一种绿色环保低成本增透膜的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种绿色环保低成本增透膜的制备方法，包括以下步骤：（1）以苯乙烯、丙烯酸酯等单体为原料，引入含硅前驱体，采用乳液聚合的方法制备核壳型有机‑无机纳米粒子；（2）基底玻璃的前处理；（3）将步骤（1）中得到的乳液通过浸渍提拉法在步骤（2）提供的基底玻璃上镀膜；（4）薄膜的高温处理，形成具有纳米空心结构的SiO2增透膜。与传统增透膜制备方法相比，本发明专利技术中增透膜的制备过程不使用任何有机溶剂，具有绿色环保的特点，而且制备过程简便高效、成本较低。制备的增透膜具有优异的光学性能，最大透光率可达98.8 %，可见光波段内平均透光率达98.1%。

【技术实现步骤摘要】
一种绿色环保低成本增透膜的制备方法
本专利技术涉及一种绿色环保低成本增透膜的制备方法，属于光学薄膜制备

技术介绍
增透膜(也叫减反射膜)，在现代光学薄膜生产中占有十分重要的地位，其生产总量超过所有其它的光学薄膜。在光学系统中，有两种原因需要降低零件表面的反射。第一种原因是未经处理的光学零件由于有反射损失，其透射率总是低于100%。例如，常用的冕牌玻璃零件的透射率只有92%，而火石玻璃竟低到85%。大多数仪器都包含许多个零件，若零件表面不镀增透膜，则仪器的总透射率将更低。第二种原因是零件表面的反射光经过多次反射，有一部分成为杂散光，最后也到达像平面，使像的衬度降低。这在某些应用中显得更为重要，例如电影放映用的镜头，包含十多个零件，若不镀制增透膜，则完全无法使用。在人们的日常生活中，增透薄膜应用极为广泛，从最基础的望远镜、电视机、照相机、摄像机、显微镜等仪器的镜头，到商店的橱窗、博物馆或展览馆的展台，太阳能电池板收集器的玻璃罩板，利用太阳能的节能建筑玻璃，仪器仪表的防护玻璃板等许多场合，都用到镀有增透膜的玻璃。对于照相机镜头镀膜，日常用到的照相机的镜头一般由多块透镜组成，反射造成的光线损失较严重。例如对于一个由18块透镜组的35mm的自动变焦的照相机镜头，假设每个玻璃和空气的界面均有4%光线的反射，没有镀增透膜的镜头光线透过率为27%，而镀有一层增透膜（剩余反射率为1.3%）的镜头光线透过率为66%，镀有多层增透膜（剩余反射率为0.5）的镜头光线透过率为85%。同时大量反射光线会在乳胶层上形成阴影，影响照片质量，尤其是在某些逆光位置拍照时，会形成双象和光斑、重叠象等现象。镀制增透膜后成像质量提高明显。目前，增透膜的主要制备方法有物理气相沉积法、化学气相沉积法和溶胶凝胶法，尤以溶胶凝胶研究最为广泛。物理气相沉积法得到的薄膜虽然具有纯度高、质量好、厚度易控制等特点，但其所需设备复杂、需要高压装置，最主要的缺点是其成膜速度低且能耗较大；化学气相沉积法制备的薄膜具有纯度高、致密性好、结晶良好、残余应力小且对于形状复杂器件能均匀镀膜等优点，但其反应所需温度太高，一般都要在1000℃左右，而且在沉积的过程中对材料纯度的要求比较高，这限制了镀膜基材的种类，大大减小了它的使用范围。溶胶凝胶法具有反应过程易于控制，制备的材料组分均一，产物纯度高且工艺简单等优点，但其反应过程涉及的变量过多，溶胶稳定性难以控制且制备周期过长，而且在配制镀膜溶液时往往会使用到有机溶剂，不符合环境保护的目的。
技术实现思路
