一种含锆纳米有机溶胶的制备方法及应用技术

本发明专利技术属于纳米压印技术领域，具体公开了一种含锆纳米有机溶胶的制备方法及应用。该材料由烷氧基锆在多种化合物保护下通过缩合反应和接枝反应制得。具体地，由烷氧基锆和含双键的β

【技术实现步骤摘要】
一种含锆纳米有机溶胶的制备方法及应用


[0001]本专利技术属于纳米压印
，涉及一种含锆纳米有机溶胶的制备方法及应用。

技术介绍

[0002]折射率 (RI) 是光学材料最重要和最基本的特性之一。近年来，高折射率聚合物在各种先进微纳光学器件中获得了越来越广泛的应用，然而目前大多数聚合物的折射率都无法满足性能要求。纳米压印技术，特别是紫外纳米压印技术，由于使用紫外线在室温下固化，加工效率高，现已成为工业化生产微纳光学器件的主流工艺。紫外纳米压印原理非常简单：将具有纳米级凸凹结构的透明模板压入预聚体薄膜中，紫外光固化后，聚合物发生交联，从粘稠液体转化为坚硬的三维网状结构，从而使得填充在模腔内的纳米结构定型。移去模板后即可在材料表面获得所需的纳米结构。
[0003]在聚合物中加入高折射率的无机纳米颗粒是提高聚合物折射率的有效方法，其中氧化锆纳米颗粒由于色浅、稳定性高，成为一种有潜力的候选方案。迄今为止，溶胶
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凝胶法、水热反应和溶剂热反应是最常用的合成纳米颗粒分散液的方法。此类文献数量巨大，例如文献1（Peter D. Southon, John R. Bartlett, James L. Woolfrey, Besim Ben
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Nissan, Formation and Characterization of an Aqueous Zirconium Hydroxide Colloid, Chem. Mater. 2002, 14（10）, 4313
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>4319）由硝酸氧锆溶液为原料，以碳酸锆作为碱促进反应，通过氧锆类物质之间的受控缩聚，形成纳米级氢氧化锆胶体颗粒。文献2（Iryna Chepurna，Roman Smotraev, Valentyn Kanibolotsky, Volodymyr Strelko，Colloidal and chemical aspects of nanosized hydrated zirconium dioxide synthesized via a sol
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gel process，Journal of Colloid and Interface Science，2011，356(2)，404
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411）以氯氧化锆溶液为前驱体，醋酸钠缓冲液为稳定剂，。对于通过在恒定 pH 值和不同摩尔比 NaOH/Zr = 1.3
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1.53 下均匀水解氧氯化锆制备的稳定水合氧化锆溶胶，平均粒径分别为 20 至 35纳米。文献3（CN109761274A，一种低温制备自稳定纳米氧化锆溶胶的方法）披露了采用氧氯化锆为原料，氨水为沉淀剂，乙二胺为助剂的体系，制备了自稳定纳米氧化锆溶胶。虽然溶胶
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凝胶法是制备锆系氧化物纳米溶胶的常用产业化方法，但是该方法用于制备高折射率紫外纳米压印胶时遇到了无法克服的困难，根本在于得到的溶胶是水性分散体系，无法与树脂
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有机溶剂体系相容。
[0004]水热法和溶剂热法也是实验室制备纳米颗粒的常用方法，将获得的纳米颗粒混入树脂中，同样可以提高折射率。但这类方法制备的纳米颗粒在制备时浓度低，需要高温长时间高温高压反应，反应后需要高速离心进行分离、之后需要用溶剂洗涤去除合成时所用的助剂、还需表面改性并重新分散在合适的溶剂，不仅耗时耗能，环境污染大，且成本极高，生产效率非常低下。此外，还可以将纳米粉体通过机械方法分散于介质中，从而减少在树脂中的团聚和改善分散性能，例如文献4（CN 101547866 B，氧化锆颗粒分散液、包含氧化锆颗粒的光固化性组合物以及固化膜）披露了一种氧化锆分散液，将氧化锆颗粒和金属络合物通过球磨分散在分散介质中，用于制备透明高折射率的固化膜。该方法需要长时间的球磨，能
耗大，且透过率低于90% ，难以满足高性能光学器件的要求。
[0005]因此，开发一种环保、高生产效率、低成本的纳米颗粒制备方法对高折射率纳米压印胶具有重要的意义。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对目前现有技术无法廉价、高效地制备高浓度含锆纳米有机溶胶的缺点，提供了一种含锆纳米有机溶胶的制备方法，在有机单体的接枝和保护下受控缩合而得含锆纳米有机溶胶，该含锆纳米有机溶胶可以用于制备高折射率紫外固化纳米压印胶。
