[发明专利]一种纳米TiO2/硅树脂杂化透明复合材料的制备方法

说明书

 

技术领域    

本发明涉及一种溶胶-凝胶法制备纳米TiO₂/硅树脂杂化透明复合材料的制备方法，属有机硅树脂复合材料技术领域。

背景技术    

有机硅树脂具有优良的透明性、耐高低温性、耐候性、绝缘性及疏水性等优点，但是由于分子间引力小，有效交联密度低，因此一般的机械强度（弯曲、 抗张、冲击、耐擦伤性等）较弱，限制了其广泛应用。目前，大功率LED 封装材料存在成本高、耐紫外老化性能差等缺点，因此开发出一种综合性能优良的大功率LED 封装材料是当前材料科学研究中的重要课题。而硅树脂由于具有诸多优点而成为 LED 封装材料的理想选择，利用硅树脂作为大功率LED的封装材料的研发重点和难点在于如何使其具有较高的耐热性、透光性、耐紫外线辐射性能的同时改善其物理机械强度。溶胶-凝胶法作为低温或温和条件下合成纳米粒子的重要方法，在化学合成中占有重要地位，在制备玻璃、陶瓷、薄膜、纤维、复合材料等方面获得重要应用。利用溶胶-凝胶法将纳米颗粒与聚合物基体原位复合，制备出综合性能优异的有机/无机杂化材料是改善硅树脂机械强度的一个重要途径。

发明内容    

本发明的目的是，提供一种溶胶-凝胶法制备纳米TiO₂/硅树脂杂化透明复合材料的制备方法，该方法制备的杂化材料不但具有较高的透光性和耐热性，还具有良好的紫外屏蔽、耐老化性能和机械强度。

实现本发明的技术方案是，本发明利用溶胶-凝胶法将纳米颗粒与聚合物基体原位复合，制备出综合性能优异的有机/无机杂化材料。

一种溶胶-凝胶法制备纳米TiO₂/硅树脂杂化透明复合材料的制备方法包括以下步骤：

（1）具有三官能团的烷氧基有机硅（A）与具有二官能团的烷氧基有机硅（B）分别与乙烯基双封头和含氢双封头在水解促进剂离子交换树脂的催化下与去离子水发生水解反应，分别制备出乙烯基苯基硅树脂预聚体和苯基含氢硅树脂预聚体。

（2）钛酸四丁酯与无水乙醇和冰乙酸混合得到溶液（C）；无水乙醇和去离子水混合得到溶液（D）；一定温度下，将（D）溶液滴加到（C）溶液中，随后添加KH-570于反应体系中，制得表面经接枝改性的透明纳米TiO₂溶胶。

（3）将表面经接枝改性的透明纳米TiO₂溶胶原位复合于乙烯基苯基硅树脂预聚体当中，再添加一定比例的苯基含氢硅树脂预聚体，在铂催化剂的作用下进行硅氢加成室温固化，最终得到透明的纳米TiO₂/加成型硅树脂杂化透明材料。

在本发明步骤（1）中，组分（A）三官能团有机硅氧烷和组分（B）二官能团有机硅氧烷与去离子水反应一段时间之后，再分别加入乙烯基双封头和含氢双封头继续反应，直到水解完全。

在本发明方法步骤（1）中，所选择的三官能团有机硅氧烷与二官能团有机硅氧烷和乙烯基双封头的比例为1∶（0.3－0.6）∶（0.1－0.3），优选比例为1∶0.33∶0.15。

在本发明方法步骤（1）中，所选择的三官能团有机硅氧烷与二官能团有机硅氧烷和含氢双封头的比例为1∶（0.3－0.6）∶（0.08－0.15），优选比例为1∶0.33∶0.1。

三官能团有机硅氧烷组分（A）优选为甲基三乙氧基硅烷，可以是甲基三甲氧基硅烷或苯基三乙氧基硅烷，或者可以是符合下列通式的一种或几种：

                                                                                 

其中X为甲基、苯基或乙烯基基团。

二官能团有机硅氧烷组分（B）优选为二苯基二甲氧基硅烷，可以是二苯基二乙氧基硅烷或二甲基二乙氧基硅烷或者可以是符合下列通式的一种或几种：

                                 

其中X为甲基、苯基或乙烯基基团。

本发明得到的纳米TiO₂/加成型硅树脂杂化透明材料固化方式为室温固化。