一种UV固化光学透明柔性材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及有机硅材料技术领域，为了克服纯有机硅透明材料存在的上述问题，本发明专利技术提出了一种UV固化光学透明柔性材料及其制备方法，所述的透明柔性材料为透光率>95%(光波长范围400~800nm，样品厚度10mm)，硬度大于等于4B，拉伸强度1MPa‑3.5MPa的柔性有机硅材料。该光学透明柔性超支化有机硅改性材料自身具有优异的透光率、优良的机械力学性能和优异的柔韧性，其固化过程快速、能耗低、环保、不需加光引发剂，既可节约成本，又能不因为小分子引发剂的存在而影响固化材料的机械力学性能和耐黄变性能。

【技术实现步骤摘要】
一种UV固化光学透明柔性材料及其制备方法与应用
本专利技术涉及有机硅材料
，具体涉及一种UV固化光学透明柔性材料及其制备方法与应用。
技术介绍
柔性透明电子器件在柔性显示、可穿戴设备、无线通信、人机交互、生物医疗等领域有着广泛的用途。高性能透明柔性材料是制备柔性电子器件的关键，近年来，有机硅柔性光学透明高分子材料成为其中的研究热点之一[陈颖，柔性电子技术产品实现远程智慧医疗新模式[J]，机器人产业，2018，6，82-83]。然而，纯有机硅材料的拉伸强度和撕裂强度较差，这制约了有机硅柔性光学透明高分子材料在柔性透明电子器件领域的应用。为了提高纯有机硅材料的力学性能，目前国内外主要采用纳米二氧化硅(白炭黑)或MQ树脂增强，但是白炭黑增强所得材料透光率很低，MQ树脂制备可控性差，污染大。为克服这一缺点，Y.T.Liao等合成八苯基双夹板型聚倍半硅氧烷与二甲基聚硅氧烷的嵌段共聚物，可获得透光率95％以上，拉伸强度约1.5MPa，伸长率17％的透明柔性有机硅材料[Y.T.Liao，Y.C.Lin，S.W.Kuo，Highlythermallystable，transparent，andflexiblepolybenzoxazinenanocompositesbycombinationofdouble-decker-shapedpolyhedralsilsesquioxanesandpolydimethylsiloxane[J]，Macromolecules，2017，50(15)：5739-5747]。Y.H.Kim制备了羟基封端、侧链为甲基丙烯酸酯基的梯形聚倍半硅氧烷，1，4-丁二醇与甲基丙烯酸异氰基乙酯反应制备了两端为甲基丙烯酸的聚氨酯。随后，将两者通过自由基聚合，制备了在550nm透光率高于88％、像陶瓷一样高强度(574Mpa)、聚合物那样低模量(8.42GPa)的聚氨酯改性柔性透明有机硅薄膜[Y.H.Kim，G.M.Choi，D.Shin，Y.H.Kim，D.C.Jang，B.S.Bae，Transparenturethane-siloxanehybridmaterialsforflexiblecoverwindowswithceramic-likestrength，yetpolmer-likemodulus[J]，ACSAppl.Mater.Inter.，2018，10(49)：43122-43130]。但是，这类材料所需的特种结构的有机硅聚合物原料合成时间长、收率低，难以满足工业化要求。
技术实现思路
为了克服纯有机硅透明材料存在的上述问题，本专利技术提出了一种UV固化光学透明柔性材料及其制备方法，该光学透明柔性超支化有机硅改性材料自身具有优异的透光率、优良的机械力学性能和优异的柔韧性，其固化过程快速、能耗低、环保、不需加光引发剂，既可节约成本，又能不因为小分子引发剂的存在而影响固化材料的机械力学性能和耐黄变性能。本专利技术还提出了这种光学透明柔性超支化有机硅改性材料有望用于柔性电子器件领域，还可望用于PET离型膜，光学透明涂层，以及无溶剂UV固化油墨、UV固化家具漆等。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种UV固化光学透明柔性材料，所述的透明柔性材料为透光率＞95％(光波长范围400～800nm，样品厚度10mm)，硬度大于等于4B，拉伸强度1MPa-3.5MPa的柔性有机硅材料。有机硅材料传统固化工艺存在固化速度慢、或需借助高温才能硫化的缺点，耗时、耗能，而紫外光(UV)固化是一种节能环保的新技术，具有固化快，环境友好等优点。所述UV固化光学透明柔性材料的制备方法为以下步骤：(1)将两端为羟基的化合物与巯丙基烷氧基硅烷反应，获得超支化有机硅巯基聚合物；具体步骤为：将两端为羟基的化合物、三羟甲基丙烷、与巯丙基烷氧基硅烷在酸性催化剂催化下，在100～160℃反应2～12h，获得超支化有机硅巯基聚合物。所述两端为羟基的聚合物选自二元醇、聚醚二醇、两端羟基封端的聚硅氧烷中的一种或几种的混合物，其中，二元醇选自乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、新戊二醇中一种或几种；作为优选，二元醇选自乙二醇、1，2-丙二醇、1，4-丁二醇、新戊二醇中一种或几种。聚醚二醇为平均分子量100～5000的聚四亚甲基醚二醇、或者两端羟基的环氧乙烷和环氧丙烷的共聚物HO(C2H4O)x(C3H6O)yOH，其中0≤x/(x+y)≤1.0，10≤x≤80且x为整数；作为优选，聚醚二醇为平均分子量100～2000的聚四亚甲基醚二醇、或者两端羟基的环氧乙烷和环氧丙烷的共聚物HO(C2H4O)x(C3H6O)yOH，其中0≤x/(x+y)≤1.0，10≤x≤48且x为整数。聚醚二醇为制备聚氨酯的主要原料之一。所述巯丙基烷氧基硅烷选自巯丙基三甲氧基硅烷、巯丙基三乙氧基硅烷中的一种或两种，或者是巯丙基三甲氧基硅烷、巯丙基三乙氧基硅烷中的一种或两种与巯丙基甲基二甲氧基硅烷、巯丙基甲基二乙氧基硅烷中的一种或两种的混合物；所述酸性催化剂选自硫酸、醋酸、三氟甲磺酸、对甲苯磺酸、酸性大孔阳离子交换树脂中的一种或几种，作为优选，酸性催化剂选自三氟甲磺酸、对甲苯磺酸、酸性大孔阳离子交换树脂中的一种或几种。两端为羟基的化合物的摩尔使用量为原料摩尔用量的20～60％，三羟甲基丙烷的摩尔使用量为原料摩尔用量的0～30％；作为优选，两端为羟基的化合物和三羟甲基丙烷的摩尔用量分别为原料摩尔用量的30～60％，5～25％。催化剂用量为原料总质量的0～10wt％；作为优选，催化剂用量为原料总质量的0.5～5wt％。上述原料为两端为羟基的化合物、三羟甲基丙烷、巯丙基烷氧基硅烷之和，且三者摩尔用量之和为100％。(2)将三羟甲基丙烷、聚醚二醇和二异氰酸酯反应获得异氰酸酯封端的超支化聚氨酯，再将其与羟基丙烯酸酯反应，获得超支化聚氨酯改性丙烯酸酯；聚氨酯-丙烯酸酯是聚氨酯改性丙烯酸酯聚合物，其具有聚氨酯的耐磨、抗撕裂、抗曲挠性好等优点，以及丙烯酸酯的价廉、附着力好、可UV固化等优点。另外，超支化聚合物具有粘度低、多功能性和易成膜性等特点。具体步骤为：将三羟甲基丙烷和聚醚二醇经减压100～130℃/130mmHg除水分0.5～2h，于30℃～90℃先后滴加二丁基二月桂酸锡和二异氰酸酯，滴完后在30℃～90℃继续反应1～8h后，滴加羟基丙烯酸酯，反应0.5～12h，获得丙烯酸酯封端的超支化聚氨酯。所述三羟甲基丙烷的摩尔数为聚醚二醇摩尔数的0～30％，二异氰酸酯的使用量为异氰酸酯基摩尔数与三羟甲基丙烷和聚醚二醇中总的羟基摩尔比为1.05～6∶1，二丁基二月桂酸锡使用量为三羟甲基丙烷、聚醚二醇与二异氰酸酯总质量0.05wt％-1.0wt％，聚醚二醇为平均分子量100～5000的聚四亚甲基醚二醇、或者两端羟基的环氧乙烷和环氧丙烷的共聚物HO(C2H4O)x(C3H6O)yOH，其中0≤x/(x+y)≤1.0，10≤x≤80且本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种UV固化光学透明柔性材料，其特征在于，所述的透明柔性材料为透光率>95%，硬度大于等于4B，拉伸强度1MPa-3.5MPa的柔性有机硅材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种UV固化光学透明柔性材料，其特征在于，所述的透明柔性材料为透光率>95%，硬度大于等于4B，拉伸强度1MPa-3.5MPa的柔性有机硅材料。


