[发明专利]一种POSS丙烯酸酯/对乙烯基苄叠氮共聚物涂层材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于涂层材料和表面改性技术领域，涉及一种POSS丙烯酸酯/对乙烯基苄叠氮共聚物涂层材料及其制备方法，尤其是一种含POSS组分且可通过叠氮基团快速交联的表面改性材料。

背景技术

多面体低聚倍半硅氧烷（Polyhedral Oligomeric Silsesquioxane，简称POSS）是一类笼状结构的有机/无机杂化分子，具有超疏水性、大位阻效应及纳米尺度。凭借单体结构的多样化及其纳米级尺寸而被寄希望于构筑新型材料，使其具备良好的热性能、机械性能、抗氧化性能等，从而拓展POSS在功能材料中的新性能和新应用。

叠氮基团对热和紫外光比较敏感，在热或紫外光的作用下叠氮基团可以生成高反应活性的氮宾基团，氮宾基团几乎可以与邻近分子的任意C-H或C=C键反应，甚至可以插入O-H或N-H键中，因此可被用作交联材料或表面改性材料的高效基团；此外，改变共聚单体种类，通过叠氮基团的反应可以制备出不同功能的高分子材料。相对于常见的硅烷偶联剂，叠氮基团有更高的反应活性，只需紫外光的短时间的照射，就可实现以共价键的形式结合到基体表面。

可逆加成-断裂链转移聚合（Reversible Addition-Fragmentation Chain Transfer Polymerization，简称RAFT聚合），是活性/可控自由基聚合（CRP）的一种。RAFT聚合可适用的单体范围广，所得产物单分散性好，十分有利于含特殊官能团烯类单体的聚合反应，对于功能型POSS聚合物的合成具有重要作用。

近年来，聚合物涂层材料的研究一直是热点。中国专利CN102181218报道了一种新型聚合物防腐涂层材料，通过选用聚氨酯改性环氧树脂并加入其他助剂，制备出成本低、具有优异防腐耐磨性等性能的涂层。中国专利CN102040901报道了一种聚合物耐磨涂层材料，通过加入聚氨酯改性环氧树酯粘结剂来粘结不同粒度的碳化硅、电熔亚白刚玉等，制备出成本低，具有优异耐磨性、耐腐蚀性、耐气蚀性的涂层。Wei-Gang Ji等人（Surface&Coatings Technology，2007,201:4789-4795）在铝板基体上涂覆硅烷试剂，在有机锡催化下使其与环氧树脂胺固化剂发生接枝反应，从而制得抗腐蚀性好、低电容、疏水的涂层。

目前，以含POSS聚合物为涂层材料的文献并不多见。中国专利CN101024751报道了一种含POSS丙烯酸酯共聚物的涂层材料，通过POSS丙烯酸酯单体与（甲基）丙烯酸酯类单体进行自由基共聚后作为改性剂加入到树脂中，经过紫外光固化后得到具有高强度的涂层材料。Eric Devaux等人（Fire and Materials,2002,26:149-154）制备出聚氨酯和POSS的共聚物，利用POSS聚合物的优异性能，得到阻燃性能高和热性能稳定的涂层材料。而有关含叠氮基团的POSS共聚物涂层材料及其制备方法的研究尚未见报道。

本发明提出一种POSS丙烯酸酯/对乙烯基苄叠氮共聚物涂层材料及其制备方法，该材料同时含POSS组分和叠氮反应基团，且在紫外光照下可快速交联。首先合成含叠氮基团的苯乙烯类单体，再通过RAFT活性聚合方法使之与POSS（甲基）丙烯酸酯类单体共聚，得到POSS丙烯酸酯/对乙烯基苄叠氮共聚物。本发明利用叠氮基团的反应性，即在紫外光辐照条件下分解生成具有极高反应活性的氮宾基团，来快速实现以共价键的形式将POSS组分连接到玻璃、棉纤维或薄膜表面，从而获得具有一定疏水性且热稳性和附着力高的涂层材料，起到对基底表面改性的作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种POSS丙烯酸酯/对乙烯基苄叠氮共聚物涂层材料及其制备方法。

所述的POSS丙烯酸酯/对乙烯基苄叠氮共聚物涂层材料由POSS（甲基）丙烯酸酯类单体和含叠氮基团苯乙烯类单体通过RAFT方法共聚而成，经紫外光照交联和溶剂挥发后成膜。

所述的POSS丙烯酸酯/对乙烯基苄叠氮共聚物的结构图如下：

其中R为POSS顶角有机基团，m为POSS（甲基）丙烯酸酯的聚合度，n为苯乙烯苄叠氮的聚合度。

所述POSS官能顶角基团为（甲基）丙烯酸酯基，其余七个顶角R基为异丁基或苯基。

所述的POSS丙烯酸酯/对乙烯基苄叠氮共聚物的POSS（甲基）丙烯酸酯的聚合度范围为15~25，苯乙烯苄叠氮的聚合度范围为80~100，共聚物分子量为25000~45000g/mol。

所述的POSS丙烯酸酯/对乙烯基苄叠氮共聚物制备方法如下：