CN113336947B - 一种具有高效uv光固化及热固化性能的氟硅聚合物及其制备方法及涂层 - Google Patents

一种具有高效uv光固化及热固化性能的氟硅聚合物及其制备方法及涂层 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有高效UV光固化及热固化性能的氟硅聚合物及其制备方法及涂层，其中的氟硅聚合物由下述质量份数的组分聚合而成：含氟环状硅氧烷10‑80份；含乙烯基环状硅氧烷10‑80份；二甲基环硅氧烷混合物0‑80份；1,3‑二氨烷基‑1,1,3,3‑四甲基二硅氧烷0.1‑10份；碱催化剂1‑1000ppm；酸中和剂1‑1000ppm；丙烯酸单官能异氰酸酯类化合物0.1‑10份；有机锡类催化剂1‑1000ppm。本发明提供的氟硅聚合物具有良好的耐溶剂性能、耐热性能，并且制备方法简单。本发明中的氟硅聚合物可以利用热固化及UV光固化两种固化方式，当利用UV光固化时，因其所含固化官能团多，效率极高，而且固化周期短，这大大拓展了其应用领域，比如电子保护涂层、离型涂层领域等。

Description

一种具有高效UV光固化及热固化性能的氟硅聚合物及其制备 方法及涂层
技术领域
本发明涉及氟硅聚合物制备领域，具体涉及一种具有高效UV光固化及热固化性能的氟硅聚合物及其制备方法及涂层。
背景技术
当今，聚硅氧烷类的有机硅涂层因其耐热性优良、固化方式多样而使其应用产品多，应用领域广，在市场上所用的涂层中扮演着极其重要的角色。目前，有机硅涂层的固化方式主要有缩合固化、热固化及UV光固化三种。其中，前两种固化方式或多或少的存在一些缺陷，比如缩合固化周期较长(约2-3d)，热固化所需的温度较高(100℃)以上，导致有机硅涂层不能应用到一些要求较高的领域。而UV光固化是一种比较新的有机硅涂层固化方式，可在室温下数十秒的时间内完成。UV光固化技术所具备的这些优势使其在涂层领域具有极大的潜在应用价值，如果将UV光固化技术引入到有机硅涂层中，则可以大大扩展其应用领域，比如电子保护涂层、离型涂层。
但是用来UV光固化的有机硅聚合物原料所含的可UV固化的官能团较少，一般可UV光固化的有机硅聚合物中每条分子链最多带两个可固化的反应官能团，这就导致在进行UV光固化时可能会存在固化效率较低、固化程度不高等缺点。
发明内容
为了克服传统的有机硅聚合物涂层存在的上述缺陷，本发明第一方面提供了一种具有高效UV光固化及热固化性能的氟硅聚合物，其具体技术方案如下：
一种具有高效UV光固化及热固化性能的氟硅聚合物，其特征在于，其分子结构为：
Figure GDA0004263427010000011
其中：R为
Figure GDA0004263427010000021
其中：x为≥3的整数，y为≥2的整数，Ra为-C qH2q+1，其中，q为≥1的整数；
Pf为含氟烃基，结构通式为-C2H4ClF2l+1，其中，l为≥1的整数；
其中：n为1～3000的整数，m为1～3000的整数，p为0～3000的整数。
在一些实施例中，所述氟硅聚合物由下组分聚合而成：
Figure GDA0004263427010000022
在一些实施例中，所述含氟环状硅氧烷为三氟丙基甲基环三硅氧烷。
在一些实施例中，所述含乙烯基环状硅氧烷为
Figure GDA0004263427010000023
中的一种。
在一些实施例中，所述1,3-二氨烷基-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷具有如下结构通式：
Figure GDA0004263427010000024
其中：x为≥3的整数。
在一些实施例中，所述1,3-二氨烷基-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷为1,3-二(氨丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷、1,3-二(氨丁基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷中的一种。
在一些实施例中，所述碱催化剂为氢氧化钠、四甲基氢氧化铵及相应的硅醇盐中的一种；所述酸中和剂为磷酸、盐酸或相应的硅基酸酯胶、含氟硅基酸酯胶中的一种。
在一些实施例中，所述丙烯酸单官能异氰酸酯类化合物为甲基丙烯酸异氰基乙酯或丙烯酸异氰基乙酯中的一种；所述有机锡类催化剂为二月桂酸二丁基锡。
本发明第二方面提供了一种具有高效UV光固化及热固化性能的氟硅聚合物的制备方法，其包括：
以物质的量计，称取含氟环状硅氧烷10-80份，含乙烯基环状硅氧烷10-80份，二甲基环硅氧烷混合物0-80份，1,3-二氨烷基-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷0.1-10份，碱催化剂1-1000ppm，酸中和剂1-1000ppm，丙烯酸单官能异氰酸酯类化合物0.1-10份，有机锡类催化剂1-1000ppm；
