CN113214692B - 一种高折射树脂组合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高折射树脂组合物,其组成按质量份数计化合物A为5~20份、引发剂5‑10份、无机纳米粒子20~40份和主剂30~50份;所述化合物A具有式I所示的结构单元;所述引发剂为光自由基引发剂;所述无机纳米粒子为金属Ti、Zr、Zn、Zn、Ce、Ta、Bi、Nb、In、Hf、W、Sn、Ni、Al、Mo、Sb、La、Nd中的一种或多种粒径为1~50nm的氧化物或硫化物微粒,主剂为分散剂和稀释剂中的一种或混合。制备方法,包括以下步骤:投入主剂和引发剂溶解分散,先后投入化合物A和无机纳米粒子同时搅拌分散,在常温下持续搅拌1‑2小时,得到高折射树脂组合物。
Description
技术领域
本发明属于光电材料技术领域,具体涉及一种高折射树脂组合物及其制备方法。
背景技术
高折射率光学树脂因具有质轻、结构与性能可调、光学透明、耐冲击、易加工成型和成本低廉的优点,被广泛应用于传感器、检测器、发光二极管、微透镜阵列及光导纤维等光学元器件领域。
无机光学材料是最传统的光学材料,在光学材料的中占据绝对的统治地位,具有高强度、高刚度、高硬度、高折射率、高透光性和低色散的特性。用无机材料制备的光学设备热膨胀系数小、耐热性高、光学性能稳定。但是无机光学材料仍存在一些制约了它们进一步发展和应用的关键性问题:如密度高、脆性大、加工成型困难、成本高和不易大规模生产等。相比无机光学材料,有机光学树脂因为具有密度小、耐冲击、易加工成型、成本低廉及优异的光学性能等优势,正在逐步取代无机材料的领导地位、成为光学材料领域的主力军。然而,有机光学材料的分子结构特征使它存在着硬度低、耐热性和抗溶剂差、热膨胀系数和吸水率大、折射率低的问题,这将严重限制它们在先进光学材料领域的深入应用。
有机材料的结构和性能可调性大,其硬度、耐热性、抗溶剂及吸水性均可通过引入不同的化学结构较容易地进行调节,因此,在有机材料中引入高折射率的无机纳米粒子是制备高折射率有机光学材料最直接的方法,且与聚合物相比,有机无机杂化材料具有增强的机械、热、磁、光学、电子和光电性能。目前,有机无机杂化材料存在因纳米粒子团聚而导致存储不稳定、纳米粒子在有机聚合物材料中的分散性和相容性差、因纳米粒子的掺入量有限而使材料折射率的提升有限、无法制备厚块状材料等问题,用该方法来提高光学树脂折射率的技术仍需进一步研究和完善。
发明内容
本发明目的在于提供一种高折射、优异的透明度和流动性的树脂组合物及其制备方法,其用于制作使光源发出的光透射的光学部件,以使光在器件界面透明电极、玻璃基板与空气之间发生全反射的临界角增大,解决由于界面层之间的折射率差异过大导致光漫反射,无法实现高效率正面发光的问题,进而显著提高OLED显示屏、液晶等光学器件的出光效率,其相对于现有技术中采用光子晶体、微共振腔结构、表面等离激元、粗化基底表面、增加高反射层或低反射层等光提取技术,避免了器件厚度增加、透射率降低等问题,具有良好的产业化前景。
为达到上述目的,采用技术方案如下:
一种高折射树脂组合物,其组成按质量份数计:化合物A为5~20份、引发剂5-10份、无机纳米粒子20~40份和主剂30~50份;
所述化合物A具有式I所示的结构单元;所述引发剂为光自由基引发剂;所述无机纳米粒子为金属Ti、Zr、Zn、Zn、Ce、Ta、Bi、Nb、In、Hf、W、Sn、Ni、Al、Mo、Sb、La、Nd中的一种或多种粒径为1~50nm的氧化物或硫化物微粒,主剂为分散剂和稀释剂中的一种或混合;
其中,Ar1结构为Y1、Y2分别独立的选自H或F,R1、R2分别独立的选自H,C1-C6的烷烃基,C1-C6的全氟烷烃基,未取代或由C1-C6的烷烃基、C1-C6的全氟烷烃基、硝基、氰基取代的苯基中的一种;n选自1、2、3、4、5、6、7、8;
Ar2为含氟基团,具有以下结构式之一:
其中,R3-R6分别独立的选自H、F、CH3或CF3,且R3-R6的至少之一为F或CF3;R7-R13分别独立的选自H、F、CH3、CF3中的一种,且R7-R13中的至少之一为F或CF3;每一个X分别独立的为H、F、CH3或CF3,且含有X的结构式中至少一个X为F或CF3。
按上述方案,所述Ar1选自以下结构式之一:
按上述方案,所述Ar2选自以下结构式之一:
按上述方案,所述引发剂优选为苯偶姻类化合物、酮类化合物、氧化膦类化合物、偶氮化合物、过氧化合物、二芳基碘鎓盐、三芳基碘鎓盐、烷基碘鎓盐或异丙苯茂铁六氟磷酸盐中的一种。
进一步优选,所述苯偶姻类化合物为苯偶姻、苯偶姻甲醚、苯偶姻乙醚、苯偶姻异丙醚、苯偶姻正丁醚、苯偶姻异丁基醚、苯偶姻二甲醚、苯偶姻二乙醚中的一种;
