[发明专利]有机/无机杂化材料及其形成方法

说明书

技术领域

本明涉及有机/无机杂化材料(hybrid material)及其形成方法，更具体地涉及与金属寡聚物有关的有机/无机杂化材料及其形成方法的应用，应用领域涵盖：高取光效率LED封装材料、薄型轻量化近视/远视镜片、轻巧投影机光学镜头(lens)、高亮度LCD棱镜膜、太阳能电池折射光电转换镜、或照相手机/数字相机镜片。 

背景技术

材料科学大致可分类为有机材料与无机材料两大类。有机高分子具有较佳的延展性，也较易成型，而无机材料有较佳的机械强度、耐化学性以及热稳定性。近几年来，如何将两种材料整合进而使材料具有有机/无机材料的优点，一直是本领域技术人员关心的课题，以下将分别介绍光学级有机/无机杂化材料的开发现状。 

(1)高玻璃化转变温度(以下简称Tg)的光学级聚甲基丙烯酸甲脂(Polymethyl Methacrylate，以下简称PMMA)材料的开发： 

对于高性能、光学材料用的高Tg/低吸湿PMMA共聚物材料的开发，其研究方法首先是对基本共聚单体组成物及其物性进行评估。要从许多具有提高产品Tg及降低吸湿性的众多单体中筛选出最适宜单体，在各项不同的评估因素中，最主要有三项考虑。第一：单体的成本及获取的容易度；许多聚合单体虽可以大幅度提高产品的热性质，但其价格昂贵且无量产的商品来源，这将对产品的量产化造成莫大的不确定性，所以在选择各项使用的单体时，将以此作为最重要的参考因素。但在特殊情况下，例如有些特殊的价廉单体却能在相当低的使用添加量(低成本)下即可大幅度提高产品的性质，此点非常值得进行讨论，且为本研究的主要重点。第二：单体本身对最终产品物性不能造成太大影响，如透光率、双折射率、黄变性、成形加工性和蓝光透光率等因素应该严格考查。第三：单体对反应制程及反应设计的特定影响，包括反应的条件，反应相对应的设备的耐腐蚀性、 操作便利性及单体本身是否具有毒性、恶臭及易燃性等各项因素。 

在过去针对提高PMMA的Tg的研究论文及专利中，通常以导入较为坚硬及具有空间位阻侧链的单体与MMA单体共聚，由此提高其玻璃化转变温度。例如现有技术中提高PMMA的Tg的共聚单体有三环癸基甲基丙烯酸(Tricyclodecyl methacrylic acid)、三环癸基丙烯酸(Tricyclodecyl acrylicacid)、环己基甲基丙烯酸(Cyclohexyl methacrylic acid)、正十八烷基甲基丙烯酸(n-octadecyl methacrylic acid)、或降冰片基甲基丙烯酸(Norbornylmethacrylic acid)等具有空间位阻型侧基的压克力类单体，将其与MMA进行共聚合反应，但其缺点为共聚合组成添加量甚高，至少需70mol％以上才能将PMMA的Tg提高到120℃以上。由于这些具有空间位阻侧基的单体的价格并不便宜，因此非常不符合经济效益。另外，由于PMMA本身的特征官能团为羰基，具有非常强的偶极作用力，根据本实验室之前的研究发现，如果高分子具有羰基，而另一个共聚物单体若无法提供有效的分子作用力的话，则将严重降低这些共聚高分子的玻璃化转变温度。因此在过去的研究结果，大都不能以成本较低的共聚单体来有效提高PMMA的玻璃化转变温度。因此本研究将从高分子间的分子间作用力出发，利用PMMA本身为氢键的受体，导入另一氢键授体的共聚高分子，由此期望能利用氢键作用力来大幅度提高PMMA的玻璃化转变温度。在过去的许多文献中曾提及，利用氢键作用力将能有效降低高分子的自由体积，进而增加高分子的玻璃化转变温度。但由于氢键的引入会大幅度提高高分子基材的吸水率，因此本研究由此将再导入另一氢键的稀释剂，如价廉的苯乙烯，期望能降低整体共聚合高分子的吸水率，同时降低成本。 

(2)有机/无机杂化材料技术开发： 

目前制作高折射率材料主要以物理混掺(blending)或化学溶胶-凝胶法(sol-gel)将高折射率的金属氧化物导入高分子基材中。通过物理力量分散的方法往往限制无机粉体在高分子基材中的含量，无法有效提高材料的折射率与透光性。 

另一种溶胶-凝胶法将金属醇盐、非金属醇盐或无机盐与有机高分子溶于酸性溶液，该盐类水解后与有机高分子形成溶胶-凝胶态的材料。 

如JP2002516249-W与JP2000344504-A两篇专利中所公开的，以溶胶-凝胶方式得到混掺TiO2的高分子，是将无机前驱物单体与有机单体、表面 改性剂一起溶于溶剂中，进行水解-缩合反应后形成微粒，再透过聚合反应以得到折射率＞1.5的产物。