一種玻璃/pmma微納界面結構層合材料製備方法
2023-06-10 13:25:36 3
專利名稱：一種玻璃/pmma微納界面結構層合材料製備方法
技術領域：
本發明涉及ー種玻璃/PMMA層合材料製備方法，尤其涉及ー種玻璃/PMMA微納界面結構層合材料製備方法。
背景技術：
玻璃(無機)具有較好的硬度、強度、光學性能以及化學穩定性，但脆性大、抗衝擊性能差；而有機玻璃(聚甲基丙烯酸甲酷，PMMA)容易成型，有良好的韌性和抗衝擊性，但硬度低、表面易劃傷、易老化。有機-無機層合材料兼顧了玻璃硬度高、耐高溫、耐腐蝕和有機玻璃輕質、抗衝擊、易成型等優點，在強度、減重、耐高溫、抗衝擊、長壽命等方面獲得最佳優化組合，可以替代傳統透明材料，應用於飛機風擋、防彈門窗、汽車玻璃、高檔建築透明地板等領域。由於玻璃與有機玻璃的彈性模量和熱膨脹係數相差ー個數量級，熱壓層合過程中出現很高的玻璃層熱應力和層間界面應カ(界面正應カ和界面剪切應力)。在使用過程中層合材料承受環境溫度和外部載荷作用，產生往復疲勞變形，一段時間之後界面容易出現脫膠。界面脫膠失效的主要原因是層間剪切失效，失效位置位於層合界面邊沿位置。提高玻璃/有機玻璃的界面粘結強度，降低界面應カ，對於防止界面脫膠至關重要。現有技術主要利用界面改性(増大界面粘結カ！)改善界面粘接性能，但容易導致界面抗剪切性能和抗衝擊性能降低(歐迎春，馮海兵，藍知惟，等，「聚氨酯膠片與有機玻璃界面粘結強度的研究」，武漢理工大學學報，2009，31，103-105。)，因此，有必要從界面結構的角度，重新審視界面脫月父失效的解決途徑。ニ氧化矽多孔薄膜已成功應用於亞微米高速集成電路、光學器件、催化、分離、隔熱和保溫以及納米複合材料領域。通過選擇不同原料和製備エ藝，孔徑從納米尺度到微米尺度連續可調。CN1272245公開了用聚こ烯醇作為模板製備ニ氧化矽多孔薄膜的方法，孔徑分布在2-100 nm範圍。Dongjiang Yang等人以聚甲基氫矽氧烷和正矽酸こ酯為原料，製備出孔徑在50-500 nm之間可調的多孔ニ氧化矽，且薄膜疏水性能可控(D J Yang, Y Xu, WJ Xuj et al. Tuning pore size and hydrophobicity of macroporous nybrid silicaiiims with high optical transmittance by a non-template route. Journa丄 ofMaterials Chemistry, 2008，18，5557 - 5562·)。Yong Liu 等人通過玻璃與鹽酸和雙氧水發生水熱反應(Y Liuj H Wangj Y C Wang,et al. A non-template hydrothermal routeto uniform 3D macroporous films with switchable optica丄 properties. Journal 01Non-Crystalline Solids, 2011, 357，1768 - 1773.)，在玻璃表面形成孔徑 1-7 mm 的ニ氧化矽大孔薄膜。通過在玻璃/有機玻璃界面上引入孔徑為微米/納米尺度的ニ氧化矽多孔薄膜，由於ニ氧化矽薄膜與玻璃之間主要化學成分(SiO2)和化學鍵相似，界面結合強度高，能夠形成硬膜層；與此同吋，多孔ニ氧化矽的孔道増大了玻璃/有機玻璃界面粘接的有效面積，改善界面粘接性能。玻璃/PMMA界面由原來的ニ維平面結構轉變為三維微納結構(PMMA進Λ SiO2孔道中)，降低了界面剪切應力，改善界面抗老化和抗疲勞性能，從而有助於提升玻璃/有機玻璃層合材料的可靠性和使用壽命。
發明內容
本發明的目的在於通過在玻璃表面引入微納尺度孔徑的多孔ニ氧化矽薄膜，改進玻璃/有機玻璃界面結構，利用多孔膜開孔孔道內的PMMA預聚體聚合，製備出具有微納界面結構的玻璃/PMMA層合材料。本發明的目的是這樣實現的，其特徵是方法步驟為 1)利用聚甲基氫矽氧烷(PMHS)和正矽酸こ酯(TEOS)在こ醇溶劑中鹼性條件下水解，製備出固含量為10%的SiO2溶膠，並塗覆於玻璃表面，在真空下固化，製備出SiO2多孔薄膜；
2)將甲基丙烯酸甲酯單體(ΜΜΑ)、增塑劑鄰苯ニ甲酸ニ丁酯(DBP)以及引發劑過氧化苯甲醯(BPO)按照一定比例混合後預聚，製備出聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)預聚體；
3)在多孔SiO2薄膜表面塗覆PMMA預聚體，並置於真空下50°C熱處理1_7h ；
4)在高壓氮氣氣氛下進行熱處理聚合，製備出具有微納界面結構的玻璃/PMMA層合材料。所述的TEOS與PMHS的質量比為I 10，鹼性條件為溶液酸鹼度pH=10 ；
所述的玻璃材質為鈉鈣矽玻璃或鋁矽酸鹽玻璃；
所述的SiO2多孔薄膜塗覆方式為旋塗法，旋塗轉速1000 3000 rpm，真空固化溫度60-80 V ；
所述的PMMA預聚體的原料MMA、DBP、BPO的質量比為92. 9 :0. 3 :6. 8，預聚溫度為85°C,預聚時間10-30 min ；
