单元选自含可光固化基团的硅氧烷和/或含可光固化基团的聚倍半硅氧烷,所述含可光固化基团的硅氧烷选自3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、3-(2,3-环氧丙氧)丙基三乙氧基硅烷、3-(2,3-环氧丙氧)丙基甲基二甲氧基硅烷、3-(2,3-环氧丙氧)丙基甲基二乙氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷中的任意一种或两种以上的组合;所述含可光固化基团的聚倍半硅氧烷选自环氧基环己基异丁基聚倍半硅氧烷、环氧基环己基聚倍半硅氧烷、缩水甘油基聚倍半硅氧烷、缩水甘油基乙基聚倍半硅氧烷、缩水甘油基异丁基聚倍半硅氧烷、缩水甘油基异辛基聚倍半硅氧烷中的任意一种或两种以上的组合;所述光固化单元、嵌段共聚物、醇溶剂与水的摩尔比为1~8:0.008~0.3:300~600:50~150;
(2)在紫外光照射条件下,对步骤(1)所获光固化前驱复合溶胶进行预固化处理,之后于常温避光老化处理,获得复合溶胶;所述紫外光功率密度为0.2~7mW/cm2,所述预固化处理的时间为15~40min,所述预固化处理的温度为15~40℃,所述老化处理的时间为12h~240h;
(3)将步骤(2)所获复合溶胶施加于柔性衬底上,获得复合增透涂层;
(4)将所述复合增透涂层在0.2~7mW/cm2功率密度的紫外光下充分照射从而进行二次光固化处理,之后进行紫外臭氧处理,获得光固化复合柔性增透涂层;所述二次光固化处理的时间为5~10min,所述紫外臭氧处理的时间为5~20min;
所述光固化复合柔性增透涂层具有宽光谱减反增透特性,表面光滑,所述光固化复合柔性增透涂层具有多孔结构,所获孔洞的孔径为5~100nm,充分交联固化后膜层紧密堆积,所述光固化复合柔性增透涂层的厚度为100~300nm;
经过1200次循环耐磨测试后,所述光固化复合柔性增透涂层的透过率绝对下降为0.38%以下;经过60h的双85试验后,所述光固化复合柔性增透涂层的透过率绝对下降为0.56%以下。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤(1)中,所述含有烷氧基的硅烷单体选自四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷中的任意一种或两种以上的组合。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤(1)中,所述酸催化剂选自乙酸、盐酸、硝酸、磷酸中的任意一种或两种以上的组合。
4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤(1)中,所述醇溶剂选自甲醇、乙醇、异丙醇中的任意一种或两种以上的组合。
5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤(1)中,所述光引发剂选自二苯甲酮、苯乙酮类化合物、二苯基碘鎓盐、三苯基硫鎓盐、三苯基硒鎓盐中的任意一种或两种以上的组合。
6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤(1)中,所述光引发剂与光固化单元的质量比为1~10:100。
7.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤(1)中,所述第二混合反应体系与所述无机二氧化硅的交联体系的体积比为1:0.5~2。
8.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(3)包括:至少采用提拉法、滚涂法、喷涂法中的任一种将所述复合溶胶施加于柔性衬底上,获得复合增透涂层,其中环境温度为15~35℃,环境相对湿度为20~40%,提拉法采用的提拉速度为500~2500μm/s,提拉次数为1~3次,滚涂法采用的滚动速度为1~5mm/s,喷涂法采用的走步速度为1~10mm/s。
9.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(3)还包括:在将所述复合溶胶施加于柔性衬底上之前,先对柔性衬底进行清洗处理和氧等离子体处理或紫外臭氧处理;所述氧等离子体处理或紫外臭氧处理的时间为3~10min。
10.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述柔性衬底的材质选自PET、PI、PEN、PC、PMMA中的任一种。
11.由权利要求1-10中任一项所述方法制备的光固化复合柔性增透涂层于制备柔性电子器件领域中的用途。
12.一种柔性电子器件,其包括柔性衬底,其特征在于,所述柔性衬底上设置有由权利要求1-10中任一项方法制备的光固化复合柔性增透涂层。
CN202011606066.7A 2020-12-30 2020-12-30 一种光固化复合柔性增透涂层及其制备方法与应用 Active CN112760035B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011606066.7A CN112760035B (zh) 2020-12-30 2020-12-30 一种光固化复合柔性增透涂层及其制备方法与应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011606066.7A CN112760035B (zh) 2020-12-30 2020-12-30 一种光固化复合柔性增透涂层及其制备方法与应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112760035A CN112760035A (zh) 2021-05-07
CN112760035B true CN112760035B (zh) 2022-04-08