将含氟环状硅氧烷、含乙烯基环状硅氧烷、二甲基环硅氧烷混合物、1,3-二氨烷基-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷加入到反应器中，在40-70℃下脱水0.5-3h；
加入碱催化剂，在40-150℃下聚合反应1-72h；
加入酸中和剂，中和1-72h；
升温至180-200℃，减压至-0.09MPa以上，减压脱低沸1-3h。
降温至30-90℃，加入丙烯酸单官能异氰酸酯类化合物、有锡类催化剂,反应1-72h，得到无色透明的氟硅聚合物。
本发明的第三方面提供了一种涂层，其制备过程如下：
将自由基光引发剂与本发明第一方面所述的氟硅聚合物混合均匀后涂布在PET膜上，UV光固化后得到所述涂层，或
将含氢硅油、铂金催化剂与本发明第一方面所述的氟硅聚合物混合均匀后涂布在PET膜上，热固化后得到所述涂层。
本发明提供的氟硅聚合物具有良好的耐溶剂性能、耐热性能，本发明中的氟硅聚合物适合热固化及UV光固化两种固化方式，并且制备方法简单，当利用UV光固化时，因其所含固化官能团多，固化效率及程度极高，而且固化周期短，这大大拓展了其应用领域，比如电子保护涂层、离型涂层领域等。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
需要说明的是，实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
将三氟丙基甲基环三硅氧烷1mol、三甲基三乙烯基环三硅氧烷0.1mol、1,3-二氨丙基-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷0.01mol加入到反应器中，在45℃下脱水1h，然后加入四甲基氢氧化铵硅醇盐20ppm，在45℃下聚合反应1h，然后加入含氟硅基磷酸酯200ppm中和1h。然后升温至180℃，减压至-0.09MPa以上，减压脱低沸1h。然后降温至30-90℃，加入甲基丙烯酸异氰基乙酯0.005mol、二月桂酸二丁基锡100ppm,反应24h，得到无色透明的可双固化的氟硅聚合物。
得到的氟硅聚合物的分子结构为：
Figure GDA0004263427010000041
将所制备的氟硅聚合物与光引发剂1173混合均匀后涂布在PET膜上，混合比例为，氟硅聚合物：光引发剂1173＝100:5；通过UV光固化机光固化后得到氟硅涂层。
将所制备的氟硅聚合物与卡斯特催化剂、含氢硅油、乙酸乙酯按照质量比5:0.7:1:10进行混合均匀，然后经烘箱150℃固化1.5min，得到氟硅涂层固化程度测试:用标准离型胶带7475粘上后揭下，表面无痕迹，固化完全。
薄膜硬度测试：根据GB/T 6739-2006进行测量，HV:870×10-7MPa
实施例2
将三氟丙基甲基环三硅氧烷1mol、三甲基三乙烯基环三硅氧烷0.1mol、DMC0.5mol、1,3-二氨丙基-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷0.01mol加入到反应器中，在45℃下脱水1h，然后加入四甲基氢氧化铵硅醇盐20ppm，在45℃下聚合反应1h，然后加入含氟硅基磷酸酯200ppm中和1h。然后升温至180℃，减压至-0.09MPa以上，减压脱低沸1h。然后降温至30-90℃，加入丙烯酸异氰基乙酯0.005mol、二月桂酸二丁基锡100ppm，反应24h，得到无色透明的可双固化的氟硅聚合物。得到的氟硅聚合物的分子结构为：
Figure GDA0004263427010000051
将所制备的氟硅聚合物与光引发剂1173混合均匀后涂布在PET膜上，混合比例为氟硅聚合物：光引发剂1173＝100:5；通过UV光固化机光固化后得到氟硅涂层。
将所制备的氟硅聚合物与卡斯特催化剂、含氢硅油、乙酸乙酯按照质量比5:0.7:1:10进行混合均匀，然后经烘箱150℃固化1.5min，得到氟硅涂层固化程度测试:用标准离型胶带7475粘上后揭下，表面无痕迹，固化完全。
薄膜硬度测试：根据GB/T 6739-2006进行测量，HV:785×10-7MPa。
实施例3
将三氟丙基甲基环三硅氧烷1mol、三甲基三乙烯基环三硅氧烷0.1mol、1,3-二氨丙基-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷0.01mol加入到反应器中，在45℃下脱水1h，然后加入四甲基氢氧化铵硅醇盐20ppm，在45℃下聚合反应1h，然后加入含氟硅基磷酸酯(200ppm)，中和1h。然后升温至180℃，减压至-0.09MPa以上，减压脱低沸1h。然后降温至30-90℃，加入丙烯酸异氰基乙酯0.005mol、二月桂酸二丁基锡100ppm，反应24h，得到无色透明的可双固化的氟硅聚合物。
得到的氟硅聚合物的分子结构为：
Figure GDA0004263427010000052
将所制备的氟硅聚合物与光引发剂1173混合均匀后涂布在PET膜上，混合比例为氟硅聚合物：光引发剂1173＝100:5；通过UV光固化机光固化后得到氟硅涂层。
将所制备的氟硅聚合物与卡斯特催化剂、含氢硅油、乙酸乙酯按照质量比5:0.7:1:10进行混合均匀，然后经烘箱150℃固化1.5min，得到氟硅涂层。