2.一种如权利要求1所述的UV固化光学透明柔性材料的制备方法，其特征在于，所述的制备方法为以下步骤：
（1）将两端为羟基的化合物与巯丙基烷氧基硅烷反应，获得超支化有机硅巯基聚合物；
（2）将三羟甲基丙烷、聚醚二醇和二异氰酸酯反应获得异氰酸酯封端的超支化聚氨酯，再将其与羟基丙烯酸酯反应，获得超支化聚氨酯改性丙烯酸酯；
（3）将步骤（1）所得超支化有机硅巯基聚合物与步骤（2）所得的超支化聚氨酯改性丙烯酸酯混合均匀并经真空脱泡10~30min后，经UV固化10~180s，可得到光学透明柔性材料。


3.根据权利要求2所述的UV固化光学透明柔性材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）具体步骤为将两端为羟基的化合物、三羟甲基丙烷、与巯丙基烷氧基硅烷在酸性催化剂催化下，在100~160℃反应2~12h，获得超支化有机硅巯基聚合物。


4.根据权利要求2或3所述的UV固化光学透明柔性材料的制备方法，其特征在于，
所述两端为羟基的聚合物选自二元醇、聚醚二醇、两端羟基封端的聚硅氧烷中的一种或几种的混合物，
所述巯丙基烷氧基硅烷选自巯丙基三甲氧基硅烷、巯丙基三乙氧基硅烷中的一种或两种，或者是巯丙基三甲氧基硅烷、巯丙基三乙氧基硅烷中的一种或两种与巯丙基甲基二甲氧基硅烷、巯丙基甲基二乙氧基硅烷中的一种或两种的混合物；
所述酸性催化剂选自硫酸、醋酸、三氟甲磺酸、对甲苯磺酸、酸性大孔阳离子交换树脂中的一种或几种。


5.根据权利要求2或3所述的UV固化光学透明柔性材料的制备方法，其特征在于，两端为羟基的化合物的摩尔使用量为原料摩尔用量的20~60%，三羟甲基丙烷的摩尔使用量为原料摩尔用量的0...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨雄发，焦晓皎，刘江玲，程飞，吴于飞，范云鑫，
申请(专利权)人：杭州师范大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33