[发明专利]无机-有机混合组合物及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及无机-有机混合材料。更具体地，本发明涉及无机-有机混合组合物、通过固化该组合物制备的膜及其用途，所述组合物含有使用具有氨基甲酸酯键的二醇(甲基)丙烯酸酯化合物的有机组分和无机组分，并且其可用于各种领域，例如硬涂料、油漆、油墨、涂料材料、膜材料、粘合剂材料、光学材料、防锈涂料材料和导电涂料材料。预期这种无机-有机混合材料适用于宽泛的众多领域，例如光学、机械、化学、电子和电气及活体。

背景技术

无机-有机混合材料一般为相同或不同种类材料的复合材料，并且包括称为共混材料、复合材料、微米复合材料、纳米复合材料、混合物、微米混合物、纳米混合物、纳米复合物材料、分子复合材料、分子复合物材料等的那些。正在开发各种来自仅是混合在纳米水平，或甚至分子或原子水平结合的那些材料的这种材料。

最近，除了有机和无机材料的组成外，材料的结构或构造，即材料内的孔隙，例如微孔或中孔，也通过混合各种材料得到控制，以调节各种性能，例如机械强度、光学性能、耐溶剂性、耐水性、透气性、气体吸收/解吸、折射率、介电性、磁性、荧光性、导电性、生物相容性、亲水性/疏水性、防晕性能和防锈性能，以及诸如成型性和加工性的特性。这导致显示多种多样功能的材料的发展。

许多具有有机聚合物基体的无机-有机混合材料(其中无机组分均匀分散在有机聚合物中)拟提供改进的动力学性能、耐热性等性能，同时保持有机聚合物的特性，例如成型性、重量轻、耐腐蚀和耐久性。有机聚合物可以是聚酰胺、聚苯乙烯、聚丙烯、丙烯酸系树脂、环氧树脂等。另一方面，作为无机组分，烷氧基硅烷、层状粘土矿物、金属氧化物、细金属颗粒等在考虑之列。最近，诸如富勒烯和碳纳米管的新材料也被考虑用作无机组分。

许多具有无机组分基体的无机-有机混合材料(其中有机分子负载在或结合在通过溶胶-凝胶方法获得的金属氧化物的基体上)拟改进金属氧化物的性能，例如脆性、透射性和光学特性，同时表现有机分子的性能。在这种材料中，有机分子或低分子量低聚物通常借助相对弱的键，例如范德华力或氢键被限制在无机组分基体中。

最近的研究进一步探究了制备无机-有机混合材料，然后除去有机组分，以由此控制无机材料的构造，即将其制成多孔的或调节其孔尺寸，或者使用有机分子作为模子制备具有独特结构、构造或孔隙度的材料。

作为具有特有结构的无机-有机混合材料，提议将各种有机分子插在无机层状材料的层之间的材料，所述无机层状材料为例如石墨、粘土矿、溶胀性层状硅酸盐、蒙脱石、过渡金属硫属元素化合物或磷酸锆。借助负载在无机层状材料的层之间的官能性有机分子来改进这些材料的性能例如光电或催化功能的研究正在进行。另外，还研究了所谓的官能性分级材料，其中通过调节材料内有机与无机组分的比率在内部控制材料的性能。

普通的合成树脂，例如丙烯酸系、聚碳酸酯和PET树脂，由于其各种优异的性能，例如透明性和成型性，而广泛用于各种领域，包括IT领域，但是由于它们的表面硬度和耐热性不足，在耐久性方面具有问题。为了克服这一缺点，通常在表面上处理合成树脂以改进耐磨性。典型地，将无机或有机涂料组合物施加在合成树脂的表面上并固化以形成具有良好耐磨性的膜。

作为这种涂料组合物，专利出版物1-5公开了含有有机烷氧基硅烷、胶态二氧化硅和其它混合物的水解缩合物的组合物，专利出版物6公开了含有四烷氧基硅烷和有机三烷氧基硅烷的水解缩合物的组合物。另外，作为具有改进的粘合性的涂料组合物，专利出版物7提出了由有机三羟基硅烷、胶态二氧化硅、聚硅氧烷-聚醚共聚物、脂族醇和众多能够腐蚀塑料的水混溶性极性溶剂组成的组合物，专利出版物8提出了由主要含有苯基三羟基硅烷的有机三羟基硅烷、胶态二氧化硅和固体调节剂组成的组合物。

这些涂料组合物当在玻璃上形成涂膜时提供良好的耐久性。但是，当这些涂料组合物在合成树脂上形成膜时，特别是当胶态二氧化硅在涂料组合物中的含量增加时，或当加入四官能烷氧基硅烷以改进耐磨性时，所得涂膜在耐久性试验如耐湿度试验、热冲击试验、室外曝光和日光型老化试验机中的加速曝光中可能破裂或从合成树脂基材剥落。

专利出版物9提出了使用具有亲水性软段的聚氨酯、可水解的烷氧基硅烷和含有溶解在低级醇中的催化剂的任选醇溶胶制备无机-有机混合物的方法。专利出版物10提出了通过使具有异氰酸酯基团的金属烷氧基硅烷与在两端具有羟基的多元醇反应，然后通过溶胶-凝胶方法与烷氧基钛反应制备无机-有机混合材料的方法。