透明有机高分子材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种光学材料技术领域的高折射率透明有机高分子材料及制备方法，将有机高分子材料、无机微粒子的前驱体置于压力容器中，通入压力流体。无机微粒子的前驱体通过压力流体对有机高分子材料的渗透，被压力流体带入高分子材料内部。卸压还原处理之后，得到具有无机微粒子注入、分散在有机高分子材料特征的高折射率透明有机高分子材料，其组分及重量百分比含量为：有机高分子材料９０－９９．９％，无机纳米微粒子０．１％－１０％。该材料可以用于眼镜、放大镜、显微镜、照相机、望远镜等光学镜片，以及其它光导、光纤等的光通信器件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光学材料
的高分子材料及制备方法，具体涉及一种 高折射率。技术背景塑料等有机高分子材料制造的作为眼镜、接触镜片、运动眼镜、光学仪器镜 片等使用的镜片材料，经过半个世纪的发展，与无机玻璃镜片相比，以其独特的 质轻、易加工、不容易破碎、透光率较好及造价低等优点，在光学领域中得到越 来越广泛的应用，已成为与光学玻璃、光学晶体并列的第三大光学材料。然而有 机高分子材料表面硬度低、耐热性差、折射率的变化范围较窄(nd在1.35-1. 7 之间)。折射率是光学塑料的最重要的性能，这就限制了有机高分子材料在高折 射率(nd>1.7)光学元器件上的应用。阻碍了光学塑料地应用和发展，因此提 高光学塑料的折射率是光学塑料研究的重要方向之一。目前提高有机高分子材料 折射率的方法主要分为两种，第一种是在有机高分子材料表面涂镀或者蒸镀一层 高折射率薄膜材料。这种方法无机膜层容易发生脱落，镀层容易产生裂纹。溅射涂镀的方法还价格昂贵。第二种是将折射率高的无机纳米粒子通过原位聚合、溶 胶凝胶或者混炼的方法引入有机高分子材料中制备有机-无机纳米复合材料等。经对现有技术的文献检索发现，中国专利技术专利CN 1394900 A 、 CN1204170C 采用将高折射率ZnS纳米微粒与聚合物基体通过转移分散聚合的方法制备可应 用于构造光学器件、显示器件等领域的高折射率纳米复合薄膜。首先制备表面修 饰的ZnS纳米粒子，然后通过聚合物基体与纳米微粒溶胶混合后直接涂膜得到高 折射率复合材料薄膜或聚合物单体与纳米微粒溶胶混合后涂膜再聚合形成高折 射率(最高nd=1.85)的聚合物-纳米微粒复合薄膜材料。这种原位聚合或者溶 胶凝胶方法工艺复杂，过程控制困难，并且高折射率无机粒子大量添加在单体， 会影响后续的单体的聚合。而熔融混炼的方法中无机纳米微粒难以均匀地、以纳米级分散在高粘度的聚合物熔体中，不仅折射率难以提高，而且严重危害了聚合 物原有的透明性。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提供一种高折射率透明有机高分子材料及其制 备方法，使其解决在聚合物表面涂镀技术和溶胶凝胶、混炼技术中存在的问题。 本专利技术利用压力流体注入技术，将高折射率无机微粒子的前驱体带入到镜片本体 的有机高分子材料内，制备了无机微粒子良好分散在聚合物中的、折射率大幅度 提高的、透明的复合高分子材料，工艺简单、清洁。本专利技术是通过以下技术方案实现的本专利技术所涉及的透明有机高分子材料，包含的组分及其重量百分比含量为 有机高分子材料90-99. 9%，无机纳米微粒子0. 1%_10%。本专利技术所涉及的透明有机高分子材料的制备方法，是将有机高分子材料和压 力流体接触，有机高分子材料被溶胀和塑化，同时注入无机微粒子，使其分散在有机高分子材料内部。具体为将有机高分子材料、无机微粒子的前驱体置于压力容器中，通入压力流体。 无机微粒子的前驱体溶解在压力流体中，通过压力流体和有机高分子材料进行接 触，压力流体进入有机高分子材料内部， 一方面使有机高分子材料溶胀， 一方面会同时把溶解的前驱体注入到高分子材料内部。保持溶胀和渗透0.5 10小时 后，卸压取出材料，在室温下水解1 2天或在60 140。C下热解0. 5 12h或者 用氢气还原，使前驱体还原成无机微粒子，从而制备具有无机微粒子注入、分散 在有机高分子材料内部的特征的高折射率透明有机高分子材料。