所述酮类化合物为α-羟基异丁酰苯、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、2-羟基-2-甲基-1-[4-(叔丁基)苯基]-1-丙酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基丙烷-1-酮、1-羟基环己基苯基甲酮、4-(2-羟基乙氧基)苯基-2-(羟基-2-丙基)酮、聚合[2-羟基-2-甲基-1-[4-(1-甲基乙烯基)苯基]丙酮]、2,2-二甲氧基苯乙酮、2,2-二乙氧基苯乙酮、2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、2,2-二乙氧基-2-苯基苯乙酮、2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉基-1-丙酮、2-(4-甲基苄基)-2-(二甲基氨基)-1-(4-吗啉苯基)-1-丁酮、2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉苯基)丁酮、4,4'-二乙基氨基二苯甲酮、双官能团Α-羟基酮或4-苯基二苯甲酮、2-异丙基硫杂蒽酮、邻苯甲酰苯甲酸甲酯、4-(对甲苯基硫代)苯甲酮中的一种;
所述氧化膦类化合物为(2,4,6-三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦、双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦、(2,4,6-三甲基苯甲酰基)膦酸乙酯中的一种;
所述偶氮化合物为2,2'-偶氮二异丁基脒二盐酸盐、偶氮二异丁酸二甲酯、2,2'-偶氮(2-甲基-N-(2-羟基乙基)丙酰胺)中的一种;
所述过氧化合物为过氧化苯甲酰、过氧化2-乙基己基酸叔戊酯、过氧化2-乙基己基酸叔丁酯、1,1-双(叔戊基过氧)环己烷、1,1’-双(叔丁基过氧)-3,3,5-三甲基环已烷、过氧化醋酸叔戊酯、过氧化苯甲酸叔戊酯、过氧化3,3,5-三甲基己酸叔丁酯、3,3-双(叔戊基过氧)丁酸乙酯、3,3-双(叔丁基过氧)丁酸乙酯中的一种;
所述二芳基碘鎓盐为二苯基碘鎓、4-甲氧基二苯基碘鎓、双(4-甲基苯基)碘鎓、(4-甲基苯基)[(4-(2-甲基丙基))苯基]碘鎓、双(4-第三丁基苯基)碘鎓以及双(十二烷基苯基)碘鎓中的一种;
所述三芳基碘鎓盐为三苯基硫鎓或二苯基-4-硫代苯氧基苯基硫鎓;
所述三芳基硫鎓盐为二苯基-(4-苯基硫)苯基锍六氟锑酸盐、二苯基-(4-苯基硫)苯基锍六氟磷酸盐、双(4-(二苯基锍)苯基)硫醚-双六氟磷酸盐中的一种。
按上述方案,所述无机纳米粒子优选为TiO2、ZrO2、ZnO、ZnS、CeO2、Ta2O5、Bi4Ti3O2、Nb2O5、ITO、HfO2、WO2、SnO2、NiO、Al2O3、MoO3、Sb2O3、Sb2O5、La2O3、Nd2O3中的一种或混合。
按上述方案,所述分散剂用于改善金属的氧化物或硫化物微粒在树脂中的分散稳定性,可以例举的,包括水、醇类(甲醇、乙醇、异丙醇、乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、丙二醇等)、酮类(丙酮、甲基乙基酮、甲基异丁基酮、二异丁酮、乙酰丙酮、环己酮等)、酯类(乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸丙酯和甲酸丁酯等)、卤代烃类(二氯甲烷、氯仿或甲基氯仿等)、芳香烃类(苯、甲苯和二甲苯等)、酰胺类(二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺和n-甲基吡咯烷酮等)、醚类(二乙醚、二噁烷、四氢呋喃和乙二醇二甲醚等)和醚醇类(1-甲氧基-2-丙醇、乙基溶纤剂、乙二醇单甲醚、丙二醇单甲醚等等)。它们可以单独使用或者可以两种或多种混合使用。
按上述方案,所述稀释剂用于调节树脂黏度和透光性,选自丙二醇甲醚、二乙二醇乙醚、乙二醇丙醚、乙二醇单丁醚、丙二醇二甲醚、二丙二醇甲醚、丙二醇正丙醚、丙二醇单丁醚、丙二醇二丁醚、丙二醇甲醚乙酸酯、二乙二醇乙醚乙酸酯、二乙二酸甲醚乙酸酯、乙二醇乙醚乙酸酯、乙二醇二乙酸酯、丙二醇甲醚乙酸酯、二丙二醇甲醚乙酸酯、乙二醇丁醚乙酸酯、1,3-丁二醇二乙酸酯、1,6-己醇二乙酸酯、乙酸异丙酯、三乙酸甘油酯、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基丙酰胺、N,N-二乙基甲酰胺、N,N-二乙基乙酰胺、N,N-二乙基丙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、N-乙基吡咯烷酮、环己烷、丙酮、丁酮、甲基正丙酮、乙酸异丁酯、2-硝基丙烷、乙酸正丁酯中的任一种或多种。
按上述方案,所述高折射树脂组合物还包含辅剂1-5份,所述辅剂为消泡剂、表面活性剂、流平剂、光敏剂中的一种或多种。
进一步的,所述消泡剂为有机硅或者非硅类消泡剂,如日本信越化学工业株式会社的信越KS-66消泡剂及毕克助剂(上海)有限公司的BYK051、BYK052、BYK066N消泡剂等。