所述的PMMA預聚體塗覆方式為旋塗，旋塗轉速為500 1000 rpm。所述的氮氣氣壓為I. I 2. O MPa，熱處理聚合エ藝條件為90-100で保溫I h。本發明的優點在於(1)利用PMHS和TEOS為原料，在玻璃表面製備出孔徑在
O.2 2 mm之間可調的多孔ニ氧化矽薄膜；(2)通過多孔ニ氧化矽孔道中的PMMA預聚體聚合，不僅形成三維微納界面結構，而且玻璃通過多孔ニ氧化矽薄膜與有機玻璃的界面接觸面積大幅度提高，界面粘接性能、抗衝擊性能以及抗老化和抗疲勞性能得到顯著改善；(3)由於孔道內的SiO2與PMMA兩種成分形成折射率梯度層，有利於降低界面光反射，層合材料的透明度高達92%，確保符合航空透明件和民用建築玻璃、汽車玻璃的高透明性要求。
具體實施例實施例I
以質量比為5的TEOS和PMHS為原料，在こ醇溶劑中PH=IO條件下水解，製備固含量為10%的SiO2溶膠，並塗覆於3 mm厚的鈉鈣矽玻璃表面，在真空下80で固化，製備出SiO2多孔薄膜。將本體聚合法合成的PMMA預聚體塗覆於多孔薄膜上，在真空下50°C預熱處理2小時，然後在氣壓為I. 5 MPa的氮氣氣氛下95で保溫I h，製備出玻璃/PMMA層合材料。試樣橫斷面的掃描電子顯微鏡分析表明，SiO2厚度為560 nm，孔徑尺寸為200-340 nm ;紫外可見分光光度計測試表明玻璃/PMMA層合材料(總厚度3. I mm)的透明度為92% (550 nm)。
實施例2
以質量比為I的TEOS和PMHS為原料，在こ醇溶劑中pH=10條件下水解，固含量為10%的SiO2溶膠，並塗覆於3 mm厚的鈉鈣矽玻璃表面，在真空下80で固化，製備出SiO2多孔薄膜。將本體聚合法合成的PMMA預聚體塗覆於多孔薄膜上，在真空下50°C預熱處理2小吋，然後在氣壓為2. O MPa的氮氣氛下95で保溫I h，製備出玻璃/PMMA層合材料。試樣橫斷面的掃描電子顯微鏡分析表明，SiO2厚度為I. 6 _，孔徑尺寸為O. 6-1. 2 mm ;紫外可見分光光度計測試表明層合材料(總厚度3. I mm)的透 明度為90% (550 nm)。
權利要求
1.ー種玻璃/PMMA微納界面結構層合材料製備方法，其特徵是エ藝步驟為 1)利用聚甲基氫矽氧烷(PMHS)和正矽酸こ酯(TEOS)在こ醇溶劑中鹼性條件下水解，製備出固含量為10%的SiO2溶膠，並塗覆於玻璃表面，在真空下固化，製備出SiO2多孔薄膜； 2)將甲基丙烯酸甲酯單體(MMA)、增塑劑鄰苯ニ甲酸ニ丁酯(DBP)以及引發劑過氧化苯甲醯(BPO)按照一定比例混合後預聚，製備出聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)預聚體； 3)在多孔SiO2薄膜表面塗覆PMMA預聚體，並置於真空下50°C熱處理1_7h ； 4)在高壓氮氣氣氛下進行熱處理聚合，製備出具有微納界面結構的玻璃/PMMA層合材料。
2.根據權利要求I所述的玻璃/PMMA微納界面結構層合材料製備方法，其特徵在於TEOS與PMHS的質量比為I 10，鹼性條件為溶液酸鹼度pH=10。
3.根據權利要求I所述的玻璃/PMMA微納界面結構層合材料製備方法，其特徵在於玻璃材質為鈉鈣矽玻璃或鋁矽酸鹽玻璃；Si02多孔薄膜塗覆方式為旋塗法，旋塗轉速1000 3000 rpm，真空固化溫度60-80で。
4.根據權利要求I所述的玻璃/PMMA微納界面結構層合材料製備方法，其特徵在於PMMA預聚體的原料MMA、DBP、BP0的質量比為92. 9 :0. 3 :6. 8，預聚溫度為85で，預聚時間10-30 min。
5.根據權利要求I所述的玻璃/PMMA微納界面結構層合材料製備方法，其特徵在於PMMA預聚體塗覆方式為旋塗，旋塗轉速為500 1000 rpm。
6.根據權利要求I所述的玻璃/PMMA微納界面結構層合材料製備方法，其特徵在於氮氣氣壓為I. I 2. O MPa，熱處理聚合エ藝條件為90-100°C保溫I h。
全文摘要
本發明涉及複合材料領域，具體涉及一種玻璃/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微納界面結構層合材料製備方法。本發明包括以下步驟(1)利用聚甲基氫矽氧烷和正矽酸乙酯在鹼性條件下水解獲得二氧化矽溶膠，塗覆於玻璃表面，製備出孔徑在0.2-2mm的二氧化矽多孔薄膜；(2)將甲基丙烯酸甲酯單體、增塑劑以及引發劑按照一定比例混合後預聚，製備出PMMA預聚體；(3)在二氧化矽薄膜表面塗覆預聚體，並置於真空下熱處理；(4)在高壓氮氣氣氛下進行熱處理聚合，製備出具有微納界面結構的玻璃/PMMA層合材料。這種層合材料具有高透明度、抗衝擊、抗疲勞、耐老化等優異性能。
文檔編號B32B5/18GK102659322SQ201210097810
公開日2012年9月12日 申請日期2012年4月6日 優先權日2012年4月6日
發明者劉望子, 盧金山 申請人:南昌航空大學