所述有机高分子材料是包括镜片材料聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA)、烯丙基二甘醇碳酸酯(CR39)，以及其它透明塑料例如环氧树脂、聚 酰亚胺(PI)、聚苯乙烯(PS)、对苯二甲酸乙二酯(PET)，透明聚氯乙烯(PVC)、 苯乙烯-丙烯腈共聚物(NAS)、苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯的共聚物(MS)、透明 苯乙烯-丁二烯-丙烯酯(ABS)、硫代氨基甲酸乙酯(硫脲垸，thiourethane)、 聚三環癸甲基丙烯酸脂0Z—1000及1011, 1012， 1013等系列、甲基丙烯酸多环降 冰片烯酯和甲基丙烯酸甲酯的共聚物"ARTON"树脂、环烯烃聚合物(COP)、环 烯烃共聚物(COC)等中的一种，也就是对于所有透明高分子材料都适用。所述无机微粒子是氧化钛、氧化锌、硫化锌、氧化锆中的一种。无机微粒子 分散在深于距材料表面10nm的区域。能够防止功能性的无机微粒子从材料表面 脱出，从而保证材料性能的稳定。无机微粒子的重量含量在0. 1%-10%。少于0. 1% 时，纳米效应不能充分发挥，高于10%时，材料的折射率不会进一步提高，但是 含量高会引起镜片重量增加。优选含量在0. 5-5%。无机微粒子的直径在l-100nm 之间，直径越小越好。无机微粒子的直径在10-30nm之间时，除了提高材料的折 射率，还能够赋予材料一定的色彩。所述无机微粒子的前驱体是醇盐、羰基配位化合物、乙酰丙酮配位化合物， 或者是以醇盐、羰基配位化合物、乙酰丙酮配位化合物为主要成分的有机金属化 合物中的一种。例如对于钛的有机金属化合物可为钛酸四丁酯、钛酸异丙酯或钛 酸(四)乙酯中一种。前驱体能够溶解在压力流体中。所述压力流体可以是各种各样，优选的是对有机高分子材料渗透性优的超临 界流体和亚临界流体。流体的种类是以下的任一种①二氧化碳临界温度31.1 。C、临界压力7.38MPa，②一氧化氮临界温度36.4。C、临界压力7.24MPa，③ 氮气临界温度-147°C、临界压力3. 39MPa，④三氟代甲烷Trifluoromethane: 临界温度25.9'C、临界压力4.83MPa其中的一种。操作的温度和压力的下限由 压力流体的种类决定。比如压力流体如果是超临界二氧化碳，则操作温度下限是 二氧化碳的临界温度31. rC、压力的下限是二氧化碳的临界压力7. 38MPa。本专利技术中，压力流体携带无机微粒子的前驱体注入到有机高分子材料时，要 添加助溶剂，助溶剂至少要是能够溶解前驱体的良溶剂或者能够塑化有机高分子 材料的良溶剂，通常选用低级醇、酮或者烷烃，例如可以是丙酮、乙醇、异丙醇 或者己垸中一种。助溶剂添加量是有机高分子材料重量的0. 5%-10%。本专利技术制备的高折射率透明高分子材料还具有紫外吸收功能和提高材料表 面抗划伤功能。本专利技术通过压力流体对无机微粒子的前驱体的溶解作用、对聚合物基体的溶 胀、渗透作用以及前驱体易水解或热解成无机微粒子的特殊性质，将具有高折射 率的无机微粒子引入、纳米分散在有机高分子材料基体中，从而提供了一种制备 高折射率和高透明性复合有机高分子材料的新方法。由这种方法制备的材料，无机微粒子分散均匀，材料光学性能均一、稳定，具有折射率高且连续可调、透明度高等优点。既能够避免涂覆方法中的高折射率薄膜容易脱落、造成有机高分子 材料抗冲击性降低的缺点，又能够避免溶胶凝胶或者混炼方法中的缺点。本专利技术制备的高折射率透明高分子材料可用于各种光学镜片，例如眼镜镜 片、接触镜片、运动眼镜、放大镜等镜片，还有显微镜、照相机、望远镜等光学 仪器镜片，还可用于其它光导、光纤等的光通信器件所使用的各种透明塑料材料。附图说明图1是实施例1得到的聚碳酸酯样条中分散的二氧化钛的透射电子显微镜照片。其中二氧化钛微粒子的平均直径是24nm。具体实施方式下面结合附本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种透明有机高分子材料，其特征在于，包含的组分及其重量百分比含量为：有机高分子材料９０－９９．９％，无机纳米微粒子０．１％－１０％，所述有机高分子材料是所有透明高分子材料中一种，所述无机微粒子是氧化钛、氧化锌、硫化锌、氧化锆中的一种，无机纳米微粒子注入、分散在溶胀的有机高分子材料内部。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨斌，赵吉洁，赵亚平，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]