进一步的,所述表面活性剂用于改善硬化性组合物的涂布性,作为优选的表面活性剂的例子,可以例举的,包括氟系表面活性剂(1,1,2,2-四氟辛基(1,1,2,2-四氟丙基)醚、1,1,2,2-四氟辛基己基醚、六乙二醇(1,1,2,2,3,3-六氟戊基)醚、八乙二醇二(1,1,2,2-四氟丁基)醚、八丙二醇二(1,1,2,2-四氟丁基)醚、六丙二醇二(1,1,2,2,3,3-六氟戊基)醚、全氟十二烷基磺酸钠、N-[3-(全氟辛烷磺酰胺)丙基]-N,N′-二甲基-N-羧基亚甲基铵甜菜碱、全氟烷基磺酰胺丙基三甲基铵盐、全氟烷基-N-乙基磺酰基甘氨酸盐等)及硅酮系表面活性剂。
进一步的,所述流平剂为有机硅或者丙烯酸流平剂,如毕克助剂(上海)有限公司的BYK361N、BYK358N、BYK333流平剂等。
上述高折射树脂组合物的制备方法,包括以下步骤:
投入主剂和引发剂溶解分散,先后投入化合物A和无机纳米粒子同时搅拌分散,在常温下持续搅拌1-2小时,得到高折射树脂组合物。
本发明所得高折射率树脂组合物通过喷涂、旋涂、注射、刮片、刷涂、纳米压印、喷墨打印、丝网印刷或移印法涂覆制备成膜。能够应用于OLED显示装置、液晶显示装置、检测器、光导纤维、成像系统中。
本发明提供的高折射率树脂组合物以丙烯酸树脂或环氧丙烯酸树脂为单体或低聚物聚合后,掺杂高折射无机填料及分散剂、稀释剂、表面活性剂、流平剂等功能组分制备获得。该高折射率树脂组合物,在工艺上,可用喷墨打印、丝网印刷等方式涂覆,在涂覆过程中,对材料的形状限制较少,制备成膜的操作更加简便,工艺成本较低,应用范围较广,在材料上,高折射率树脂组合物通过掺杂无机纳米微粒的方式克服了有机高折射率材料在折射率方面的局限性,有机聚合物中诱导效应较小的氟原子的引入提高了材料整体的脂溶性、对光和热的稳定性以及硬度,辅以其他功能性组分,是一种高折射、高透明度、低黄变且具有优异的成膜性、流动性、分散性的高折射率树脂组合物,在OLED显示装置、液晶显示装置、检测器、光导纤维、成像系统等的光学部件中具有良好的应用前景。
具体实施方式
以下实施例进一步阐释本发明的技术方案,但不作为对本发明保护范围的限制。
本发明高折射树脂组合物组成按质量份数计:化合物A为5-20份、引发剂5-10份、无机纳米粒子20-40份和主剂30-50份;
所述化合物A具有式I所示的结构单元;所述引发剂为光自由基引发剂;所述无机纳米粒子为金属Ti、Zr、Zn、Zn、Ce、Ta、Bi、Nb、In、Hf、W、Sn、Ni、Al、Mo、Sb、La、Nd中的一种或多种粒径为1~50nm的氧化物或硫化物微粒,主剂为分散剂和稀释剂中的一种或混合,当主剂为分散剂和稀释剂的混合时,分散剂和稀释剂的重量比为1:(0.5~2)。
其中,Ar1结构为Y1、Y2分别独立的选自H或F,R1、R2分别独立的选自H,C1-C6的烷烃基,C1-C6的全氟烷烃基,未取代或由C1-C6的烷烃基、C1-C6的全氟烷烃基、硝基、氰基取代的苯基中的一种;n选自1、2、3、4、5、6、7、8;
Ar2为含氟基团,具有以下结构式之一:
其中,R3-R6分别独立的选自H、F或CF3,且R3-R6的至少之一为F或CF3;R7-R13分别独立的选自H、F、CH3、CF3中的一种,且R7-R13中的至少之一为F或CF3;每一个X分别独立的为H、F或CF3,且含有X的结构式中至少一个X为F或CF3。
优化地,所述Ar1选自以下结构式之一:
优化地,所述Ar2选自以下结构式之一:
优化地,所述引发剂优选为苯偶姻类化合物、酮类化合物、氧化膦类化合物、偶氮化合物、过氧化合物、二芳基碘鎓盐、三芳基碘鎓盐、烷基碘鎓盐或异丙苯茂铁六氟磷酸盐中的一种。
进一步优选,所述苯偶姻类化合物为苯偶姻、苯偶姻甲醚、苯偶姻乙醚、苯偶姻异丙醚、苯偶姻正丁醚、苯偶姻异丁基醚、苯偶姻二甲醚、苯偶姻二乙醚中的一种;
所述酮类化合物为α-羟基异丁酰苯、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、2-羟基-2-甲基-1-[4-(叔丁基)苯基]-1-丙酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基丙烷-1-酮、1-羟基环己基苯基甲酮、4-(2-羟基乙氧基)苯基-2-(羟基-2-丙基)酮、聚合[2-羟基-2-甲基-1-[4-(1-甲基乙烯基)苯基]丙酮]、2,2-二甲氧基苯乙酮、2,2-二乙氧基苯乙酮、2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、2,2-二乙氧基-2-苯基苯乙酮、2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉基-1-丙酮、2-(4-甲基苄基)-2-(二甲基氨基)-1-(4-吗啉苯基)-1-丁酮、2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉苯基)丁酮、4,4'-二乙基氨基二苯甲酮、双官能团Α-羟基酮或4-苯基二苯甲酮、2-异丙基硫杂蒽酮、邻苯甲酰苯甲酸甲酯、4-(对甲苯基硫代)苯甲酮中的一种;