本专利技术目的在于解决目前制备增透膜的成本高、方法复杂、周期长、非环保等问题，提供一种绿色环保低成本增透膜的制备方法。为解决上述问题，本专利技术采用的技术方案为：一种绿色环保低成本增透膜的制备方法，其具体步骤如下：（1）加入苯乙烯、丙烯酸酯类单体、引发剂和乳化剂混合均匀，除氧、加热，反应后，再加入含硅前驱体，采用半连续法乳液聚合制备出核壳型有机-无机纳米粒子；（2）用水将步骤（1）制备的纳米粒子稀释成浓度为5-30%的镀膜溶液；（3）基底玻璃的前处理：将基底玻璃清洗、干燥后，用等离子清洗机处理一段时间；（4）提拉镀膜过程：采用浸渍提拉法，在一定的提拉温度、提拉速度条件下，用步骤（2）得到的镀膜溶液在步骤（3）得到的基底玻璃上提拉镀膜；（5）薄膜的后处理：将步骤（4）中得到的薄膜进行高温后处理，除去薄膜中的有机物，即得到有着纳米空心结构的无机二氧化硅增透膜。本专利技术中，步骤（1）中所述丙烯酸酯类单体为苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯、丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸十八烷基酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酰胺、丙烯酸乙酯或α-甲基丙烯酸的一种或几种。本专利技术中，步骤（1）所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、过氧化二苯甲酰（BPO）或N，N-二甲基苯胺（DMA）等中任一种。本专利技术中，步骤（1）中所述乳化剂为可包括十二烷基磺酸钠、烷基苯磺酸盐、磺基琥珀酸二异丁酯钠盐、烷基醇聚氧乙烯醚硫酸钠、烷基醇聚氧乙烯醚硫酸铵、双十三醇磺基琥珀酸酯钠、异辛基硫酸盐铵、正辛基硫酸钠、甲基丙烯酸羟丙磺酸钠、2-丙烯酰胺基-2甲基丙烷磺酸钠盐、烯丙基磺酸钠、仲辛酚聚氧乙烯醚、蓖麻油聚氧乙烯醚、异辛基硫酸铵、司盘Span、吐温Tween、蓖麻油/氢化蓖麻油与环氧乙烷缩合物。本专利技术中，步骤（1）中所述硅烷偶联剂为正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯、甲基三甲氧基硅烷、甲基丙基三甲氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷、异辛基三甲氧基硅烷、异辛基三乙氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷、二苯基二乙氧基硅烷、甲基苯基二甲氧基硅烷、甲基苯基二乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、环氧基三甲氧基硅烷、环氧基三乙氧基硅烷、氨丙基三甲氧基硅烷、环氧基三乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷等硅烷偶联剂中的一种或几种。本专利技术中，步骤（3）中所述基底玻璃的等离子清洗机处理时间为1-5min。本专利技术中，步骤（4）中所述提拉温度为20-80℃，提拉速度为150-500μm/min。本专利技术中，步骤（5）中所述薄膜后处理温度为400-500℃。本专利技术的有益效果：（1）本专利技术的增透膜制备过程简单，成本较低。（2）本专利技术的增透膜制备过程中不使用任何有机溶剂，是一个绿色环保的制备过程。（3）本专利技术制备的增透膜具备极好的光学性能，最大透过率可达98.8%，可见光区平均透光率可达98.1%。附图说明图1为本专利技术中核壳型有机-无机纳米粒子的TEM照片。图2为本专利技术中核壳型有机-无机纳米粒子的动态光散射粒径分布图。图3为本专利技术中具体实施例1增透膜表面的SEM照片。图4为本专利技术中具体实施例1中制备出的增透膜与基底玻璃透光率的对比。图5为本专利技术中具体实施例2增透膜表面的SEM照片。图6为本专利技术中具体实施例2中制备出的增透膜与基底玻璃透光率的对比。