透明塑料片表面的防雾增透涂层及其制备方法技术

本发明专利技术属于纳米材料制备技术领域，特别涉及透明塑料片表面的高强度的防雾增透涂层及其制备方法。本发明专利技术是利用酸催化溶胶-凝胶(sol-gel)法、酸固化以及低温氧等离子体方法制备得到透明塑料片表面的高强度的防雾增透涂层，所述的防雾增透涂层是由呈链式结构的二氧化硅纳米粒子相互交错连接形成的网状结构的涂层构成，所述的网状结构中的孔是由制备方法中所使用的十六烷基三甲基溴化铵胶束，经去除后形成的孔隙。该高强度的防雾增透涂层具有低反射率、高光透过率、高强度、防起雾等优点。

【技术实现步骤摘要】
透明塑料片表面的防雾增透涂层及其制备方法
本专利技术属于纳米材料制备
，特别涉及透明塑料片表面的高强度的防雾增透涂层及其制备方法。
技术介绍
减反增透涂层是指在透明基底的表面有一层可以降低光反射增大光透过率的薄膜，从而使得透明材料有更高的透明度。在透明塑料的表面制备减反增透涂层，一方面需要涂层具有合适的孔隙率，另一方面需要使得涂层有较高的强度，在制备涂层的过程中，需要考虑到透明塑料不耐受高温，避免使用高温处理基底。透明材料雾化是指湿气或蒸汽冷凝在透明材料的表面形成微小水滴，产生散射，导致透明材料的透光性变差。而防雾透明材料是指透明材料基底在经过表面处理后，水滴在透明材料的表面不形成微小液滴，从而达到不影响透明材料成像、透光的效果。二氧化硅纳米粒子溶胶的结构形貌和其催化条件相关。在酸性催化条件下，制备得到的二氧化硅纳米粒子聚集形成链式结构，形成涂层后，呈链式结构的二氧化硅纳米粒子交错相连形成网状三维结构，具较高的强度。近些年来，酸催化条件下制备二氧化硅纳米粒子的研究较多。LuYunfeng等人制备的以二氧化硅纳米粒子为连续相的介孔薄膜(LuY.F.,etal.Nature,1997,389,364-368.)，是在酸性催化条件下，以表面活性剂为造孔模板，制备出了二氧化硅粒子溶胶液，再将溶胶液体涂覆于基底表面，煅烧去除表面活性剂获得介孔薄膜。张志辉等人曾利用含有表面活性剂的酸性二氧化硅粒子在玻璃基底表面制备出了超亲水增透涂层(CN103508681A)。但是，这些涂层在处理过程中，采用了高温煅烧方法来去除表面活性剂和固化涂层，对于塑料基底，该方法无法适用。MickaelBoudot等人开发了氨水蒸汽固化酸性催化涂层的方法，在有机基底上制备出了减反增透涂层(Boudot,M.,etal.ChemistryofMaterials,2014,26,1822-1833.)，该方法虽然避免了热处理涂层，但是氨水固化使得溶胶链状结构破坏，使得涂层不耐水冲，需要在涂层表面修饰一层防水薄膜，且该涂层不防雾。因此在透明塑料的表面制备出高强度的防雾减反增透层，在光学仪器、眼镜片、医用光学内窥镜等方面具有广泛的应用前景，研究开发透明塑料表面的耐磨、长效、减反增透、防雾且成本低廉的涂层是十分必要和有意义的。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供在透明塑料片表面的同时具有减反增透、防雾、高强度的防雾增透涂层。本专利技术的目的之二是提供具有制备方法工艺简单、原料廉价、成本低、适用范围广的在透明塑料片表面的高强度的防雾增透涂层的制备方法。本专利技术的在透明塑料片表面的高强度的防雾增透涂层是由呈链式结构的二氧化硅纳米粒子相互交错连接形成的网状结构的涂层构成。