所述氧化膦类化合物为(2,4,6-三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦、双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦、(2,4,6-三甲基苯甲酰基)膦酸乙酯中的一种;
所述偶氮化合物为2,2'-偶氮二异丁基脒二盐酸盐、偶氮二异丁酸二甲酯、2,2'-偶氮(2-甲基-N-(2-羟基乙基)丙酰胺)中的一种;
所述过氧化合物为过氧化苯甲酰、过氧化2-乙基己基酸叔戊酯、过氧化2-乙基己基酸叔丁酯、1,1-双(叔戊基过氧)环己烷、1,1’-双(叔丁基过氧)-3,3,5-三甲基环已烷、过氧化醋酸叔戊酯、过氧化苯甲酸叔戊酯、过氧化3,3,5-三甲基己酸叔丁酯、3,3-双(叔戊基过氧)丁酸乙酯、3,3-双(叔丁基过氧)丁酸乙酯中的一种;
所述二芳基碘鎓盐为二苯基碘鎓、4-甲氧基二苯基碘鎓、双(4-甲基苯基)碘鎓、(4-甲基苯基)[(4-(2-甲基丙基))苯基]碘鎓、双(4-第三丁基苯基)碘鎓以及双(十二烷基苯基)碘鎓中的一种;
所述三芳基碘鎓盐为三苯基硫鎓或二苯基-4-硫代苯氧基苯基硫鎓;
所述三芳基硫鎓盐为二苯基-(4-苯基硫)苯基锍六氟锑酸盐、二苯基-(4-苯基硫)苯基锍六氟磷酸盐、双(4-(二苯基锍)苯基)硫醚-双六氟磷酸盐中的一种。
优化地,所述无机纳米粒子优选为TiO2、ZrO2、ZnO、ZnS、CeO2、Ta2O5、Bi4Ti3O2、Nb2O5、ITO、HfO2、WO2、SnO2、NiO、Al2O3、MoO3、Sb2O3、Sb2O5、La2O3、Nd2O3中的一种或混合。
其中,所述分散剂用于改善金属的氧化物或硫化物微粒在树脂中的分散稳定性,可以例举的,包括水、醇类(甲醇、乙醇、异丙醇、乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、丙二醇等)、酮类(丙酮、甲基乙基酮、甲基异丁基酮、二异丁酮、乙酰丙酮、环己酮等)、酯类(乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸丙酯和甲酸丁酯等)、卤代烃类(二氯甲烷、氯仿或甲基氯仿等)、芳香烃类(苯、甲苯和二甲苯等)、酰胺类(二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺和n-甲基吡咯烷酮等)、醚类(二乙醚、二噁烷、四氢呋喃和乙二醇二甲醚等)和醚醇类(1-甲氧基-2-丙醇、乙基溶纤剂、乙二醇单甲醚、丙二醇单甲醚等等)。它们可以单独使用或者可以两种或多种混合使用。
所述稀释剂用于调节树脂黏度和透光性,选自丙二醇甲醚、二乙二醇乙醚、乙二醇丙醚、乙二醇单丁醚、丙二醇二甲醚、二丙二醇甲醚、丙二醇正丙醚、丙二醇单丁醚、丙二醇二丁醚、丙二醇甲醚乙酸酯、二乙二醇乙醚乙酸酯、二乙二酸甲醚乙酸酯、乙二醇乙醚乙酸酯、乙二醇二乙酸酯、丙二醇甲醚乙酸酯、二丙二醇甲醚乙酸酯、乙二醇丁醚乙酸酯、1,3-丁二醇二乙酸酯、1,6-己醇二乙酸酯、乙酸异丙酯、三乙酸甘油酯、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基丙酰胺、N,N-二乙基甲酰胺、N,N-二乙基乙酰胺、N,N-二乙基丙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、N-乙基吡咯烷酮、环己烷、丙酮、丁酮、甲基正丙酮、乙酸异丁酯、2-硝基丙烷、乙酸正丁酯中的任一种或多种。
更加优化的方案,所述高折射树脂组合物还包含辅剂1-5份,所述辅剂为消泡剂、表面活性剂、流平剂、光敏剂中的一种或多种。
所述消泡剂为有机硅或者非硅类消泡剂,如日本信越化学工业株式会社的信越KS-66消泡剂及毕克助剂(上海)有限公司的BYK051、BYK052、BYK066N消泡剂等。
所述表面活性剂用于改善硬化性组合物的涂布性,作为优选的表面活性剂的例子,可以例举的,包括氟系表面活性剂(1,1,2,2-四氟辛基(1,1,2,2-四氟丙基)醚、1,1,2,2-四氟辛基己基醚、六乙二醇(1,1,2,2,3,3-六氟戊基)醚、八乙二醇二(1,1,2,2-四氟丁基)醚、八丙二醇二(1,1,2,2-四氟丁基)醚、六丙二醇二(1,1,2,2,3,3-六氟戊基)醚、全氟十二烷基磺酸钠、N-[3-(全氟辛烷磺酰胺)丙基]-N,N′-二甲基-N-羧基亚甲基铵甜菜碱、全氟烷基磺酰胺丙基三甲基铵盐、全氟烷基-N-乙基磺酰基甘氨酸盐等)及硅酮系表面活性剂。
所述流平剂为有机硅或者丙烯酸流平剂,如毕克助剂(上海)有限公司的BYK361N、BYK358N、BYK333流平剂等。
本发明高折射树脂组合物的制备方法,过程如下:
投入主剂和引发剂溶解分散,先后投入化合物A和无机纳米粒子同时搅拌分散,在常温下持续搅拌1-2小时,得到高折射树脂组合物。如果加入辅剂,则在最后加入辅剂搅拌30分钟即可。