具体实施方式实施例1（1）核壳型纳米粒子的制备：将40g苯乙烯、30g丙烯酸正丁酯、2gα-甲基丙烯酸、1.5g双十三醇磺基琥珀酸酯钠、4g2%过硫酸铵和60g水混合后，乳化30min；然后向四口烧瓶中加入80g水、2.6g20%过硫酸铵，升温至80℃，同时通入氮气30min除氧；随后将预乳液在1h内用恒流泵匀速滴入四口瓶内，反应3h；最后加入20g正硅酸丙酯，反应1h，得到核壳型有机-无机纳米粒子。（2）将步骤（1）中得到的核壳型有机-无机纳米粒子用去离子水稀释成20%浓度的镀膜溶液。（3）将清洗好的基底玻璃用等离子清洗机处理1min。（4）采用浸渍提拉法，以提拉温度60℃，提拉速度150μm/min的条件，使用步骤（2）中镀膜溶液，在步骤（3）中得到的基底玻璃上提拉镀膜。（5）将步骤（4）中得到的薄膜在500℃下灼烧4h，得到具有多孔结构的二氧化硅增透膜。所得的镀有增透膜的玻璃的最大透光率可达到98.8%，比未镀膜的玻璃提高了6.8%，且可见光区平均透光率为98.1%，具有很好的增透效果。实施例2（1）核壳型纳米粒子的制备：将30g苯乙烯、40g丙烯酸正丁酯、2gα本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种绿色环保低成本增透膜的制备方法，其特征在于具体步骤如下：（1）核壳型有机‑无机纳米粒子的制备：以水为溶剂，加入苯乙烯、丙烯酸酯类单体、引发剂和乳化剂混合均匀，除氧、加热，反应后，再加入含硅前驱体，采用半连续法乳液聚合制备出核壳型有机‑无机纳米粒子；（2）用水将步骤（1）制备的纳米粒子稀释成浓度为5‑30 %的镀膜溶液；（3）基底玻璃的前处理：将基底玻璃清洗、干燥后，用等离子清洗机处理；（4）镀膜过程：采用浸渍提拉法或旋涂法，用步骤（2）得到的镀膜溶液在步骤（3）得到的基底玻璃上镀膜，得到薄膜；（5）薄膜的后处理：将步骤（4）得到的薄膜进行高温后处理，除去薄膜中的有机物，即得到无机纳米空心结构的二氧化硅增透膜。

【技术特征摘要】
1.一种低成本增透膜的制备方法，其特征在于具体步骤如下：（1）核壳型有机-无机纳米粒子的制备：以水为溶剂，加入苯乙烯、丙烯酸酯类单体、引发剂和乳化剂混合均匀，除氧、加热，反应后，再加入含硅前驱体，采用半连续法乳液聚合制备出核壳型有机-无机纳米粒子；（2）用水将步骤（1）制备的纳米粒子稀释成浓度为5-30%的镀膜溶液；（3）基底玻璃的前处理：将基底玻璃清洗、干燥后，用等离子清洗机处理；（4）镀膜过程：采用浸渍提拉法或旋涂法，用步骤（2）得到的镀膜溶液在步骤（3）得到的基底玻璃上镀膜，得到薄膜；（5）薄膜的后处理：将步骤（4）得到的薄膜进行高温后处理，除去薄膜中的有机物，即得到无机纳米空心结构的二氧化硅增透膜；高温后处理温度为400-500℃。2.根据权利要求1所述的一种低成本增透膜的制备方法，其特征在于：步骤（1）所制备的核壳型有机-无机纳米粒子的粒径为40-150nm。3.根据权利要求1所述的一种低成本增透膜的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述丙烯酸酯类单体包括甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯、丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸十八烷基酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酰胺、丙烯酸乙酯或α-甲基丙烯酸中一种以上。4.根据权利要求1所述的一种低成本增透膜的制备方法，其特征在于：步骤（...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁俊杰，张云波，谢诗琪，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31