[0007]实现本专利技术目的的技术解决方案是：一种含锆纳米有机溶胶的制备方法，由烷氧基锆和含双键的β
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二酮进行螯合反应引入双键；含邻苯基苯氧基的化合物进行反应在侧链上引入芳香环提高纳米颗粒与有机单体和溶剂的相容性；通过缓慢地水解缩合反应逐步形成纳米颗粒，可溶解在有机溶剂中获得透明溶液，该溶液与有机树脂复配后得到的高折射率紫外光固化树脂既可用于紫外纳米压印，也可用于制备高折聚合物涂层。
[0008]含锆纳米有机溶胶具体由以下步骤制得：1）将烷氧基锆、含双键的β
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二酮在常温下混合均匀并搅拌至透明；2）加入含邻苯基苯氧基的化合物，继续搅拌至透明；3）缓慢加入去离子水，并继续常温搅拌；4）进行真空旋蒸；5）冷却后，加入有机溶剂获得含锆纳米有机溶胶。
[0009]较佳的，步骤1）中，烷氧基锆为正丁醇锆。
[0010]较佳的，步骤1）和2）中，烷氧基锆、含双键的β
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二酮及含邻苯基苯氧基的化合物的摩尔比为10：1：1。
[0011]较佳的，步骤3）中，去离子水和烷氧基锆的摩尔比为1:5~1:0.5。
[0012]较佳的，步骤3）中，搅拌时间为0.5~72小时。
[0013]较佳的，步骤4）中，旋蒸温度为50~160度，旋蒸时间为2 ~24小时，真空度为
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0.09~
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0.098MPa；较佳的，步骤5）中，有机溶剂选自苯甲醚、甲苯、二甲苯、氯苯、乙二醇单甲醚、甲基丙烯酸甲酯、丙二醇甲醚醋酸酯或甲基丙烯酸叔丁酯中的一种。
[0014]本专利技术还提供了一种含锆纳米有机溶胶在制备紫外固化纳米压印胶的聚合物薄膜中的应用，将紫外光固化树脂与光引发剂一起溶于含锆纳米有机溶胶中，并根据所需膜厚进行相应的稀释，获得所述紫外固化纳米压印胶。
[0015]较佳的，光引发剂选自2
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羟基
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甲基苯基丙烷
‑1‑
酮、1
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羟基环已基苯基甲酮、2
‑
甲基
‑1‑
(4
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甲硫基苯基)
‑2‑
吗啉基
‑1‑
丙酮中的一种或几种。
[0016]本专利技术还提供了一种含锆纳米有机溶胶在制备紫外固化纳米压印胶的聚合物薄膜中的应用，将所述紫外固化纳米压印胶旋涂于衬底之上，紫外光固化一定时间后，获得聚合物薄膜。
[0017]本专利技术还提供了一种含锆纳米有机溶胶在制备紫外固化纳米压印胶的高折压印结构中的应用，将所述紫外固化纳米压印胶旋涂于衬底之上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含锆纳米有机溶胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1）将烷氧基锆、含双键的β
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二酮在常温下混合均匀并搅拌至透明；2）加入含邻苯基苯氧基的化合物，继续搅拌至透明；3）缓慢加入去离子水，并继续常温搅拌；4）进行真空旋蒸；5）冷却后，加入有机溶剂获得含锆纳米有机溶胶。2.根据权利要求1所述的一种含锆纳米有机溶胶的制备方法，其特征在于，步骤1）中，烷氧基锆为正丁醇锆。3.根据权利要求1所述的一种含锆纳米有机溶胶的制备方法，其特征在于，步骤1）和步骤2）中，烷氧基锆、含双键的β
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二酮及含邻苯基苯氧基的化合物的摩尔比为10：1：1。4.根据权利要求1所述的一种含锆纳米有机溶胶的制备方法，其特征在于，步骤3）中，去离子水和烷氧基锆的摩尔比为1:5~1:0.5，搅拌时间为0.5~72小时。5. 根据权利要求1所述的一种含锆纳米有机溶胶的制备方法，其特征在于，步骤4）中，旋蒸温度为50~160度，旋蒸时间为2 ~24小时，真空度为
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0.09~
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0.098MPa。6.根据权利要求1所述的一种含锆纳米有机溶胶的制备方法，其特征在于，步骤5）中，有机溶剂选自苯甲醚、甲苯、二甲苯、氯苯、乙二醇单甲醚、甲基丙烯酸甲酯、丙二醇甲醚醋酸酯或甲基丙烯酸叔丁酯中的一种。7.如权利要求1所述含锆纳米有机溶胶在制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡昕，邓萌萌，
申请(专利权)人：璞璘科技杭州有限公司，
类型：发明
国别省市：