在装有搅拌器、冷凝管、分水器的250mL三口烧瓶中,加入六氟双酚A(50g,1mol)、甲基丙烯酸(28.2g,2.2mol),以含羟基组分为基准,加入质量分数为3%的催化剂对甲苯磺酸1.5g,质量分数为0.1%的阻聚剂对羟基苯甲醚0.05g和25g甲苯(带水剂)(50%),油浴加热三烧瓶并控制反应温度在105-115℃,过程中水与甲苯的共沸物移出到分水器中,以分水器中水的液位不再上升或者反应体系酸值稳定为反应终点,降温后抽滤除去对甲苯磺酸和对羟基苯甲醚,滤液用无水硫酸镁干燥,用柱层析以体积比为10:1的石油醚和乙酸乙酯作为淋洗液提纯,即可得到56.9g六氟双酚A丙烯酸酯,收率81%。质谱仪MALDI-TOF-MS(m/z)实测值472.10。
在装有搅拌器、冷凝管、分水器的250mL三口烧瓶中,加入4,4'-(丙烷-2,2-二基)双(2,6-二氟苯酚)(50g,1mol)、甲基丙烯酸(31.5g,2.2mol),以含羟基组分为基准,加入质量分数为3%的催化剂对甲苯磺酸1.5g,质量分数为0.1%的阻聚剂对羟基苯甲醚0.05g和25g甲苯(带水剂)(50%),油浴加热三烧瓶并控制反应温度在105-115℃,过程中水与甲苯的共沸物移出到分水器中,以分水器中水的液位不再上升或者反应体系酸值稳定为反应终点,降温后抽滤除去对甲苯磺酸和对羟基苯甲醚,滤液用无水硫酸镁干燥,用柱层析以体积比为10:1的石油醚和乙酸乙酯作为淋洗液提纯,即可得到53.8g 4,4'-(丙烷-2,2-二基)双(2,6-二氟苯基丙烯酸酯),收率74%。质谱仪MALDI-TOF-MS(m/z)实测值436.05。
在装有搅拌器、冷凝管、分水器的250mL三口烧瓶中,加入1H,1H,2H,2H-全氟戊-1-醇(50g,1mol)、甲基丙烯酸(22.1g,1.1mol),以含羟基组分为基准,加入质量分数为3%的催化剂对甲苯磺酸1.5g,质量分数为0.1%的阻聚剂对羟基苯甲醚0.05g和25g甲苯(带水剂)(50%),油浴加热三烧瓶并控制反应温度在105-115℃,过程中水与甲苯的共沸物移出到分水器中,以分水器中水的液位不再上升或者反应体系酸值稳定为反应终点,降温后抽滤除去对甲苯磺酸和对羟基苯甲醚,滤液用无水硫酸镁干燥,用柱层析以体积比为10:1的石油醚和乙酸乙酯作为淋洗液提纯,即可得到57.3g 3,3,4,4,5,5,5-七氟戊烷基丙烯酸酯,收率87%。质谱仪MALDI-TOF-MS(m/z)实测值282.46。
在装有搅拌器、冷凝管、分水器的250mL三口烧瓶中,加入1,1,1-三氟-2-三氟甲基-2,4-戊二醇(50g,1mol)、甲基丙烯酸(41.9g,2.2mol),以含羟基组分为基准,加入质量分数为3%的催化剂对甲苯磺酸1.5g,质量分数为0.1%的阻聚剂对羟基苯甲醚0.05g和25g甲苯(带水剂)(50%),油浴加热三烧瓶并控制反应温度在105-115℃,过程中水与甲苯的共沸物移出到分水器中,以分水器中水的液位不再上升或者反应体系酸值稳定为反应终点,降温后抽滤除去对甲苯磺酸和对羟基苯甲醚,滤液用无水硫酸镁干燥,用柱层析以体积比为10:1的石油醚和乙酸乙酯作为淋洗液提纯,即可得到56.9g 1,1,1-三氟-2-(三氟甲基)戊烷-2,4-二基双(2-甲基丙烯酸酯),收率71%。质谱仪MALDI-TOF-MS(m/z)实测值362.38。
在装有搅拌器、冷凝管、分水器的250mL三口烧瓶中,加入4,4'-(丙烷-2,2-二基)双(2,6-二氟苯酚)(50g,1mol)、环氧乙基甲酸(32.3g,2.2mol),以含羟基组分为基准,加入质量分数为3%的催化剂对甲苯磺酸1.5g,质量分数为0.1%的阻聚剂对羟基苯甲醚0.05g和25g甲苯(带水剂)(50%),油浴加热三烧瓶并控制反应温度在105-115℃,过程中水与甲苯的共沸物移出到分水器中,以分水器中水的液位不再上升或者反应体系酸值稳定为反应终点,降温后抽滤除去对甲苯磺酸和对羟基苯甲醚,滤液用无水硫酸镁干燥,用柱层析以体积比为10:1的石油醚和乙酸乙酯作为淋洗液提纯,即可得到53.5g 4,4'-(丙烷-2,2-二基)双(2,6-二氟苯基环氧丙烯酸酯),收率73%。质谱仪MALDI-TOF-MS(m/z)实测值440.60。
在装有搅拌器、冷凝管、分水器的250mL三口烧瓶中,加入4,4'-(全氟丙烷-2,2-二基)双(2,6-二氟苯酚)(50g,1mol)、环氧乙基甲酸(32.3g,2.2mol),以含羟基组分为基准,加入质量分数为3%的催化剂对甲苯磺酸1.5g,质量分数为0.1%的阻聚剂对羟基苯甲醚0.05g和25g甲苯(带水剂)(50%),油浴加热三烧瓶并控制反应温度在105-115℃,过程中水与甲苯的共沸物移出到分水器中,以分水器中水的液位不再上升或者反应体系酸值稳定为反应终点,降温后抽滤除去对甲苯磺酸和对羟基苯甲醚,滤液用无水硫酸镁干燥,用柱层析以体积比为10:1的石油醚和乙酸乙酯作为淋洗液提纯,即可得到47.0g 4,4'-(全氟丙烷-2,2-二基)双(2,6-二氟苯基环氧丙烯酸酯),收率70%。质谱仪MALDI-TOF-MS(m/z)实测值548.75。