所述的二氧化硅纳米粒子的粒径为1～3nm。所述的网状结构中的孔是由制备方法中所使用的十六烷基三甲基溴化铵胶束，经去除后形成的孔隙。所述的透明塑料片是聚甲基丙烯酸甲酯片(有机玻璃片)、聚碳酸酯片、聚对苯二甲酸乙二醇酯片、丙烯睛-苯乙烯共聚物片或菲涅尔透镜等。本专利技术的透明塑料片表面的高强度的防雾增透涂层能耐受落砂的冲击、水的冲击或3H铅笔划痕的测试；其中：40克粒径为100～300微米的海沙，以4.43米/秒的速度与距离为1米处的所述的防雾增透涂层呈45°的冲击，被冲击部分的透明塑料片表面的高强度的防雾增透涂层主体不被破坏；100毫升的去离子水，以4.43米/秒的速度与距离为1米处的所述的防雾增透涂层呈45°的冲击，被冲击部分的透明塑料片表面的高强度的防雾增透涂层主体不被破坏；以恒定压力为7.5N，用3H铅笔与所述的防雾增透涂层表面成45°进行划刻，所述的防雾增透涂层主体未被划破。本专利技术的透明塑料片表面的高强度的防雾增透涂层具有减反增透和防雾性能。表面有所述的高强度的防雾增透涂层的透明塑料片的最高透光率可达100％，且最大透过波长可以在450～900nm范围内调节。表面有所述的高强度的防雾增透涂层的透明塑料片在置于沸水5厘米的上方时，所述的防雾增透涂层不起雾，具有防雾效果。本专利技术的在透明塑料片表面的高强度的防雾增透涂层的制备方法，是以正硅酸乙酯、无水乙醇、十六烷基三甲基溴化铵、浓盐酸等为原料，其制备方法包括以下步骤：(1)将21～23mL的正硅酸乙酯、21～23mL的无水乙醇、1～2ml的水和0.5μL的浓盐酸(浓盐酸的质量浓度是37～38％)混合，在温度为50～70℃下进行搅拌(一般搅拌的时间为70～90分钟)后得到呈链式结构的二氧化硅纳米粒子溶胶，且二氧化硅纳米粒子的粒径为1～3nm；待冷却至室温后，向得到的呈链式结构的二氧化硅纳米粒子溶胶中加入6～8mL的浓盐酸(浓盐酸的质量浓度是37～38％)、0.3～0.5mL的水和45～47mL的无水乙醇，使剩余的正硅酸乙酯继续水解；室温下进行搅拌(一般搅拌的时间为10～15分钟)，然后在温度为40～60℃下进行老化呈链式结构的二氧化硅纳米粒子溶胶(一般老化的时间为3小时左右)；再加入104～106ml无水乙醇进行稀释得到试剂；向得到的试剂中加入十六烷基三甲基溴化铵，使十六烷基三甲基溴化铵在试剂中的质量分数含量为3％<质量分数含量<4％，充分搅拌，得到含有呈链式结构的二氧化硅纳米粒子和十六烷基三甲基溴化铵的分散液；(2)采用浸渍提拉方法，将清洗干净的透明塑料片浸入到步骤(1)制备得到的含有呈链式结构的二氧化硅纳米粒子和十六烷基三甲基溴化铵的分散液中，然后将该透明塑料片从所述的分散液中提拉出来，在该透明塑料片的表面制备得到具有纳米结构的涂层；或者采用旋涂法，将清洗干净的菲涅尔透镜放置于匀胶机上，在菲涅尔透镜的一面中心处滴下40微升步骤(1)制备得到的含有呈链式结构的二氧化硅纳米粒子和十六烷基三甲基溴化铵的分散液，然后先以1000转/秒匀胶3～5秒，再以3000转/秒匀胶30秒，在菲涅尔透镜的另一面采用同样条件旋涂步骤(1)制备得到的含有呈链式结构的二氧化硅纳米粒子和十六烷基三甲基溴化铵的分散液，在菲涅尔透镜的两面制备得到具有纳米结构的涂层；(3)将步骤(2)制备得到的表面具有纳米结构的涂层的透明塑料片或菲涅尔透镜，在温度为60～90℃下，于浓盐酸的蒸汽中进行固化0.5～2小时，在该透明塑料片或菲涅尔透镜的表面得到固化后获得的具有交联纳米结构的涂层；(4)将步骤(3)固化后得到的表面具有交联纳米结构的涂层的透明塑料片或菲涅尔透镜放置于低温氧等离子体机中，在低温氧等离子体机中进行反应除去十六烷基溴化铵，即在该透明塑料片或菲涅尔透镜的表面得到高强度的防雾增透涂层。