固化程度测试:用标准离型胶带7475粘上后揭下，表面无痕迹，固化完全。
薄膜硬度测试：根据GB/T 6739-2006进行测量，HV:740×10-7MPa。
实施例4
将三氟丙基甲基环三硅氧烷1mol、三甲基三乙烯基环三硅氧烷0.1mol、1,3-二氨丙基-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷0.01mol加入到反应器中，在45℃下脱水1h，然后加入四甲基氢氧化铵硅醇盐20ppm，在45℃下聚合反应1h，然后加入含氟硅基磷酸酯(200ppm)，中和1h。然后升温至180℃，减压至-0.09MPa以上，减压脱低沸1h。然后降温至30-90℃，加入丙烯酸异氰基乙酯0.005mol、二月桂酸二丁基锡100ppm，反应24h，得到无色透明的可双固化的氟硅聚合物。
得到的氟硅聚合物的分子结构为：
Figure GDA0004263427010000061
将所制备的氟硅聚合物与光引发剂1173混合均匀后涂布在PET膜上，混合比例为氟硅聚合物：光引发剂1173＝100:5；通过UV光固化机光固化后得到氟硅离型涂层。
将所制备的氟硅聚合物与卡斯特催化剂、含氢硅油、乙酸乙酯按照质量比5:0.7:1:10进行混合均匀，然后经烘箱150℃固化1.5min，得到氟硅涂层。
固化程度测试:用标准离型胶带7475粘上后揭下，表面无痕迹，固化完全。
薄膜硬度测试：根据GB/T 6739-2006进行测量，HV:810×10-7MPa。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种具有高效UV光固化及热固化性能的氟硅聚合物，其特征在于，其分子结构为：
Figure QLYQS_1
其中：
R为
Figure QLYQS_2
其中：x为≥3的整数，y为≥2的整数，Ra为-CqH2q+1，q为≥1的整数；
Pf为含氟烃基，结构通式为-C2H4ClF2l+1，其中，l为≥1的整数；
其中：n为1～3000的整数，m为1～3000的整数，p为0～3000的整数；
所述氟硅聚合物的制备过程如下：
以物质的量计，称取含氟环状硅氧烷10-80份，含乙烯基环状硅氧烷10-80份，二甲基环硅氧烷混合物0-80份，1,3-二氨烷基-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷0.1-10份，碱催化剂1-1000ppm，酸中和剂1-1000ppm，丙烯酸单官能异氰酸酯类化合物0.1-10份，有机锡类催化剂1-1000ppm；
将含氟环状硅氧烷、含乙烯基环状硅氧烷、二甲基环硅氧烷混合物、1,3-二氨烷基-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷加入到反应器中，在40-70℃下脱水0.5-3h；
加入碱催化剂，在40-150℃下聚合反应1-72h；
加入酸中和剂，中和1-72h；
升温至180-200℃，减压至-0.09MPa以上，减压脱低沸1-3h；
降温至30-90℃，加入丙烯酸单官能异氰酸酯类化合物、有机锡类催化剂,反应1-72h，得到无色透明的氟硅聚合物。
2.如权利要求1所述的氟硅聚合物，其特征在于，所述含氟环状硅氧烷为三氟丙基甲基环三硅氧烷。
3.如权利要求1所述的氟硅聚合物，其特征在于，所述含乙烯基环状硅氧烷为
Figure QLYQS_3
中的一种。
4.如权利要求1所述的氟硅聚合物，其特征在于，所述1,3-二氨烷基-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷具有如下结构通式：
Figure QLYQS_4
其中：x为≥3的整数。
5.如权利要求4所述的氟硅聚合物，其特征在于，所述1,3-二氨烷基-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷为1,3-二(氨丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷、1,3-二(氨丁基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷中的一种。
6.如权利要求1所述的氟硅聚合物，其特征在于：
所述碱催化剂为氢氧化钠、四甲基氢氧化铵及相应的硅醇盐中的一种；
所述酸中和剂为磷酸、盐酸或相应的硅基酸酯胶、含氟硅基酸酯胶中的一种。
7.如权利要求1所述的氟硅聚合物，其特征在于：
所述丙烯酸单官能异氰酸酯类化合物为甲基丙烯酸异氰基乙酯或丙烯酸异氰基乙酯中的一种；
所述有机锡类催化剂为二月桂酸二丁基锡。
8.一种涂层，其特征在于，其制备过程如下：
将自由基光引发剂与权利要求1所述的氟硅聚合物混合均匀后涂布在PET膜上，UV光固化后得到所述涂层，或
将含氢硅油、铂金催化剂与权利要求1所述的氟硅聚合物混合均匀后涂布在PET膜上，热固化后得到所述涂层。
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