在装有搅拌器、冷凝管、分水器的250mL三口烧瓶中,加入全氟丙醇(50g,1mol)、3-苯基环氧乙烷-2-羧酸(48.5g,1.1mol),以含羟基组分为基准,加入质量分数为3%的催化剂对甲苯磺酸1.5g,质量分数为0.1%的阻聚剂对羟基苯甲醚0.05g和25g甲苯(带水剂)(50%),油浴加热三烧瓶并控制反应温度在105-115℃,过程中水与甲苯的共沸物移出到分水器中,以分水器中水的液位不再上升或者反应体系酸值稳定为反应终点,降温后抽滤除去对甲苯磺酸和对羟基苯甲醚,滤液用无水硫酸镁干燥,用柱层析以体积比为10:1的石油醚和乙酸乙酯作为淋洗液提纯,即可得到69.6g全氟丙烷-3-苯基环氧丙烯酸酯,收率78%。质谱仪MALDI-TOF-MS(m/z)实测值332.04。
在装有搅拌器、冷凝管、分水器的250mL三口烧瓶中,加入四氟丁二醇(50g,1mol)、3,3-二甲基环氧乙烷-2-羧酸(78.8g,2.2mol),以含羟基组分为基准,加入质量分数为3%的催化剂对甲苯磺酸1.5g,质量分数为0.1%的阻聚剂对羟基苯甲醚0.05g和25g甲苯(带水剂)(50%),油浴加热三烧瓶并控制反应温度在105-115℃,过程中水与甲苯的共沸物移出到分水器中,以分水器中水的液位不再上升或者反应体系酸值稳定为反应终点,降温后抽滤除去对甲苯磺酸和对羟基苯甲醚,滤液用无水硫酸镁干燥,用柱层析以体积比为10:1的石油醚和乙酸乙酯作为淋洗液提纯,即可得到82.9g 2,2,3,3-四氟丁烷-1,4-二基双(3,3-二甲基环氧丙烯酸酯),收率75%。质谱仪MALDI-TOF-MS(m/z)实测值358.45。
在装有搅拌器、冷凝管、分水器的250mL三口烧瓶中,加入全氟二乙二醇(50g,1mol)、环氧丙烯酸(38.7g,2.2mol),以含羟基组分为基准,加入质量分数为3%的催化剂对甲苯磺酸1.5g,质量分数为0.1%的阻聚剂对羟基苯甲醚0.05g和25g甲苯(带水剂)(50%),油浴加热三烧瓶并控制反应温度在105-115℃,过程中水与甲苯的共沸物移出到分水器中,以分水器中水的液位不再上升或者反应体系酸值稳定为反应终点,降温后抽滤除去对甲苯磺酸和对羟基苯甲醚,滤液用无水硫酸镁干燥,用柱层析以体积比为10:1的石油醚和乙酸乙酯作为淋洗液提纯,即可得到55.4g全氟二乙二醇环氧丙烯酸酯,收率71%。质谱仪MALDI-TOF-MS(m/z)实测值390.66。
在装有搅拌器、冷凝管、分水器的250mL三口烧瓶中,加入4,4,4-三氟丁醇(50g,1mol)、2-三氟甲基丙烯酸(60.1g,1.1mol),以含羟基组分为基准,加入质量分数为3%的催化剂对甲苯磺酸1.5g,质量分数为0.1%的阻聚剂对羟基苯甲醚0.05g和25g甲苯(带水剂)(50%),油浴加热三烧瓶并控制反应温度在105-115℃,过程中水与甲苯的共沸物移出到分水器中,以分水器中水的液位不再上升或者反应体系酸值稳定为反应终点,降温后抽滤除去对甲苯磺酸和对羟基苯甲醚,滤液用无水硫酸镁干燥,用柱层析以体积比为10:1的石油醚和乙酸乙酯作为淋洗液提纯,即可得到83.0g 4,4,4-三氟丁基-2-三氟甲基丙烯酯,收率85%。质谱仪MALDI-TOF-MS(m/z)实测值249.98。
在装有搅拌器、冷凝管、分水器的250mL三口烧瓶中,加入全氟丙二醇(50g,1mol)、3,3-二氟-2-甲基丙烯酸(73.0g,2.2mol),以含羟基组分为基准,加入质量分数为3%的催化剂对甲苯磺酸1.5g,质量分数为0.1%的阻聚剂对羟基苯甲醚0.05g和25g甲苯(带水剂)(50%),油浴加热三烧瓶并控制反应温度在105-115℃,过程中水与甲苯的共沸物移出到分水器中,以分水器中水的液位不再上升或者反应体系酸值稳定为反应终点,降温后抽滤除去对甲苯磺酸和对羟基苯甲醚,滤液用无水硫酸镁干燥,用柱层析以体积比为10:1的石油醚和乙酸乙酯作为淋洗液提纯,即可得到82.0g全氟丙烷-1,3-二基双(3,3-二氟-2-甲基丙烯酸酯),收率77%。质谱仪MALDI-TOF-MS(m/z)实测值392.70。
本发明技术方案中关于其余化合物A的和合成例均已完成,此处未能全部描述制备过程,如果有必要所有化合物A均能够提供制备并得到的证据。
实施例1
投入分散剂丙二醇单甲醚20重量份和稀释剂二乙二醇乙醚乙酸酯20重量份后,将5重量份的引发剂聚合[2-羟基-2-甲基-1-[4-(1-甲基乙烯基)苯基]丙酮]溶解至透明,投入15重量份的合成例1的丙烯酸树脂,充分搅拌,投入无机纳米粒子ZrO240重量份,在常温下搅拌2小时,即可制备得到高折射树脂组合物。
实施例2
投入分散剂丙二醇单甲醚25重量份和稀释剂二乙二醇乙醚乙酸酯25重量份后,将5重量份的引发剂聚合[2-羟基-2-甲基-1-[4-(1-甲基乙烯基)苯基]丙酮]溶解至透明,投入20重量份的合成例1的丙烯酸树脂,充分搅拌,投入无机纳米粒子ZrO220重量份,以及表面活性剂1,1,2,2-四氟辛基己基醚2.5重量份和流平剂毕克助剂(上海)有限公司的BYK361N 2.5重量份,在常温下搅拌2小时,即可制备得到高折射树脂组合物。
实施例3
投入分散剂丙二醇单甲醚20重量份和稀释剂二乙二醇乙醚乙酸酯20重量份后,将10重量份的引发剂聚合[2-羟基-2-甲基-1-[4-(1-甲基乙烯基)苯基]丙酮]溶解至透明,投入合成例2的丙烯酸树脂20重量份,充分搅拌,投入无机纳米粒子ZrO230重量份,在常温下搅拌2小时,即可制备得到高折射树脂组合物。