在采用浸渍提拉方法时，保持浸入和提拉的速度一致。所述的提拉的速度为20～80mm/min。所述的透明塑料片在分散液中的停留时间为20～80秒。所述的在温度为60～90℃下，于浓盐酸的蒸汽中进行固化0.5～2小时，是在反应釜的底部放入所述的浓盐酸，然后将透明塑料片架于反应釜中所述的浓盐酸液面的上方，密封反应釜，然后放置于60～90℃的烘箱中进行固化0.5～2小时。该酸性固化的方法具有在温和的温度下使得二氧化硅纳米粒子之间进行交联并化学成键的效果。所述的在低温氧等离子体机中进行反应除去十六烷基溴化铵，是将低温氧等离子体机抽真空至8～12kPa，然后对表面具有交联纳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种透明塑料片表面的防雾增透涂层，其特征是：所述的防雾增透涂层是由呈链式结构的二氧化硅纳米粒子相互交错连接形成的网状结构的涂层构成。

【技术特征摘要】
1.一种在透明塑料片表面或在塑料材质的菲涅尔透镜表面的防雾增透涂层的制备方法，其特征是，所述的制备方法包括以下步骤：(1)将21～23mL的正硅酸乙酯、21～23mL的无水乙醇、1～2ml的水和0.5μL的浓盐酸混合，在温度为50～70℃下进行搅拌后得到呈链式结构的二氧化硅纳米粒子溶胶，且二氧化硅纳米粒子的粒径为1～3nm；待冷却至室温后，向得到的呈链式结构的二氧化硅纳米粒子溶胶中加入6～8mL的浓盐酸、0.3～0.5mL的水和45～47mL的无水乙醇，使剩余的正硅酸乙酯继续水解；室温下进行搅拌，然后在温度为40～60℃下进行老化呈链式结构的二氧化硅纳米粒子溶胶；再加入104～106ml的无水乙醇进行稀释得到试剂；向得到的试剂中加入十六烷基三甲基溴化铵，使十六烷基三甲基溴化铵在试剂中的质量分数含量为3％<质量分数含量<4％，充分搅拌，得到含有呈链式结构的二氧化硅纳米粒子和十六烷基三甲基溴化铵的分散液；(2)采用浸渍提拉方法，将透明塑料片浸入到步骤(1)制备得到的分散液中，然后将该透明塑料片从所述的分散液中提拉出来，在该透明塑料片的表面制备得到具有纳米结构的涂层；或者采用旋涂法，将塑料材质的菲涅尔透镜放置于匀胶机上，在塑料材质的菲涅尔透镜的一面中心处滴下40微升步骤(1)制备得到的分散液，然后先以1000转/秒匀胶3～5秒，再以3000转/秒匀胶30秒，在塑料材质的菲涅尔透镜的另一面采用同样条件旋涂步骤(1)制备得到的分散液，在塑料材质的菲涅尔透镜的两面制备得到具有纳米结构的涂层；(3)将步骤(2)制备得到的表面具有纳米结构的涂层的透明塑料片或塑料材质的菲涅尔透镜，在温度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺军辉，李彤，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11