[发明专利]聚硅氮烷涂覆溶液及制备含金属氧化物-SiO2复合涂层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种含金属元素的聚硅氮烷涂覆溶液及其用于制备高透明含金属氧化物-二氧化硅复合涂层的方法，属于材料技术领域。

背景技术

金属氧化物-二氧化硅(SiO₂)复合涂层以其化学稳定性好、电性能及力学性能优良，且对可见及近红外光均有较好的透光性等优点在光学、微电子学、光催化、防腐蚀等领域得到广泛的应用。如SiO₂/TiO₂复合涂层常被用于增透涂层、减反射涂层、高反射涂层、半导体器件的绝缘涂层、光波导薄膜等；SiO₂/ZrO₂及SiO₂/HfO₂复合涂层在抗氧化涂层、半导体器件的中间层电介质方面着广泛的应用，另外SiO₂/ZrO₂涂层在耐火涂层领域也已崭露头角；SiO₂/ZnO涂层则具有优异的抗腐蚀性能。

制备金属氧化物-SiO₂复合涂层的传统方法主要包括溶胶-凝胶法、物理气相沉积法、化学气相沉积法以及电化学沉积法等，但这些传统方法均存在一些固有的缺点，如物理气相沉积、化学气相沉积以及电化学沉积这三类制备涂层方法需要特殊设备，制备工艺比较复杂，成本高，不利于大规模制备及应用；溶胶-凝胶法虽然无需特殊贵重的设备，成本相对较低，但其缺点在于涂层与基体的附着力差，另外在涂层制备过程中需严格控制pH值、水的加入量等，否则制备的涂层容易发生龟裂，甚至在未涂覆之前，溶胶快速凝胶，产生沉淀，无法实施涂覆。因此对于高透明金属氧化物-SiO₂复合涂层的制备，目前还没有一种制备工艺相对简单，适于大规模制备的方法。

CN1694936A公开了一种涂覆溶液，其包含0.1至35重量%具有如式2所示的重复单元，并可溶于溶剂中的无机或有机聚硅氮烷和以纯的聚硅氮烷含量为基准计的0.1至10重量%催化剂(如4,4′-三亚甲基双(1-甲基哌啶))。借由将涂覆溶液施用到基材(如金属、塑料、玻璃、陶瓷、木材、水泥、灰浆、砖等)的表面上,可形成强粘合到基材上的SiO₂涂层,其在耐腐蚀性和抗擦划性方面优异。但该涂层的折光指数和浸润性仍有极大的改善空间。

为了克服现有技术的不足，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一个目的在于，提供一种含金属元素的聚硅氮烷涂覆溶液。

本发明的另一个目的在于，提供一种上述涂覆溶液用于制备高透明含金属氧化物-SiO₂复合涂层的方法，本发明提供的高透明金属氧化物-SiO₂复合涂层的制备方法比现有的金属氧化物-SiO₂复合涂层制备方法更简单，非常适于大规模制备。

为实现本发明的发明目的，采用如下技术方案：

一种含金属元素的聚硅氮烷涂覆溶液，包含聚硅氮烷、金属化合物和溶剂。

本发明提供的含金属元素的聚硅氮烷涂覆溶液化学稳定性好，以该涂覆溶液制备的涂层可强力附着在基层的表面，具有优异的电性能及力学性能，如耐磨性、耐高温性、持久防污性、耐腐蚀性、抗静电性等，特别是折光指数、浸润性等性能得到改善，其折光指数的范围更宽，且对可见及近红外光均有非常好的透光性，透光性达到90%以上。

对于聚硅氮烷涂覆溶液，当选用特定结构的聚硅氮烷制成涂覆溶液后，以该涂覆溶液制成的涂层具有较为固定的折光指数和浸润性，本发明在聚硅氮烷涂覆溶液中加入金属氧化物，并通过调节金属氧化物的含量来调节涂层的折光指数、浸润性等性能，根据需求制备特定性能的涂层。

所述聚硅氮烷可溶于所述溶剂中，并具有下列通式所示的重复单元：

其中，R¹、R²和R³分别独立的表示氢原子、烃基、烃氧基、含烃基的甲硅烷基、含烃基的氨基、含烃基的烷氧基、含烃基的烷氧基羰基、或者卤素，且R¹、R²中至少一个表示氢原子。

优选的，R¹、R²和R³全为氢原子，如式2所示：

以该涂覆溶液制备的涂层容易固化，极大地提升了制备的涂层的化学稳定性、电性能、力学性能及透光性。