实施例4
投入稀释剂二乙二醇乙醚乙酸酯30重量份后,将10重量份的引发剂聚合[2-羟基-2-甲基-1-[4-(1-甲基乙烯基)苯基]丙酮]溶解至透明,投入合成例2的丙烯酸树脂20重量份,充分搅拌,投入无机纳米粒子CeO240重量份,在常温下搅拌2小时,即可制备得到高折射树脂组合物。
实施例5
投入分散剂乙酰丙酮20重量份和稀释剂1,3-丁二醇二乙酸酯20重量份后,将5重量份的引发剂聚合[2-羟基-2-甲基-1-[4-(1-甲基乙烯基)苯基]丙酮]溶解至透明,投入合成例3的丙烯酸树脂20重量份,充分搅拌,投入无机纳米粒子Bi4Ti3O230重量份,以及表面活性剂1,1,2,2-四氟辛基己基醚5重量份,在常温下搅拌2小时,即可制备得到高折射树脂组合物。
实施例6
投入分散剂乙酰丙酮15重量份和稀释剂1,3-丁二醇二乙酸酯15重量份后,将10重量份的引发剂(2,4,6-三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦溶解至透明,投入合成例3的丙烯酸树脂20重量份,充分搅拌,投入无机纳米粒子Bi4Ti3O240重量份,在常温下搅拌2小时,即可制备得到高折射树脂组合物。
实施例7
投入分散剂丙二醇单甲醚20重量份和稀释剂二乙二醇乙醚乙酸酯20重量份后,将5重量份的引发剂聚合[2-羟基-2-甲基-1-[4-(1-甲基乙烯基)苯基]丙酮]溶解至透明,投入合成例4的丙烯酸树脂20重量份,充分搅拌,投入无机纳米粒子ZnS 30重量份,以及表面活性剂(1,1,2,2-四氟辛基(1,1,2,2-四氟丙基)醚5重量份,在常温下搅拌2小时,即可制备得到高折射树脂组合物。
实施例8
投入分散剂丙二醇单甲醚25重量份和稀释剂二乙二醇乙醚乙酸酯25重量份后,将5重量份的引发剂聚合[2-羟基-2-甲基-1-[4-(1-甲基乙烯基)苯基]丙酮]溶解至透明,投入合成例5的丙烯酸树脂5重量份,充分搅拌,投入无机纳米粒子ZrO240重量份,在常温下搅拌2小时,即可制备得到高折射树脂组合物。
实施例9
投入分散剂丙二醇单甲醚20重量份和稀释剂二乙二醇乙醚乙酸酯20重量份后,将5重量份的引发剂聚合[2-羟基-2-甲基-1-[4-(1-甲基乙烯基)苯基]丙酮]溶解至透明,投入合成例6的丙烯酸树脂20重量份,充分搅拌,投入无机纳米粒子ZrO230重量份,以及流平剂毕克助剂(上海)有限公司的BYK361N 5重量份,在常温下搅拌2小时,即可制备得到高折射树脂组合物。
实施例10
投入分散剂n-甲基吡咯烷酮25重量份和稀释剂二乙二醇乙醚乙酸酯25重量份后,将10重量份的引发剂聚合[2-羟基-2-甲基-1-[4-(1-甲基乙烯基)苯基]丙酮]溶解至透明,投入合成例7的丙烯酸树脂20重量份,充分搅拌,投入无机纳米粒子ZrO220重量份,在常温下搅拌2小时,即可制备得到高折射树脂组合物。
实施例11
投入分散剂丙二醇单甲醚15重量份和稀释剂二乙二醇乙醚乙酸酯15重量份后,将5重量份的引发剂聚合[2-羟基-2-甲基-1-[4-(1-甲基乙烯基)苯基]丙酮]溶解至透明,投入合成例8的丙烯酸树脂20重量份,充分搅拌,投入无机纳米粒子Nd2O340重量份,以及表面活性剂1,1,2,2-四氟辛基己基醚2.5重量份和消泡剂毕克助剂(上海)有限公司的BYK0512.5重量份,在常温下搅拌2小时,即可制备得到高折射树脂组合物。
实施例12
投入分散剂丙二醇单甲醚20重量份和稀释剂1,3-丁二醇二乙酸酯20重量份后,将5重量份的引发剂聚合[2-羟基-2-甲基-1-[4-(1-甲基乙烯基)苯基]丙酮]溶解至透明,投入合成例9的丙烯酸树脂20重量份,充分搅拌,投入无机纳米粒子Nb2O530重量份,以及表面活性剂(1,1,2,2-四氟辛基(1,1,2,2-四氟丙基)醚5重量份,在常温下搅拌2小时,即可制备得到高折射树脂组合物。
实施例13
投入分散剂异丙醇20重量份和稀释剂二乙二醇乙醚乙酸酯20重量份后,将5重量份的引发剂过氧化苯甲酰溶解至透明,投入合成例10的丙烯酸树脂15重量份,充分搅拌,投入无机纳米粒子Sb2O340重量份,在常温下搅拌2小时,即可制备得到高折射树脂组合物。
实施例14
投入分散剂丙二醇单甲醚25重量份和稀释剂二乙二醇乙醚乙酸酯25重量份后,将5重量份的引发剂聚合[2-羟基-2-甲基-1-[4-(1-甲基乙烯基)苯基]丙酮]溶解至透明,投入合成例11的丙烯酸树脂20重量份,充分搅拌,投入无机纳米粒子ZrO220重量份,表面活性剂1,1,2,2-四氟辛基己基醚2重量份,流平剂毕克助剂(上海)有限公司的BYK361N 1重量份,以及消泡剂毕克助剂(上海)有限公司的BYK0512重量份,在常温下搅拌2小时,即可制备得到高折射树脂组合物。
对比例1
采用与实施例9相同的方式制备高折射率丙烯酸树酯光学材料和光学膜,不同的是,用双酚A环氧丙烯酸酯替换合成例6的丙烯酸树脂。
对比例2