Family

ID=75697392

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011606066.7A Active CN112760035B (zh) 2020-12-30 2020-12-30 一种光固化复合柔性增透涂层及其制备方法与应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112760035B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115636970B (zh) * 2022-11-15 2023-04-07 河北誉宏包装装潢有限公司 一种可水解的药用包装材料
CN116921178B (zh) * 2023-07-21 2024-09-20 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种超亲水自修复防雾涂层及其制备方法与应用

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102504701A (zh) * 2011-11-11 2012-06-20 吉林大学 可紫外固化的有机/无机纳米复合耐磨透明涂层材料及制备方法
CN107629491A (zh) * 2017-05-10 2018-01-26 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种用于柔性衬底的介孔SiO2耐磨增透涂层及制备方法
CN109592908A (zh) * 2019-01-25 2019-04-09 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种改性多孔二氧化硅防潮增透涂层的制备方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7514482B2 (en) * 2005-07-25 2009-04-07 The Walman Optical Company Optical coating composition
US20090269504A1 (en) * 2008-04-24 2009-10-29 Momentive Performance Materials Inc. Flexible hardcoats and substrates coated therewith

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102504701A (zh) * 2011-11-11 2012-06-20 吉林大学 可紫外固化的有机/无机纳米复合耐磨透明涂层材料及制备方法
CN107629491A (zh) * 2017-05-10 2018-01-26 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种用于柔性衬底的介孔SiO2耐磨增透涂层及制备方法
CN109592908A (zh) * 2019-01-25 2019-04-09 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种改性多孔二氧化硅防潮增透涂层的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112760035A (zh) 2021-05-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112760035B (zh) 一种光固化复合柔性增透涂层及其制备方法与应用
JP4164486B2 (ja) 無機/有機混成オリゴマー、ナノ混成高分子及びこれらの製造方法
CN114292485B (zh) 一种抗细菌粘附的疏水增透材料及其制备方法和应用
CN1294219C (zh) 高强有机/无机纳米复合透明膜层材料及制备方法
JP6625987B2 (ja) ポリフッ素含有シロキサン被覆
CN102504701B (zh) 可紫外固化的有机/无机纳米复合耐磨透明涂层材料及制备方法
CN107629491B (zh) 一种用于柔性衬底的介孔SiO2耐磨增透涂层及制备方法
TWI607066B (zh) 包含矽氧烷化合物的抗反射塗佈組合物以及利用該抗反射塗佈組合物調節表面能的抗反射膜
WO2008136894A3 (en) Method of making a photovoltaic device with scratch-resistant antireflective coating mid resulting product
CN103554503A (zh) 一种纳米TiO2/硅树脂杂化透明复合材料的制备方法
CN104725643A (zh) 一种纳米锆钛复合溶胶/有机硅改性杂化树脂的制备方法及其应用
JP2014015543A (ja) 低屈折率コーティング組成物
CN110699668B (zh) 带复合涂层体及其制备方法和应用、太阳能电池
CN110787745A (zh) 一种二氧化硅气凝胶复合材料的制备方法及二氧化硅气凝胶复合材料
CN103757706B (zh) 一种非线性光学晶体表面增透保护膜的制备方法
CN114196321B (zh) 一种双层镀膜的减反射镀膜液的制备方法
CN104101918B (zh) 一种光学增透膜及其制备方法和光学组件
CN114620947B (zh) 车辆用憎水减反玻璃及其制造方法与夹层玻璃
CN115785893B (zh) 一种低介电有机硅密封胶及其制备方法
CN110272683B (zh) 一种耐磨超疏水涂料及其制备方法和制备涂层的方法
US20140050914A1 (en) Antireflective coatings with controllable porosity and refractive index properties using a combination of thermal or chemical treatments
CN111548728B (zh) 一种纳米SiO2杂化自清洁有机硅树脂的制备方法
CN111239860A (zh) 用于高功率激光装置的三倍频增透膜及其制备方法和应用
CN112457455A (zh) 一种氟碳树脂的制备方法以及氟碳树脂、应用
CN116285671B (zh) 一种基于笼状聚倍半硅氧烷的超疏水涂层

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant