[发明专利]一种高透明的柔性耐刮擦涂层、功能化涂层及其制备方法

说明书

本发明属于先进涂层制备领域，具体涉及一种高透明、柔性且耐刮擦的涂层、功能化涂层及其超快制备方法。本发明提供一种高透明的柔性耐刮擦涂层，所述涂层的原料包括倍半硅氧烷单体和交联剂，倍半硅氧烷单体和交联剂的摩尔比为：1：0.1～1；其中，所述倍半硅氧烷单体和交联剂完全互溶。本发明所得涂层的透光度可达98.5％(波长为550nm)，单体转化率高达96％，表面铅笔硬度高达9H，硬度H和效模量E*的比值即H/E*值高达0.33，弯折曲率半径可低至0.25mm，并且涂层固化仅需数秒；即本发明所得涂层透光度高、柔性好、硬度高、耐刮擦性能优异、柔性和硬度可调节范围较宽、可实现超快制备。

技术领域

本发明属于先进涂层制备领域，具体涉及一种高透明、柔性且耐刮擦的涂层、功能化涂层及其超快制备方法。

背景技术

近年来，电子设备正朝着柔性和可折叠化的方向发展，各大公司或学术机构不断推出的折叠屏显示器和折叠屏智能手机颠覆了传统显示屏的设计理念，也预示着柔性电子时代即将到来。典型的折叠显示屏通常由盖板、触摸感应层、前面板和显示背板组成。其中，盖板材料需要同时满足柔性、高透明性和耐刮擦性的要求，技术壁垒高、制备困难，被认为是制约折叠屏商业化的关键问题之一。传统显示器使用玻璃作为盖板以增强屏幕的抗刮擦能力，但玻璃模量高、不易弯折且易碎，难以成为解决该问题的首选。塑料可弯折性强，但硬度较低、耐刮擦性差，也无法用于解决该问题。将透明保护性涂层和塑料薄膜结合有望作为一种解决方案，用作柔性盖板，而这一策略的实施在很大程度上依赖于透明涂层的性质，需要其同时具备高透光度、高硬度和良好的弯折能力。

由于材料的弯折能力(低模量)和耐刮擦性(高硬度)相互矛盾，兼具高透明、柔性和耐刮擦性的涂层非常罕见。Bae等利用环氧基硅氧烷水解形成梯形的硅树脂，经预固化和长时间的高温高湿后处理，首次实现了硬度9H、透光度92％、弯折曲率半径为1mm且可以向外弯折的此类涂层的制备(Adv.Mater.2017,29,1700205)；之后，Liu等通过化学改性在环氧基笼形倍半硅氧烷表面修饰上聚二甲基硅氧烷，所得产物与环氧基倍半硅氧烷和三苯基硫鎓六氟锑酸盐混合形成胶束，经光固化也制得了类似性能的涂层(Angew.Chem.2019,131,12132)；除此之外，中国专利CN112876986A公开了一种有机硅透明柔性硬质涂层，是采用硅烷偶联剂在碱性条件下水解，然后将其加入到四、三和二官能度硅氧烷和巯基硅烷偶联剂共水解形成的溶胶凝胶中再经过固化形成的。虽然这些涂层能达到9H的铅笔硬度，但往往存在着透明度较低、柔性差、没有功能等问题，难以满足未来的应用需求。此外，上述方法还存在着单体制备困难、涂层制备工艺繁琐、耗时长等不足。需要指出的是，当硬度H大致相同时，材料的有效模量E*越低，即H/E*值越大，材料柔性越好，而现有涂层的硬度和有效模量的比值H/E*都小于0.2，这主要是因为缺乏有效的方法平衡或调控透明材料柔性和硬度之间矛盾，特别是简单高效的方法，因此如何通过合理的结构设计实现有机组分和无机最大程度(高转化率)的有效结合则成为了此类涂层高性能化的关键。

发明内容

针对上述缺陷，本发明提供的一种高透明耐刮擦的柔性涂层及其制备方法，所得涂层的透光度可达98.5％(波长为550nm)，单体转化率高达96％，表面铅笔硬度高达9H，硬度H和效模量E*的比值即H/E*值高达0.33，弯折曲率半径可低至0.25mm，并且涂层固化仅需数秒；即本发明所得涂层透光度高、柔性好、硬度高、耐刮擦性能优异、柔性和硬度可调节范围较宽、可实现超快制备。

本发明的技术方案：

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种高透明的柔性耐刮擦涂层，所述涂层的原料包括倍半硅氧烷单体和交联剂，倍半硅氧烷单体和交联剂的摩尔比为：1：0.1～1；其中，所述倍半硅氧烷单体和交联剂完全互溶。

进一步，所述倍半硅氧烷单体和交联剂能够发生反应，具体为“巯基-烯烃、巯基-迈克尔或硅氢加成反应”。

进一步，所述倍半硅氧烷单体选自下述结构式所示物质中的至少一种：