采用与实施例14相同的方式制备高折射率丙烯酸树酯光学材料和光学膜,不同的是,用1,3-丁二醇二甲基丙烯酸酯替换合成例4的丙烯酸树脂。
对于在实施例1至14和比较例1至2中制备的高折射树脂组合物,分别用粘度计测定其黏度,差示扫描量热仪测定其热分解温度Td。
将实施例1至14和比较例1至2中制备的高折射树脂组合物利用喷墨打印技术涂覆5um至石英基底,将基底在真空干燥箱中干燥30分钟后,放入UV固化机中以约2000mJ/cm2的强度照射该丙烯酸树酯光学材料,以固化形成高折射膜,分别用阿贝折光仪测定其折射率,硬度计测定其固化硬度。
将实施例1至14和比较例1至2中制备的高折射树脂组合物利用喷墨打印技术涂覆60nm至OLED器件的透明阴极上,放置在真空干燥箱中干燥30分钟后,以约2000mJ/cm2的UV光强度照射该高折射树脂组合物,以在OLED器件的出光方向上形成高折射层,与无高折射率层的OLED器件分别使用Keithley2400测定其在10mA/cm2下的光照强度,以计算获得高折射树脂组合物的出光效率提升比例。
测试结果描述在下表1中:
表1
从表1可以看出,本发明通过含有氟原子的丙烯酸树脂或环氧丙烯酸树脂与高折射率无机纳米微粒掺杂的方式,辅以分散剂、稀释剂等主剂及表面活性剂、流平剂、消泡剂等助剂,制备的高折射树脂组合物,无机纳米微粒显著提升了组合物整体的折射率,且含有氟原子的紫外光可固化树脂由于氟原子对有机-无机接触界面表面张力的降低,使得无机纳米微粒在紫外光可固化树脂及其他溶剂中的分散性及相容性更加优异,有效改善了现有技术的高折射树脂组合物中无机纳米微粒的团聚现象,进而使得本申请实施例1-14的高折射树脂组合物在热稳定性、黏度及固化后的膜硬度等方面都显著优异于对比例1-2中不含氟原子的丙烯酸树脂或环氧丙烯酸树脂构建的高折射树脂组合物。基于此,将本发明制备的高折射树脂组合物应用至OLED显示器件中,避免了由于折射率差异造成的光在器件内的全反射损耗,出光效率提升幅度超过25%,在OLED、液晶等显示器件的高折射材料层的应用上具有优异的前景。
Claims (8)
1.一种高折射树脂组合物,其特征在于组成按质量份数计:化合物A为5~20份、引发剂5-10份、无机纳米粒子20~40份和主剂30~50份;
所述化合物A具有式I所示的结构单元;所述引发剂为光自由基引发剂;所述无机纳米粒子为金属Ti、Zr、Zn、Zn、Ce、Ta、Bi、Nb、In、Hf、W、Sn、Ni、Al、Mo、Sb、La、Nd中的一种或多种粒径为1~50nm的氧化物或硫化物微粒,主剂为分散剂和稀释剂中的一种或混合;
其中,Ar1结构为Y1、Y2分别独立的选自H或F,R1、R2分别独立的选自H,C1-C6的烷烃基,C1-C6的全氟烷烃基,未取代或由C1-C6的烷烃基、C1-C6的全氟烷烃基、硝基、氰基取代的苯基中的一种;n选自1、2、3、4、5、6、7、8;
Ar2为含氟基团,具有以下结构式之一:
3.如权利要求1所述高折射树脂组合物,其特征在于所述引发剂为苯偶姻类化合物、酮类化合物、偶氮化合物或异丙苯茂铁六氟磷酸盐中的一种。
4.如权利要求1所述高折射树脂组合物,其特征在于所述无机纳米粒子为TiO2、ZrO2、ZnO、ZnS、CeO2、Ta2O5、Bi4Ti3O2、Nb2O5、ITO、HfO2、WO2、SnO2、NiO、Al2O3、MoO3、Sb2O3、Sb2O5、La2O3、Nd2O3中的一种或混合。
5.如权利要求1所述高折射树脂组合物,其特征在于所述分散剂为醇类、酮类、酯类、卤代烃类、芳香烃类、酰胺类、醚类、醚醇类中的任意一种或任意混合。
6.如权利要求1所述高折射树脂组合物,其特征在于所述稀释剂为丙二醇甲醚、二乙二醇乙醚、乙二醇丙醚、乙二醇单丁醚、丙二醇二甲醚、二丙二醇甲醚、丙二醇正丙醚、丙二醇单丁醚、丙二醇二丁醚、丙二醇甲醚乙酸酯、二乙二醇乙醚乙酸酯、二乙二酸甲醚乙酸酯、乙二醇乙醚乙酸酯、乙二醇二乙酸酯、丙二醇甲醚乙酸酯、二丙二醇甲醚乙酸酯、乙二醇丁醚乙酸酯、1,3-丁二醇二乙酸酯、1,6-己醇二乙酸酯、乙酸异丙酯、三乙酸甘油酯、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基丙酰胺、N,N-二乙基甲酰胺、N,N-二乙基乙酰胺、N,N-二乙基丙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、N-乙基吡咯烷酮、环己烷、丙酮、丁酮、甲基正丙酮、乙酸异丁酯、2-硝基丙烷、乙酸正丁酯中的任一种或任意混合。
7.如权利要求1所述高折射树脂组合物,其特征在于所述高折射树脂组合物还包含辅剂1-5份,所述辅剂为消泡剂、表面活性剂、流平剂、光敏剂中的一种或任意混合。
8.权利要求1-6任一项所述高折射树脂组合物的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
投入主剂和引发剂溶解分散,先后投入化合物A和无机纳米粒子同时搅拌分散,在常温下持续搅拌1-2小时,得到高折射树脂组合物。
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